Основні поняття інформаційних мереж

1 Основні визначення і терміни

 Мережа – це сукупність об'єктів, що утворюються пристроями передачі і обробки даних.

 Міжнародна організація по стандартизації визначила обчислювальну мережу як послідовну біт-орієнтовану передачу інформації між пов'язаними один з одним незалежними пристроями.

  Мережі зазвичай знаходяться в приватному веденні користувача і займають деяку територію і за територіальною ознакою розділяються на:

 - Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) або Local Area Network (LAN) розташовані в одному або декількох близько розташованих будівлях. ЛОМ  зазвичай розміщуються в рамках якої-небудь організації (корпорації, установи), тому їх називають корпоративними.

 - Розподілені комп'ютерні мережі, глобальні або Wide Area Network (WAN)  розташовані в різних будівлях, містах і країнах, які бувають територіальними, змішаними і глобальними. 

Залежно від цього глобальні мережі бувають чотирьох основних видів: міські, регіональні, національні і транснаціональні. 

Як приклади розподілених мереж дуже великого масштабу можна назвати: Internet, EUNET, Relcom, FIDO.

 До складу мережі в загальному випадку включається наступні елементи:

 - мережеві комп'ютери (оснащені мережевим адаптером);

 - канали зв'язку (кабельні, супутникові, телефонні, цифрові, волоконно- оптичні, радіоканали і ін.);

 - різного роду перетворювачі сигналів;

 - мережеве устаткування.

 Розрізняють два поняття мережі: комунікаційна мережа і інформаційна мережа

  Комунікаційна мережа призначена для передачі даних, також вона виконує завдання, пов'язані з перетворенням даних. Комунікаційні мережі розрізняються за типом використовуваних фізичних засобів з'єднання.

  Інформаційна мережа призначена для зберігання інформації і складається з інформаційних систем. На базі комунікаційної мережі може бути побудована група інформаційних мереж:

  Під інформаційною системою слід розуміти систему, яка є постачальником або споживачем інформації.

 Комп'ютерна мережа складається з інформаційних систем і каналів зв'язку.

  Під інформаційною системою слід розуміти об'єкт, здатний здійснювати зберігання, обробку або передачу інформація. У склад інформаційної системи входять: комп'ютери, програми, користувачі та інші складові, призначені для процесу обробки і передачі даних. 

У подальшому інформаційна система, призначена для вирішення завдань користувача,називатиметься – робоча станція (client).

Робоча станція у мережі відрізняється від звичайного персонального комп'ютера (ПК) наявністю мережевої карти (мережевого адаптера), каналу для передачі даних і мережевого

програмного забезпечення.

  Під каналом зв'язку слід розуміти шлях або засіб, по якому передаються сигнали. Засіб передачі сигналів називають абонентським, або фізичним, каналом.

  Канали зв'язку (data link) створюються по лініях зв'язку за допомогою мережевого

устаткування і фізичних засобів зв'язку. Фізичні засоби зв'язку побудовані на основі вітих пар, коаксіальних кабелів, оптичних каналів або ефіру. 

   Між взаємодіючими інформаційними системами через фізичні канали комунікаційної мережі і вузли комутації встановлюються логічні канали.

  Логічний канал – це шлях для передачі даних від однієї системи до інший. Логічний канал прокладається по маршруту в одному або декількох фізичних каналах. Логічний канал можна охарактеризувати, як маршрут прокладений через фізичні канали і вузли комутації.

  Інформація в мережі передається блоками даних по процедурах обміну між об'єктами. Ці процедури називають протоколами передачі даних.

  Протокол – це сукупність правив, що встановлюють формат і процедури обміну інформацією між двома або декількома пристроями.

  Завантаження мережі характеризується параметром, званим трафіком. 

Трафік (traffic) – це потік повідомлень в мережі передачі даних. Під ним розуміють кількісне вимірювання у вибраних точках мережі числа блоків даних і їх довжини, що проходять, виражене в бітах в секунду. (Трафіком називається потік даних по каналу зв'язку або через, а також об'єм цього потоку в байтах).

  Істотний вплив на характеристику мережі надає метод доступу.

Метод доступу – це спосіб визначення того, яка з робочих станцій зможе наступною використовувати канал зв'язку і як управляти доступом до каналу зв'язки (кабелю).

  У мережі всі робочі станції фізично сполучені між собою каналами зв'язки по певній структурі, названою топологією. 

  Топологія – це опис фізичних з'єднань в мережі, вказуючий які робочі станції можуть зв'язуватися між собою. Тип топології визначає продуктивність, працездатність і надійність експлуатації робочих станцій, а також час звернення до файлового сервера. Залежно від топології мережі використовується той або інший метод доступу.

  Склад основних елементів в мережі залежить від її архітектури.

  Архітектура – це концепція, що визначає взаємозв'язок, структуру і функції взаємодії робочих станцій в мережі. Вона передбачає логічну, функціональну і фізичну організацію технічних і програмних засобів мережі. Архітектура визначає принципи побудови і функціонування апаратного і програмного забезпечення елементів мережі.

  В основному виділяють три види архітектури: архітектура термінал – головний комп'ютер, архітектура клієнт – сервер і однорангова архітектура.

  Сучасні мережі можна класифікувати по різних ознаках:

 По віддаленості комп'ютерів, топології, призначенню, переліку тих послуг, що надаються, принципам управління (централізовані і децентралізовані),методам комутації, методам доступу, видам середовища передачі, швидкостям передачі даних і т.д. 

2 Переваги використання мереж

  Комп'ютерні мережі є варіантом співпраці людей і комп'ютерів, що забезпечує прискорення доставки і обробки інформації.

Об'єднувати комп'ютери в мережі почали більше 30 років тому. Коли можливості комп'ютерів виросли і ПК сталі доступні кожному, розвиток мереж значно прискорилося.

 Сполучені в мережу комп'ютери обмінюються інформацією і спільно

використовують периферійне устаткування і пристрої зберігання 

 За допомогою мереж можна розділяти ресурси і інформацію. Нижче перераховані

основні завдання, які вирішуються за допомогою робочої станції в мережі, і які важко вирішити за допомогою окремого комп'ютера:

Комп'ютерна мережа дозволить спільно використовувати периферійні пристрої

включаючи:

 - принтери;

 - плоттери;

 - дискові накопичувачі;

 - приводи CD-ROM;

 - дисководи;

 - стримери;

 - сканери;

 - факс-модеми;

Комп'ютерна мережа дозволяє спільно використовувати інформаційні ресурси:

 - каталоги;

 - файли;

 - прикладні програми;

 - ігри;

 - бази даних;

 - текстові процесори.

Комп'ютерна мережа дозволяє працювати з розрахованими на багато користувачів програмами

що забезпечують одночасний доступ всіх користувачів до загальних баз даних з блокуванням файлів і записів, що забезпечує цілісність даних.

Будь-які програми, розроблені для стандартних ЛОМ, можна використовувати в інших мережах.

Сумісне використання ресурсів забезпечить істотну економію засобів і часу. Наприклад, можна колективно використовувати один лазерний принтер замість покупки принтера кожному співробітникові або метушні з дискетами до єдиного принтера за відсутності мережі.

Організація електронної пошти. Можна використовувати ЛОМ як поштову службу і

розсилати службові записки, доповіді і повідомлення іншим користувачам.

3 Архітектура мереж

  Архітектура мережі визначає основні елементи мережі, характеризує її загальну логічну організацію, технічне забезпечення, програмне забезпечення, описує методи кодування. Архітектура також визначає принципи функціонування і інтерфейс користувача.

  У даному курсі буде розглянуто три види архітектури:

 - архітектура термінал – головний комп'ютер;

 - однорангова архітектура;

 - архітектура клієнт – сервер.

     Архітектура термінал – головний комп'ютер

 Архітектура термінал – головний комп'ютер (terminal – host computer architecture) – це концепція інформаційної мережі, в якій вся обробка даних здійснюється одним або групою головних комп'ютерів.  Дана архітектура припускає два типи устаткування:

 - Головний комп'ютер, де здійснюється управління мережею, зберігання і обробка даних.

 - Термінали, призначені для передачі головному комп'ютеру команд на організацію сеансів і виконання завдань, введення даних для виконання  завдань і отримання результатів.

  Головний комп'ютер через мультиплексори передачі даних (МПД) взаємодіють з терміналами.

  Класичний приклад архітектури мережі з головними комп'ютерами –системна мережева архітектура (System Network Architecture – SNA).

       Однорангова архітектура

 Однорангова архітектура (peer-to-peer architecture) – це концепція інформаційній мережі, в якій її ресурси розосереджені по всіх системах.

Дана архітектура характеризується тим, що в ній всі системи рівноправні.

  До однорангових мереж відносяться малі мережі, де будь-яка робоча станція може виконувати одночасно функції файлового сервера і робочої станції. У однорангових ЛОМ дисковий простір і файли на будь-якому комп'ютері можуть бути загальними. Щоб ресурс став загальним, його необхідно віддати в загальне користування, використовуючи служби видаленого доступу мережевих однорангових операційних систем. Залежно від того, як буде встановлений захист даних, інші користувачі зможуть користуватися файлами відразу ж після їх створення. Однорангові ЛОМ достатньо якісні тільки для невеликих робочих груп.

  Однорангові ЛОМ є найбільш легким і дешевим типом мереж для установ. Вони на комп'ютері вимагають, окрім мережевої карти і мережевого носія, тільки операційної системи Windows. При з'єднанні комп'ютерів, користувачі можуть надавати ресурси і інформацію в сумісне користування.

  Однорангові мережі мають наступні переваги:

 - вони легкі в установці і настройці;

 - окремі ПК не залежать від виділеного сервера;

 - користувачі в змозі контролювати свої ресурси;

 - мала вартість і легка експлуатація;

 - мінімум устаткування і програмного забезпечення;

 - немає необхідності в адміністраторові;

 - добре підходять для мереж з кількістю користувачів, що не перевищує  десяти.

  Проблемою однорангової архітектури є ситуація, коли комп'ютери відключаються від мережі. У цих випадках з мережі зникають види сервісу, які вони надавали. Мережеву безпеку одночасно можна застосувати тільки до одного ресурсу, і користувач повинен пам'ятати стільки паролів, скільки мережевих ресурсів. При діставанні доступу до ресурсу, що розділяється, відчувається падіння продуктивності комп'ютера. Істотним  недоліком

однорангових мереж є відсутність централізованого адміністрування.

  Використання однорангової архітектури не виключає застосування в тій же мережі також архітектура «термінал – головний комп'ютер» або архітектура «клієнт – сервер».

       Архітектура клієнт – сервер

  Архітектура клієнт – сервер (client-server architecture) – це концепція інформаційної мережі, в якій основна частина її ресурсів

зосереджена в серверах, обслуговуючих своїх клієнтів Дана архітектура визначає два типи компонентів: сервери і клієнти.

  Сервер - це об'єкт, що надає сервіс іншим об'єктам мережі по їх запитам. Сервіс – це процес обслуговування клієнтів.

  Сервер працює по завданнях клієнтів і управляє виконанням їх завдань. Після виконання кожного завдання сервер посилає отримані результати клієнтові, що послав це завдання.

  Сервісна функція в архітектурі клієнт – сервер описується комплексом прикладних програм, відповідно до якого виконуються різноманітні прикладні процеси.

  Процес, який викликає сервісну функцію за допомогою визначених операцій, називається клієнтом. Їм може бути програма або користувач

  Клієнти – це робочі станції, які використовують ресурси сервера і надають зручні інтерфейси користувача. Інтерфейси користувача це процедури взаємодії користувача з системою або мережею.

  Клієнт є ініціатором і використовує електронну пошту або інші сервіси сервера. У цьому процесі клієнт запрошує вид обслуговування встановлює сеанс, отримує потрібні йому результати і повідомляє про закінчення роботи.

  У мережах з виділеним файловим сервером на виділеному автономному ПК встановлюється серверна мережева операційна система. Цей ПК стає сервером. 

Програмне забезпечення (ПО), встановлене на робочій станції дозволяє їй обмінюватися даними з сервером. Найбільш поширені мережеві операційна системи:

 - NetWare фірми Novel;

 - Windows NT фірми Microsoft;

 - UNIX фірми AT&T;

 - Linux.

  Крім мережевої операційної системи необхідні мережеві прикладні програми, що реалізовують переваги, що надаються мережею.

  Мережі на базі серверів мають кращі характеристики і підвищену надійність. Сервер володіє головними ресурсами мережі, до яких звертаються решта робочих станцій.

 У сучасній клієнт – серверній архітектурі виділяється чотири групи об'єктів: 

клієнти, сервери, дані і мережеві служби. 

Клієнти розташовуються у системах на робочих місцях користувачів. 

Дані в основному зберігаються в серверах. 

Мережеві служби є спільно використовуваними серверами і даними. Крім того служби управляють процедурами обробки даних.

  Мережі клієнт – серверної архітектури мають наступні переваги:

 - дозволяють організовувати мережі з великою кількістю робочих станцій;

 - забезпечують централізоване управління обліковими записами користувачів  безпекою і доступом, що спрощує мережеве адміністрування;

 - ефективний доступ до мережевих ресурсів;

 - користувачеві потрібний один пароль для входу в мережу і для діставання доступу

 до всіх ресурсів, на які розповсюджуються права користувача.

  Разом з перевагами мережі клієнт – серверної архітектури мають і ряд недоліків:

 - несправність сервера може зробити мережу непрацездатною, як мінімум втрату мережевих ресурсів;

 - вимагають кваліфікованого персоналу для адміністрування;

 - мають вищу вартість мереж і мережевого устаткування.

       Вибір архітектури мережі

Вибір архітектури мережі залежить від призначення мережі, кількості робочих станцій і від виконуваних на ній дій.

  Слід вибрати однорангову мережу, якщо:

 - кількість користувачів не перевищує десяти;

 - всі машини знаходяться близько один від одного;

 - мають місце невеликі фінансові можливості;

 - немає необхідності в спеціалізованому сервері, такому як сервер БД, факс-

 сервер або який-небудь інший;

 - немає можливості або необхідності в централізованому адмініструванні.

  Слід вибрати клієнт серверну мережу, якщо:

 - кількість користувачів перевищує десяти;

 - потрібне централізоване управління, безпека, управління ресурсами

 або резервне копіювання;

 - необхідний спеціалізований сервер;

 - потрібний доступ до глобальної мережі;

 - потрібно розділяти ресурси на рівні користувачів.

Топологія (конфігурація) – це спосіб з'єднання комп'ютерів в мережу.

Тип топології визначає вартість, захищеність, продуктивність і надійність експлуатації робочих станцій, для яких має значення час звернення до файлового сервера.

  Поняття топології широко використовується при створенні мереж. Одним з підходів до класифікації топології ЛОМ є виділення два основних класів топологій: 

широкомовні і послідовні.

  У широкомовних топологиях ПК передає сигнали, які можуть бути сприйняті іншими ПК. До таких топологиям відносяться топології: загальна шина, дерево, зірка.

  У послідовних топологіях інформація передається тільки одному ПК.

Прикладами таких топологій є: довільна (довільне з'єднання ПК), кільце, ланцюжок.

  При виборі оптимальної топології переслідуються три основні напрямки:

 - забезпечення альтернативної маршрутизації і максимальної надійності передачі даних;

 - вибір оптимального маршруту передачі блоків даних;

 - надання прийнятного часу відповіді і потрібною пропускною здібності.

  При виборі конкретного типу мережі важливо враховувати її топологію.

Основними мережевими топологіями є: шинна (лінійна) топологія,зіркоподібна, кільце і деревовидна.

  Наприклад, в конфігурації мережі ArcNet використовується одночасно і лінійна, і зіркоподібна топологія. Мережі Token Ring фізично виглядають як зірка, але логічно їх пакети передаються по кільцю. Передача даних в мережі Ethernet відбувається по лінійній шині, так що всі станції бачать сигнал одночасно. 

 Види топологий

  Існують п'ять основних топологий 

 - загальна шина (Bus);

 - кільце (Ring);

 - зірка (Star);

 - деревовидна (Tree);

 - комірчаста (Mesh).

Будь-яка мережа складається з вузлів і ліній зв'язку, що сполучають їх. Вузли бувають кінцевими і проміжними. Кінцевий вузол має 1 з'єднання з лінією зв'язку, проміжний більш за одне.

Вузли мережі можуть бути станціями (хостами, комп'ютерами-членами мережі), або спеціальним коммунікаційним обладнанням.Проста мережа містить 2 вузли-станції 

Мережева топологія це граф зв'язків комп'ютерної мережі, тобто тип з'єднання вузлів і ліній зв'язку.

 Розрізняють наступні основні мережеві топології (мал. Ошибка! Источник ссылки не найден.):

типові: 

а) крапка-крапка містить 2 вузли; 

б) шина (лінійна мережа) містить тільки два крайові вузли, будь-яке число проміжних вузлів і має тільки один шлях між будь-якими двома вузлами; 

в) зірка – мережа, в якій є тільки один проміжний вузол; 

г) дерево (ієрархічна зірка) мережа, яка містить більше двох крайових вузлів і принаймні два проміжні вузли, і в якій між двома вузлами є тільки один шлях; д) кільце мережа, в якій до кожного вузла приєднані тільки дві галузь;

похідні: 

е) змішана (комбінована) утворена з'єднанням типових; 

ж) повнозв'язна кожен вузол сполучений зі всіма остальными; 

з) комірчаста мережа, яка містить принаймні два вузли, що мають два або більш за шлях між ними (вигляд змішаною, в якій розділення на типових топології не є видимим явно);

 

Лінії, що зв'язують вузли мережі передачі даних, називаються каналами передачі даних або каналами (лініями) зв'язку.