Рефераты. Загальні основи побудови комп'ютерних мереж

Загальні основи побудови комп'ютерних мереж

Загальні основи побудови комп'ютерних мереж

Апаратні та програмні засоби комп'ютерних мереж

У будь якому офісі де знаходиться два і більше персональних комп'ютера на певному етапі постає питання швидкого і надійного обміну даними, сумісного використання деяких спільних ресурсів таких як принтер, сканер, CD ROM, жорсткі диски, модем і т.д. А отже настає необхідність об'єднання ПК у одне ціле локальну обчислювальну мережу (ЛВС).

На початку 80-х років фірма ІВМ випустила перший персональний комп'ютер (ПК), приєднавшись дещо пізніше до напрямку, початого фірмою Аррlе - поширення персональних комп'ютерів. На відміну від терміналів ПК надали користувачам свої власні ресурси. Оскільки ПК могли виконувати завдання, використовуючи власну пам'ять і процесор, то потреба в дорогих центральних процесорах поступово відпала, замість останніх, на кожному робочому місці з'явились обчислювальні потужності, які використовували для опрацювання текстів, аналізу в електронних таблицях і управління даними. Завдяки широкому класу виконуваних задач та швидкому й постійному зменшенню цін персональні комп'ютери знайшли своє місце в маленьких, середніх та згодом великих підприємствах.

З початком використання ПК постала проблема, якої не існувало під час роботи з майнфреймами та міні-комп'ютерами: обмін даними. Архітектура ПК орієнтована на використання ізольованих ресурсів та даних, тому передати свої дані можна було, тільки попередньо скопіювавши їх на дискету.

Минуло зовсім небагато часу і велика кількість компаній у відповідь на побажання своїх клієнтів почали об'єднувати ПК. Так з'явилися перші локальні мережі --LAN (Local Area Network). Було розроблено багато рішень щодо об'єднання ПК у мережу за допомогою додаткової апаратури та програмного забезпечення. З поширенням використання ПК почали об'єднувати в локальні мережі в межах окремих підрозділів або всієї компанії. Потреба в мережах ПК і мережних технологіях з того часу постійно зростає. З розвитком Інтернет настав новий етап еволюції комп'ютерних мереж. До сучасних технологій обміну даними висуваються вимоги:

· максимально можливої швидкості передавання даних;

· забезпечення мінімального рівня помилок, що можуть виникати під час передавання, приймання даних;

· захищеності від зовнішніх впливів, механічних, електромагнітних та інших;

· надійності, зручності використання користувачами.

Мережі розрізняють залежно від розміру охоплюваної території. Невелика територія (кімната, будинок, навчальний клас, установа) звичайно охоплюється локальною обчислювальною мережею--ЛОМ (LAN). Більші території охоплюють регіональні обчислювальні мережі--РОМ та глобальні--ГОМ Internet.

Локальна обчислювальна мережа Ця мережа прив'язана до одного місця (звичайно однієї будівлі чи комплексу різних будівель) й об'єднує комп'ютерні системи та периферійні пристрої (накопичувачі на жорстких дисках, стримери, принтери та ін.) у групи, що розподіляють дані та периферійні пристрої. Переваги ЛОМ--велика швидкість передавання даних, низький рівень помилок і використання дешевого середовища обміну даними.

Регіональна обчислювальна мережа. Ця мережа охоплює ціле місто (район) і є найновішою. Найбільше спільного вона має з ЛОМ, але за багатьма параметрами складніша і комплексніша. Наприклад, додатково до підтримки обміну даними і голосового обміну РОМ може передавати відео- та інші типи інформації. При цьому на відміну від ЛОМ інформація передається на істотно більші відстані. Її можна використовувати також для об'єднання кількох ЛОМ у високошвидкісні інтегровані мережеві системи. РОМ поєднують кращі характеристики ЛОМ (низький рівень помилок, висока швидкість передавання інформації) із більшим географічним охопленням.

Глобальна обчислювальна мережа Ця мережа охоплює великі регіони, області, країни. Комунікації у ГОМ проводять за допомогою телефонних ліній, супутникового зв'язку чи наземних радіорелейних або інших мікрохвильових систем. ГОМ часто створюють шляхом об'єднання ЛОМ і РОМ. Об'єднання ізольованих ЛОМ і РОМ у форму ГОМ є основною сучасною тенденцією в галузі мереж.

Оскільки ГОМ є об'єднання багатьох ЛОМ і РОМ, то їх можна розглядати як конгломерат різноманітних технологій. Порівняно з ЛОМ більшість ГОМ відрізняють невисока швидкість передавання даних і вищий рівень помилок. Нові технології у сфері ГОМ спрямовані на розв'язування означених проблем.

Не залежно від типу комп'ютерної мережі, обмін повідомленнями між учасниками мережі відбувається невеликими пакетами фіксованого розміру -- фреймами. Кожен фрейм містить ідентифікатор повідомлення, повідомлення або фрагмент повідомлення з номер фрагменту, ідентифікатор відправника, ідентифікатор приймача (кому призначене повідомлення).

Повідомлення з пристрою опрацювання передається пристрою передавання, приймання, який у свою чергу повідомлення розбиває на фрагменти (фрейми), доповнює необхідною службовою інформацією. Отримані фрейми кодуються у форму придатну для передавання використовуваним середовищем обміну. Під час приймання процес відбувається у зворотному порядку. Фрейми декодуються збираються у вихідне повідомлення і передаються пристрою опрацювання повідомлень.

· середовища обміну даних -- забезпечує перенесення даних від одного учасника мережі до іншого;

· пристрій передавання, приймання даних -- забезпечує передавання, приймання даних, кодування декодування даних і пересиланя для подальшого опрацювання;

· пристрій опрацювання даних -- безпосереднє опрацювання даних.

Середовище обміну даними. Канали зв'язку

У кожній комп'ютерній мережі, для перенесення даних від одного учасника мережі до іншого, використовується середовище обміну в якому дані передаються у вигляді електричного, електромагнітного або світлового сигналу. Як середовище обміну використовують:

· коаксіальний кабель;

· виту пару;

· волоконно-оптичний кабель;

· радіоканал;

· інфрачервоні промені;

· канал,супутниковий канал.

Перші три ще називають кабельними середовищами і мають найбільше застосування.

1. Коаксіальний кабель--це мідна жила в діелектричній оболонці, покрита зверху екрануючою обпліткою. Розрізняють одно- та багатоканальні кабелі,

Особливості: висока стійкість до перешкод, легкість монтажу, висока швидкість (10/100 Мбіт/с), простота підключення нових вузлів.

2. Вита пара містить два або більше (парну кількість) взаємо ізольованих, звитих між собою провідників. Скручування зменшує дію електромагнітних впливів. Існує кілька різних категорій залежно від розмірів, ізоляції, кількості скрутів на одиницю довжини.

Особливості: легкість монтажу, невелика захищеність від електромагнітних впливів (підвищується для витих пар, вміщених в екрануючу оболонку) і механічних пошкоджень, використання в невеликих локальних мережах.

3. Волоконно-оптичний кабель складається з оптичного волокна усередині захисної оболонки, вкритої зовнішньою оболонкою. Використовують його для передавання даних з високою швидкістю (до кількох гігабітів за секунду) і мінімальними втратами. Дані попередньо перетворюють у світові сигнали за допомогою лазеру або світлодіодів, а на приймальному кінці їх знову перетворюють в електричні імпульси.

Особливості: досить висока вартість кабелю і обладнання, складний монтаж, складна технологія створення розгалужень, швидкість--до кількох гігабітів за секунду відстань між станціями-регенераторами сигналу--до 50 км, передавання сигналу тільки в одному напрямі.

4. Радіоканал. Використання для обміну повідомленнями між хостами засобів радіозв'язку.

Особливості: відсутність кабелів, погана захищеність, екранування сигналу стінами будівель, труднощі з виділенням вільного діапазону частот.

5. Інфрачервоні промені використовують для побудови без провідних мереж на невеликих відстанях.

Особливості: мобільність у межах офісу, не потребує спеціального діапазону частот, вплив погодних умов.

6. Супутниковий канал. Використання засобів супутникового зв'язку для об'єднання учасників мережі на великих відстанях.

Особливості: дорогий спосіб передавання даних, але максимально можлива площа охоплення.

Пристрої передавання, приймання даних. Мережений адаптер, модем

Наступним компонентом мережі є пристрій для передавання, приймання даних. Конкретна реалізація таких пристроїв тісно залежить від обраного середовища передавання даних. У локальних мережах застосовують спеціальні мережеві адаптери, що дозволяють передавати і приймати дані з високою швидкістю, низьким рівнем помилок. Для об'єднання комп'ютерів на великих відстанях за допомогою телефонних ліній використовуються інші пристрої модеми (від скорочення слів: модулятор, демодулятор), що дозволяють передавати дані на значні відстані, проводити корекцію помилок та інше.

Мережевий адаптер.
Мережевий адаптер - це пристрій розширення, що вставляється у гніздо розширення материнської плати (main board) комп'ютера. Все більшого поширення набувають мережеві адаптери інтегровані з материнською платою, або адаптери, що приєднуються до USB (Universal Serial Bus) порта комп'ютера, що дозволяють підєднати робочу станцію, сервер до мережі без розкриття корпуса комп'ютера.
Всі мережеві плати визначаються:
унікальною адресою адаптера MAC- адресою;
підтримуваним мережевим середовищем передачі (network media), тобто: встановленими на карті гніздами для приєднання мережевого кабеля;
AUI -- коаксіальний кабель;
BNC -- коаксіальний кабель;
RJ45 вита пара;
або гніздо для підключення до волоконної оптики;
розрядністю: 8 біт (вийшли з використання), 16 біт і 32 біта. Варто очікувати появи 64 бітних мережних карт;
шиною даних, по якій йде обмін інформацією між материнською платою і мережною картою: ISA, EISA, VL-Bus, PCI і ін;
швидкістю роботи: 10Mbit, 100Mbit, 1000Mbit.
тип мікросхеми контролера (chip, chipset), на якому дана плата виготовлена, який визначає тип використовуваного драйвера і все інше: розрядність, тип шини і т.д.;
MAC-адреса -- унікальний серійний номер пристрою, що однозначно ідентифікує його в мережі. MAC-адреса має довжину 6 байт і звичайно записується в шістнадцятковому вигляді, наприклад 12:34:56:78:90:AB. Двокрапки можуть бути відсутні, але їхня наявність робить число більш читабельним. Кожен виробник привласнює адреси з приналежного йому діапазону адрес. Перші три байта адреси визначають виробника. У випадку виявлення двох пристроїв, у одній мережі з однаковою, MAC-адресою, що досить малоймовірно, необхідно змінити пристрій на інший або адреса пристрою за допомогою відповідних програм налагодження виробника.
При роботі мережеві адаптери "слухають" усі повідомлення, що передаються у мережі, і шукають у кожному повідомленні свою MAC-адресу. У випадках співпадання пристрій (адаптер) приймає, декодує повідомлення і передає далі пристрою опрацювання. Для відправлення повідомлень усім пристроям одночасно (broadcasting) використовуються спеціальні способи розсилання повідомлень.
Модем
Для передавання даних на великі відстані використовуючи телефонні лінії використовують спеціальні пристрої модеми. Назва модем походить від слів МОдуляція + ДЕМодуляція. Претворення цифрових сигналів у телефонні називають "модуляцією", а телефонних в цифрові - "демодуляцією".
Модем може "набирати" номер, "знімати трубку" під час вхідного звінка. Для управлення модемом використовуються спеціальні AT команди, що починаються з літер AT (допускаються маленькі або великі літери):
· ATZ ініціалізація модема;
· ATDP53007 набрати номер 53007, використовуючи імпульсний метод набору;
· ATDT53007 набрати номер 53007, використовуючи тональний метод набору;
· ATA ручна відповідь на звінок.
Для встановлення сеансу зв'язку потрібно спеціально домовлятися, одночасно виконувати програму встановлення зв'язку використовуючи однаковий протокол.
Якщо врахувати вартість телефонного зв'язку то використання модему доцільне при передаванні, прийманні невеликих обсягів інформації.

Просторова структура мережі, топологія

Топологія, з англ., означає просторову структуру з'єднання учасників мережі (серверів, робочих станцій) мережі.

Вибір топології визначає просторову структуру і розміщення комп'ютерів об'єднаних у мережу, а також розподільні пристрої, що необхідні для з'єднання кабелів. Правильно вибрана топологія спрощує масштабування (розширення) мережі у майбутньому. Назви різних топологій обумовлені зовнішнім видом схеми підключення кабелів між серверами і робочими станціями. Основні типи -- шина, зірка, і кільце. Якщо в мережі використовується кілька топологій одночасно, то говорять про комбіновану топологію.

Шинна топологія. При використанні топології з загальною шиною (рис.__), усі робочі станції, сервери підключені до одного загального кабелю. Щоб зрозуміти цей варіант топології, представимо окремі комп'ютери, включаючи сервер, як автобусні зупинки на маршруті автобуса. Встановлення постійного зв'язку між такими окремими зупинками називається мережевою шиною.

Головні властивості топології шина:

· низька вартість;

· простота модернізації, нові хости можуть бути легко підключені до шини, проте, якщо

· недостатня надійність. Надійність роботи мережі залежить від якості з'єднання у кожному сегменті кабелю. Якщо шинний кабель розірветься внаслідок розтягу або дефекту, то вся мережа вийде з ладу.

Зірка. При використанні топології зірка всі робочі станції підключаються безпосередньо до спеціального розподільного пристрою, що управляє обміном повідомлень (рис.3).

Головні властивості топології зірка:

· простота розширення системи, приєднання нового учасника мережі здійснюється приєднанням його до розподільного пристрою.

· надійність, у випадку виходу з ладу або пошкодження мережевого кабелю, мережа залишається у робочому стані.

· кількість учасників мережі визначається розподільним пристроєм;

· потрібно більша кількість кабелів, ніж для шинної топології;

· складність монтажу, можуть виникнути проблема з розташуванням розподільного пристрою, які бажано встановлювати біля робочих станцій, з метою запобігання прокладання занадто великої кількості проводів.

Кільце. При використанні цієї топології, рис., сервер підключається до робочих станцій так, як і у випадку мережі з загальною шиною -- з тією відмінністю, що останні комп'ютери на шині також підключені один до одного, створюючи тим самим замкнуту петлю. В цій топології використовують повторювачі, які фірма IBM називає модулями багатостанційного доступу (Multistation Access Unit -- MAU). Прикладом такої мережі може бути мережева технологія фірми IBM -- Token-Ring.

Головні властивості топології кільце:

· простота розширення системи;

· мала кількість кабелів.

· надійність роботи мережі залежить від якості кожного з'єднання, та працездатності учасників мережі, якщо один мережевий комп'ютер вийде з ладу або хоча б одне з'єднання буде порушене мережа вийде з ладу. На практиці в якості запобіжних заходів роблять дублюючу прокладку кабелю, щоб забезпечити постійно замкнуте кільце.

Комбінована топологія. Досить часто приходиться мати справу не з однією конкретно вибраною топологією а кількома, коли різні відділи використовують для своїх локальних мереж різні топології. У таких випадках говорять що використовується комбінована топологія.

Наприклад, відділ кадрів використовує мережу з загальною шиною, бухгалтерія -- Token-Ring, а адміністрація використовує топологію зірка.

Ідеальна топологія. Кожна топологія має свої переваги і недоліки. В даний час найбільше популярна мережева топологія -- шина, зірка, хоча і кільце використовується досить часто. При проектуванні структури мережі необхідно уважно розглянути, яка топологія найбільше придатна до конкретних вимог.

Пристрій опрацювання

До цього часу ми говорили про об'єднання комп'ютерів у мережу, але ні разу не згадали про пристрої опрацювання даних, функції які вони можуть виконувати. На рівні середовища обміну даних, пристроїв приймання та передавання всі учасники мережі є рівноправними, між ними немає ніякої відмінності. Різниця з'являється на рівні опрацювання даних. Основне призначення комп'ютерних мережа є спільне використання визначених ресурсів, тобто якийсь комп'ютер виділяє ресурси, інший їх використовує.

Якщо розглядати структуру комп'ютерної мережі з цієї точки зору то можна виділити комп'ютер, що виділяє ресурси у мережу, тобто дозволяє користуватися своїми дисками, принтерами іншим -- сервером. І комп'ютер, що використовує надані ресурси -- клієнт, або робоча станція.

Локальна мережа являє собою комунікаційну систему, що дозволяє спільно використовувати ресурси та периферійні пристрої комп'ютерів залучених до мережі, такі як принтери, плоттери, диски, модеми, приводи CD-ROM та інше. Це досягається за допомогою спеціально обладнаних комп'ютерів з`єднаних між собою середовищем обміну даних і встановленим відповідним програмним забезпеченням.

Хост - учасник мережі: комп'ютер, спеціальний принтер тощо. Невеликі скупчення хостів називають сайтами (site).

Мережа -- сукупність хостів які обмінюються повідомленнями, часто покладаючись на послуги хостів-посередників для передачі даних між учасниками.

Сервер -- досить потужний комп'ютер який надає свої ресурси (диск, принтер) для спільного використання іншими учасниками мережі.

Робоча станція -- це персональний комп'ютер приєднаний до мережі і може використовувати ресурси сервер.

Програми, що виконуються на різних комп'ютерах мережі можуть використовувати файли, що зберігаються на сервері, робочі станції мають можливість користуватися потужним лазерним принтером, що приєднаний до сервера (що не забороняє іншим клієнтам мати локально приєднанні принтери).

Переваги: простота побудови даної мережі, всі комп'ютери залучені до роботи.

Недоліки: децентралізація ресурсів, складність адміністрування.

У випадку коли є один, або кілька комп'ютерів, що надають свої ресурси для спільного використання, контролюють використання спільних ресурсів говорять про мережу з виділеним сервером. У мережі два три і більше серверів. Наприклад один виконує функції файлового сервера, другий сервера друку і поштового сервера.

Мережі з виділенним сервером більш спеціалізовані і використовують у мережах з великою кількістю робочих місць, де необхідно централізовано зберігати і опрацьовувати дані (документи, бази даних), забезпечити надійний контроль за використання мережевих ресурсів.

Переваги: централізоване адміністрування, можливість контролю доступу, централізовене зберігання даних.

Недоліки: виділення окремого комп'ютера найчастіше, самого потужного для виконання тільки функцій сервера, топологія мережі може бути досить складною.

Модель взаємодії відкритих систем ISO/OSI (Open System Interconnection)

Міжнародна організація стандартизації (ISO) запропонувала модель для розробки відкритих систем, тобто таких, що можуть обмінюватися повідомленнями з іншими системами. Відповідно до запропонованої моделі середовище зв'язку поділено на 7 рівнів (рис __). Сукупність цих рівнів називається моделлю взаємодії відкритих систем (моделлю ISO/OSI).

Кожен рівень використовує різні одиниці виміру кількості даних. Рівні додатка (прикладний рівень), представлення, сеансовий, транспортний,-- використовують термін «повідомлення» як одиницю виміру. Мережевий рівень трактує дані як «пакети», а рівень з'єднання-- як «кадр». Фізичний рівень використовує біти-- послідовністі нулів і одиниць.

Рис. __. Мережеві рівні моделі ISO/OSI

Страницы: 1, 2, 3, 4



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.