2. Основні програмні і апаратні компоненти мережі

Навіть внаслідок досить поверхневого розгляду роботи в мережі стає ясно, що обчислювальна мережа це складний комплекс взаємопов'язаних і узгоджено функціонуючих програмних і апаратних компонентів. Вивчення мережі загалом передбачає знання принципів роботи її окремих елементів:

1. комп'ютерів;

2. комунікаційного обладнання;

3. операційних систем;

4. мережевих додатків.

Весь комплекс програмно-апаратних засобів мережі може бути описаний багатошаровою моделлю. У основі будь-якої мережі лежить апаратний шар стандартизованих комп'ютерних платформ. У наш час в мережах широко і успішно застосовуються комп'ютери різних класів від персональних комп'ютерів до мейнфеймов і суперЕОМ. Набір комп'ютерів в мережі повинен відповідати набору різноманітних задач, що вирішуються мережею.

Другий шар це комунікаційне обладнання. Хоч комп'ютери і є центральними елементами обробки даних в мережах, останнім часом не менш важливу роль стали грати комунікаційні пристрої. Кабельні системи, повторювачи, мости, комутатори, маршрутизатори і модульні концентратори з допоміжних компонентів мережі перетворилися в основні нарівні з комп'ютерами і системним програмним забезпеченням як по впливу на характеристики мережі, так і по вартості. Сьогодні комунікаційний пристрій може являти собою складний спеціалізований мультипроцесор, який треба конфігурувати, оптимізувати і адмініструвати. Вивчення принципів роботи комунікаційного обладнання вимагає знайомства з великою кількістю протоколів, що використовуються як в локальних, так і глобальних мережах.

Третім шаром, який створює програмну платформу мережі, є операційні системи (ОС). Від того, які концепції управління локальними і розподіленими ресурсами встановлені в основу мережевої ОС, залежить ефективність роботи всієї мережі. При проектуванні мережі важливо враховувати, наскільки просто операційна система може взаємодіяти з іншими ОС мережі, наскільки вона забезпечує безпеку і захищеність даних, до якої міри вона дозволяє нарощувати число користувачів, чи можна перенести її на комп'ютер іншого типу і багато  іншого.

Самим верхнім шаром мережевих ресурсів є різні мережеві додатки, такі як мережеві бази даних, поштові системи, ресурси архівування даних, системи автоматизації колективної роботи і інше. Дуже важливо представляти діапазон можливостей, що надаються додатками для різних областей застосування, а також знати, наскільки вони сумісні з іншими мережевими додатками і операційними системами.

3. Топології фізичних зв‘язків

Насамперед необхідно вибрати спосіб організації фізичних зв'язків, тобто топологію. Під топологією обчислювальної мережі розуміється конфігурація графа, вершинам якого відповідають комп'ютери мережі (іноді і інше обладнання, наприклад концентратори), а ребрам фізичні зв'язки між ними. Комп'ютери, підключені до мережі, часто називають станціями або вузлами мережі.

Помітимо, що конфігурація фізичних зв'язків визначається електричними з'єднаннями комп'ютерів між собою і може відрізнятися від конфігурації логічних зв'язків між вузлами мережі. Логічні зв'язки являють собою маршрути передачі даних між вузлами мережі і утворяться шляхом відповідної настройки комунікаційного обладнання.

Вибір топології електричних зв'язків істотно впливає на багато які характеристики мережі. Наприклад, наявність резервних зв'язків підвищує надійність мережі і робить можливим балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологіям, робить мережу легко що розширюється. Економічні міркування часто приводять до вибору топологій, для яких характерна мінімальна сумарна довжина ліній зв'язку.

Розглянемо деякі, що найчастіше зустрічаються топології.

Повнозв'язна топологія (мал. 1.10, а) відповідає мережі, в якій кожний комп'ютер мережі пов'язаний з всіма іншими. Незважаючи на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Дійсно, кожний комп'ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з інших комп'ютерів мережі. Для кожної пари комп'ютерів повинна бути виділена окрема електрична лінія зв'язку. Повнозв'язана топологія застосовуються рідко, оскільки не задовольняє жодній з приведених вище вимог. Частіше цей вигляд топології використовується в багатомашинних комплексах або глобальних мережах при невеликій кількості комп'ютерів.

Всі інші варіанти засновані на неповнозв'язаних топологіях, коли для обміну даними між двома комп'ютерами може бути потрібна проміжна передача даних через інші вузли мережі.

Коміркова топологія (mesh) виходить з повнозв'язної шляхом видалення деяких можливих зв'язків (мал. 1.10б, ). У мережі з комірковою топологією  зв'язуються тільки ті комп'ютери, між якими відбувається інтенсивний обмін даними, а для обміну даними між комп'ютерами, не сполученими прямими зв'язками, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли. Коміркова топологія допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для глобальних мереж.

Загальна шина  (мал. 1.10, в) є дуже поширеною (а донедавна самою поширеною) топологією для локальних мереж. У цьому випадку комп'ютери підключаються до одного коаксіального кабелю по схемі “монтажного АБО”. Інформація, що Передається може розповсюджуватися в обидві сторони. Застосування загальної шини знижує вартість проводки, уніфікує підключення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звертання до всіх станцій мережі. Таким чином, основними перевагами такої схеми є дешевизна і простота розводки кабелю по приміщеннях. Самий серйозний недолік загальної шини полягає в її низькій надійності: будь-який дефект кабелю або якого-небудь з численних роз'ємів повністю паралізує всю мережу. На жаль, дефект коаксіального роз'єму рідкістю не є. Іншим недоліком загальної шини є її невисока продуктивність, оскільки при такому способі підключення в кожний момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані в мережу. Тому пропускна спроможність каналу зв'язку завжди ділиться тут між всіма вузлами мережі.

Топологія зірка  (мал. 1.10, г). У цьому випадку кожний комп'ютер підключається окремим кабелем до загального пристрою, званого концентратором, який знаходиться в центрі мережі. У функції концентратора входить напрям інформації, що передається комп'ютером одному або всім іншим комп'ютерам мережі. Головна перевага цієї топології перед загальною шиною істотно більша надійність. Будь-які прикрощі з кабелем торкаються лише того комп'ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Крім того, концентратор може грати роль інтелектуального фільтра інформації, що поступає від вузлів в мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

До недоліків топології типу зірка відноситься більш висока вартість мережевого обладнання через необхідність придбання концентратора. Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Іноді доцільно будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно сполучених між собою зв'язками типу зірка (мал. 1.10, д). У наш час ієрархічна зірка є самим поширеним типом топології зв'язків як в локальних, так і глобальних мережах.

 

У мережах з кільцевою конфігурацією (мал. 1.10, е) дані передаються по кільцю від одного комп'ютера до іншого, як правило, в одному напрямі. Якщо комп'ютер розпізнає дані як “свої”, то він копіює їх собі у внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією необхідно вживати спеціальні заходів, щоб у разі виходу з ладу або відключення якої-небудь станції не урився канал зв'язку між іншими станціями. Кільце являє собою дуже зручну конфігурацію для організації зворотної зв'язки дані, зробивши повний обіг, повертаються до вузла-джерела. Тому цей вузол може контролювати процес доставки даних адресату. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв'язаності мережі і пошуку вузла, працюючого некоректно. Для цього в мережу посилаються спеціальні тестові повідомлення.

МАЛ. 1.10. Типові топології мереж

У той час як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію зірка, кільце або загальна шина, для великих мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільно пов'язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаною топологією (мал. 1.11).

МАЛ. 1.11. Змішана топологія