35. Архітектура й принцип роботи комп'ютерної мережі. Поняття протоколу.

Будь-яка комп'ютерна мережа характеризується своєю архітектурою, яка визначається її топологією, протоколами, інтерфейсами, мережними технічними і програм­ними засобами. Кожна із складових архітектури комп'ютерної мережі характеризує її окремі властивості, і тільки їх сукупність характеризує всю мережу загалом.

Топологія комп'ютерної мережі відображає структуру зв'язків між її основними елемен­тами. Через низку причин існує відмінність між топологіями глобальних і локальних мереж. Топологія глобальних мереж характеризується достатньо складною, неоднорідною структу­рою. У свою чергу, топологія локальної мережі, зазвичай, має визначену структуру: лінійну, кільцеву або деревоподібну.

Протоколами називають правила взаємодії функціональних елементів мережі.

Інтерфейси — це засоби сполучення функціональних елементів мережі. Варто звернути увагу, що у ролі функціональних елементів можуть виступати як окремі пристрої, так і про­грамні модулі. Відповідно до цього, існують апаратні і програмні інтерфейси.

Під мережними технічними засобами мають на увазі різноманітні пристрої, що за­безпечують об'єднання комп'ютерів в єдину комп'ютерну мережу. До цих пристроїв відно­сяться мережні контролери, вузли комутації та ін.

Мережні програмні засоби керують роботою комп'ютерної мережі і забезпечують від­повідний інтерфейс з користувачами. До мережних програмних засобів належать мережні операційні системи і допоміжні (сервісні) програми.

Щоб передати інформацію з комп'ютера в комунікаційне середовище, необхідно узгодити сигнали внутрішнього інтерфейсу комп'ютера з параметрами сигналів, що передаються по каналах зв'язку. При цьому має бути ви­конано як фізичне узгодження (форма, амплітуда і тривалість сигналу), так і кодове.

Технічні пристрої, які сполучають комп'ютер із каналами зв'язку, називаються адаптерами, або мережними адаптерами. На практиці цей термін застосовується до спеціальних електронних плат — мережних. Крім них, функцію мережного адаптера часто виконують модеми.

Найважливішими характеристиками комунікаційної мережі є:

  швидкість передавання даних по каналу зв'язку;

  пропускна здатність каналу зв'язку;

  вірогідність передавання інформації;

  надійність каналу зв'язку і передавальної апаратури.

Швидкість передавання даних по каналу зв'язку залежить від його типу та якості, типу апаратури передавання даних, способу синхронізації та ін. Швидкість передавання виражається в бітах за секунду. В техніці використо­вують ще одну одиницю — бод (кількість змін стану се­редовища передавання за секунду). Загалом швидкість у бітах за секунду та бодах не збігається. У сучасних широкосмугових мережах швидкість передавання даних може перевищувати 100 Мбіт/с.

Користувача часто цікавлять не абстрактні біти, а пропускна здатність, що виражається в знаках (символах), які передаються за секунду.

Вірогідність інформації, що передається, визначається кількістю помилок на один знак. Цей показник має бути не більшим за 10~6—10~7 помилок/знак.

Надійність комунікаційної системи визначається середнім часом безвідмовної роботи і виражається в годинах

Модель взаємодії відкритих систем

Одним із основних завдань, що часто вирішуються під час створення комп'ютерних мереж, є забезпечення сумісності обладнання за електричними та механічними характеристиками і сумісності інформаційного забезпечення (програм і даних) із системою кодування та форматом даних.

Вирішення цієї проблеми ґрунтується на моделі взаємодії відкритих систем (OSI).

Відкрита система — система, що взаємодіє з іншими системами відповідно до прийнятих стандартів.

Згідно з моделлю OSI апаратуру і програмне забезпечення стандартизують на підставі протоколів, які є ієрархічною системою правил взаємодії. Відповідно до цієї моделі у будь-якій мережі можна використовувати до семи рівнів взаємодії між комп'ютерами: прикладний, представницький, рівень сеансів зв'язку, транспортний, мережний, сполучення і фізичний. Функції, що виконуються на кожному рівні, можуть реалізовуватися як апаратно, так і програмне. Як правило, протоколи нижніх рівнів стандартизовані більш жорстко, змінюються рідше і є основою для багатьох мереж.

Протоколи верхніх рівнів реалізуються програмне у продуктах різних фірм, і їх кількість невпинно зростає. Зазвичай це самостійні програми або програмні системи, різні для робочих станцій та серверів.

Обмін даними між користувачами в моделі OSI відбувається так:

1) на прикладному рівні за допомогою спеціальних програм користувач створює документ (повідомлення, рисунок тощо);

2) на рівні представництва ОС його комп'ютера фіксує, де знаходяться створені дані (в оперативній пам'яті, у файлі на жорсткому диску тощо), і забезпечує взаємодію з наступним рівнем;

3) на сеансовому рівні комп'ютер користувача взаємодіє з локальною або глобальною мережею. Протоколи цього рівня перевіряють права користувача на «вихід в ефір»і передають документ до протоколів транспортного рівня;

4) на транспортному рівні документ набуває тієї форми, в якій належить передавати дані в мережі, що використовується. Наприклад, він може мати вигляд невеликих пакетів стандартного розміру;

5) мережний рівень визначає маршрут руху даних у мережі. Так, якщо на транспортному рівні дані було перетворено на пакети, то на мережному кожний пакет має одержати адресу, на яку він повинен бути доставлений незалежно від інших пакетів;

6) рівень сполучення необхідний для того, щоб промодулювати сигнали, які циркулюють на фізичному рівні, відповідно до даних, отриманих із мережного рівня. Наприклад, у комп'ютері ці функції виконує мережна карта або модем;

7) на фізичному рівні відбувається реальне передавання даних. Тут немає ні документів, ні пакетів, ні навіть байтів — є тільки біти, тобто елементарні одиниці подання даних. Відновлення документа з них відбувається поступово, при переході з нижнього на верхній рівень на комп'ютері одержувача.

Засоби фізичного рівня здебільшого лежать за межами комп'ютера. В локальних мережах це обладнання самої мережі. При віддаленому зв'язку з використанням телефонних модемів — це лінії телефонного зв'язку, комутаційне обладнання телефонних станцій