1 Базові концепції комп'ютерних мереж
1.1 Класифікація мереж
Залежно від фізичних властивостей та характеристик програмного забезпечення виділяють декілька різних типів мереж, які можна класифікувати за такими ознаками: область (масштаб) дії, засоби адміністрування, мережеві операційні системи, протоколи, топологія, архітектура.
1.1.1 Класифікація мереж за масштабом
Мережі поділяють на декілька категорій, що враховують географічний район, який охоплює мережа, та меншою мірою розмір мережі:
Персональні мережі PAN (Personal Area Network) забезпечують безпровідний зв'язок користувачів за технологіями Bluetooth або InfraRed на невеликих відстанях (до 10 м);
Локальні мережі LAN (Local Area Network) дозволяють об'єднувати комп'ютери, розташовані в обмеженому просторі 50-100 м (рисунок 1.1). Для локальних мереж, як правило, прокладається спеціалізована кабельна система, і положення можливих точок підключення абонентів обмежене цією кабельною системою. Іноді в локальних мережах використовують і безпровідний зв'язок (wireless), але і за таких умов можливості переміщення абонентів є обмеженими;
Кампусні мережі CAN (CampusArea Network) є локальними мережами розташованих поблизу будівель і які можна об'єднувати у великомасштабні утворення – кампусні мережі, наприклад, локальні мережі студентських містечок;
Рисунок 1.1 – Локальна мережа, обмежена невеликою
площею
Міські мережі MAN (Metropolitan Area Network) – мережа в масштабах міста;
Регіональні мережі WAN (Wide Area Network – широкомасштабна мережа), приклад використання мережі WAN у складі корпоративної мережі показано на рисунку 1.2;
Рисунок 1.2 – Приклад використання WAN-мережі
В складі корпоративної мережі
Глобальні GAN (Global Area Network – глобальна мережа) (рисунок 1.3) є мережами країн, континентів. Мережею мереж називають глобальну мережу – Інтернет.
Рисунок 1.3 – Структура глобальної мережі, де ВК – вузол
Комутації (за [5])
У глобальних мережах застосовуються інші технології, ніж у локальних: кожній технології відповідають свої типи обладнання або використовується інфраструктура існуючих публічних засобів зв'язку. В останньому випадку абоненти комп'ютерної мережі можуть підключатися до мережі в довільних пунктах, охоплених мережею телефонії, ISDN або кабельного телебачення. Глобальні мережі поділяють на розподілені та централізовані. У розподілених глобальних мереж (наприклад, Internet) немає центрального пункту керування. З іншого боку, централізована глобальна мережа має центральний сервер, або центральний вузол (зазвичай в центральному офісі компанії), до якого підключена решта мереж.
1.1.2 Класифікація мереж за способами адміністрування
Класифікація мереж за способами адміністрування залежить від того, хто і як в мережі керує розподіленими ресурсами. Комп'ютерна мережа може бути побудована такими способами:
однорангова (peer-to-peer) робоча група, де всі комп’ютери мають рівні права, тобто один ранг. Тому кожний комп’ютер може виконувати функції як сервера (надавати власні ресурси у користування іншому компютерові), так і клієнта (використовувати надані йому ресурси). Кожний користувач самостійно керує ресурсами свого комп’ютера;
мережа клієнт/сервер (client/server), у якій функції адміністрування має головний комп’ютер (сервер) із спеціальною мережною операційною системою, яка виконує автентифікацію користувачів, паролів та інші процедури реєстрації та доступу. Всі інші машини мережі названі клієнтами або робочими станціями (workstations).
Недоліком однорангових мереж є їх невелика продуктивність та низький рівень захисту даних. Це пояснюється тим, що мережеві ресурси зосереджені на робочих станціях, яким доводиться одночасно виконувати функції клієнтів і серверів.
У серверних мережах здійснюється чіткий поділ функцій між комп'ютерами: одні з них постійно є клієнтами, а інші – серверами. Враховуючи різноманіття послуг, що надають комп'ютерні мережі, існує декілька типів серверів: сервер баз даних, файловий сервер, поштовий сервер, web-сервер тощо.
Файловий сервер – комп'ютер, основною функцією якого є збереження, управління і передача файлів даних. Він не опрацьовує і не змінює файли, які ним зберігаються і передаються. Сервер може "не знати", чи є файл текстовим документом, графічним зображенням або електронною таблицею. Загалом на файловому сервері можуть бути відсутні клавіатура і монітор. Усі зміни у файлах даних здійснюються з клієнтських робочих станцій. Для цього клієнти зчитують файли даних з файлового сервера, здійснюють необхідні зміни даних і повертають їх знову на файловий сервер. Така організація є найбільш ефективною при роботі великої кількості користувачів із спільною базою даних. Потрібний рівень захисту даних забезпечує системний адміністратор. Вибір оптимального рішення залежить від конкретної ситуації.
1.1.3 Класифікація мереж
за мережевими операційними системами
Мережі класифікують за встановленими на серверах мережевими операційними системами, які здійснюють управління мережею:
Windows (Windows NT, Windows 2003, Windows 2008 );
UNIX (Linux);
NetWare.
В багатьох мережах на серверах встановлені декілька різних мережевих операційних систем.
1.1.4 Класифікація мереж за мережевими протоколами
Класифікація мереж за мережевими протоколами – наборами (стеками) правил, яких мають дотримуватися, пов’язані комп’ютери при інсталяції та виконанні зв'язку мережею. Найбільш поширені набори протоколів мереж:
стек протоколів ТСР/ІР;
NetBIOS;
стек ІРХ/SPX;
стек OSI;
стек AppleTalk.
1.1.5 Класифікація мереж за топологією
Мережі можна класифікувати також за їх фізичною або логічною топологією. Фізична топологія означає форму мережі, тобто, шлях прокладання кабелю. Логічна топологія – це шлях проходження сигналів з одного пункту мережі в інший. Найпоширеніші топології локальних мереж:
шина (моноканал);
кільце;
зірка;
дерево;
комбінована.
Ці топології детальніше представлені у наступному розділі.
1.1.6 Класифікація локальних мереж за архітектурою
Поняття мережної архітектури вміщує набор специфікацій, які визначають фізичну та логічну топології, типи кабелів, обмеження на відстань, методи мережного доступу, розмір пакетів, структуру заголовків та інші фактори. Іноді ці специфікації називають протоколами канального рівня. В наш час найпопулярнішими архітектурами мереж є:
Ethernet;
Token Ring;
Apple Talk.
1.2 Режими передачі даних
Мережі поділяють також на два класи використання каналу передачі даних, що розрізняються способом: мережі з селекцією даних і маршрутизацією даних.
У мережах з селекцією даних існує загальний канал передачі, до якого підключені всі вузли. У кожний момент часу каналом володіє тільки один вузол, який видає дані в канал. Будь-який виданий в канал блок даних отримують (у вигляді копій) всі вузли мережі. Кожний вузол перевіряє адресу одержувача, яка передана з блоком даних, і, порівнявши його з власною адресою, у разі збігу обробляє отримані дані, а у разі неспівпадання – відкидає їх (знищує свою копію).
Мережі з маршрутизацією даних складаються з безлічі окремих каналів, що сполучають два вузла мережі. Пара вузлів, що мають загальний канал, можуть передавати дані один одному незалежно від решти вузлів мережі. Для передачі даних між вузлами, що не мають загального каналу, необхідно задіювати один або декілька інших вузлів, які здійснили б маршрутизацію інформації, яка передається.