Тема 16. Комп’ютерні мережі. Види мереж

Комп'ютерна мережа — це комп'ютери та інші пристрої (принтери, плотери, сканери тощо), пов'язані між собою системою пересилання даних.

За зонами дії мережі поділяють на локальні, глобальні, міські.

Локальна мережа (англ. LAN) об'єднує комп'ютери, розташовані в одному приміщенні чи одній організації. Прикладами локальних мереж є мережі в школі, університеті, універсамі, банку, офісі, на підприємстві тощо. Головна ознака локальної мережі — порівняно короткі, швидкісні й часто добре захищені лінії зв'язку. Швидкість пересилання даних у ній становить 10, 100 або 1000 Мбіт/с і більше (1 Мбіт = 10⁶біт).

Глобальна мережа (WAN) — це декілька об'єднаних між собою локальних мереж за територіальною чи галузевою ознакою. Це банківські мережі, мережі авіакомпаній тощо. Для пересилання даних тут використовують супутникові чи інші спеціальні засоби. Інший приклад глобальної мережі — Інтернет.

Міські (регіональні) мережі (MAN) —це комп'ютери, з'єднані в межах міста чи деякого регіону.

Вони мають великий, як у глобальної мережі, радіус дії та швидкісні, як у локальній мережі, середовища передавання даних. Приклади MAN: мережі банкоматів, мережі для оплати комунальних послуг тощо.

Види локальних мереж

За способом взаємодії комп'ютерів локальні мережі бувають двох головних видів: однорангові і клієнт-серверні.

В одноранговій мережі всі її комп'ютери рівноправні. Користувачі однорангової локальної мережі зазвичай мають доступ до відкритих даних на кожному комп'ютері. Найпростіший приклад такої мережі — два комп'ютери, з'єднані спеціальним кабелем. Такий спосіб з'єднання називають прямим.

Якщо в мережі є комп'ютер, з яким взаємодіють усі інші комп'ютери, то його називають сервером, інші комп'ютери — клієнтами, а з'єднання — мережею типу клієнт-сервер.

Комп'ютер-клієнт називають також робочою станцією. Поширеними є компактні робочі станції без вінчестерів (монітор, клавіатура, миша, системний міні-блок), призначені лише для доступу до сервера, де зберігаються всі дані користувачів робочої групи. Таку станцію називають тонким клієнтом. Робочі станції можуть бути розміщені на значній відстані від сервера, наприклад, в іншому приміщенні чи навіть місті. Віддалений комп'ютер інакше називають абонентом.

Топології локальних мереж

З а способами з'єднання комп'ютерів локальні мережі поділяють на три головні види: зірка, кільце, шина. Ці способи з'єднання називають топологіями мереж.

У топології зірка всі абоненти з'єднані з деяким центральним комп'ютером. Зірку застосовують, наприклад, у банківських мережах. Усі комп'ютери в деякій філії банку районного підпорядкування з'єднують із центральним комп'ютером (сервером філії). Сервери філій з'єднують із серверами банків обласного підпорядкування, а обласні сервери, відповідно, — з головним сервером у Києві. Так утворюють багатозіркові мережі.

У кільці абоненти з'єднані за допомогою спеціального економного обладнання між собою, а не з центральним комп'ютером. Такий спосіб з'єднання використовують, наприклад, в однорангових мережах на підприємствах і в навчальних закладах.

У топології шина (інші назви: моноканал, магістраль) усі абоненти приєднані до одного економного каналу зв'язку, який називають шиною, магістраллю або моноканалом. Топологія шина і її модифікації лежать в основі мереж класу Ethernet.

Апаратне забезпечення мереж

Для з'єднання комп'ютерів у локальну мережу застосовують:

1) технологію, яку називають скручена пара (вита пара);

2) бездротові технології;

3) дорогі оптичні світловоди (оптоволокно);

4) коаксіальні (подібні до телевізійних) кабелі;

5) будинкові лінії електропостачання та ін.

Розглянемо технологію «скручена пара», яка набула широкого практичного використання.

Скручена пара — це скручені за певними правилами (наприклад, 27 витків на 1 м) два мідні ізольовані дроти. З таких пар виготовляють кабелі (двожильний кабель). У стандартному кабелі категорії Е5 є чотири скручені пари. Кабелі бувають двох головних видів: неекрановані та екрановані (з додатковою ізоляцією із фольги). Екрановані кабелі стійкіші до радіозавад і захищеніші від несанкціонованого проколювання.

Зазвичай кабелі через роз'єм RJ-45 приєднують до мережних адаптерів, які власне й забезпечують обмін даними між комп'ютером І каналом зв'язку.

Мережні адаптери (мережні карти) забезпечують передавання даних. Вони є різних типів: внутрішні PCI, USВ-адаптери, PC Card-адаптери для ноутбуків тощо.

Для підтримки мереж класу Ethernet призначений мережний адаптер типу LAN 10/100/1000. Він функціонує зі швидкістю 10, 100 або 1 000 Мбіт/с. Його зазвичай вставляють у РСІ слот на материнській платі ПК.

Ще на стадії виготовлення мережним адаптерам присвоюють унікальну мережну адресу, яку називають МАС-адресою. МАС-адреса має 48-бітний формат, що дає змогу заадресувати близько 280 трильйонів адаптерів-адресатів (тобто комп'ютерів).

Чи знаєте ви, що перша у світі локальна дротова комп'ютерна мережа створена 1967 р. у Великій Британії, а бездротова радіомережа ALOНА запущена 1970 р. на Гаванських островах. Однак суттєвий прогрес відбувся лише з середини 70-х, коли американець Боб Меткалф придумав технологію Ethernet (пакетне пересилання даних з усуванням колізій), яка стала основою сучасних мереж. У 1976 р. цю технологію запатентувала компанія Xerox, а Б.Меткалф 1978 р. заснував компанію 3Com Corporation і невдовзі випустив перший у світі серійний Ethernet-адаптер для комп'ютера Apple. Закон Меткалфа: вартість мережі зростає прямо пропорційно до кількості вузлів (комп'ютерів), а віддача — квадратично.

Пакети і мереж ні протоколи

Дані в мережі пересилаються пакетами.

Пакет — це порція даних, яку пересилає комп'ютер. За один сеанс зв'язку відбувається пересилання великої кількості пакетів. Довжина одного пакета може становити від декількох десятків байтів до кількох кілобайтів залежно від властивостей мережі та проколів. Розрізняють керівні та інформаційні пакети. Керівний пакет містить інструкції, а інформаційний — дані.

Протокол — це сукупність правил і процедур, які регламентують порядок налагодження зв'язку і пересилання пакетів у мережі. Протоколи реалізовані зазвичай програмним шляхом у драйверах для мережних карт. За призначенням протоколи поділяють на декілька груп. З них три вважають основними:

1) прикладні (HTTP, SMTP, FTP, Telnet та ін.);

2) транспортні (TCP та ін.);

3) мережні (IP, IPv6 та ін.),

Сучасні локальні мережі діють як за власними протоколами, так і за протоколами глобальної мережі Інтернет, що гарантує їхню сумісність. Такі локальні мережі називають мережами класу інтранет.

Призначення транспортного протоколу передавання даних і структуру сеансу зв'язку: спочатку комп'ютер-передавач надсилає керівний пакет із запитом, чи готовий інший комп'ютер отримати дані. Комп'ютер-отримувач надсилає передавачеві керівний пакет про свою готовність. Передавач надсилає перший інформаційний пакет (з даними) і отримує у відповідь керівний пакет, що підтверджує отримання пакета приймачем і правильність передавання. Тепер передавач надсилає наступний пакет з даними й т.д. Останнім адресату (отримувачу) надходить керівний пакет про закінчення сеансу зв'язку.

Транспортний протокол TCP і мережний протокол IP утворюють повний комплект мережних протоколів (стек), який позначають TCP/IP.

Важливим також є протокол ARP. Він забезпечує правильну взаємодію локальної мережі з інтернетом, установлюючи відповідність між інтернет-адресами ПК та їхніми адресами в локальній мережі.

Програмне забезпечення функціювання мережі

Для функціювання однорангових мереж потрібна одна з мережних операційних систем (Linux, Windows NT Workstation чи ін.) або операційна система з підтримкою мережних функцій — Windows ХР чи Vista. Для функціювання клієнт-серверної мережі потрібна мережна операційна система (Linux, MS Windows NT чи 2003-2007 Server) або ОС з підтримкою мережних функцій — професійні версії MS Windows ХР чи Vista тощо.

Обладнання локальних мереж

Сигнали в електричних лініях зв'язку мають здатність загасати. Репітер (повторювач) відновлює амплітуду і форму послабленого сигналу в довгих лініях зв'язку.

Концентратори (інший термін — хаби) об'єднують в єдину мережу декілька комп'ютерів (чи однорідних сегментів). Вони бувають пасивні та активні. Пасивний концентратор (хаб) — це декілька зібраних в одному блоці репітерів, що живляться від одного джерела струму.

Активний концентратор (інші терміни — комутатор, свіч), окрім підсилення сигналів, читає заголовки пакетів даних і стежить, щоб з одного сегмента в інший потрапляли не всі, а лише адресовані сегменту пакети, що зменшує навантаження на мережу. Усі пристрої, приєднані кабелем Е5 до концентратора, «бачитимуть» передані дані, проте ігноруватимуть їх, окрім пристрою вони призначені. Якщо комутатор має мало (4-8) портів, то декілька комутаторів з'єднують через uplink-порти у ланцюг (шину).

Міжмережне обладнання

Для об'єднання декількох різнорідних мереж, тобто мереж із різними протоколами обміну і керування, методами кодування і швидкостями передавання призначені мости, маршрутизатори і шлюзи. їх реалізують програмно на базі окремих комп'ютерів чи за допомогою спеціальних пристроїв.

Мости — це програмно-апаратні засоби, що в разі потреби виконують функції комутування та найпростіше опрацювання пакетів. Мости дають змогу розділити одну велику повільну мережу на декілька швидших сегментів.

У мережі з мостами не повинно бути замкнутих маршрутів (петель) для уникнення штормів (повторного проходження пакетів), що перевантажує мережу.

Шлюзи — це засоби, що з'єднують цілком різні мережі. Комп'ютер-шлюз забезпечує приєднання локальної мережі до інтернету.

Маршрутизатор (інші термін — роутер) для кожного пакета вибирає оптимальний маршрут, якщо їх є декілька, забезпечує обхід перевантажених чи пошкоджених ділянок. Маршрутизатори об'єднують комп'ютери мереж, протоколи яких несуттєво відрізняються. Вони ретранслюють лише ті пакети, які адресовані безпосередньо їхнім мережам.

Сучасні роутери можуть поєднувати функції концентратора, маршрутизатора і шлюза й часто є бездротовими.

Уся ця апаратура після відповідного з'єднання і налаштування працює автоматично завдяки мережним операційним системам і низці відповідних протоколів. У користувача виникає ілюзія, що всі комп'ютери світу розміщені в сусідній кімнаті.