План лекції

Комп’ютерні мережі. Класифікація та топологія локальних мереж.

Лекція 2

1. Походження комп’ютерних мереж. Засоби телекомунікації.

2. Концепції побудови мережі.

3. Типи мереж: локальна, регіональна, глобальна.

4. Класифікація локальних комп’ютерних мереж. Однорангові мережі та мережі на основі сервера, їх особливості.

5. Спеціалізовані сервери. Топологія мереж. Типи з’єднань: сітка, зірка, послідовне (просте, кільце, шина).

Література:

1. Т.М. Валецька «Комп’ютерні мережі. Апаратні засоби. Навчальний посібник» - К.: Центр навчальної літератури, 2002р. -208с.

2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. “Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов, 2-е изд.” – СПб.: Питер, 2003г. – 864с.

3. Закер К. Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей.: Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 1008 с.

Ключові поняття і терміни: комп’ютерна мережа, локальна мережа, типи комп’ютерних мереж, мережні ресурси, сервер, клієнт, протокол, домен, ІР-адреса, топологія мереж, типи з’єднань, сітка, зірка, кільце, шина.

Появу комп'ютерних мереж можна розглядати як важливий крок у розвитку комп'ютер­ної техніки на шляху розширення її можливостей, а, отже, і на шляху розширення інтелек­туальних можливостей людини у різних сферах діяльності [1]. Вдосконалювання апаратури та програмних засобів досягло такого рівня, що встановити та експлуатувати комп’ютерну мережу може більш-менш освічений користувач[2]. Об’єднувати комп'ютери в мережі почали близько 35 років тому.

Комп'ютерна мережа — це система розподіленого опрацювання інформації, що скла­дається як мінімум із двох комп'ютерів, які взаємодіють між собою за допомогою засобів зв'язку.

Засоби зв'язку мають забезпечувати надійну передачу інформації між комп'ютерами ме­режі. Комп'ютери, що входять до складу мережі, виконують досить широке коло функцій, основними з яких є:

• організація доступу до мережі;

• керування передачею інформації;

• надання обчислювальних ресурсів і послуг абонентам мережі.

Абонент (вузол, хост, станція) — це пристрій, що підключений до мережі і бере активну участь в інформаційному обміні та має свою мережну адресу. Найчастіше абонентом (вузлом) мережі є комп'ютер, але абонентом також може бути, наприклад, мережний принтер або інший периферійний пристрій, що має можливість безпосередньо підключатися до мережі.

Сервером називається абонент (вузол) мережі, який надає свої ресурси іншим абонентам, але сам не використовує їх ресурси. Таким чином, він обслуговує мережу. Серверів в мережі може бути декілька, і зовсім не обов'язково, що сервер — найпотужніший комп'ютер. Виділений (dedicated) сервер — це сервер, що займається тільки мереженими завданнями. Невиділений сервер може крім обслуговування мережі виконувати і інші завдання. Специфічний тип сервера — це мережний принтер.

Клієнтом називається абонент мережі, який тільки використовує мережні ресурси, але сам свої ресурси в мережу не віддає, тобто мережа його обслуговує, а він нею тільки користується. Комп'ютер-клієнт також часто називають робочою станцією. В принципі кожен комп'ютер може бути одночасно як клієнтом, так і сервером.

Класифікація комп’ютерних мереж

Компютерні мережі можна класифікувати за територіальним призначенням, при цьому розрізняють глобальні, локальні та городські (рис. 1.1), та ще одним популярним способом класифікації мереж є їх класифікація за масштабом виробничого підрозділу.

Глобальні мережі охоплюють значні території, це може бути окрема держава, один або декілька континентів. Наприклад, мережа Internet охоплює всю земну кулю. Локальна мережа розміщується в ра­мках окремої організації або корпорації. Відмінності технологій локальних і глобальних мереж помітна, не дивлячись на їх постійне зближення. Наприклад, в глобальних мереж поважніша не якість зв’язку, а сам факт його існування.

Рисунок 1.1- Класифікація мереж за тереториальною ознакою

Локальна обчислювальна мережа - Local Area Networks (LAN) – система, яка забезпечує на обмеженій тереторії один чи декілька каналів зв’язку, наданих приєднаним до неї абонентам для короткочасного монопольного користування [3]. Зазвичай до локальних мереж відносять мережі комп'ютерів, зосереджені на невеликій території (зазвичай в радіусі не більше 1-2 км), які об’єднують невелику кількість комп’ютерів. У загальному випадку локальна мережа є комунікаційною системою, що належить одній організації. Із-за коротких відстаней в локальних мережах є можливість використання дорогих високоякісних ліній зв'язку, які дозволяють, застосовуючи прості методи пересилання даних, досягати високих швидкостей обміну даними порядка 100 Мбіт/с. У зв'язку з цим послуги, що надаються локальними мережами, відрізняються широкою різноманітністю і зазвичай передбачають реалізацію в режимі on-line.

Розглядаючи сучасні характеристики локальної мережі можна побачити, що вони об’єднують близько тисячі комп’ютерів на відстані декілька десятків кілометрів, та використовують різні середовища пересилання даних.

Локальна мережа дозволяє абоненту (користувачу) не помічати з’єднання, тобто забезпечує прозорое з’єднання. По суті, комп'ютери, зв'язані локальною мережею об'єднуються, в один віртуальний комп'ютер, ресурси якого можуть бути доступні всім користувачам, причому цей доступ не менш зручний, чим доступ до ресурсів, що входять безпосередньо в кожен окремий комп'ютер. [2, с.16].

Головна відмінність ЛОМ від будь якої іншої – висока швидкість пересилання інформації (зараз зустрічається 1000 Мбіт/с), а також вірогідність інформації, що передається, визначається кілкістю помилок на один знак. Цей показник становить 10^-8 – 10^-12 помилок/знак [1].

Глобальні мережі - Wide Area Networks (WAN) - об'єднують територіально розгалужені комп'ютери, які можуть знаходитися в різних містах і країнах. Оскільки прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, в глобальних мережах часто використовуються вже існуючі лінії зв'язки, спочатку призначені зовсім для інших цілей. Наприклад, багато глобальних мереж будуються на основі телефонних і телеграфних каналів загального призначення. Із-за низьких швидкостей таких ліній зв'язку в глобальних мережах (десятки кілобіт в секунду) набір послуг, що надаються, зазвичай обмежується передачею файлів, переважно не в оперативному, а у фоновому режимі. Завдяки використанню супутникових каналів звязку, сполучаються ЕОМ на відстані 15 тис. км один від одного.

Міські мережі (або мережі мегаполісів) - Metropolitan Area Networks (MAN) - є менш поширеним типом мереж. Ці мережі з'явилися порівняно недавно. Вони призначені для обслуговування території крупного міста - мегаполісу. Відстань між вузлами мережи становить 10 - 1000 км. Тоді як локальні мережі найкращим чином підходять для розділення ресурсів на коротких відстанях і широкомовних передач, а глобальні мережі забезпечують роботу на великих відстанях, але з обмеженою швидкістю і небагатим набором послуг, мережі мегаполісів займають деяке проміжне положення. Вони використовують цифрові магістральні лінії зв'язки, часто оптоволоконні, з швидкостями від 45 Мбіт/с, і призначені для зв'язку локальних мереж в масштабах міста і з'єднання локальних мереж з глобальними. Ці мережі спочатку були розроблені для передачі даних, але зараз вони підтримують і такі послуги, як відеоконференції і інтегральну передачу голосу і тексту.

За функціональним призначенням комп'ютерів, мережі прийнято поділяти на однорангові, мережі на основі серверів, гибридні.

В одноранговій мережі всі комп'ютери рівноправні, кожний з них може бути як клієнтом, так і сервером. При цьому ресурси кожного комп'ютера умовно поділяються на локальні і мережні. Локальними називаються власні ресурси кожного з комп'ютерів, незалежно від того підключений він до мережі чи ні. Мережними називається частина локальних ресурсів, які надає кожний комп'ютер в загальне користування іншим комп'ютерам. Якщо один з комп'ютерів мережі використовує ресурси іншого комп'ютера, то він виступає у ролі клієнта. Відповідно, процесор, що надає ресурси, вважається на цей мо­мент сервером. Однорангова організація зазвичай використовується в невеликих мережах, що включають не більше 10 комп'ютерів.

Переваги однорангових мереж. Однорангові мережі мають цілий ряд переваг і особливо підходять для малих компаній, які не можуть дозволити собі великих витрат на дороге серверне устаткування і програмне забезпечення. Такі мережі:

- прості в інсталяції;

- не вимагають спеціальної посади адміністратора мережі;

- дозволяють користувачам самостійно управляти розділенням ресурсів;

- вартість створення невеликих мереж не дуже висока.

Недоліки однорангових мереж. Має місце додаткове навантаження на комп'ютери із-за сумісного використання ресурсів.

- нездатність однорангових вузлів обслуговувати, подібно до серверів, таке ж велике число з'єднань;

- відсутність централізованої організації, що ускладнює пошук даних;

- немає центрального місця зберігання файлів, що ускладнює їх архівацію;

- необхідність адміністрування користувачами власних комп'ютерів;

- слабка і незручна система захисту;

- відсутність централізованого управління, що ускладнює роботу з великими одноранговими мережами.

У мережах на основі серверів виділяються окремі комп'ютери для серверів і клієнтів. Для кожного виду мережних ресурсів створюється свій сервер, наприклад, файловий сер­вер, сервер преси, сервер бази даних тощо.

Серверні мережі і домени. Серверні середовища характеризуються наявністю в мережі серверів, що забезпечують захист мережі і її адміністрування.

Серверні мережі функціонують за наявності клієнтів. Клієнти звертаються до сервера, який надає їм різні засоби, наприклад друк або роботу з файлами. Клієнтські комп'ютери зазвичай менш могутні, чим машини в однорангових мережах або сервери.На серверах функціонують такі ОС, як Window NT Server або Novell NetWare. Клієнти використовують операційні системи типу MS-DOS або OS/2 2.0.

У Windows NT серверні мережі організовані в так звані домени. Домен - це сукупність мереж і клієнтів, що спільно використовують інформацію системи захисту. Захистом домена і повноваженнями на реєстрацію управляють спеціальні сервери - контроллери домена. У домені є один контроллер, званий основним (PDC, Primary Domain Controller), і допоміжні резервні контроллери (BDC, Backup Domain Controller), які виконують функції контроллера домена, коли PDC зайнятий або недоступний.

Жоден з комп'ютерів в мережі не зможе звертатися до ресурсів сервера, що розділяються, поки не пройде аутентифікацію на контроллері домена.

Серверні мережі мають такі переваги:

- потужний централізований захист;

- центральне сховище файлів, завдяки чому всі абоненти можуть працювати з одним набором даних, а резервне копіювання важливої інформації значно спрощується;

- оптимізовані виділені сервери функціонують в режимі розділення ресурсів швидше, ніж однорангові вузли;

- менш настирлива система захисту - доступ до ресурсів всієї мережі, що розділяються, - забезпечується по одному паролю;

- проста керованість при великій кількості абонентів;

- централізована організація, що запобігає втраті даних на комп'ютерах;

Серверним мережам властиві і деякі недоліки, які в основному відносяться до вартості серверного устаткування:

- дороге спеціалізоване апаратне забезпечення;

- дорогі серверні ОС і абонентські ліцензії;

- як правило, потрібний спеціальний адміністратор мережі.

У гібридних мережах більшість загальних ресурсів знаходяться на серверах, крім того, абоненти мають доступ до будь-яких ресурсів, визначених як подільні на комп'ютерах в робочій групі. Для доступу до ресурсів робочої групи, з якими спільно працюють однорангові вузли мережі, абонентам необов'язково реєструватися на контроллері домена.

Гібридні мережі володіють перевагами як серверної моделі, так і однорангових мереж.

Гібридні обчислення страждають недоліками, характерними для серверних мереж.

Класифікації мереж за масштабом виробничого підрозділу, в межах якого діє мережа

Розрізняють мережі відділів, мережі кампусів і корпоративні мережі.

Мережі відділів - це мережі, які використовуються порівняно невеликою групою співробітників (100 - 150 чоловік), що працюють в одному відділі підприємства. Головною метою мережі відділу є розділення локальних ресурсів, таких як додатки, дані, лазерні принтери і модеми.

Завдання управління мережею на рівні відділу відносно прості: додавання нових користувачів, усунення простих відмов, інсталяція нових вузлів і установка нових версій програмного забезпечення.

Рисунок 2 - Приклад мережі масштабу відділу

Мережі кампусів отримали свою назву від англійського слова campus - студентське містечко. Саме на території університетських городків часто виникала необхідність об'єднання декількох дрібних мереж в одну велику мережу. Зараз цю назву пов'язують не тільки із студентськими городками, але використовують і для позначення мереж будь-яких підприємств і організацій.

на рівні мережі кампусу виникають проблеми інтеграції неоднорідного апаратного і програмного забезпечення. Типи комп'ютерів, мережевих операційних систем, мережевого апаратного забезпечення можуть відрізнятися в кожному відділі. Звідси витікають складнощі управління мережами кампусів. Адміністратори повинні бути в цьому випадку більш кваліфікованими, а засоби оперативного управління мережею - досконалішими.

Корпоративні мережі об'єднують велику кількість комп'ютерів на всіх територіях окремого підприємства. Для корпоративної мережі характерні:

- масштабність - тисячі призначених для користувача комп'ютерів, сотні серверів, величезні об'єми що зберігаються і передаваних по лініях зв'язку даних, безліч різноманітних застосувань;

- високий ступінь гетерогенності - типи комп'ютерів, комунікаційного устаткування, операційних систем і додатків різні;

- використання глобальних зв'язків - мережі філій з'єднуються за допомогою телекомунікаційних засобів, зокрема телефонних каналів, радіоканалів, супутникового зв'язку.

Призначення мережі

Перше призначення мереж - сумісне використання інформації. При цьому слід звернути увагу на те, яка інформація має життєво важливе значення для вашої організації? Які дані вимагають обмеження доступу або постійного доступу для всіх співробітників?

Сумісне використання апаратних засобів. Комп'ютери, не підключені до мережі, не дістають ефективного доступу до ресурсів, що розділяються. Наприклад, в невеликому офісі з 10 автономними комп'ютерами і одним принтером виводити інформацію на друк може тільки користувач, до ПК якого цей принтер приєднаний. Останнім доведеться записувати дані на дискету і передавати їх на комп'ютер з принтером. Така організація роботи заважатиме користувачеві ПК з принтером. Мережа дозволяє працювати з принтером всім підключеним до неї користувачам, а не тільки тому, до машини якого приєднаний пристрій друку.

Мережні комп'ютери можуть спільно працювати з наступними пристроями:

а) факс-модемами;

б) сканерами;

в) жорсткими дисками;

г) накопичувачами на гнучких дисках;

д) пристроями читання CD-ROM;

е) накопичувачами на магнітній стрічці для резервного копіювання даних;

ж) графічними пристроями;

з) а також з практично будь-якими іншими пристроями, що підключаються до комп'ютерів

Сумісне використання програмних ресурсів. Інсталяція і настройка конфігурації програмного забезпечення в мережі значно скорочують об'єм роботи, потрібної для забезпечення доступу до комп'ютерних програм у всій організації.

Збереження інформації. Мережа дозволяє виконувати централізоване резервне копіювання інформації. Резервне копіювання - одна з найбільш важливих операцій, що входять в обов'язки адміністратора мережі. Комп'ютери - складні пристрої, і рано чи пізно користувачі стикаються з відмовами, які завжди трапляються в самий невідповідний момент. Мережеві компоненти також можуть виходити з ладу. Регулярне резервне копіювання значно полегшить життя вам і вашим користувачам.

Захист інформації. Мережа забезпечує важливій корпоративній інформації захищеніше середовище. При використанні автономних ПК доступ до комп'ютерів часто означає доступ до інформації, що знаходиться в них. Мережі реалізують додатковий рівень захисту за допомогою паролів. Кожному користувачеві, що працює в мережі, можна привласнити окреме облікове ім'я і пароль. В результаті мережний сервер знатиме, хто до нього звертається, і захистить інформацію, заборонивши несанкціоноване звернення до неї.

Електронна пошта. Однією з найбільш значних переваг, що отримуються користувачами від застосування мережі, є електронна пошта (e-mail). Замість обміну повідомленнями, директивами і зауваженнями на папері (що пов'язане з додатковими витратами і затримками) користувачі завжди можуть посилати один одному повідомлення і перевіряти їх отримання.

Будь-яка комп'ютерна мережа характеризується своєю архітектурою, яка визначається (рис. 1.2) 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.

Рис. 1.2 - Компоненти архітектури комп'ютерної мережі

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.

Основні програмні і апаратні компоненти мережі

Весь комплекс програмно-апаратних засобів мережі може бути описаний багатошаровою моделлю. У основі будь-якої мережі лежить апаратний шар стандартизованных комп'ютерних платформ. В даний час в мережах широко і успішно застосовуються комп'ютери різних класів - від персональних комп'ютерів до мейнфреймів і супер ЕОМ. Набір комп'ютерів в мережі повинен відповідати набору різноманітних завдань, що вирішуються мережею.

Другий шар - це комунікаційне устаткування. Хоча комп'ютери і є центральними елементами обробки даних в мережах, останнім часом не менш важливу роль почали грати комунікаційні пристрої. Кабельні системи, повторювачи, мости, комутатори, маршрутизатори і модульні концентратори з допоміжних компонентів мережі перетворилися на основних разом з комп'ютерами і системним програмним забезпеченням як по впливу на характеристики мережі, так і за вартістю. Сьогодні комунікаційний пристрій може бути складним спеціалізованим мультипроцесором, який потрібно конфігурувати, оптимізувати і адмініструвати.

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

Самим верхнім шаром мережевих засобів є різні мережеві застосування, такі як мережні бази даних, поштові системи, засоби архівації даних, системи автоматизації колективної роботи і ін.

Таким чином, вибір комп'ютерної мережі може бути зведений до вибору її топологи, протоколів, апаратних засобів і мережного програмного забезпечення. Кожен з цих компонентів є відносно незалежним. Наприклад, мережі з однаковою топологією можуть використовувати різні методи доступу, протоколи і мережне програмне забезпечення. У різних мережах можуть застосовуватись однакові про­токоли і (або) мережне програмне забезпечення. Це розширює можливість вибору най­більш оптимальної архітектури комп'ютерної мережі.

ТОПОЛОГІЇ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ І ІНФОРМАЦІЙНІ ПОТОКИ В НИХ

При проектуванні мереж в першу чергу 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 устаткування, наприклад концентратори), а ребрам - фізичні зв'язки між ними. Комп'ютери, підключені до мережі, часто називають станціями (workstations) або вузлами мережі.

Конфігурація фізичних зв'язків визначається електричними з'єднаннями комп'ютерів між собою і може відрізнятися від конфігурації логічних зв'язків між вузлами мережі. Логічними зв'язками є маршрути передачі даних між вузлами мережі які утворюються шляхом відповідної настройки комунікаційного устаткування.

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

Розглянемо деякі найпоширеніші топології: шинну, зіркоподібну, деревоподібну, кільце і чарункову.

Шинна топологія. Шинна топологія часто застосовується в невеликих, простих або тимчасових мережних інсталяціях (рис. 1, в).

Принцип роботи шинної топології. У типовій мережі з шинною топологією кабель містить одну або більше пар провідників, а активні схеми посилення сигналу або передачі його від одного комп'ютера до іншого відсутні. Таким чином, шинна топологія є пасивною. Коли одна машина посилає сигнал по кабелю, всі інші вузли отримують цю інформацію, але тільки один з них (адреса якого співпадає з адресою, закодованою в повідомленні) приймає її. Останні відкидають повідомлення.

У кожен момент часу відправляти повідомлення може тільки один комп'ютер, тому число підключених до мережі машин значно впливає на її швидкодію. Перед передачею даних комп'ютер повинен чекати звільнення шини. Вказані чинники діють також в кільцевій і зіркоподібній мережах.

Ще одним важливим чинником є крайове навантаження. Оскільки шинна топологія є пасивною, електричний сигнал від передавального комп'ютера вільно подорожує по всій довжині кабелю. Без крайового навантаження сигнал досягає кінця кабелю, відбивається і йде у зворотному напрямі. Така луна віддзеркалення і подорож сигналу туди і назад по кабелю називається зацикленням (ringing). Для запобігання подібному явищу до обох кінців кабельного сегменту підключається крайове навантаження (термінатори). Термінатори поглинають електричний сигнал і запобігають його віддзеркаленню. У мережах з шинною топологією кабелі не можна залишати без крайового навантаження.

Рисунок 1 - типові топології мереж

Прикладом недорогої мережі з шинною топологією є Ethernet 10Base-2 (таку мережу називають також "тонкою" Ethernet). Якщо в мережі з шинною топологією виникають проблеми, переконайтесь, що до кабелю підключено крайове навантаження. У мережах без крайового навантаження з'являються часті помилки, в результаті мережі стають некерованими.

Переваги шинної топології:

- вона надійно працює в невеликих мережах, проста у використанні і зрозуміла;

- шина вимагає менше кабелю для з'єднання комп'ютерів і тому дешевше, ніж інші схеми кабельних з'єднань;

- шинну топологію легко розширити. Два кабельні сегменти можна зістикувати в один довгий кабель за допомогою циліндрового з'єднувача BNC. Це дозволяє підключити до мережі додаткові комп'ютери;

- для розширення мережі з шинною топологією можна використовувати повторювач. Повторювач (repeater) підсилює сигнал і дозволяє передавати його на великі відстані.

Недоліки шинної топології:

- інтенсивний мережний трафік значно знижує продуктивність такої мережі. Оскільки будь-який комп'ютер може передати дані в довільний момент часу, і в більшості мереж вони не координують один з одним моменти передачі. у мережі з шинною топологією з великим числом комп'ютерів станції часто переривають один одного, і чимала частина смуги пропускання (потужність пересилання інформації) втрачається даремно. При додаванні комп'ютерів до мережі проблема ще більш посилюється;

- кожен циліндровий з'єднувач ослабляє електричний сигнал, і велике їх число перешкоджатиме коректній передачі інформації по шині;

- мережі з шинною топологією важко діагностувати. Розрив кабелю або неправильне функціонування одного з комп'ютерів може привести до того, що інші вузли не зможуть взаємодіяти один з одним. В результаті вся мережа стає непрацездатною.

Зіркоподібна топологія. Зіркоподібна мережа (рис. 1, г) характеризується наявністю цен­трального вузла комутації — мережного сервера, до якого (або через який) надсилаються всі повідомлення. На мережний сервер, крім основних функцій, можуть бути покладені додаткові функції з узгодження швидкостей роботи станцій і перетворення протоколів обміну, це дозволяє в рамках однієї мережі об'єднувати різнотипні робочі станції.

Рисунок 2 іллюструє зіроподібну топологію де всі кабелі йдуть до комп'ютерів від центрального вузла - концентратора (hub).

Рисунок 2 - Топологія зіркоподібної мережі

Принцип роботи зіркоподібної топології. Кожен комп'ютер в мережі з топологією типу "зірка" взаємодіє з центральним концентратором, який передає повідомлення всіх комп'ютерів (у зіркоподібній мережі з широкомовною розсилкою) або тільки комп'ютеру-адресатові (у комутованій зіркоподібній мережі). Мережний сервер підключається до комутатора як робоча станція, але з максимальним пріоритетом. У цьому випадку структура центрального вузла значно спрощується, що у сполученні з високошвидкісними каналами дозволяє досягти досить високої швидкості пе­редачі даних. Так, наприклад, у зірчастій мережі Ultra Net швидкість передачі даних становить 1,4 Гбіт/с (рис. 3) [1,с.13].

Рисунок 3 - Структура зіркоподібної мережі з розподіленим керуванням

Активний концентратор регенерує електричний сигнал і посилає його всім підключеним комп'ютерам. Такий тип концентратора часто називають багатопортовим повторювачем (multiport repeater). Для роботи активних концентраторів і комутаторів потрібне живлення від мережі. Пасивні концентратори, наприклад, комутаційна кабельна панель або комутаційний блок, діють як точка з'єднання, не підсилюючи і не регенеруючи сигнал. Електроживлення такі пристрої не вимагають.

Для реалізації мережі з топологією типу "зірка" можна застосовувати декілька типів кабелів. Гібридний концентратор дозволяє використовувати в одній зіркоподібній мережі різні типи кабелів.

Переваги мережі із зіркоподібною топологією:

- така мережа допускає просту модифікацію і додавання комп'ютерів, не порушуючи інші її частини. Досить прокласти новий кабель від комп'ютера до центрального вузла і підключити його до концентратора. Якщо можливості центрального концентратора будуть вичерпані, слід замінити його пристроєм з великим числом портів;

- центральний концентратор зіркоподібної мережі зручно використовувати для діагностики. Інтелектуальні концентратори (пристрої з мікропроцесорами, доданими для повторення мережних сигналів) забезпечують також моніторинг і управління мережею;

- відмова одного комп'ютера не обов'язково приводить до зупину всієї мережі. Концентратор здатний виявляти відмови і ізолювати таку машину або мережний кабель, що дозволяє решті мережі продовжувати роботу;

- у одній мережі допускається застосування декількох типів кабелів (якщо їх дозволяє використовувати концентратор);

- зіркоподібна топологія відрізняється найбільшою гнучкістю і простотою діагностики у разі відмови.

Недоліки мережі із зіркоподібною топологією:

- при відмові центрального концентратора стає непрацездатною вся мережа;

- багато мереж з топологією типу "зірка" вимагають застосування на центральному вузлі пристрою для ретрансляції широкомовних повідомлень або комутації мережного графіка;

- всі комп'ютери повинні з'єднуватися з центральним вузлом, це збільшує витрату кабелю, а отже, такі мережі дорожчі, ніж мережі з іншою топологією.

Розширювати зіркоподібну мережу можна шляхом підключення замість одного з комп'ютерів ще одного концентратора і під'єднання до нього додаткових машин. Так створюється гібридна зіркоподібна мережа (деревоподібна), аналогічна представлена на рисунку 1- д та 4. Найбільш характерним представником мереж з такою топологією є мережа lOOVG-AnyLan. Цікаво відзначити, що високошвидкісний варіант магістральної мережі Ethernet — Fast Ethernet також має дерево­подібну структуру.

Порівняно з шинними і кільцевими мережами, деревоподібні мають вищу живучість. Відімкнення або вихід з ладу однієї з ліній або комутатора, як правило, не має значного впли­ву на працездатність частини локальної мережі, що залишилася.

Однією з причин широкого використання мереж із деревоподібною топологією є також те, що ця структура найбільше відповідає структурі інформаційних потоків між абонентами мережі.

Рисунок 4 - Гібридна зіркоподібна мережа

Мережі з кільцевою топологією. У кільцевій мережі кожен комп'ютер пов'язаний з наступним, а останній - з першим, як наведено в рисунку 1, е. Кільцева топологія застосовується в мережах, що вимагають резервування певної частини смуги пропускання для критичних за часом засобів (наприклад, для передачі відео і аудіо), у високопродуктивних мережах, а також при великому числі клієнтів, що звертаються до мережі (що вимагає її високої пропускної спроможності).

Принцип роботи мереж з кільцевою топологією. У мережі з кільцевою топологією кожен комп'ютер з'єднується з наступним комп'ютером, що ретранслює ту інформацію, яку він отримує від першої машини. Завдяки такій ретрансляції мережа є активною, і в ній не виникають проблеми втрати сигналу, як в мережах з шинною топологією. Крім того, оскільки "кінця" в кільцевій мережі немає, ніяких крайових навантажень не потрібно.

Деякі мережі з кільцевою топологією використовують метод естафетної передачі. Спеціальне коротке повідомлення-маркер циркулює по кільцю, поки комп'ютер не побажає передати інформацію іншому вузлу. Він модифікує маркер, додає електронну адресу і дані, а потім відправляє його по кільцю. Кожен з комп'ютерів послідовно отримує даний маркер з доданою інформацією і передає його сусідній машині, поки електронна адреса не співпаде з адресою комп'ютера-одержувача, або маркер не повернеться до відправника. Комп'ютер, що отримав повідомлення, повертає відправникові відповідь, підтверджуючу, що послання прийняте. Тоді відправник створює ще один маркер і відправляє його в мережу, що дозволяє іншій станції перехопити маркер і почати передачу. Маркер циркулює по кільцю, поки яка-небудь із станцій не буде готова до передачі і не захопить його.

Всі ці події відбуваються дуже часто: маркер може пройти кільце з діаметром в 200 м приблизно 10000 разів в секунду. У деяких ще швидших мережах циркулює відразу декілька маркерів. У інших мережних середовищах застосовуються два кільця з циркуляцією маркерів в протилежних напрямах. Така структура сприяє відновленню мережі у разі виникнення відмов.

Прикладом швидкої волоконно-оптичної мережі з кільцевою топологією є FDDI.

Переваги мережі з кільцевою топологією:

- оскільки всім комп'ютерам надається рівний доступ до маркера жоден з них не може монополізувати мережу;

Недоліки мережі з кільцевою топологією:

- відмова одного комп'ютера в мережі може вплинути на працездатність всієї мережі;

- додавання або видалення комп'ютера змушує розривати мережу, усувається завдяки використанню "подвійного" кільця. Для цього до складу локальної мережі включають додаткові лінії зв'язку пристрої реконфігурації — спеціальні перемикальні пристрої, прості й надійні. На рис. 5. показано схему перемикання з одного кільця на інше у випадку виходу з ладу одного із сегментів кільця.

Рисунок 5. - Перемикання кілець

У разі потреби може бути ізольована одна (рис. 6, а) або декілька робочих станцій (рис. 6, б)

а) ізоляція однієї станції

б) ізоляція двох станцій

Рисунок 6 - Ізоляція робочих станцій

Фізична чарункова топологія. Повнозв'язна топологія характеризується наявністю надмірних зв'язків між пристроями. Наприклад, в дійсній мережі з чарунковою (mesh) структурою існує прямий зв'язок між всіма пристроями мережі (рис.1, а). Для великої кількосі пристроїв така схема виявляється неприйнятною. Більшість повнозв’язних мереж не є чарунковими структурами, а є гібридними повнозв’язними мережами, що містять деякі надмірні зв'язки (але не між всіма вузлами).

При збільшенні числа пристроїв складність реконфігурації подібної мережі, як і її інсталяції, збільшується в геометричній прогресії.

Основною гідністю мережі із чарунковою структурою є її відмовостійка. Інші переваги включають гарантовану пропускну спроможність каналу зв'язку і те, що такі мережі достатньо легко діагностувати.

До недоліків чарункової топології відносяться складність інсталяції і реконфігурації, а також вартість.

Змішані топології. Тоді як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію - зірка, кільце або загальна шина, для крупних мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільно зв'язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами із змішаною топологією (рис. 8).

Рисунок 8 - Змішана топологія мережі

Методи сумісного використання ліній зв'язку. У обчислювальних мережах використовують як індивідуальні лінії зв'язку між комп'ютерами, так і ті що розділяються (shared), коли одна лінія зв'язку поперемінно використовується декількома комп'ютерами. Тільки у мережі з повнозв'язною топологією для з'єднання кожної пари комп'ютерів є окрема лінія зв'язку.

Класичним прикладом мережі з лініями зв'язку, що розділяються, є мережі з топологією “загальна шина”, в яких один кабель спільно використовується всіма комп'ютерами мережі. Жоден з комп'ютерів мережі в принципі не може індивідуально, незалежно від всіх інших комп'ютерів мережі, використовувати кабель, оскільки при одночасній передачі даних відразу декількома вузлами сигнали змішуються і спотворюються. У топологиях “кільце” або “зірка” індивідуальне використання ліній зв'язку, що сполучають комп'ютери, принципово можливо, але ці кабелі часто також розглядають як мережі, що розділяються для всіх комп'ютерів, так що, наприклад, тільки один комп'ютер кільця має право в даний момент часу відправляти по кільцю пакети іншим комп'ютерам.

Мережа з середовищем, що розділяється, при великій кількості вузлів працюватиме завжди повільніше, ніж аналогічна мережа з індивідуальними лініями зв'язку. Проте, режим ліній зв'язку, що розділяються, зберігається не тільки в класичних, але і в зовсім нових технологіях, розроблених для локальних мереж. Наприклад, розробники технології Gigabit Ethernet, прийнятої в 1998 році як новий стандарт, включили режим розділення передавального середовища в свої специфікації разом з режимом роботи по індивідуальних лініях зв'язку.

Необхідно підкреслити, що індивідуальними є тільки лінії зв'язку між кінцевими вузлами і комутаторами мережі, а зв'язки між комутаторами залишаються такими, що розділяються, оскільки по ним передаються повідомлення різних кінцевих вузлів (рис.9).

Рисунок 9 - Індивідуальні лінії зв'язку, що розділяються, в мережах на основі комутаторів

При використанні індивідуальних ліній зв'язку в повнозв'язних топологиях кінцеві вузли повинні мати по одному порту на кожну лінію зв'язку. У зіркоподібних топологиях кінцеві вузли можуть підключатися індивідуальними лініями зв'язку до спеціального пристрою - комутатора. Комутатори приводять до істотного здорожчення локальної мережі, тому поки їх застосування обмежене, але в міру зниження їх вартості цей підхід, можливо, витіснить застосування ліній зв'язку, що розділяються.

Топологія глобальних мереж. На відміну від локальних, глобальні мережі характеризуються (рис. 10) досить складною, нерегулярною топологією.

Основу передавального середовища глобальних мереж становлять вузли комутації, пов'язані між собою каналіами передачі даних. Канали передачі даних це канали зв'язку, пристосовані для передачі дискретної інформації у вигляді масивів даних. При цьому висуваються достатньо високі вимоги до безпомилкової передачі інформації.

У глобальних мережах, звичайно, використовується декілька виділених серверів. Зокрема, роботою мережі управляє спеціальний комп'ютер — сервер мережі. У великих мережах може бути декілька файл-серверів, що служать для збереження значних обсягів інформації й організації ефективного доступу до неї з боку робочих станцій. Глобальні мережі припускають підключення великого числа робочих станцій. З цією метою часто використовуються спеціальні сервери доступу, за допомогою яких забезпечується ефективний доступ певної кількості робочих станцій до комп'ютерної мережі. Кількість і місце розташування вузлів комутації вибирається таким чином, щоб при мінімальних витратах забезпечити необхідну пропускну спроможність мережі передачі даних.

Рисунок 10 - Структура глобальної комп'ютерної мережі, де ВК— вузол комутації

ЛОГІЧНА ОРГАНІЗАЦІЯ МЕРЕЖІ

Поряд із фізичною топологією, локальна мережа характеризується логічною структурою. На рівні логічної структури визначається логічний канал передачі інформації, порядок доступу робочих станцій до спільного передавального середовища та характер взаємодії комп'ютерів між собою.

Логічний канал задає послідовність передачі інформації робочими станціями. При цьо­му логічна організація не завжди збігається з топологією мережі. У рамках локальних мереж розрізняють лінійні і кільцеві логічні канали. При лінійній логічній організації (рис. 11) всі вузли локальної мережі пов'язані між собою за допомогою спільної логічної шини.

Напрямок передачі інформації

Рисунок 11 - Логічна лінійна структура

У цьому випадку інформація від вузла надходить на спільну логічну шину, після чого залежно від адреси одержувача, надходить на один з вузлів локальної мережі. Така органі­зація відповідає лінійній фізичній структурі. Це найпростіший вид логічної організації, який не вимагає спеціального керування. Таке сполучення фізичної і логічної структури використовується в широко відомих мережах Ethernet.

При кільцевій логічній організації (рис. 12 б) використовується спеціальна керуюча ін­формація, наприклад, у вигляді маркера, який послідовно передається між вузлами мережі. При надходженні маркера вузол отримує можливість передавати інформацію у фізичне се­редовище. Кільцева логічна організація може використовуватися не тільки в кільцевій, але й у лінійній фізичній структурі локальних мереж.

Рисунок 12 - Логічна та фізична топологія мережі

У рамках кільцевої фізичної структури, як правило, реалізується логічна кільцева структура (рис. 12 а). В цьому випадку логічна і фізична структури збігаються, тобто маркер і дані переда­ються кільцем в одному напрямку.

Дата добавления: 2014-01-11