1. Поняття комп’ютерної мережі. Технології передачі даних.

Розподілені системи - це мережі, головна ознака яких - наявність кількох центрів оброблення даних, що дає змогу виконувати паралельні обчислення. До роз­поділених систем належать мультипроцесорні комп'ю­тери, багатомашинні системи, комп'ютерні мережі.

Мультипроцесорний комп'ютер - комп'ютер з кількома про­цесорами, кожен з яких незалежно від інших виконує свою програму, а взаємодія між ними відбувається через спільну оперативну пам'ять.

Усі процесори мають спільну ОС, що керує обчислю­вальним навантаженням між процесорами. Терито­ріальну розподіленість мультипроцесор не підтримує - всі його блоки розташовані в одній конструкції. Найго­ловніша особливість - висока продуктивність завдя­ки паралельній роботі процесорів, відмовостійкість.

Багатомашинна система - обчислювальний комплекс, що міс­тить кілька комп'ютерів, кожен з яких працює під керуванням власної ОС.

Програмні та апаратні засоби зв'язку комп'ютерів за­безпечують роботу всіх комп'ютерів як єдиного цілого. Ці засоби мають високу швидкість і містять програмні модулі, що розподіляють обчислювальне навантаження та здійснюють синхронізацію обчислень. У багатомашин­них системах досягаються висока відмовостійкість, до­сить висока продуктивність (але менша, ніж у мультипроцесорів, через слабкіші зв'язки між процесорами).

Комп'ютерна мережа - сукупність комп'ютерів, об'єднаних засобами передачі даних.

За допомогою зв'язку один комп'ютер дістає доступ до таких ресурсів іншого, як дані, периферійні пристрої (принтери, модеми, факси тощо); ця властивість назива­ється прозорістю мережі. Використання комп'ютерних мереж дає такі переваги підприємству, як розподіл ре­сурсів великої вартості, вдосконалення комунікацій, по­ліпшення доступу до інформації, швидке та якісне при­йняття рішень, територіальний розподіл комп'ютерів.

Залежно від розташування комп'ютерів мережі по­діляють на локальні та глобальні.

Глобальна мережа може включати інші такі мере­жі, локальні мережі, окремі віддалені комп'ютери. У свою чергу, глобальні мережі можуть бути міськими, ре­гіональними, національними, транснаціональними. Еле­менти таких мереж можуть розташовуватися на знач­ній відстані один від одного.

Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) об'єднують комп'ютери, розташовані на віддалі не більше кількох кілометрів, які з'єднуються між собою за допомогою швидкісних ліній зв'язку і спільно використовують про­грамні та апаратні ресурси. Як правило, ЛОМ створю­ють у межах однієї організації. Такі мережі також на­зиваються корпоративними системами.

Об'єднання в мережу різноманітних комп'ютерів і операційних систем є досить складним. При передачі потоків даних від одного комп'ютера до іншого по лініях зв'язку потрібно, щоб дані потрапили туди точно в тому вигляді, у якому вони були відправлені, а у випадку збою в мережі маршрут їх передачі був змінений так, щоб вони все-таки досягли місця призначення.

1.1. Основні принципи організації мпд

Мережі передачі даних з'явилися в результаті розвитку комп'ютерних технологій. Така мережа — це сукупність комп'ютерів, з'єднаних каналами (лініями) зв'язку, що утворені із кабелів, мережевих адаптерів та інших комунікаційних пристроїв. Загальна структура мережі включає вузли зв'язку (ВЗ), з'єднані між собою каналами зв'язку, що утворюють разом мережу передачі даних (МПД), котра дає змогу здійснювати обмін інформацією, забезпечуючи зв'язок між користувачами, комп'ютери яких під'єднані до мережі. ВЗ можуть також включати ПК. Основне завдання будь-якої мережі - надати її користувачам потенційну можливість спільного використання усіх під'єднаних до МПД ресурсів. При пошкодженні в окремих вузлах чи ПК мережа може виконувати всі або значну частину функцій за цільовим призначенням. Усе мережеве устаткування працює під управлінням системного і прикладного програмного забезпечення.

Проблема організації каналів передачі інформації бере свій початок з глибини віків. Тоді прообразом сучасних ліній зв'язку була сигналізація за допомогою вогнищ, використання оптичних і акустичних сигналів. Також давно виникла ідея ретрансляційних станцій. Сучасні радіорелейні лінії, наприклад, організовані за принципом роботи кур'єрської пошти (relay -означає заміну коней). Телефонні мережі зв'язку загального користування будували за принципом комутації каналів. Досить довго людству, було цілком достатньо звичайного аналогового телефонного зв'язку, що розвивався, головним чином, в напрямі поліпшення якості передачі мови. Першу цифрову лінію зв'язку для передачі сигналів мови за принципом кодово-імпульсної модуляції побудувала фірма Bell Laboratories в США (1956 p.) Незабаром після появи цифрової телефонії були сформульовані основні принципи створення цифрової мережі з інтеграцією послуг Integrated Services Digital Network - ISDN. Ця мережа об'єднує служби з комутацією каналів і з пакетною комутацією, надаючи користувачеві широкий набір послуг цифрової телефонії (ідентифікацію викликаючого абонента, переадресацію виклику тощо), можливість одночасної передачі даних, а також послуги відеоконференцзв'язку.

Цифрова телефонія не тільки істотно підняла рівень якості, але і дозволила значно розширити перелік послуг, що надаються. Сучасний розвиток теле комунікацій визначається, в основному, зростанням сервісних можливостей мереж зв'язку. Крім цього, важливе місце серед послуг зв'язку сьогодні зайняла передача даних і супутніх технологій.

Передачу великих інформаційних потоків на значні відстані тепер здійснюють за допомогою кабельних, радіорелейних і супутникових ліній зв'язку. Але найперспективнішим є використання оптичних ліній зв'язку на основі волоконно-оптичних кабелів (рис 3.1). В ході чергової демонстрації можливостей оптоволоконної технології інженерам із мюнхенських лабораторій - компанії Siemens - ще в 1999 р. вдалось досягти швидкості передачі даних по одному оптичному волокну 1,2 терабіт за секунду. Щоб подолати терабітову границю, волокно за допомогою методики Wavelength Division Multiplexing (WDM) поділили на 60 каналів (рис. З.2.), кожен з яких забезпечував смугу перепускання 20Гбіт/с. Для цього використовували прототип комерційної технології Siemens – Electronic Time Division Multiplexing. Експеримент, проведений на 80-кілометровій ділянці оптоволоконної магістралі в околицях Мюнхена, зробив поштовх для розвитку обладнання для мережі та для освоєння потенціалу оптичних мереж. Найважливішим етапом у розвитку мереж стала поява стандартних мережевих технологій типу Ethernet, які дозволяють швидко й ефективно поєднувати комп'ютери різних типів. Стандартизацією функціонування мереж займаються МККТТ і Міжнародна організація зі стандартизації (ISO).

В сучасних мережах все ширше застосовують метод пакетної комутації, що звичайно використовується при передачі даних. Його переваги, пов'язані з більш ефективним завантаженням каналу зв'язку і, відповідно, меншою вартістю передачі інформації, були відомі давно, але звернули на себе увагу лише після початку експансії мережі Internet із супутніми їй програмами. Передача даних через звичайну телефон мережу загального призначення (ТМЗП), по-перше, не забезпечувала швидкості, необхідної для нових послуг, а, по-друге, зі зростанням кількості користувачів Internet з нехарактерним для телефонії трафіком взагалі стала представляти для останньої пряму загрозу.

Розвиток МПД докорінно змінює систему освіти, полегшує обмін науковими знаннями, пошук інформації, вдосконалює розповсюдження друкованих матеріалів, торгівлю, змінює стиль ведення бізнесу в агропромисловому комплексі.

Мережі передачі даних характеризують параметрами, які показують їх можливості: видами переданої інформації (мова, дані, зображення), ефективністю передачі коротких повідомлень, вартістю передачі одиниці інформації, відсутністю помилок, можливістю пріоритетного обслуговування клієнтів, гарантією недоторканості інформації і секретністю.

Класифікувати мережі передачі даних можна за призначенням (інформаційні та обчислювальні), розміщенням даних (централізовані та децентралізовані), територіальним розподілом (локальні та глобальні), за складом комп'ютерів (однорівневі та багаторівневі), а також за рівнем захисту від несанкціонованого доступу (з гарантованим сервісом та без гарантій безпеки).

МПД не дублюють наявну розгалужену комутаційну мережу телефону і телеграфу. Незважаючи на гігантські розміри світової телефонної мережі, вона не може впоратись зі зростаючими інформаційними потоками, особливо ділової інформації. Це навантаження беруть на себе комп'ютерні мережі передачі даних, які є новим кроком в розвитку інформаційних технологій.

Комп'ютерною або обчислювальною мережею називають багатомашинну систему, яка складається з розміщених на певній території комп'ютерів, які з'єднані між собою зв'язками (каналами) для передачі даних. Такий розподіл передбачає розгалуження обчислювальних засобів, програмного забезпечення та інформаційних ресурсів.

Однією з найважливіших переваг комп'ютерних мереж є можливість розпаралелювання обчислень, за рахунок чого може бути досягнуте підвищення продуктивності і відмовостійкості системи. Збільшення швидкодії приблизно пропорційне кількості комп'ютерів під'єднаних до даної мережі. Це дає змогу реалізувати в мережах різні режими мультипрограмної обробки інформації. Перевагою є також те, що мережі наближаються до споживача інформації, що зумовлює підвищення оперативності обробки даних.

Так, використання мереж ПК на виробництві дає змогу автоматизувати виробничий процес в цілому, на всіх ланках, починаючи з нижнього рівня технологічних процесів і завершуючи формуванням звітної документації про продукцію підприсмства. Сучасні мережі містять сотні комп'ютерів з різною швидкодією, надійністю, програмно-несумісними операційними системами і комплексами програм.

На сучасні інформаційні МПД покладається навантаження з передачі Й обробки даних в багатьох областях людської діяльності на національних і міжнародних рівнях. Сюди належать виробництво, управління, торгівля, банківська діяльність, міжурядові зв'язки, матеріально-технічне постачання, пошук злочинців. Крім того, мережі об'єднують бази даних для наукових досліджень, дозволяють здійснювати оперативне управління фінансовими потоками, резервування квитків у глобальному масштабі (в тому числі на авіалініях, залізниці, морському транспорті), накопичують і передають дані про стан навколишнього середовища.

Відносно трафіка інформаційних мереж існують оцінки, що міжнародний обмін даними може досягати від 10^,0 до 10'' знаків на рік. Що стосується можливостей телефонної мережі, то її використання для передачі даних обмежується робочою швидкістю не більше 9600 біт/с, порівняно більшим часом з'єднання в довгу лінію, значними помилками через взаємні перешкоди, низькою якістю ліній, їх завантаженістю телефонними розмовами. Для діалогу двох ГГК необхідна мінімальна швидкість передачі 2400 біт/с з припустимою помилкою порядку 10'⁵, при . передачі масивів даних (файлів, програм) бажана швидкість порядку 1 Мбіт/с за припустимої помилки Ю'^т.

Саме вимоги до високої надійності даних, що передаються, і до великої швидкості їх передачі викликали перехід до мереж комунікацій, розроблених спеціально для передачі даних, причому в таких мережах в кінцевих пунктах оператор замінений комп'ютером. |

Потреби в одержанні інформації в світі зростають неймовірно швидко. ;| Науково-дослідні, урядові і комерційні організації постійно потребують | доступу до акумульованої інформації. Одержання інформації від І спеціалізованих бібліотек і баз даних потребує візиту до них чи | використання поштових послуг. Комп'ютери і телекомунікаційні засоби, 1 об'єднані в мережі, дають можливість миттєвого доступу до світових спеціалізованих баз даних практично із будь-якого місця світу.

В останні роки інформаційні мережі набувають все ширшого розповсюдження, стаючи необхідними практично у всіх сферах людської діяльності. Причому, в кожному випадку ставляться різні вимоги до мережі і до спектру послуг, що надаються нею. Традиційний підхід, при якому для кожного типу послуг будується окрема мережа, вже вичерпав себе.

Єдиною альтернативою до зростання кількості різних паралельних мереж стає побудова так званих "мультисервісньїх інтегрованих мереж" загального користування. Потреба в збільшенні об'ємів інформаційних потоків і створенні нових послуг зв'язку приводить до того, що існуючі мережі виявляються неспроможними або загрожують стати такими вже в найближчому майбутньому. Тому сьогодні телекомунікаційний оператори вимушені міняти традиційну мережеву архітектуру. Інтеграція мереж стає неминучою.

Мультисервісною мережею називають телекомунікаційну структуру, що забезпечує надання різноманітних послуг зв'язку, відмінних за якісними і кількісними показниками. Саме таке рішення надасть можливість відмовитися від численних дублюючих один одну мереж, а в перспективі - впроваджувати нові послуги з різними вимогами до обсягу інформації, що передається, і до якості її передачі.

Теоретично мультисервісна мережа не повинна робити відмінностей між користувачами. Будь-який її абонент може отримувати будь-які види послуг, обмежені виключно його платоспроможністю, умовами контракту і наявністю відповідного користувацького обладнання. При цьому він може в будь-який момент або зажадати ту чи іншу послугу, або відмовитися від неї, перейшовши на більш економний режим. Саме в оперативному і безвідмовному виконанні цих вимог і полягає основна проблема функціонування мультисервісних мереж.

Кінцевою метою використання МПД на підприємстві є підвищення ефективності його роботи, що може виражатися, наприклад, у збільшенні прибутку підприємства. Дійсно, завдяки застосуванню нових досягнень IT можна знизити витрати на виробництво вже існуючого продукту або скоротити терміни розробки нових моделей, що прискорює обслуговування замовлень споживачів, а це означає, що сучасному підприємству дійсно потрібно об'єднувати наявні комп'ютери за допомогою МПД.

Концептуальною перевагою розподілених систем (а значить, і мереж) перед централізованими системами є їхня здатність виконувати паралельні обчислення. За рахунок цього в системі з декількома комп'ютерами (вузлами) можна досягти такої продуктивності, що перевищує максимально можливу на даний момент продуктивність будь-якого окремого високорезультативного процесора. Розподілені системи потенційно мають краще співвідношення продуктивність - ціна, ніж централізовані системи.

Ще одна очевидна і важлива перевага розподілених систем - це принципово вища відмовостійкість. Під цим розуміють здатність системи виконувати свої функції (можливо, не в повному обсязі) при відмовленнях окремих елементів апаратури і неповної доступності до даних. Основою підвищеної відмовостійкості розподілених систем є надмірність залучених засобів. Надмірність вузлів обробки даних (процесорів у багатопроцесорних системах чи комп'ютерів у мережах) дає змогу при відмові одного вузла перепризначувати приписані йому завданні на інші вузли. З цією метою в розподіленій системі можуть бути передбачені процедури динамічної чи статичної реконфігурації. В МПД деякі набори даних можуть дублюватися на зовнішніх запам'ятовуючих пристроях декількох комп'ютерів мережі, так що при відмові одного з них дані залишаються доступними.

Використання територіально розподілених обчислювальних систем більше відповідає розподіленому характеру прикладних задач у таких областях, як автоматизація технологічних процесів, банківська діяльність і т.п. У всіх цих випадках по деякій території розподілені окремі споживачі інформації — співробітники або технологічні установки. Ці споживачі досить автономно вирішують свої завдання, тому раціонально надавати їм власні обчислювальні засоби. Але одночасно, оскільки розв'язувані ними задачі тісно взаємозалежні, їхні обчислювальні засоби повинні бути об'єднані в єдину систему. Адекватним рішенням у такій ситуації є використання мережі.

Для користувача, крім вище названих, розподілені системи дають ще і такі переваги, як можливість спільного використання даних і пристроїв, а також можливість гнучкого розподілу робіт по усій системі. Такий розподіл дорогих периферійних пристроїв: дискових масивів великої ємності, кольорових прінтерів, модемів, оптичних дисків — у багатьох випадках є основною причиною розгортання мережі на підприємстві. Користувач сучасної мережі працює за своїм комп'ютером, часто не відаючи про те, що при цьому він користується даними іншого, продуктивнішого комп'ютера, що знаходиться за сотні кілометрів від нього. Він просто відправляє і отримує електронну пошту через модем, підключений до комунікаційного сервера, загального для декількох відділів його підприємства. У користувача створюється ілюзія, що ці ресурси підключені безпосередньо до його комп'ютера чи майже підключені, тому що для їхнього використання потрібні незначні додаткові дії в порівнянні з використанням дійсно власних ресурсів. Така властивість називається прозорістю мережі.

Останнім часом став переважати інший мотив розгортання мереж, набагато важливіший у сучасних умовах, ніж економія засобів за рахунок поділу між співробітниками корпорації дорогої апаратури чи програм. Цим мотивом стало прагнення забезпечити співробітникам оперативний доступ до великих архівів корпоративної інформації. В умовах жорсткої конкурентної боротьби в будь-якому секторі ринку виграє, зрештою, та фірма, співробітники якої можуть швидко і правильно відповісти на будь-яке запитання клієнта - про можливості їхньої продукції, про умови її застосування, про вирішення будь-яких проблем і т.п. У великій корпорації навряд чи навіть гарний менеджер може знати усі тонкості кожного з продуктів, що випускаються фірмою, тим більше що їхня номенклатура обновляється зараз кожен квартал, якщо не місяць. Тому дуже важливо, щоб менеджер мав можливість зі свого комп'ютера, підключеного до корпоративної мережі, скажемо в Тернополі, передати запитання клієнта на сервер, розміщений у центральному відділенні підприємства в Києві, і оперативно одержати якісну відповідь, що задовольняє клієнта. У цьому випадку клієнт не звернеться до іншої фірми, а буде користуватися послугами даного менеджера і надалі.

Щоб така робота була можлива, необхідна наявність не тільки швидких і надійних каналів зв'язку у корпоративній мережі, але і структурованої інформації на серверах підприємства, а також можливість ефективного пошуку потрібних даних. Цей аспект роботи мережні завжди був вузьким місцем в організації доставки інформації співробітникам - навіть при існуванні могутніх СУБД інформація в них попадала не «найсвіжіша» і не в тому обсязі, що був потрібний. Останнім часом у цій області намітився деякий прогрес, пов'язаний з використанням гіпертекстової інформаційної служби WWW — так званої технологи Internet. Ця технологія підтримує досить простий спосіб представлення текстової і графічної інформації у вигляді гіпертекстових сторінок, що дозволяє швидко помістити найсвіжішу інформацію на WWW-сервери корпорації. Крім того, вона уніфікує процес перегляду інформації за допомогою стандартних програм - Web-броузерів, робота з якими нескладна навіть для неспеціаліста. Зараз багато великих корпорацій уже перенесли величезні стоси своїх документів на сторінки WWW-серверів, і співробітники цих фірм, розкидані по усьому світі, використовують інформацію даних серверів через Internet чи intranet. Одержуючи легкий і більш повний доступ до інформації, співробітники приймають рішення швидше, і якість таких рішень, як правило, вища.

Постійне збільшення об'ємів даних, які необхідно вже не просто зберігати, але й керувати ними та забезпечувати до них доступ багатьом користувачам, стало причиною розробки загального набору можливостей МПД, який одержав назву технології "об'єктно-орієнтованих пристроїв" (англ. Object Oriented Device - OOD). Ця технологія дозволяє запам'ятовуючому пристрою розпізнавати файли, як об'єкти, визначати атрибути цих об'єктів і певним чином ними керувати.

Використання мережі приводить до удосконалення комунікацій, тобто до поліпшення процесу обміну інформацією і взаємодії між співробітниками підприємства, а також з його клієнтами і постачальниками. Мережі знижують потребу підприємств в інших формах передачі інформації, таких як телефон чи звичайна пошта. Найчастіше саме можливість організації електронної пошти є основною причиною й економічним обґрунтуванням розгортання на підприємстві мережі. Все більшого поширення набувають нові технології, що дозволяють передавати по МПД не тільки комп'ютерні дані, але аудіо і відеоінформацію. Корпоративну мережу, що інтегрує дані і мультимедійну інформацію, можна використовувати для організації аудіовідеоконференцій, і крім того, на її основі може бути створена власна внутрішня телефонна мережа.

Звичайно, мережі (МПД) мають і свої проблеми. Ці проблеми в основному пов'язані з організацією ефективної взаємодії окремих частин розподіленої системи:

По-перше, це складності, пов'язані з програмним забезпеченням -операційними системами і програмами. Програмування для розподілених систем принципово відрізняється від програмування для централізованих систем. Так, мережева операційна система, виконуючи в загальному випадку усі функції по керуванню локальними ресурсами комп'ютера, крім того вирішує численні задачі з надання мережевих послуг. Розробка мережевих програм ускладнюється через необхідність організувати спільну роботу їхніх частин, що виконуються на різних комп'ютерах. Багато турбот доставляє вироблення сумісності програмного забезпечення.

По-друге, багато проблем пов'язано з транспортуванням повідомлень по каналах зв'язку між комп'ютерами. Основні задачі тут - забезпечення надійності (щоб передані дані не губилися і не спотворювалися) і продуктивності (щоб обмін даними відбувався з прийнятними затримками). У структурі загальних витрат на обчислювальну мережу витрати на рішення «транспортних питань» складають істотну частину, у той час як у централізованих системах ці проблеми цілком відсутні.

По-третє, це питання, пов'язані із впровадженням заходів безпеки, які набагато складніше вирішувати в комп'ютерах об'єднаних мережею, ніж у централізованій системі. У деяких випадках, коли безпека особливо важлива, від використання мережі краще взагалі відмовитися.

Можна приводити ще багато «за» І «проти» використання мереж, але головним доказом їх ефективності є безперечний факт їхнього повсюдного поширення. Важко знайти скільки-небудь велике підприємство, на якому не було хоча б локальної мережі персональних комп'ютерів; усе більше і більше з'являється великих мереж із сотнями робочих станцій і десятками серверів; деякі великі організації і підприємства обзаводяться приватними глобальними мережами, що поєднують їхні філії, розташовані на тисячі кілометрів.

Використання таких мереж дає підприємству наступні можливості:

• раціональний розподіл дорогих ресурсів;

• вдосконалення комунікацій;

• поліпшення доступу до інформації;

• швидке і якісне прийняття рішень;

• свобода в територіальному розміщенні комп'ютерів. Але при створенні мереж розроблювачам доводиться вирішувати багато

організаційних і технологічних проблем. Тому керівникам і працівникам комерційних і урядових структур необхідно мати певний рівень базової підготовки у сфері технологій МПД для успішного їх впровадження і ефективної експлуатації. В наступних розділах ми розглянемо тільки найважливіші питання, причому в тій послідовності, у якій вони виникали в процесі розвитку й удосконалення мережевих технологій.