МОДУЛЬ 1 Загальні поняття мережевих технологій
ЗМ 1 Вибір топології комп’ютерних мереж
1 Історія розвитку та класифікація комп’ютерних мереж
1 Історія виникнення та техніко-економічні передумови появи комп’ютерних мереж.
2 Різновиди комп’ютерних мереж.
3 Класифікація комп’ютерних мереж.
3 Концепції побудови мереж.
4 Стандартизація у комп’ютерних мережах.
Основні поняття та визначення
Інформаційна система (ІС) - організаційно упорядкована сукупність документів (масивів документів) та інформаційних технологій, у тому числі з використанням засобів обчислювальної техніки і зв'язку, що реалізують інформаційні процеси.
Інформаційні системи призначені для зберігання, обробки, пошуку, розповсюдження, передачі та подання інформації.
Автоматизована (інформаційна) система (АС) – сукупність програмних і апаратних засобів, призначених для зберігання та / або управління даними та інформацією і виробництва обчислень і керована людиною-оператором (в цьому головна відмінність автоматизованої системи від автоматичної).
Багаторівневе представлення МІС – модель представлення інформаційної системи у вигляді сукупності взаємопов'язаних рівнів, розділених за функціональним призначенням.
Комп'ютерна мережа — це сукупність комп'ютерів, які об'єднані лініями зв'язку і оснащені комунікаційним устаткуванням і комунікаційним програмним забезпеченням.
Комп'ютерна мережа забезпечує:
колективну обробку даних користувачами, комп'ютери яких приєднані до мережі, і обмін даними між цими користувачами в реальному часі;
загальне використання програм;
загальне використання принтерів, модемів і інших периферійних пристроїв.
Комп'ютерна мережа складається з інформаційних систем і каналів зв'язку.
Комунікаційна мережа – система, яка складається з об'єктів, що здійснюють функції генерації, перетворення, зберігання і споживання продукту, званих пунктами (вузлами) мережі, і ліній передачі (зв'язків, комунікацій, з'єднань), що здійснюють передачу продукту між пунктами.
Відмітна особливість комунікаційної мережі – великі відстані між пунктами в порівнянні з геометричними розмірами ділянок простору, що займають пункти. В якості продукту можуть фігурувати інформація, енергія, масса. Відповідно розрізняють групи мереж інформаційних, енергетичних, речових. У групах мереж можливий поділ на підгрупи. Так, серед речових мереж можуть бути виділені мережі транспортні, водопровідні, виробничі та ін. При функціональному проектуванні мереж вирішуються завдання синтезу топології, розподілу продукту за вузлами мережі, а при конструкторському проектуванні виконуються розміщення пунктів у просторі і проведення (трасування) з'єднань.
Інформаційна мережа – комунікаційна мережа, в якій продуктом генерування, переробки, зберігання і використання є інформація.
Обчислювальна (комп'ютерна) мережа – інформаційна мережа, до складу якої входить обчислювальне обладнання. Компонентами обчислювальної мережі можуть бути ЕОМ і периферійні пристрої, які є джерелами і приймачами даних, що передаються по мережі. Ці компоненти утворюють кінцеве обладнання даних (КОД або DTE - Data Terminal Equipment). В якості КОД можуть виступати ЕОМ, принтери, плоттери й інше обчислювальне, вимірювальне та виконавче обладнання автоматичних і автоматизованих систем. Власне пересилання даних відбувається за допомогою середовищ і засобів, що об'єднуються під назвою середовище передачі даних.
Глобальна обчислювальна мережа об'єднує безліч локальних мереж і сотні тисяч – мільйони різнотипних ЕОМ по всьому світу, фізична лінія зв'язку – оптоволоконний кабель або космічна радіолінія зв'язку.
Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ) – система зв'язку окремо розташованих ЕОМ на відносно невеликій відстані (зазвичай в межах приміщенні і / або поверху будівлі); зазвичай об'єднує до декількох десятків (частіше однотипних) комп'ютерів, фізична лінія зв'язку – «кручена пара» або коаксіальний кабель. Останнім часом для зв'язку між вузлами все частіше використовуються бездротові технології стандартів 802.11.
Корпоративна обчислювальна мережа – локальна обчислювальна мережа (великої) організації, що працює на протоколах Інтернет (стек TCP / IP) і використовує сервіси Інтернет. При безпосередньому підключенні до глобальної мережі – ще й телекомунікаційне середовище Інтернету.
Робоча група (workgroup) – набір комп'ютерів, об'єднаних одним ім'ям для роботи із загальними мережевими ресурсами (директорії і файли, принтери тощо).
Домен (domain) – визначена адміністратором мережі сукупність комп'ютерів, що використовують єдину базу даних і систему захисту; кожен домен має унікальне ім'я (див. також DNS).
Domain Name System (DNS) – система, яка відображає імена хостів у IP адреси і тим самим відіграє одну з найважливіших ролей в інфраструктурі Інтернету.
Вузол (host) – підключений до мережі пристрій (зазвичай комп'ютер), ідентиіфкований власною адресою (наприклад, ip-адреса - це унікальне в межах мережі 32-розрядне двійкове число)
Трафік (traffic) – потік повідомлень в середовищі передачі даних, часто використовується для грубої оцінки рівня використання середовища передачі (важкий, середній, легкий трафік).
Топологія (topology) мережі – фізична конфігурація машин в мережі.
Маршрутизація – процес визначення (оптимального) шляху доступу до об'єктів (комп'ютерів) мережі.
Пакет, кадр, повідомлення, датаграма – одиниця, що передається по мережі, певна кількість байт, згрупована разом і посилається одночасно. Те чи інше найменування застосовується в контексті опису різних мережевих рівнів.
Мережева архітектура – концепція, що представляє логічну, функціональну і фізичну організацію технічних і програмних засобів мережі і визначає основні елементи інформаційної мережі, характер і топологію взаємодії цих елементів.
Протокол – це набір семантичних і синтаксичних правил, що визначає поведінку функціональних блоків мережі при передачі даних. Іншими словами, протокол – це сукупність угод щодо способу подання даних, що забезпечує їх передачу в потрібних напрямках і правильну інтерпретацію даних усіма учасниками процесу інформаційного обміну.
Програма – послідовність формалізованих інструкцій, що представляють алгоритм вирішення деякої задачі і призначена для виконання пристроєм управління обчислювальної машини. Інструкції програми записуються за допомогою машинного коду або спеціальних мов програмування. Залежно від контексту термін «програма» може відноситься до вихідних текстів, за допомогою яких записується алгоритм, або до виконуваного машинного коду.
Програмне забезпечення комп'ютерних мереж – комплекс програм, що підтримує функції обміну інформацією між окремо розташованими ЕОМ. В даний час програмне забезпечення комп'ютерних мереж зазвичай є (іноді опціонально встановлюється) складовою частину операційних систем.
Апаратне забезпечення ІС – комплекс електронних, електричних і механічних пристроїв, що входять до складу інформаційної системи або мережі.
Визначення інших термінів і понять, пов'язаних з мережевими технологіями, будуть дані у відповідних темах лекцій з дисципліни.
1 Історія виникнення та техніко-економічні передумови появи комп’ютерних мереж
Безпосередньою основою комп’ютерних мереж (КМ) були телефонні і телеграфні мережі, створені у ХІХ ст. У 50-х роках ХХ ст. внаслідок розвитку мікроелектроніки з’явились потужні електронно-обчислювальні машини. Для використання обчислювальних потужностей цих ЕОМ виникла необхідність сполучати їх з кількома віддаленими терміналами. Таким чином виникли системи з розподілом часу роботи центрального процесора, в яких кожному терміналу почергово виділявся квант часу. Мережа такої структури наведена на рис.1.
Рисунок 1 – Комп’ютерна мережа з терміналами
Особливостями таких систем було неефективне використання доволі дорогих каналів зв’язку між центральним процесором і терміналами. Згодом були розроблені спеціальні пристрої – мультиплексори і концентратори, які збирали трафік (інформацію) з розташованих поблизу терміналів для спрямування його до центрального процесора. Обов’язковим елементом такої системи був фронтальний процесор, який виконував функції організації зв’язку (рис. 2).
Рисунок 2 – Комп’ютерна мережа з фронтальним процесором
Внаслідок еволюції мережа поступово набула сучасного вигляду (рис. 3). Тепер вона має не один, а багато центральних процесорів, терміналів та мережу зв’язку, яка складається з вузлів. Кожен вузол мережі – це спеціалізований на виконанні комунікаційних функцій комп’ютер (маршрутизатор). Для передавання даних між вузлами використовують призначені магістральні канали. Замість терміналів частіше застосовують ПК. Така структура була типовою для великих, глобальних мереж, які з’явилися в 60–х роках, (Arpanet) і є такою для сучасних глобальних мереж, перш за все для Internet. Сучасні комп’ютерні мережі будують з використанням багатофункціональних пристроїв – концентраторів, які одночасно виконують функції маршрутизації та коригування сигналів. В таких мережах може бути багато центральних процесорів і терміналів, або робочих станцій.
Усі ці рішення стосувались комп’ютерних мереж, які охоплювали території великих підприємств та установ, а навіть території держав.
З розвитком персональних комп’ютерів постало питання про створення локальних комп’ютерних мереж – в межах невеликих організацій, дільниць підприємств та офісів. Розвиток мікропроцесорної техніки і здешевлення персональних комп’ютерів дозволило розвинути технології локальних комп’ютерних мереж, в яких зараз за результатами спостережень концентрується до 80% інформаційних потоків.
Рисунок 3 – Сучасна глобальна мережа
Загалом із розвитком персональних комп’ютерів з’явилась можливість наблизити територіально місце обробки даних до місця їх виникнення, і, таким чином, підвищити ефективність роботи інформаційних систем.
Отже, технічною передумовою появи комп’ютерних мереж став розвиток комп’ютерної техніки та технологій зв’язку.
Натомість економічною передумовою появи комп’ютерних мереж стала постановка таких задач, вирішення яких давало значно більший прибуток, ніж становили затрати на створення комп’ютерних мереж.
До таких задач відносились зокрема задачі в галузі оборони, освоєння космосу, наукових досліджень в метеорології, матеріалознавстві, фундаментальній фізиці і хімії тощо.