Компютерні мережі Загальні відомості про компютерні мережі. Поняття компютерних мереж.

У загальному випадку комп'ютерна (або обчислювальна) мережа представляє собою вузли (≥2), з'єднані лініями зв'язку. Функціонування такої мережі забезпечують як апаратні, так и програмні засоби.

Комп'ютерні мережі створюються з метою забезпечення:

1. Обміну даними;

2. Спільного використання периферійних пристроїв та ресурсів;

3. Виконання розподілених обчислень.

Обмін даними між вузлами відбувається при вирішенні будь-якої задачі з наведеного переліку, з тією різницею, що у першому випадку він є метою, а у двох інших – лише інструментом для досягнення результату.

Вузли мережі можуть бути представлені периферійними пристроями, різноманітними ЕОМ від персональних комп’ютерів до потужних серверних систем, а також комунікаційним обладнанням (повторювачами, концентраторами, комутаторами, маршрутизаторами тощо). Вузлове обладнання може бути як пасивним, так і працювати під керуванням ПЗ, зокрема ОС.

Лінії зв'язку призначені для передачі даних між вузлами мережі і представляють собою середовища, у яких можуть відбуватись фізичні процеси переносу енергії, і відповідно, у яких можуть поширюватись сигнали. У якості ліній зв'язку та сигналів використовують: металевий кабель та електричні сигнали, оптичне волокно та світлові сигнали, ефір та радіосигнали. У вузлі-передавачу дані перетворюються за певними правилами у сигнали, вводяться у лінії зв'язку, а у вузлі-приймачу відбувається зворотне перетворення сигналів у дані.

Класифікація компютерних мереж

Класифікувати мережі можна за багатьма факторами:

1. За розмірами охопленої території:

   1. Локальні мережі, LAN – Local Area Network. Вузли, з'єднані в LAN, можуть бути розміщені як у одному приміщенні, наприклад, два комп'ютери у кімнаті, так і у багатьох приміщеннях багатоповерхової споруди, наприклад. кілька сотень комп'ютерів адміністративної будівлі підприємства. В загальному випадку, вузли LAN сконцентровані в межах будівлі.

   2. Глобальні мережі, WAN – Wide Area Network. Всі мережі, що не є локальними, називаються глобальними. Як правило, у складі глобальної мережі можна виділити утворюючі її локальні мережі. Мережа, що з'єднує декілька (університетських) корпусів, називається CAN – Campus Area Network. Мережа, що охоплює основні райони міста чи місто в цілому, носить назву MAN – Metropolitan Area Network. І CAN, і MAN – це різновиди WAN, їх спеціальні назви лише підкреслюють розміри охопленої мережею території.

2. По типу функціональної взаємодії:

   1. Мережі з виділеним сервером, у яких "клієнтські" вузли (т.зв. робочі станції) можуть отримувати доступ до ресурсів мережі через "серверні" вузли.

   2. Однорангові мережі, вузли яких є рівноправними, і у яких одні вузли можуть виступати по відношенню до інших у ролі як клієнтських, так і серверних вузлів

   3. Частково децентралізовані мережі (гібридні мережі), в яких існують "серверні" вузли, які, однак, призначені лише для координації роботи вузлів мережі, збору та представлення інформації про наявні ресурси мережі та їхній статус.

3. Локальні мережі, крім того, можна класифікувати, виходячи з топології зв'язків між вузлами мережі. Розрізняють повнозв'язну та неповнозв'язні топології.

   1. П овнозв'язна топологія відповідає мережі, в якій кожен вузол безпосередньо зв'язаний з рештою вузлів. Хоча така мережа є надзвичайно надійною, її надійність нівелюється громіздкістю та економічною неефективністю: для зв'язування N вузлів необхідна наявність на кожному з вузлів N – 1 комунікаційних портів та N(N – 1)/2 ліній зв'язку.

Рис.1. Мережа з повнозв'язною топологією.

2. Неповнозв'язні топології реалізуються з повнозв'язної шляхом видалення деяких ліній зв'язку, в них для обміну даними між двома вузлами може знадобитись проміжна передача даних через інші вузли. Типовими неповнозв'язними топологіями є:

   1. Кільцева топологія. В мережах з кільцевою топологією дані передаються по кільцю від одного вузла до іншого. Кільце по своїй природі володіє властивістю резервування зв'язків. Дійсно, довільна пара вузлів з'єднана двома шляхами – за годинниковою стрілкою та проти. Кільце представляє собою зручну конфігурацію для організації зворотного зв'язку – дані, зробивши повний оберт, повертаються до вузла-відправника, який може контролювати процес доставки даних. В той же час в мережах з кільцевою топологією необхідно приймати спеціальні міри для запобігання ситуації, коли при виході з ладу одного з вузлів не переривався зв'язок між іншими вузлами кільця.

   2. Топологія "зірка" утворюється у випадку, коли лінії зв'язку від всіх вузлів мережі сходяться до центрального вузла, що називається концентратором. У випадку "зірки" вихід з ладу окремого вузла (не концентратора) чи лінії зв'язку не позначається на працездатності решти вузлів. Недолік даної топології полягає у її незначній здатності до нарощування вузлів, яка обмежується кількістю портів концентратора.

Рис 2. Мережі з топологіями "кільце" та "зірка"

3. Топологія "дерево" – ієрархічно з'єднані концентраторами між собою мережі з топологією "зірка". Топологія "дерево" хоча і дозволяє обійти головний недолік топології "зірка", але вихід з ладу лінії зв'язку між двома концентраторами ізолює частини мережі по обидві боки розриву.

4. Т опологія "загальна шина" передбачає приєднання всіх вузлів мережі до спільної лінії зв'язку – т.зв. шини, або магістралі. Перевагами такої топології є її низька вартість та простота нарощування, недоліком – низька надійність. "Загальна шина" представляє собою частковий випадок топології "зірка", у якій у якості концентратора виступає лінія зв'язку – пасивний кабель у випадку кабельних мереж або ефір у випадку бездротових.

Рис 3. Мережі з топологіями "дерево" та "загальна шина".

В той час, як невеликі локальні мережі володіють типовою топологією, великим локальним або глобальним мережам властива наявність довільних зв'язків між вузлами. В таких мережах можна виокремити окремі фрагменти (підмережі), що мають типову топологію локальних мереж, і тому вони називаються мережами зі змішаною топологією.