Мережа (логічна) – сукупність вузлів мережі, що мають єдину систему адресації третього рівня моделі OSI. Прикладами можуть бути IPX-мережа, IP-мережа. Кожна мережа має свою власну адресу, цими адресами оперують маршрутизатори для передачі пакетів між мережами. Мережа може бути розбита на підмережі (subnet) з адресацією на тому ж третьому рівні. Мережа може складатися з множини сегментів.

Хмара (cloud) – комунікаційна інфраструктура з однорідними зовнішніми інтерфейсами, подробицями організації якої не цікавляться. Приклад хмари: міська-міжміська-міжнародна телефонна мережа: у будь-якому її місці можна підключити телефонний апарат і зв'язатися з будь-яким абонентом.

За способом використання кабельних сегментів розрізняють:

Двопунктові з'єднання (point-to-point connection) – між двома вузлами, сполученими симетричними електричними (скрученими парами) і оптичними кабелями.

Багатопунктові з'єднання (multi point connection) – до одного кабельного сегменту підключається більше двох вузлів. Типове середовище передачі – несиметричний електричний кабель (коаксіальний кабель), можливе застосування і оптичних кабелів. З'єднання пристроїв ділянками кабелю один за одним називається ланцюговим (daisy chaining).

Проміжні системи (IS). Ці пристрої класифікуються за рівнями моделі OSI таким чином:

Повторювач (repeater) – пристрій фізичного рівня, що дозволяє долати топологічні обмеження кабельних сегментів. Інформація з одного сегменту в інший передається побітно, аналіз інформації не проводиться.

Міст (bridge) – засіб об'єднання сегментів мереж. Рішення про просування (передачі в іншій сегмент, forvarding) або фільтрацію (ігнорування, (filtering) кадру ухвалюється на базі інформації 2-го рівня. Міст МАС-підрівня об'єднує сегменти мережі в межах однієї технології. Міст LLC-підрівня, він же транслюючий міст (translating bridge), з'єднує сегменти мереж із різними технологіями (наприклад, Ethernet–Fast Ethernet, Ethernet–Token Ring, Ethernet -FDDI).

Міст може бути «прозорим» (transparent bridge), присутність такого моста ніяк не відбивається на діях вузлів; він сам визначає, чи потрібна передача кадру з одного сегменту в іншій і в якій саме( Ethernet). В протилежність прозорим існують і мости з маршрутизацією від джерела (SRB – Source Routing Bridge): джерело кадру повинне вказати трасу його передачі, характерні для Token Ring.

Міст може бути локальним, віддаленим або розподіленим. Локальний міст – пристрій з двома або більш інтерфейсами, до яких підключаються сегменти локальних мереж, що сполучаються. Віддалені мости сполучають сегменти мереж, значно віддалені один від одного, через лінію зв'язку. Розподіленим мостом є сукупність інтерфейсів якоїсь комунікаційної хмари, до яких підключаються сегменти мереж, що з'єднуються.

У кадрі, що пересилається, міст може модифікувати інформацію тільки другого рівню. Міст може виконувати фільтрацію за правилами, що задані адміністративно.

Комутатор (switch) другого рівня виконує функції мостів, але використовується для сегментації – розбиття мереж на дрібні сегменти з метою підвищення пропускної спроможності. Інтелектуальні комутатори використовуються для побудови ВЛМ (Virtual LAN, віртуальні локальні мережі). Комутатор третього рівня (L3 switch) виконує завдання, близькі завданням маршрутизаторів, і ряд інших (побудова віртуальних локальних мереж) з високою продуктивністю. В даний час комутатори почали «забиратися» і на четвертий (транспортний) рівень.

Маршрутизатор (router) працює на третьому рівні і використовується для передачі пакетів між мережами. Маршрутизатор в пакетах, що пересилаються, модифікує деякі поля заголовка третього рівня, виконує фільтрацію на основі інформації мережного рівня (і вище). На відміну від повторювачів і мостів/комутаторів, присутність маршрутизатора відома вузлам мереж, підключених до його інтерфейсів. Кожний порт маршрутизатора має свою мережну адресу, на цю адресу вузли надсилають пакети, призначені вузлам інших мереж.

2.6. Топології

Кожна мережна технологія має характерну для неї топологію з'єднання вузлів мережі і метод доступу до середовища передачі (media access method). Ці категорії пов'язані з двома·нижніми рівнями моделі OSI.

Розрізняють фізичну топологію, що визначає правила фізичних з'єднань вузлів (прокладку реальних кабелів), і логічну топологію, що визначає напрями потоків даних між вузлами мережі.

Фізичні топології – шина (моноканал) (bus); зірка (star); кільце (ring), дерево (tree), сітка (mesh) ілюструє рисунок 2.4..

У логічній шині інформація (кадр), що передається одним вузлом, одночасно доступна для всіх вузлів, підключених до одного сегменту. Передачу даних на рівень, що знаходиться вище (LLC-підрівень), проводить тільки той вузол (вузли), якому адресований цей кадр.

У логічному кільці інформація передається послідовно від вузла до вузла. Кожний вузол приймає кадри тільки від попереднього і посилає тільки подальшому вузлу по кільцю. Вузол транслює далі по мережі всі кадри, а обробляє тільки ті, що адресовані йому. Мережа реалізована на фізичній топології кільця або зірки з внутрішнім кільцем в концентраторі. На логічному кільці побудовані мережі Token Ring і FDDI.

Найчастіше використовують топології "зірка" , "розподілена зірка", "дерево".

Рисунок 2.4 – Види фізичної топології:

а – шина, б – зірка, в – кільце, г – дерево, д – сітка

2.7. Методи доступу до середовища передавання та їх класифікація

Метод доступу (access method) – це набір правил, що регламентують спосіб отримання в користування (“захоплення”) середовища передачі. Метод доступу визначає, в який спосіб вузли дістають можливість передавати дані.

Виділяють такі класи методів доступу:

• селективні методи,

• змагальні методи (методи випадкового доступу),

• методи, засновані на резервуванні часу,

• кільцеві методи.

Всі методи доступу, окрім змагальних, утворюють групу методів детермінованого доступу.

При використанні селективних методів для того, щоб вузол міг передавати дані, він повинен отримати дозвіл. Метод називається опитом (polling), якщо дозволи передаються всім вузлам по черзі спеціальним мережевим устаткуванням. Метод називається передачею маркера (token passing), якщо кожний вузол після закінчення передачі передає дозвіл наступному.

Методи випадкового доступу (random access methods) засновані на “змаганні” вузлів за діставання доступу до середовища передавання. Випадковий доступ може бути реалізований в різний спосіб: базовим асинхронним, з тактовою синхронізацією моментів передачі кадрів, з прослуховуванням каналу перед початком передачі (“слухай, перш ніж говорити”), з прослуховуванням каналу під час передачі (“слухай, поки говориш”). Можуть бути використані одночасно декілька способів з перерахованих.

Методи, засновані на резервуванні часу, зводяться до виділення інтервалів часу (слотів), які розподіляються між вузлами. Вузол отримує канал в своє розпорядження на всю тривалість виділених слотів. Існують варіанти методів, що враховують пріоритети, – вузли з вищим пріоритетом отримують більшу кількість слотів.

Кільцеві методи використовуються в ЛМ з кільцевою топологією. Кільцевий метод вставки регістрів полягає в підключенні паралельно до кільця одного або декількох буферних регістрів. Дані для передачі записуються в регістр, після чого вузол чекає міжкадрового проміжку. Потім вміст регістра передається в канал. Якщо під час передачі поступає кадр, він записується в буфер і передається після своїх даних.

Розрізнюють клієнт-серверні і однорангові методи доступу.

Клієнт-серверні методи доступу припускають наявність в мережі центрального вузла, який скеровує решту вузлів. Такі методи розпадаються на дві групи: з опитом і без опиту. Серед методів доступу з опитом найбільш поширені “опит із зупинкою і очікуванням” і “безперервний автоматичний запит на повторення” (ARQ). У будь-якому випадку первинний вузол послідовно передає вузлам дозвіл на передачу даних. Якщо вузол має дані для передачі, він видає їх в середовище передачі, якщо немає – або видає короткий пакет даних типу “даних немає”, або просто нічого не передає.

При використанні однорангових методів доступу всі вузли мають однакові права. Мультиплексна передача з тимчасовим розділенням – найбільш проста однорангова система без пріоритетів, що використовує жорсткий розклад роботи вузлів. Кожному вузлу виділяється інтервал часу, протягом якого вузол може передавати дані, причому інтервали розподіляються порівну між всіма вузлами.

Множинний доступ з контролем частоти- носія і визначенням колізій (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) – найбільш поширений метод випадкового доступу з тих, що застосовуються в локальних мережах. Всі вузли мережі постійно прослуховують канал (контроль частоти-носія). Якщо вузол має дані для передачі, він чекає тиші в каналі і починає передачу. При цьому може статися так, що інший вузол теж виявив, що канал вільний і теж почав передачу. Така ситуація називається колізією. Оскільки всі вузли, які передають дані, продовжують прослуховувати канал, вони можуть виявити накладення сигналів від різних джерел. При виявленні колізії передавачі видають в канал спеціальну послідовність бітів – “затор” для сповіщення решти вузлів про колізію. Потім всі вузли- передавачі припиняють передачу і планують її на пізніший час. Величина паузи обирається випадковим чином.

Метод передачі маркера відноситься до селективних детермінованих однорангових методів доступу. Мережі з шинною топологією, що використовують передачу маркера, називаються мережами типу “маркерна шина” (token bus), а кільцеві мережі – мережами типу “маркерне кільце” (token ring).

У мережах типу “маркерна шина” маркером є кадр, що містить поле адреси, в яке записується адреса вузла, якою надається право доступу до середовища передачі. Після передачі кадру даних, передавач-вузол записує в маркер адресу наступного вузла і видає маркер в канал.

Мережі типу “маркерне кільце”, які є мережами з кільцевою топологією, мають послідовну конфігурацію: кожна пара вузлів зв'язана окремим каналом, а для функціонування мережі необхідне функціонування всіх вузлів. У таких мережах маркер не містить адреси вузла, якому дозволена передача, а містить тільки поле зайнятості, яке може мати одне з двох значень: “зайнято” і “вільно”. Коли вузол, що має дані для передачі, отримує вільний маркер, він змінює стан маркера на “зайнято”, а потім передає в канал маркер і свій кадр даних. Станція-одержувач, розпізнавши свою адресу в кадрі даних, прочитує призначені їй дані, але не змінює стану маркера. Змінює стан маркера на “вільно” (після повного оберту маркера з кадром даних по кільцю) той вузол, який його зайняв. Кадр даних при цьому видаляється з кільця. Вузол не може повторно використовувати маркер для передачі іншого кадру даних, а повинен передати вільний маркер далі по кільцю і дочекатися його отримання після одного або декількох обертів.

Рівнорангові пріоритетні системи включають пріоритетні слотові системи, системи з контролем частоти-носія, без колізій і системи з передачею маркера з пріоритетами.

Пріоритетні слотові системи подібні до систем з мультиплексною передачею з тимчасовим розділенням, але видача слотів відбувається з урахуванням пріоритетів вузлів. Критеріями для встановлення пріоритетів можуть бути: попереднє володіння слотом, час відповіді, об'єм передаваних даних й ін.

Системи з контролем частоти-носія без колізій (CSMA/CA, Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) відрізняються від систем з виявленням колізій наявністю у вузлів таймерів, що визначають безпечні моменти передачі. Тривалість таймерів встановлюється залежно від пріоритетів вузлів: станції з вищим пріоритетом мають меншу тривалість таймера.

Пріоритетні системи з передачею маркера визначають пріоритети вузлів таким чином, що чим менший номер вузла, тим вищий його пріоритет. Маркер при цьому містить поле резервування, в яке вузол, що збирається передавати дані, записує своє значення пріоритету. Якщо в кільці зустрінеться вузол з вищим пріоритетом, який теж має дані для передачі, цей вузол запише своє значення пріоритету в полі резервування, чим перекриє попередню заявку (зберігаючи старе значення поля резервування у власній пам'яті). Якщо маркер, що поступив на вузол, містить в полі резервування значення пріоритету даного вузла, даний вузол може передавати дані. Після оберту маркеру по кільцю і його звільнення вузол-передавач повинен відновити в маркері значення поля резервування, яке збережене в пам'яті.

Резюме

Канали зв'язку з'єднують мережі комп'ютерів або тільки на час сеансу (комутовані), або постійно (призначені). Термінальне обладння DTE та апаратура передачі даних DСE призначені для передавання даних комп'ютерними мережами. Система міжмережної взаємодії містить апаратне та програмне забезпечення. Протоколом названі правила передавання інформації між двома пунктами.

Для уніфікації процесів обміну використовують запропоновану ITU-T еталонну модель взаємодії відкритих систем OSI (містить 7 рівнів), а також стек, який є основою Інтернету – TCP/IP ( вміщує 4 рівня) та інші моделі. Кожному рівню належить виконання спеціальних функцій перетворення інформації.

Залежно від області дії існують стандарти окремих компаній, стандарти спеціальних комітетів та об'єднань, національні стандарти, міжнародні стандарти мереж. Стандарти ІЕЕЕ 802.х розроблені для комп'ютерних мереж різних конфігурацій і допомагають спростити процес обміну.

На різних рівнях моделі функціонують топологічні елементи мереж: повторювачи, комутатори, мости, маршрутизатори, шлюзи. Відомі логічні та фізичні топології мереж, серед яких більш поширеною є " розподілена зірка". Доступ до мережу реалізується стохастичними та детермінованими методами. Завдяки технології Ethernet найпоширенішим є метод випадкового доступу з виявлянням колізій CSMA/CD.