Комп'ютерні мережі

Мета роботи: Навчитись визначати проектовану мережеву архітектуру та здійснювати опис необхідного обладнання та середовища передачі даних

Теоретичні відомості

Основним призначенням комп’ютерних мереж є забезпечення простого, зручного і надійного доступу користувачів до спільних розподілених ресурсів мережі (апаратних, програмних та інформаційних ресурсів), організація їх колективного використання з надійним захистом від несанкціонованого доступу; забезпечення зручними і надійними засобами обміну даними між користувачами мережі; розподілу обчислень. За допомогою комп’ютерних мереж ці проблеми вирішуються незалежно від територіального розташування користувачів.

Складові комп’ютерної мережі можна подати у вигляді схеми, зображеної на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 - Складові комп’ютерної мережі

Апаратне забезпечення функціонування комп’ютерних мереж:

До комунікаційної системи відносяться мережевий адаптер та середовища передавання даних (лінії зв’язку).

Мережевий адаптер (карта, інтерфейсна плата) – технічний пристрій, призначений для з’єднання комп’ютера з каналами зв’язку. При організації комп’ютерної мережі треба встановити мережеві плати (board) на кожний комп’ютер, а потім з’єднати ці плати за допомогою кабелю.

У будь-якій комп’ютерній мережі існує середовище обміну, в якому передавання даних здійснюється за допомогою електричних чи електромагнітних сигналів. Середовище, в якому поширюються електромагнітні хвилі, може бути обмеженим (фізичний провідник сигналу – кабель: телефонний, коаксіальний, вита пара, волоконно-оптичний) або необмеженим (передавання мікрохвильових, інфрачервоних або радіосигналів через відкритий ефір).

Як середовища передавання даних в комп’ютерних мережах можна використовувати:

Телефонні кабелі. Їх найчастіше використовують для під’єднання домашнього або офісного комп’ютера до глобальної мережі за допомогою модему або роутера. Пропускні характеристики телефонних кабелів становлять кілька десятків Кб/с, тому вони вважаються "повільними" каналами зв’язку.

Коаксіальні кабелі (coaxial). За своєю будовою та зовнішнім виглядом нагадують кабелі телевізійних антен, однак відмінні від них за електричними характеристиками. Розрізняють однота багатоканальні кабелі. Їх переваги – висока стійкість до перешкод, легкість монтажу, середні пропускні характеристики (до 10 Мбіт/с), простота під’єднання нових вузлів.

Вита пара (twisted pair) містить 2 або більше (парну кількість) взаємоізольованих звитих між собою на зразок спіралі провідників. Скручування зменшує дію електромагнітних впливів. Існує кілька різних категорій цих кабелів залежно від розмірів, ізоляції, ступеня скручування.

Особливості: легкість монтажу, невелика захищеність від наводок (захищеність підвищується для витих пар, поміщених в екрануючу оболонку) і механічних пошкоджень, використання в невеликих локальних мережах. Пропускні характеристики витої пари в середньому сягають до 1000 Мб/с.

Волоконно-оптичні кабелі (fiber optic) виготовляються зі скла або світлопровідних пластикових волокон. Волоконно-оптичні кабелі проводять дані, які попередньо перетворюються у світлові імпульси за допомогою лазеру або світлодіодів та приймаються фотодетектором, де знову перетворюються на електричні сигнали. Використовують ці кабелі для передавання даних з високою швидкістю (пропускні характеристики – до кількох Гб/с) і мінімальними втратами.

Особливості: висока вартість кабелю і обладнання, складний монтаж, складна технологія і створення розгалужень, швидкість – до кількох Гб/с на відстані між станціями-регенераторами сигналу до 50 км, передавання сигналу тільки в одному напрямі.

Радіоканал (radio channel). Особливості: відсутність кабелів, погана захищеність, екранування сигналу стінами будівель, труднощі з виділенням вільного діапазону частот.

Супутниковий канал (satellite channel). Особливості: дорогий спосіб передавання даних, але максимально можлива площа охоплення.

Робоча станція (вузол, клієнт) – це будь-який комп’ютер, що під’єднано до мережі, через який користувач дістає доступ до її ресурсів. Робоча станція мережі функціонує як у мережевому, так і у локальному режимі. Вона оснащується власною операційною системою, користувач забезпечується базовим набором інструментів для розв’язування прикладних задач. Робочі станції призначені для здебільшого напівавтоматичного розв’язування задач користувачем.

Сервер (від англ. "обслуговувати") – це потужний комп’ютер або кілька комп’ютерів (один з яких – головний, а решта – резервні), що використовуються для об’єднання і розподілу ресурсів комп’ютерної мережі між клієнтами (share – "розподіл"). За допомогою серверів здійснюють зберігання даних, управління базами даних, віддалене опрацювання і друкування даних та ін.

Існує кілька типів серверів, орієнтованих на різні застосування:

• файл-сервер або файловий сервер (для роботи із файлами комп’ютерної мережі);
• сервер бази даних (для роботи з базами даних);
• принт-сервер (для роботи з принтерами);
• обчислювальний сервер (для виконання складних обчислень);
• сервер прикладних програм (для роботи з пакетами прикладних програм);
• сервер зв’язку (для збільшення пропускних характеристик факсу або модему).

Мережева операційна система (ОС) – це пакет програм для забезпечення функціонування мережі та управління нею, а також забезпечення клієнтам можливостей користуватись мережевими сервісами. Основним призначенням мережевої ОС є забезпечення спільного використання та розподілу ресурсів мережі; обміну повідомленнями між вузлами мережі; синхронізації процесів у мережі; надійного зберігання даних та інших завдань, пов’язаних із функціонуванням мережі. Важливою функцією мережевої ОС є забезпечення системи захисту даних і програм – конфіденційності зберігання даних, розмежування прав доступу до ресурсів, парольний захист, виявлення спроб несанкціонованого доступу, відслідковування дій користувача, ведення журналів системних подій тощо.

В локальну мережу об’єднуються комп’ютери, що розташовані на невеликій відстані один від одного. Така мережа є замкненою системою. Невеликі відстані між комп’ютерами дають можливість застосовувати в локальних мережах звичайні проводові лінії зв’язку (коаксіальний кабель, виті пари, волоконно-оптичні кабелі). Як правило, локальна мережа обмежена офісом, одним кабінетом, поверхом або однією будівлею. Такі мережі повинні бути легко адаптованими, тобто мати гнучку архітектуру, що дозволяє довільно розташовувати робочі місця, додавати або переставляти персональні комп’ютери або периферійні пристрої.

Всі локальні мережі можна поділити на однорангові та багаторангові (з виділеним сервером).

Топологія – тип з’єднання комп’ютерів у мережі. Фізична топологія описує фізичне розташування мережевого середовища обміну (кабелю) та під’єднаних пристроїв, логічна – характеризує спосіб передавання пакетів даних, метод організації зв’язку, принцип контролю помилок у мережі тощо.

Поєднання певного типу кабелю, мережевих адаптерів, мережевої топології та методу доступу до середовища передавання називають архітектурним вирішенням комп’ютерної мережі або архітектурою мережі. Архітектура описує конкретний стандарт мережі.

Мережеві архітектури також називають протоколами низького рівня.

Для забезпечення необхідної сумісності на кожному із семи можливих рівнів архітектури комп’ютерної мережі діють спеціальні стандарти, які називаються протоколами.

Протокол – це сукупність правил синхронного функціонування об’єктів однойменного рівня при обміні даними між станцією-відправником і станцією-одержувачем; формати блоків даних, що передаються; контроль помилок, методи кодування даних тощо.