Лекція Комп‘ютерні мережі

« Назад

4.1. Комунікаційне середовище і передача даних

ПРИЗНАЧЕННЯ І КЛАСИФІКАЦІЯ КОМП‘ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ

Розподілена обробка даних

Сучасне підприємство потребує високих швидкостей обробки інформації, зручних форм зберігання та передачі, динамічні засоби звертання до інформації, засоби пошуку даних в заданий термін часу, реалізацію складної математичної і логічної обробки даних. Управління крупними підприємствами та економікою на рівні країни потребує участі у цьому процесі великих колективів. Колективи можуть бути розташовані у різних містах та регіонах країни і навіть у різних країнах. Для вирішення завдань управління, які забезпечують реалізацію економічної стратегії, є важливими і актуальними швидкість та зручність обміну інформацією, а також можливість взаємодії всіх учасників у процесі вироблення управлінських  рішень.

В епоху центрального використання ПЕОМ у пакетному режимі обробки інформації користувачі обчислювальної техніки придбали комп‘ютери, за допомогою яких можна було вирішувати всі класи завдань. Доступ до ресурсів комп‘ютерів був складним через існуючу політику централізації обчислювальних засобів в одному місці.

Принцип централізованої обробки даних не відповідав високим вимогам до надійності процесу обробки, ускладнював розвиток систем і не міг забезпечити необхідні часові параметри при діалоговій обробку даних у багатокористувальному режимі. Короткочасний вихід з ладу центральної ЕОМ призводив до важких наслідків для системи в цілому, тому необхідно було дублювання функцій центральної ЕОМ, значно збільшує затрати на створення та експлуатацію систем обробки даних.

Рис. 4.1 Схема централізованої обробки даних
Поява малих ЕОМ, мікро-ЕОМ та персональних комп‘ютерів потребовала нового підходу до організації систем даних, до створення нових інформаційних технологій. Виникла логічно обгрунтована потреба переходу від використання окремих ЕОМ у системах централізованої обробки даних до розподіленої обробки даних (рис.4.2.)

Рис.4.2. Схема розподіленої обробки даних

Для реалізації розподіленої обробки даних були створені багатомашині асоціації, структура яких розробляється за одним з таких напрямів:

• Багатомашинні обчислювальні комплекси (БОК);
• Комп‘ютерні (обчислювальні) мережі.

Багатомашині обчислювальні комплекси могуть бути:

• Локальні, за умові встановлення комп‘ютерів в одному приміщенні, не потребуючих для взаємозв'язку спеціального обладнання і каналів зв‘язку;
• дистанційні, якщо комп‘ютерні комплексу встановлені на значній відстані від центра ЕОМ і для передачі даних використовуються телефонні канали зв‘язку.

Приклад 4.1.1 Три ЕОМ об‘єднані у комплекс для розподілу завдань, які поступають на обробку. Одна з них виконує функцію диспетчера і розподіляє завдання в залежності від зайнятості одної з двох ЕОМ, що виконують обробку. Це локальний комплекс.

Приклад 4.1.2. ЕОМ, яка здійснює збір даних по деякому регіону, виконує їх попередню обробку і передає для використання на центральну ЕОМ телефонним каналам зв‘язку. Це дистанційний багатомашинний комплекс.

Об'єднана структура комп‘ютерної мережі

Комп‘ютерні мережі є вищою формою багатомашинних асоціацій. Основні відмінності комп‘ютерної мережі від багатомашинного обчислювального комплексу.

Перша відмінність — розмір. До складу багатомашинного обчислювального комплексу входять звичайно дві, максимум три ЕОМ, розташовані в одному приміщенні. Обчислювальна мережа може складатись з десятків і сотні  ЕОМ, які розташовані на відстані одна від одної від кількох метрів до десятків, сотень, тисяч кілометрів.

Друга відмінність — розподіл функцій між ЕОМ. Якщо у багатокористувальному обчислювальному комплексі функції обробки даних, передачі даних і управління системою можуть бути реалізовані на одній ЕОМ, то в обчислювальних мережах ці функції розподілені між різними ЕОМ.

Третя відмінність — необхідність вирішення в мережі завдання маршрутизації повідомлень.

Об'єднання в один комплекс засобів обчислювальної техніки, апаратури зв‘язку і каналів передачі даних ставить специфічні вимоги з боку багатомашинної асоціації, а також потребує формування спеціальної термінології.

Абонентами мережі можуть бути окремі ЕОМ, комплекси ЕОМ, термінали, промислові роботи, станки з числовим програмним управлінням тощо. Будь-який абонент може підключитись до станції.

Сукупність абонента і станції прийнято називати абонентською системою. Для організації взаємодії необхідне фізичне передавальне середовище.

На базі фізичного передавального середовища будується комунікаційна мережа, яка забезпечує передачу інформації між абонентськими системами.

Такий підхід дозволяє розглянути будь-яку комп‘ютерну мережу як сукупність абонентських систем і комунікаційної мережі.

Рис.4.3.Узагальнена фігура комп‘ютерної мережі

Класифікація обчислювальних мереж

У залежності від територіального розміщення абонентських систем обчислювальних мережі можна поділити на три основних класи:

• глобальні мережі (WAN — Wide Area Network);
• регіональні мережі (MAN — Metropolitan Area Network);
• локальні мережі (LAN — Local Area Network).

Глобальна обчислювальна мережа об‘єднує абонентів, які розміщені у різних країнах, на різних континентах. Взаємодія між абонентами здійснюється на базі телефонних ліній зв‘язку, радіозв'язку і системи супутниковою зв‘язку. Глобальні обчислювальні мережі дозволяють вирішить проблему об‘єднання інформаційних ресурсів усього людства і організації доступу до цих ресурсів.

Регіональна обчислювальна мережа зв‘язує абонентів, які розміщені на значної відстані один від одного. Вона може вмикати абонентів в середині великого міста, економічного регіону, окремої країни. Звичайно відстань між абонентами регіональної обчислювальної мережі становить десятки – сотні кілометрів.

Локальна обчислювальна мережа об'єднує абонентів, які розміщені на невеликої території. Сьогодні не існує чітких обмежень на територіальне розміщення абонентів локальної обчислювальної мережі. До класу локальних обчислювальних мереж належать мережі окремих підприємств, фірм, банків, офісів тощо. Довжина такої мережі обмежена — 2-2,5 км.

Об‘єднання глобальних, регіональних і локальних обчислювальних мереж дозволяє створювати багатомережні ієрархії. Вони забезпечують потужні економічно доцільні засоби обробки великих інформаційних масивів і доступ до необмежених інформаційних ресурсів. Локальні обчислювальні мережі можуть входити як компонент до складу регіональної мережі. Регіональні мережі  об‘єднуються у глобальні мережі і глобальні мережі можуть створювати складні структури.

Рис.4.1.4. Ієрархія комп‘ютерих мереж

Приклад 4.1.3. Комп‘ютерна мережа Internet є найбільш поширеною глобальною мережею. До її складу входить велика кількість вільно об‘єднаних мереж. Усередині Internet структура і методи об‘єднання між різними мережами для певного користувача не мають ніякого значення.

Практика застосування персональних комп‘ютерів у різних галузях і підприємствах показала, що найбільшу ефективність від впровадження обчислювальної техніки забезпечують не окремі автономні ПК, а локальні обчислювальні мережі.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ

Режим передачі даних

Будь-яка комунікаційна мережа повинна містити такі основні компоненти:

• передавач;
• повідомлення;
• засоби передавання;
• приймач.

Приймачем може бути комп‘ютер, термінал або будь-який цифровий пристрій.

Це маже бути файл бази даних, таблиця, відповідь на запит, текст або відображення.

Для передавання повідомлень в обчислювальних мережах використовують різні типи каналів зв‘язку. Найбільш поширені виділені телефоні канали і спеціальні канали для передачі цифрової інформації. Застосовуються також радіоканали і канали супутникового зв‘язку.

Відмінність тільки з ЛОМ, де у якості середовища для передачі, використовуються скручена пара дротів, коаксіальний кабель і оптоволоконній кабель.

Процес обміну повідомленнями в обчислювальної мережі каналами зв‘язку характеризуються:

• режимом передачі;
• кодом передачі;
• типом синхронізації.

Режим передачі

Існують три режимі передачі: симплексний, напівдуплексний і дуплексний.

Прикладом симплексного режиму передачі (рис.4.1.5.) є система, де інформація, яка збирається за допомогою датчиків, передається для обробки на ЕОМ. В обчислювальних мережах симплексна передача практично не використовується.

Прикладом роботи в напівдуплексному режимі є розвідник, який передає у центр інформацію, а потім приймає інструкції з Центра (рис.4.1.6.).

Рис.4.1.6. Напівдуплексний режим передачи

Дуплексний режим — одночасна передача і прийом повідомлень

Рис.4.1.7. Дуплексний режим перевання

Дуплексний режим (рис.4.1.7.) є найбільш швидкісним режимом роботи і дозволяє ефективно використовувати обчислювальні можливості швидкодіючих ЕОМ в поєднанні з високою швидкістю передачі даних каналами зв‘язку. Прикладом дуплексного режиму є телефона розмова.

Коди передачі даних

Для передачі інформації каналами зв‘язку використовують спеціальні коди. Коди стандартизовані і визначені рекомендаціями ISO (International Organization for Standardization) — Міжнародна організація зі стандартів (МОС) або Міжнародний консультативний комітет з телефонії і телеграфії (МККТТ).

Найбільш поширеним кодом передачі каналами зв‘язку є код ASCII, який прийнято для обміну інформацією практично у всьому світі.

Для передачі кодової комбінації використовують стільки ліній, скільки бітів ця комбінація містить. Кожний біт передається окремим дротом. Ця паралельна передача або передача паралельним кодом. Передача паралельним кодом є переважаючим при організації локальних багатомашинних обчислювальних комплексів (БОК), для внутрішнього зв‘язку ЕОМ і для невеликих відстань між абонентами мережі. Передача паралельним кодом забезпечує високу швидку дію, але потребує збільшених затрат на створення фізичного середовища для передачі і має поганий захист від перешкод. В обчислювальних мережах передача паралельними кодами не існують.

Для передачі кодової комбінації по двохдротовою лінією група бітів передається одним дротом біт за бітом. Ця передача інформації послідовним кодом. Така передача повільніша, оскільки потребує перетворення даних у паралельний код для подальше ї обробки в ЕОМ, але більш вигідна для передачі повідомлень на більшу відстань.

Типи синхронізації даних

Процеси передачі або прийому інформації в обчислювальних мережах можуть бути пов‘язані певними тимчасовими помітками, тобто один зі процесів може початися тільки після того, як отримує повні данні від іншого процесу. Такі процеси мають назву синхронні.

Процеси, які могуть виконуватись незалежно від степені повноти передачі даних мають назву асинхронними.

При синхронній передачі інформація передається блоками, яки обмежуються спеціальними управляючими символами. В склад блока входять спеціальні синхросимволи, які забезпечують контроль стану середовища на фізичному рівні і символи, які дозволяють виявити помилки при обміні інформацією. У при кінці блока даних при синхронії передачі в канал зв‘язку видається контрольна послідовність, яка сформована по спеціальному алгоритму. По цьому же алгоритму формується контрольна послідовність при прийомі інформації з каналу зв‘язку. Як що обоє послідовності співпадають — помилок немає. Як що послідовність не співпадають — помилка. Передача повторюється до позитивного результату перевіки. Як що повторні передачі не дають позитивного результату, то фіксується аварійний стан.

 

Рис 4.1.8. Синхронна передача даних

Синхронна передача — високошвидкісна і почті безпомилкова. Вона використається для обміну повідомлень між ЕОМ в обчислювальних мережах. Синхронна передача потребує дорогого обладнання.

При асинхронної передачі (рис. 4.1.9.) дані передаються в канал зв‘язку, як послідовність бітів, з якою при прийомі необхідно виділити байти для послідуючий обробки. Для цього кожний байт обмежується стартовим і стоповим бітами, які і дозволяють призвести виділення їх з потоку передачі. Додаткові стартові і стопові біти декілька знижають ефективну швидкість передачі даних і відповідно пропускну спроможність каналу зв‘язку. В теж час асинхронна передача даних не потребує дорого коштовне обладнання і відповідає потребам організації діалогу в обчислювальної мережі при взаємодії персональних ЕОМ.

Рис. 4.1.9. Апаратна реалізація передачі даних

 

АПАРАТНА РЕАЛІЗАЦІЯ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ

Засоби передачі цифровій інформації

Цифрові дані по провіднику передаються шляхом зміни поточної напруги:

немає напруги — "0",

є напруга — "1".

Існує два засоби передачі інформації у фізичному середовищ: цифровий і аналоговий.

Примітка: 1. Якщо всі абоненти комп‘ютерної мережі ведуть передачу даних по одному каналу на одної частоті, такій канал називається вузькосмуговий (пропускає одну частоту).

2. Якщо кожний абонент працює на власної частоті по одному каналу, то такій канал має назву широкосмуговий (пропускає багато частот). Використання широкосмуговий каналів дозволяє зекономити на кількості, але ускладнює процес управлення обміном даних.

При цифровому або вузькосмуговому засобі передачі (рис.4.10) дані передаються в їх природному вигляді на єдиний частоті. Вузькосмуговий засіб дозволяє передавати тільки цифрову інформацію, забезпечує в кожний момент часу можливість використання передаючого середовища тільки двом користувачам і дозволяє нормальну роботу тільки на обмеженому відстані (довжина рівня зв‘язку не більш 1000 м). В той же час вузькосмуговий засіб передачі забезпечує велику швидкість обміну даними — до 10 Мбіт/с. Дозволяє створювати легко обчислювальні мережі. Більша кількість локальний обчислювальних мереж використовують вузькосмуговою передачу.

Рис. 4.1.10. Цифровий засоб передачі

 

Аналоговий засіб передачі цифрових даних (рис.4.1.11.) забезпечує широкосмуговою передачу за рахунок використання в одному каналі сигналів різних несущих частот.

При аналоговому засобу передачі управління параметрами сигналу несучій частоти по каналу зв‘язку цифрових даних.

Сигнал несучій частоти є гармонічне коливання, яке описується рівнянням:

Х=Х_max sin (ωt + φ₀), де Х_max  — амплітуда коливання;

ω — частота коливання;

t — час;

φ₀ —  початкова фаза коливання.

Передавати цифрові дані по аналоговому каналу можна управляючи одним з параметрів сигналу несущий частоти: амплітудою, частотою, фазою. Дані необхідно передати у двійковому виді (послідовність одиниць і нулів), можливі такі засоби управління (модуляції): амплітудний, частотний, фазовий.

Амплітудна модуляція: "0" — відсутність сигналу (відсутність коливання несучій частоти); "1" — наявність сигналу (наявність коливань несучій частоти). Є коливання — одиниця, немає — нуль (рис. 4.1.11а.).

Частотна модуляція — передача сигналів 0 і 1 на різної частоті. При переході від 0 до 1 і від 1 до 0 виникає зміна сигналу несучій частоти (рис. 4.1.11б.).

Фазова модуляція — при переході від0 до 1 і від 1 до 0 змінюється фаза коливань, тобто їх направлення. (рис.4.1.11в.).

В мережах високого рівня ієрархії — глобальних і регіональних використовуються також широкосмугова передача, яка представляє роботу для кожного абонента на власної частоті в (пределах) одного каналу. Це забезпечує взаємодію великої кількості абонентів при великої швидкості передачі каналів.

Приклад 4.1.5. Типовим аналоговим каналом є телефонний сигнал. Коли абонент знімає слухачку, чує рівномірний звуковий сигнал — це і є сигнал несучій частоти. Для передачі по телефонному каналу мови необхідно  управлять сигналом несучій частоти — модулювати.

Рис. Сигнал основної частоти в каналі зв‘язку

Рис. 4.1.11. Засоби передачі інформації по аналоговому сигналу: а — амплітудна модуляція; б — частотна; в — фазова

Апаратні засоби

Щоб забезпечити передачу інформації з ЕОМ в комунікаційному середовище, необхідно погодити сигнали внутрішнього інтерфейсу ЕОМ за параметрами сигналів, які передаються по каналам зв‘язку. При цьому повинно бути виконано як фізичне погодження (форма, амплітуда і довженна сигналу), так  і кодове.

Технічні пристрої, які виконують функції сопряжения ЕОМ з каналами зв‘язку, мають назву адаптери або мережеві адаптери. Один адаптер забезпечує сопряжения з ЕОМ одного каналу зв‘язку.

Крим одноканальних адаптерів використовуються і багатоканальні пристрої — мультиплексори передачі даних або мультиплексори.

Мультиплексори передачі даних використовувались в системах телеобробки даних — перший крок на шляху до створення обчислювальних мереж. Подальше при появі складної конфігурації і з більшою кількістю абонентських систем  для реалізації функції сопряжения стали використовуватися пов‘язані процесори.

Передача цифрової інформації по каналам зв‘язку необхідно потік бітів перетворювати в аналогові сигнали, а при прийомі інформації каналів зв‘язку в ЕОМ виконувати зворотне дію — перетворювати аналогові сигнали в потік бітів, який може оброблять ЕОМ. Такі перетворювання виконують спеціальні пристрої — модеми.

Найбільш дорогім компонентом обчислювальної мережі є канал зв‘язку. При побудові обчислювальних мереж  комунікує декілька внутрішніх каналів зв‘язку на один зовнішній. Для виконання функції комутації використовують спеціальні пристрої — концентратори.

В ЛОМ, де фізичне передачі середовищі є кабель обмежений довжини, для збільшення відстані мережі використовують спеціальні пристрої — повторителі.

Існують локальні і дистанційні повторителі. Локальні повторителі дозволяють об‘єднувати фрагменти мереж, розповсюджені на відстані від 50 м, а дистанційні — від 2000м.

Характеристики комунікаційної мережі

Для оцінки якості комунікаційної мережі можна використовувати такі характеристики:

• швидкість передачі даних по каналу зв‘язку;
• пропускну спроможність каналу зв‘язку;
• достовірність передачі інформації;
• надійність каналу зв‘язку і модемів.

Швидкість передачі даних по каналу зв‘язку вимірюються кількістю бітів інформації, які передаються за одиницю часу — секунду (Біт/секунду).

Швидкість передачі даних залежіть від типу і якості зв‘язку, типу модемів і прийнятого засобу синхронізації. Для асинхронних модемів й телефонного каналу зв‘язку діапазон швидкості складає 300 – 9600 біт/с, а для синхронних 1200-19200 біт/с.

Для користувачів обчислювальних мереж значення має інформація, яка вимірюється байтами або знаками. По цьому більш сприятлива є характеристика каналу його пропускна спроможність, яка оцінюється кількістю знаків, які передаються за одиницю часу — секунду. При цьому до складу повідомлення входять і всі службові символи. Теоретично пропускна спроможність визначається швидкістю передачі даних. Реальне пропускна спроможність залежить від ряду факторів, серед яких і засіб передачі, і якість каналу зв‘язку, і умови його експлуатації, і структура повідомлень. Одиниця пропускної спроможності каналу знак в секунду.

Суттєвої характеристикою комунікаційної системи будь-якій мережі є достовірність інформації, яку передають. Достовірність передачі інформації оцінюють, як відношення кількості помилкове переданих знаків до загального числа переданих знаків. Потребуючий рівень достовірності повинні забезпечити як апаратура, так і канал зв‘язку. Одиниця вимірювання достовірності: кількість помилок на знак — помилки/знак.

Для обчислювальних мереж цій показник повинен бути в межах 10-6 — 10-7 помилок/знак, тобто допускається одна помилка на мільйон переданих знаків або на десять мільйонів переданих знаків.

Надійність комунікаційної системи визначається або долий часу виправного стану з загального часу роботи, або середнім часом безвідрадної роботи. Друга характеристика дозволяє більше ефективно оцінювати надійність системи. Одиниця вимірювання надійності: середній час безвідрадної роботи — година.

Для обчислювальних мережі середній час безвідрадної роботи повинно бути достатнє велике, як мінімум, декілька тисяч годин.

 

ЛАНЦЮГИ ДАНИХ

Поняття ланцюги даних

Користувачі обчислювальних мереж працюють з прикладними задачами, які розташовані на абонентських ЕОМ або мають доступ до мережі з терміналів. Абонентські ЕОМ і термінали об‘єднуються поняттям закінчене обладнання даних (ЗОД). Для роботи одне з одним абоненти обчислювальної мережі повинні бути об‘єднані каналом зв‘язку і між ними повинно бути встановлено логічне об'єднання

Завдання комунікаційної мережі — установити ланцюг даних і забезпечити управління ланцюгом даних при обміні інформацією меж абонентами мережі. Існує два типу ланцюгів даних: двохпунктові і багатопунктові. У двохпунктовому ланцюгу даних до кожної крапки каналу зв‘язку підключені або одна ЕОМ, або один термінал (рис.4.1.12.).

В багатопунктовому ланцюгу даних до одної крапки каналу зв'язку може бути підключені декілька ЕОМ або терміналів. (рис.4.1.13).

Багатопунктові ланцюги даних дозволяють з економити на каналах зв'язку, або потребує в процесі встановлення зв‘язку між абонентами виконання додаткової процедури ідентифікації абонента. В двохпунктовому ланцюгу ця процедура не потрібна, так як один канал об‘єднує тільки двох абонентів.

Рис. 4.1.12. Двохпунктовій ланцюг даних

Рис.4.1.13. Багатопунктові ланцюги даних

 

Управління ланцюгами даних

При організації взаємодії між абонентами у ланцюгів даних необхідно вирішить проблему управління процесом обміну повідомленнями.

Використовується два основних режиму управління в ланцюгах даних: режим підкорення, режим суперничества.

В режимі підкорення одна з ЕОМ, яка входить в ланцюг даних, має переваги в встановленому об‘єднанні. Ця ЕОМ володіє станом центральної і ініцірує процес обміну повідомленнями шляхом посилки іншим абонентам, які управляються послідовністю питань.

Використовується два типу послідовності. Якщо центральна ЕОМ хоче прочитати повідомлення від іншого абонента, то йому передається у з початку управляюча послідовність питань. Для організації такого режиму управління ланцюгом даних використається спеціальні списки питань: або циклічні, або відкриті

При роботі з циклічним списком після питань останнього абонента виконується автоматичний перехід до початку списку.

При роботі з відкритим списком питань закінчується на останнім абоненті зі списку. Для переходу до початку списку необхідно виконати додаткову процедуру.

Режим підкорення зручний у мережах з центральним управлінням, простий в програмної реалізації і не створює в мережі ситуації зіткнення запитів — одночасно й з проби встановлення зв‘язку зі сторони двох абоненті. В той же час цей режим не відповідає потребам властивого для мереж (посилка повідомлень в будь який момент часу будь якому абоненту).

В мережах типовим режимом управління в ланцюгах даних є саперничества. Він передбачає для всіх абонентів рівний стан в ініціативі початку обміну повідомленнями. Таким чином забезпечується висока оперативність роботи, але виникає проблема стикання запитів у передаючим середовищі. Якщо два абонента мережі питаються одночасно встановити зв‘язок один з одним, то виникає зіткнення запитів. З такою ситуацій у ланцюгах даних з початку виникає спростовання запитів на обох ЕОМ, а потім посилаються повторні запиті.

Для локальних обчислювальних мереж основним режимом управління в ланцюгах даних є режим суперничества.

Форми взаємодій абонентських ЕОМ

Самий суттєвий у роботі обчислювальної мережі — визначення набір функцій, які доступні абонентам.

Так як користувачі мережі працюють у певних предметних областях і використовують мережі для рішення власних прикладних завдань, визначив поняття процес і поняття прикладний процес.

Слід, що взаємодії абонентських ЕОМ в мережі розглядається як взаємодія додаткових процесів конечних користувачів через комунікаційну мережу.

Комунікаційна мережа забезпечує фізичне об‘єднання між абонентським ЕОМ — передачу повідомлень по каналам зв‘язку. Для того щоб могли взаємодіяти процеси, між ними повинна існувати і логічний зв‘язок (процеси повинні бути ініційовані, файли даних відкрити).

Аналіз роботи обчислювальних мереж дозволяє встановити форми взаємодії між абонентськими ЕОМ:

• Термінал — віддалений процес;
• Термінал — доступ до віддаленому файлу;
• Термінал — доступ до віддаленої базі даних;
• Термінал — термінал;
• Електронна пошта.

Взаємодія термінал — віддалений процес є звертання з терміналу одної зі абонентських ЕОМ до процесу, який знаходиться на інший абонентської ЕОМ мережі. При цьому встановлюється логічний зв‘язок з процесом. Можливо запустити віддалений процес, отримати результати обробки даних цім процесом. Можлива робота в режимі консолі —трансляція команд мережевої операційної системи на віддалену ЕОМ.

При взаємодії термінал — доступ до віддаленого файлу можливо відкрити віддалений файл, модифікувати його або призвести транспортування цього файлу на будь яке зовнішній пристрій абонентської ЕОМ для подальше роботи з ним у локальному режимі.

Робота в режимі термінал — доступ до віддаленої бази даних аналогічна попередньої формі, але у цьому випадку виконується робота з базою даних у її повному об‘ємі відповідно правилам доступу, який володіє даний користувач обчислювальної мережі.

Взаємодія термінал — термінал передбачає обмін повідомленням між абонентами мережі в діалоговому режимі. Повідомлення можуть посилатись як окремим абонентам, так і групам абонентів мережі. Довжина повідомлення не повинна бути більш деякої встановленої для даної мережі величини (звичайно рядок на екрані терміналу).

Форма взаємодії електронна пошта в останній час стала дуже розповсюдженою. Кожний абонент має на своєї ЕОМ "поштову скриньку". Це спеціальний файл, в який записується все поступаючи у його адресу повідомлення. Кінцевий користувач може з початку роботи перевіряти власну "поштову скриньку", виводити повідомлення на друк і передавати повідомлення у адресу інших абонентів обчислювальної мережі.

Структурна схема на рис.4.1.14

Рис. 4.1.14. Форми взаємодій абонентских ЕОМ.

 

Тема 4.2. АХІТЕКТЕРА КОМП‘ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ

2.1. Протоколи комп‘ютерної мережі

2.2. ЕТАЛОННІ МОДЕЛІ ВЗАЄМОДІЇ СИСТЕМ

Модель взаємодій відкритих систем

Загальна модель обчислювальної мережі визначає характеристики мережі в загалі і характеристики і функцій основних компонентів, яки складають систему.

Дуже велике кількість виробників обчислювальних мереж і мережеві програмні продукти поставило проблему об‘єднання мереж різних архітектур. Для рішення моделі відкритих систем (МОС) розроблена модель архітектури відкритих систем.

Модель архітектури відкритих систем служить базою для виробників при розробки сумісного мережевого обладнання. Ця модель не є деяким фізичним тілом, окремі елементи якого можливо сприймати. Модель представляє загальні рекомендації для побудови стандартів сумісних мережевих програмних продуктів. Ці рекомендації повинні бути реалізовані як в апаратури, так і в програмних засобах обчислювальних мереж.

Рис. 4.2.15. Еталона модель архітектури відкритих систем.

В сучасний час модель взаємодії відкритих систем (ВВС) є найбільш популярною мережевою архітектурною модель. Модель розглядає загальні функції, а не спеціальні рішення, по цьому не всі реальні мережі абсолютно точно її слідують. Моделі взаємодії відкритих систем складається з семі рівнів.

7-й рівень — прикладний — забезпечує підтримку прикладних процесів кінцевих користувачів. Цей рівень визначає коло прикладних задач, які реалізовані у даної обчислювальної мережі. Він також містить всі необхідні елементи сервісу для прикладних програм користувача. На прикладний рівень могуть бути винесено деякі задачі мережевої операційної системи.

6-й рівень — представницький — визначає синтаксис даних у моделі, тобто представлення даних. Він гарантує представлення даних в кодах і формах, які прийняти в даної системі. У деяких системах цей рівень може бути об'єднань з прикладним.

5-й рівень — сеансовій — реалізує встановлення і підтримку сеансу між двома абонентами через комунікаційною мережу. Він дозволяє виконувати обмін даними у режимі визначеним прикладною програмою або представляє можливість вибору режиму обміну.

Три поверхового рівня об‘єднуються під загальною назвою — процес або прикладний процес. Ці рівні визначають функціональні особливості обчислювальної мережі як прикладної системи.

4-й рівень — транспортній — забезпечує інтерфейс між процесами і мережею. Він встановлює логічні канали між процесами і забезпечує передачу по цім каналам інформаційних пакетів, якими обмінюються процеси. Логічні каналі які встановлюються транспортним рівнем мають назву транспортними каналами.

3-й рівень — сітьовий (мережевий) — визначає інтерфейс закінченого обладнання даних користувача з мережею комунікації пакетів. Він також відповідає за маршрутизацію пакетів в комунікаційної мережі за зв‘язок між мережами — реалізує між мережні взаємодії.

Примітка. В техніки комунікацій використовуються термін закінчене обладнання даних. Він визначає будь-яке обладнання, яке підключена до каналу зв‘язку, в системі обробки даних (комп‘ютер, термінал, спеціальна обладнання).

7	Прикладний							Дані
6	Представницький						31	Дані
5	Сеансовій					32	31	Дані
4	Транспортний				33	32	31	Дані
3	Мережевий			34	33	32	31	Дані
2	Канальний		35	34	33	32	31	Дані
1	Фізичний		35	34	33	323	31	Дані

Рис. 4.2.16 Обробка повідомлень моделі (ВВС)

2-й рівень — канальний — рівень ланцюгу даних — реалізує процес передачі інформації по інформаційному каналу. Інформаційний канал — логічний канал, він встановлює між двом ЕОМ, який об'єднань фізичним каналом. Канальний рівень забезпечує управління потіком даних у вигляді кадрів, в які упакуються інформаційні пакети, знаходять помилки передачі і реалізують алгоритм відновлення інформації у випадку виявлення збоїв або утрати даних.

1-й рівень — фізичний — виконує всі необхідні процедури в каналі зв‘язку. Його основна задача — управління обладнанням передання даних і підключеним до ній каналу зв‘язку.

При передачі інформації від прикладного процесу в мережу відбувається її обробка рівнями моделі взаємодій відкритих систем (рис.4.1.16). Смисл цей обробки складається у тому, що кожний рівень додає до інформації процесу свій заголовок  — службову інформацію, яка необхідна для адресації повідомлень і для деяких контрольних функції. Канальний рівень крім заголовка додає і контрольну послідовність, яка використовується для перевірки правильності прийому повідомлень з комунікаційної мережі.

Фізичний рівень заголовка не додає. Повідомлення обмежене заголовками і контрольною послідовністю уходить в комунікаційну мережу і поступає на абонентські ЕОМ обчислювальної мережі. Кожна ЕОМ дешифрує адреса і визначає приналежність повідомлення.

Кожний рівень реагує тільки на свій заголовок. Заголовки поверхових  рівнів нижчими рівнями не сприймаються і не змінюються  — вони прозорі для нижчих рівнів.

Переваги 7- рівнівій моделі ВВС — це відносна незалежність рівнів друг від друга. Функції, які описуються рівнями моделі, повинні бути реалізовані або обладнанням, або в вигляді програм.

Функції фізичного рівня завжди реалізується обладнанням. Це адаптери, мультиплексори передачі даних, мережеві плати тощо.

Функції останніх рівнів реалізуються у вигляді програмних модулів — драйверів.

Модель взаємодії для ЛОМ

Для того щоб врахувати потреби фізичної передаючому середовищу, яка використовується в ЛОМ, була проведена модернізація 7-і рівневої моделі. Поверхові рівні моделі ВВС залишилися без змін, а канальний рівень був розподілено на 2 під рівня.

LLC (logical Link Control) - забезпечує управління логічного ланцюгом, тобто виконує функції власного канального рівня. Під рівень MAC (Media Access Control) забезпечує управління доступом до середовища.

ПРОТОКОЛИ КОМП‘ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ

Поняття протоколу

Протокол — набір правил, які визначають взаємодію двох однойменних рівнів моделі взаємодій відкритих систем у різних абонентських ЕОМ.

Протокол — це ні програма. Правіла і послідовність виконання дій при обміні інформацією, визначеною протоколом, повинні бути реалізовані в програмах, Звичайно функції протоколів різних рівнів реалізуються у драйверах для різних обчислювальних мережах.

Концепція відкритих систем передбачає розробку стандартів для протоколів різних рівнів. Легше стандартизувати протоколи трьох нижчих рівнів моделі архітектури відкритих систем, так як вони визначають дії і процедури для обчислювальних мереж будь-якого класу.

Основні типи протоколів

Розглянемо особливості мережевих протоколів на прикладі протоколів канального рівня, які поділяються на дві основні групи: байт - орієнтовані і біт – орієнтовані.

Байт – орієнтований протокол забезпечує передачу повідомлень на інформаційному каналу у вигляді послідовності байтів. Крім інформаційних байтів у канал зв‘язку передаються байти, які управляють і службові байти. Такій тип протоколів зручний для ЕОМ, так як вона орієнтована на обробку даних, які представлені у вигляді двійкові байтів. Для комунікаційного середовища байт – орієнтовна протокол менш зручний, так як розподіл інформаційного потіка в каналі на байти потребує використання додаткових сигналів, що знижає пропускну спроможність каналу зв‘язку.

Найбільш розповсюдженим байт – орієнтованим протоколом є протокол двоичної синхронного зв‘язку BSC (Binary Synchronous Communication), який розроблено фірмою IBM. Протокол забезпечує передачу двох типів кадрів: управляючих і інформаційних. В управляючих передаються управляючі і службові символи, у інформаційних — повідомлення (окремі пакети, послідовність пакетів). Робота протоколів BSC —виконується у три фази:

• встановлення об'єднання,
• підтримка сеансу,
• передача повідомлення,
• розрив об'єднання.

Протокол потребує на кожний переданий кадр посилки квитанції о результаті його прийому. Кадри, яки переданні з помилкою, передаються повторно. Протокол визначає максимальну кількість передач.

Примітка. Квитанція передбачає собою управляючий кадр у якому міститься підтвердження прийому повідомлення (позитивна квитанція) або відмова від прийому із-за помилки (негативна квитанція).

Біт – орієнтовані протоколи передбачають передачу інформації у вигляді потіку бітів, не розподілених на байти. Біт – орієнтовані протоколи є більш швидкісні чім байт – орієнтовані, що обумовлює їх поширене розповсюдження у сучасних обчислювальних мережах.

Типовим представником групи біт – орієнтованих протоколів є протокол HDLC (High-level Data Link Control — вищий рівень управління каналом зв‘язку) і його під множина. Протокол HDLC управляє інформаційним каналом  за допомогою спеціальних управляючих кадрів, у яких передаються команди. Інформаційні кадри нумеруються. Крім того, протокол HDLC дозволяє без отримання позитивної квитанції передачу в канал до 3-5 кадрів. Позитивна квитанція, яка отримана, на приклад на 3 кадр, стверджує що 2 попередніх кадри прийняти без помилок і необхідно повторить передачу тільки четвертого і п‘ятого кадрів. Такій алгоритм роботи і забезпечує високу швидкодію протоколу. З протоколів поверхового рівня моделі ВВС слід відмітити протокол Х.400 (електронна пошта) і FTAM (File Transfer, Access and Management — передача файлів, доступ к файлам і управління файлами).

Стандарти протоколів обчислювальних мереж

Для протоколів фізичного рівня визначені рекомендації МККТТ (міжнародний консультативний комітет по телефонії і телеграфії). Цифрова передача передбачає використання протоколів Х.21 і Х.21 – біс.

Канальний рівень визначає протокол HDLC і його під множини, а також протокол Х.25/3.

В сучасний час для ЛОМ використовуються стандарти, які розроблені на базі розробок IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers (інститут інженерів по електроніки і радіотехніки).

Для ЛОМ розроблені наступні стандарти:

• 802.1 — верхні рівні і адміністративне управління;
• 802.2 — управління логічною ланкою даних (LLC);
• 802.3 — випадковий метод доступу до середовища (CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множинний доступ з контролем передачі і виявлення зіткнень;
• 802.4 — маркерна шина;
• 802.5 — маркерне кільце;
• 802.6 — міські мережі.

 

ТЕМА 4.3. ЛОКАЛЬНІ ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ МЕРЕЖІ

3.1. Особливості організації ЛОМ
3.2. Типові топології і методи доступу ЛОМ
3.3. Об‘єднання ЛОМ

ОСОБЛИВОСТІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЛОМ

Функціональні групи пристроїв в мережі

Основне значення будь-якій комп‘ютерної мережі — надавати можливість використовувати інформаційні і обчислювальні ресурси користувачам мережі.

З цієї точки зору ЛОМ можна розглядати як сукупність серверів і робочих станцій.

Сервери можуть виконувати зберігання даних, управління базами даних, віддалену обробку завдань, друк завдань і ряд інших функцій, потрібність у яких може виникнути у користувачів мережі. Сервер — джерело ресурсів мережі.

Робоча станція мережі функціонує як в мережевому так і в локальному режимі. Вона обладнана власною операційною системою, забезпечує користувача всіма необхідними інструментами для рішення прикладних задач. Використовуються технологія Файл – сервер.

Управління взаємодіями пристроїв в мережі

Інформаційні системи, які побудовані на базі комп‘ютерних мереж, забезпечують рішення задач: зберігання даних, обробка даних, організація доступу користувачів до даних, передача даних і результатів обробки даних користувачам.

Комп‘ютерні мережі реалізують розподілену обробку даних. Обробка даних при розподіленої обробки розподілена між двома об‘єктами: клієнтом та сервером.

У процесі обробки даних клієнт може сформувати запит на сервер для виконання складних процедур, читання файла, пошук інформації в базі даних і т.д.

Сервер виконує запит і результати виконання зарита передаються клієнту. Сервер забезпечує зберігання даних загального користування, організує доступ до цих даних і передає клієнту.

Архітектура клієнт – сервер можна використовувати як однорангових локальних обчислювальних мережах, так і в мережах з виділеним сервером.

Однорангова мережа. В цей мережі немає єдиного центра управління взаємодіями робочих станцій і немає єдиного пристрою для зберігання.

Мережева операційна система розташована по всім робочим станціям. Кожна станція мережі може виконувати функції як клієнта так і серверу. Вона може обслуговувати запити від інших робочих станцій і направляти свої запити на обслуговування в мережу.

Користувачу мережі доступні всі пристрої, які підключені до інших станцій (диски, принтері).

Переваги однорангових мереж: низька вартість і висока надійність.

Недоліки однорангових мереж:

• залежність ефективності роботи мережі від кількості станцій;
• складність управління мережею;
• складність забезпечення захисту інформації;
• складності оновлення і зміни програмного забезпечення станцій.

Найбільш популярною мережею є однорангові мережі на базі мережних операційних систем LANtastic, NetWare Lite.

Мережі з виділеним сервером

В мережі з виділеним сервером один з комп‘ютерів виконує функції зберігання даних, які призначені для використання усіма робочими станціями, управлінням взаємодії між станціями і раду сервісних функцій.

Такій комп‘ютер називають сервером мережі. На ньому встановлюється мережева операційна система, до нього підключаються всі зовнішні пристрої — жорсткі диски, принтері, модеми.

Взаємодії між робочими станціями в мережі виконуються через сервер. Логічна організація мережі може бути представлена топологією зірка. Роль центрального пристрою виконує сервер. В мережах з центральним управлінням є можливість обміну інформацією між робочими станціями, проминув файл-сервер. Для цього можна використовувати програму NetLink. Після запуску програми на двох робочих станціях можливо передавати файли з диску на диск іншої робочої станції (аналогічно операції копіювання файлів з одного каталогу ду інший каталог за допомогою програми Norton Commander).

Переваги мережі з виділеним сервером:

• надійна система захисту інформації;
• висока швидкодія;
• відсутність обмежень на кількість робочих станцій;
• простота управління (одноранговими мережами).

Недоліки мережі:

• Висока вартість;
• Залежність швидкодії і надійності мережі від серверу;

Мережі з виділеним сервером є найбільше розповсюдженим у користувачів комп‘ютерних мереж. Мережеві операційні системи для цих мереж — LANServer (IBM), Windows NT Server версій 3.51 і 4.0 і NetWare (Novell).

ТИПОВІ ТОПОЛОГІЇ І МЕТОДИ ДОСТУПУ ЛОМ

Фізична передаючи середовище

Фізичне середовище забезпечує переніс інформації між абонентами обчислювальних мереж. Фізична передане середовище визначена трьома типами кабелями:

• вита пара дротів;
• коаксіальний кабель,
• оптововолоконій кабель.

Вита пара складається зі двох ізольованих дротів, які свити між собою (рис. 4.3.19). Скручування дротів зменшує вплив зовнішніх електромагнітних полів на сигнали, які передаються.

Рис. 4.3.19. Звита пара дротів

Самий простий варіант звитої пари — телефонний кабель. Звити пари мають різні характеристики, яки визначаються розмірами, ізоляцією і кроком скручування.

Основній недолік звитої пари — погана перешкода  захищеність і низька швидкість передачі інформації — 0,25 – 1 Мбіт/с. Технологічні удосконалення дозволяють повисіть швидкість передачі і помехозахищеність (екранізована звита пара), або при цьому збільшується вартість.
Коаксіальний кабель (рис. 4.3.20.) володіє більш високою механічною міцністю, перешкоди захищеністю і забезпечує швидкість передачі інформації до 10-50 Мбіт/с.

Рис. 4.3.20. Коаксіальний кабель

Для промисловості використовуються два типу коаксіальних кабелів: товстий і тонкій. Товстий кабель більш міцний і передає сигнали необхідної амплітуди на більшу відстань чим тонкий. В той же час тонкий кабель значно дешевші.

Оптововолоконий кабель — ідеальна передаючи середовище (рим.4.3.21.) Він не підлягає дії електромагнітних полів і немає ніякого випромінювання. Останні властивості дозволяють використовувати його в мережах, які потребують секретності інформації.

Рис. 4.3.21. Оптоволоконний кабель

Швидкість передачі більш 50 Мбіт/с. Поряд з іншими він більш дорогій, менше технологічний в використанні.

Основні топології ЛОМ

Обчислювальні машини могуть бути розташовані випадковим образом на території. Для засобу звертання до передатного середовища і методів управління мережею не байдуже як розташовані абонентні ЕОМ. По цьому розробляється для кожної ЛОМ власна топологія мережі.

Топології обчислювальних мереж можуть бути різними, або для локальних мереж типові всього три: кільцева, шина, зірко образна.

Будь-яку комп‘ютерну мережу можна розглядати як сукупність вузлів.

Топологія усереднює схему об'єднання вузлів мережі.

Кільцева топологія передбачає об‘єднання вузлів мережі замкнутої кривий — кабелем передатного середовища (рис.4.3.22.). Вихід одного вузла об‘єднання мережі об‘єднується зі входом іншого. Інформація по кільцю передається від вузла до вузла. Вузол, який приймає розпізнає і получає тільки адресоване йому повідомлення.

Рис. 4.3.22. Схема кільцевій топології

Кільцева топологія є ідеальної для мережі, яка займає порівняно невелике місце. У ній відсутній центральний вузол, що підвищує надійність мережі. Ретрансляція інформації дозволяє використовувати у якості передатного середовища будь які типи кабелів.

Послідовність обслуговування вузлів знижає її швидкодію, а вихід зі строю одного зі вузлів порушить цілісність кільця.

Шинна топологія — одна зі найбільш простих (рис.4.3.23.) Вона пов‘язана з використанням у якості переданого середовища коаксіального кабелю.

Рис.4.3.23. Мережа шинній топології

Дані від передатного вузла мережі розповсюджуються по шині в обидві сторони. Проміжні вузли не транслюють повідомлень, які поступають. Інформація поступає на всі вузли, або приймає повідомлення тільки той, якому воно адресовано. Обслуговування паралельно. Це забезпечує високу швидкодію ЛОМ. Мережу легко нарощувати і конфігірувать, а також адаптувати к різним системам. Мережі шинної топології стійка до можливих неполадок окремих вузлів. Мережі шинної топології мають малу протяжність і не дозволяє використовувати різні типи кабелів в межах однієї мережі.

Зіркоподібна топологія (рис.4.3.24.) базується на концепції центрального вузла, до якого підключені периферійні вузли. Кожний периферійний вузол має власну окрему лінію зв‘язку з центральним вузлом. Вся інформація передається через центральний вузол, який ретранслює, переключає і маршрутізує інформаційні потіки у мережі.

Рис.4.3.24. Мережа зіркоподібна топологія

Зіркоподібна топологія значно упрощує взаємодії вузлів ЛОМ друг з другом, дозволяє використовувати более прості мережеві адаптори. Втей же час роботапроможність ЛОМ целіком залежить від центрального вузла.

В реальних обчислювальних мережах можуть використовуватись більш складні топології ЛОМ, які передбачають в деяких випадках сполучення розглянутих топологій.

Методи доступу до передатного середовища

Передатне середовище є спільним ресурсом для всіх вузлів мережі. Щоб получити можливість доступу до цього ресурсу із вузла мережі необхідні спеціальні механізми — методі доступу.

Існують два основних класу методів: детермінірованні, недетормініровані.

При детермінірових методах доступу передатне середовище розподіляється між вузлами за допомогою спеціального механізму управління, який гарантує передачу даних вузла на протязі деякого, достатнє малого проміжку часу.

Найбільш розповсюдженим детермінірованим методом доступу є метод запитів і метод передачі права. Метод запитів використовується в мережах з зіркоподібною топологією.

Метод передачі права використаються в мережах з кільцевою топологією. Він засновано на передачі спеціального повідомлення — маркера.

Маркер циркулює по кільцю, і будь який вузол, який має дані для передавання, розміщує їх в вільний маркер, який встановлює признак зайнятості маркера і передає його по кільцю. Вузол, якому було адресовано повідомлення, приймає його, встановлює признак підтвердження прийому інформації і відправляє маркер у кільце.

Передуючий вузол, який получив підтвердження, звільнює маркер і відправляє його в мережу. Існують методи доступу, яки використовують декілька маркерів.

Недетермінировані — випадкові методи доступу передбачає конкуренцію всіх вузлів мережі за право передачі. Можливо одночасні спроби передачі зі сторони декілька вузлів, у результаті виникають колізії.

Найбільш розповсюдженим недетермінірованим методом доступу є множений метод доступу з контролером несучий частоти і знаходженням колізій (CSMA/CD). Це і є режим суперечності. Контроль несучій частоти заключається у тому, що вузол, який бажає передати повідомлення, прослуховує передатне середовище, чекає її звільнення. Якщо середовище вільне, вузол починає передачу.

Слід відмітити, що топологія мережі, метод доступу до передатного середовища і метод передачі пов‘язані одне з одним. Компонентом, який визначає є топологія мережі.

Об'єднання ЛОМ необхідне для поширення мережі у цілому, або технічні можливості існуючого середовища вичерпані, нових абонентів підключити до неї не можна. Можливо тільки створити й ще одну ЛОМ і об‘єднати її з вже існуючою за допомогою таких засобів.

Засоби об'єднання ЛОМ

Міст. Самий простий варіант об'єднання ЛОМ — об'єднання однакових мереж у межах обмеженого простору. Фізичне передатне середовище накладає обмеження на довжину мережевого кабелю. В межах допустимої довжини будується відрізок мережі — мережевий сегмент. Для об'єднання мережевих сегментів використаються мости.

Мережі, які об‘єднує міст, повинні мати однакові мережеві рівні моделі взаємодії відкритих систем, нижчі рівні можуть мати деякі відзнаки.

Для мережі ПЕОМ міст – окрема ЕОМ зі спеціальним програмним забезпеченням і додатковою апаратурою. Міст може об‘єднати мережі з різними топологіями, або працюючих під управлінням однотипових мережевих операційних систем.

Мости можуть бути локальні і віддаленні.

Локальні мости об‘єднують мережі, яки розташовані на території в межах вже існуючих системи.

Віддалені мости об‘єднують мережі, які розташовані на відстані територіально, з використанням зовнішніх каналів зв‘язку і модемів.

Локальні в свою чергу поділяються на внутрішні і зовнішні.

Внутрішні мости звичайно розташовані на одної зі ЕОМ даної мережі і сумісно виконують функцію мосту з функцією абонентською ЕОМ. Розширення функцій виконується шляхом встановлення додаткової мережевої плати.

Зовнішні мости передбачають використання для виконання власних функцій окремої ЕОМ зі спеціальним програмним забезпеченням.

Маршрутизатор (роутер). Мережа складної  конфігурації, яка представляє собою об‘єднання декількох мереж нуждається у спеціальному пристрою. Завдання цього пристрою — відправити повідомлення адресату в необхідну мережу. Такий пристрій має назву маршрутизатор.

Маршрутизатор виконує власні функції на мережевому рівні, по цьому він залежить від протоколів обміну даними, але не залежить від типу мережі. За допомогою двох адресів — адресу мережі і адресу вузла маршрутизатор однозначно обирає визначену станцію мережі.

Приклад 4.3.7. Необхідно встановити зв‘язок з абонентом телефонної мережі, який знаходиться в іншому місті. Спочатку набирається адрес телефонної мережі цього міста – код міста. Потім — адрес вузла цій мережі – телефонний номер абонента. Функції маршрутизатору виконує апаратура АТС.

Маршрутизатор вибирає кращій шлях для передачі повідомлення абоненту мережі, фільтрує інформацію і направляє у одну зі мережі тільки цю інформацію, яка її адресована.

Крим того, маршрутизатор забезпечує балансування навантаження в мережі, перенаправлюя потіки повідомлень по вільним каналам зв‘язку.

Шлюз. Для об‘єднання ЛОМ зовсім різних типів, які працюють по суттєво відмінним один від одного протоколам, передбачені спеціальні пристрої — шлюзи.

Шлюз виконує власні функції на рівні виші мережевого. Він не залежить від передатного середовища, але залежить від протоколів, які використовуються для обміну даними. Звичайно шлюз виконує функцію перетворення між двома протоколами.

За допомогою шлюзів можна підключить локальну мережу до головного комп‘ютеру, а також локальну мережу підключити до глобальної.

Мости, маршрутизатори і шлюзи конструктивно виконують у вигляді плат, які встановлюють в комп‘ютерах. Функції вони виконують як у режимі повного виділення функцій, так і у режимі об‘єднання функціями робочої станції обчислювальної мережі.

 

Тема 4.4. ГЛОБАЛЬНА МЕРЕЖА INTERNET

4.1. Представлення о структурі

4.2. Засоби організації передачі інформації

ПРЕДСТАВЛЕННЯ О СТРУКТУРІ І СИСТЕМІ АДРЕСАЦІЇ

Структура Internet

Internet —глобальна комп‘ютерна мережа. Саме назва визначає "між мереж". Ця мережа об‘єднує окремі мережі.

Логічна структура Internet є деяке віртуальне об‘єднання, яке має своє власне інформаційний простір.

Internet забезпечує обмін інформації між комп‘ютерами, які об‘єднані у мережу і підключені до неї. Тип комп'ютеру і операційна система, яка використається, значення не має. Об'єднання мереж володіє великими можливостями. З власного комп‘ютеру будь-який абонент Internet може передавати повідомлення в інше місто, переглядати каталог бібліотеки Конгресу у Вашингтоні, знайомитись з картинами на останній виставки у музеї Метрополітен у Нью-Йорку, приймати участь у конференції і грати в ігри з іншими абонентами мережі зі різних країн. Internet представляє в розпорядження власних користувачів множину ресурсів.

Основні ячейки Internet — локальні обчислювальні мережі. Це визначає, що Internet не тільки встановлює зв‘язок між окремими комп‘ютерами, але створює шляхи для створення більш великих одинці — груп комп‘ютерів. Існують комп‘ютери, які самостійно підключені до Internet. Такі комп‘ютери мають назву хост-комп‘ютери (host —хазяїн). Кожний підключений до мережі комп‘ютер має свій власний адрес, по якому його можна знайти з будь-якої точки світу.

Схема підключене до мережі Internet на рис 4.4.25. Важливою особливістю Internet є об‘єднання різних мереж, при цьому не створює неякої ієрархії — всі комп‘ютери, які підключені до мережі, рівноправні рис 4.4.26.

Рис. 4.4.25. Підключене локальної мережі до Internet

Система адресації в Internet

Internet самостійно виконує передачу даних. До адресів станції пред‘являються спеціальні вимоги. Адрес повинен мати формат, який дозволяє мережі його обробляти автоматично, і повинен нести деяку інформацію о власнику.

По цьому для кожного комп‘ютера встановлюють два адресу: цифровий IP-адрес (IP – Internetwork Protocol –міжмережний протокол) і доменний адрес.

Обох двох адресі можна використовувати рівноправно. Цифровий адрес зручний для обробки на комп‘ютері, а доменний адрес – для сприйняття користувачем.

Цифровий адрес має довжину 32 біта. Для зручності він поділяється на 4 блока по 8 біт, які можна записувати у десятковому вигляді. Адрес містить повну інформацію, яка необхідна для ідентифікації комп‘ютера.

Два блока визначають адрес мережі, а два інших адрес комп‘ютеру цієї мережі. Існує певні правила для встановлювання границі між адресами. IP- адрес складається з трьох компонентів: адрес мережі, адрес під мережі, адрес комп‘ютера у під мережі.

Приклад 4.4. В подвійному коді цифровий адрес записується наступне: 10000000001011010000100110001000. В десятинному коді він має вигляд: 192.45.9.200. Адрес мережі – 192.45; адрес підмережі – 9; адрес комп‘ютера –200.

Доменний адрес визначає область, які представляють ряд хост-комп‘ютерів. Різниця з цифровим – в тому що він читається в зворотному порядку. З початку – ім‘я комп‘ютера; ім‘я мережі, в якої він знаходиться.

Примітка. Щоб абонентам Internet можна було достатньо просто зв‘язатись одне з одним, весь простір її адресів поділяється на області – домени. Можливе розподіл внутрішніх доменів.

В системі адресів Internet прийняти домени, яки представлені географічними регіонами. Вони мають ім‘я, яке складається з 2 літер.

Наприклад 4.4.10. Географічні домени деяких країн: Франція – fr; Канада – ca; США – us; Росія – ru.

Існують домени, яки поділяються по тематичним признакам. Такі домени мають трьох літерні скорочення.

Наприклад 4.4.11. Навчальні заклади – edu.

Урядові заклади – gov.

Комерційні заклади – com.

Комп‘ютерні імена складаються як мінімум з двох рівнів доменів. Кожний рівень різниться від іншого крапкою. Зліва від домену верхнього рівня розташовані інші імена. Всі імена, яки знаходяться зліва – піддомени для загального домену.

Приклад 4.4.12. Існують ім‘я tutor.sptu.edu. Де edu – загальний домен для шкіл та університетів. Tutor – піддомен sptu, який є піддоменом edu.

Для користувачів Internet адресами могуть бути просто їх реєстраційні імена на комп‘ютері, яки підключені до мережі. За ім‘ям іде знак @. Все це зліву приєднується до імені комп‘ютера.

Приклад 4.4.13. Користувач, який зареєстрірований під іменем irina на комп‘ютері, який має в Internet ім‘я tutor.sptu.edu, буде мати адрес:

Irina@tutor.sptu.edu.

В Internet могуть використовувати не тільки імена окремих людей, але і імена груп. Для обробки шляху пошуку в доменах є спеціальні сервери імен. Вони перетворюють доменне ім‘я в відповідний цифровий адрес.

Локальний сервер передає запит на глобальний сервер, який має зв‘язок з іншими серверами імен. По цьому користувачу просто не ніякої необхідності знати цифрові адреса.

 

ЗАСОБИ ОРГАНІЗАЦІЇ ПЕРЕДАВАННЯ ІНФОРМАЦІЇ

Електрона пошта

Електрона пошта (e-mail – electronic mail) виконує функції звичайної пошти. Вона забезпечує передавання повідомлень з одного до іншого пункту. Головна перевага це незалежність від часу. Електронній лист отримується зараз після його відправлення і зберігається у поштової скриньки до отримання його адресатом. Крим тексту воно може містить графічні і звукові файли, а також подвійні файли – програми.

Електроні листи могуть відправляти одночасно по декількох адресам. Користувач Internet має доступ за допомогою електронної пошти до різних послуг мережі, так як основні сервісні програми.

Для роботи з електронною поштою створено велика кількість програм. Їх об‘єднують під загальною назвою mail. Для користувачів MS DOS — bml, для Unix-систем —elm, для Microsoft Windows —eudora, в операційної системи Windows 9х — Microsoft Exchange. Ці програми виконують такі функції:

• підготовка тексту;
• читання і зберігання кореспонденції;
• знищення кореспонденції;
• ввід адреса;
• коментування і пересилки кореспонденції;
• імпорт (прийом і перетворення в необхідний формат) інших файлів.

Повідомлення можна оброблять власним текстовим редактором програми електронної пошти. Із-за обмежених можливостей обробка тексту великих масштабів ліпше виконувати зовнішнім редактором.

Звичайно програми електронної пошти пересилають тексти у кодах ASCII і в подвійному форматі. Код ASCII дозволяє записувати тільки текст і не надає можливість передавати інформацію об особливостях національних шрифтів.

В подвійних файлах зберігається будь-яка інформація. По цьому для передавання комбінованих повідомлень (графіка і текст), а також для передавання програм, яки використовуються подвійні файли.

При відправлення повідомлень по електронної пошти необхідно вказати в адресі не тільки ім‘я хост-комп‘ютера, але і ім‘я абонента, якому призначено повідомлення.

Формат адреса електронної пошти такий:

Ім‘я користувача@адрес хост-комп‘ютера

Спеціальний стандарт MIME (Multipurpose Internet Mail Extension) – багатоцільне розширення пошти Internet – дозволяє додавати до символьного повідомлення будь яки подвійні файли, включає графіку, аудіо і відиофайли.

Користувач, який має вихід в Internet, може також відправляти електрону пошту і по адресам інших мереж, яки підключені за допомогою шлюзів.

В цьому випадку необхідно враховувати, що різні мережі використовують різну адресацію користувачів. Відправляє повідомлення по електронної пошті в іншу мережу, слід використовувати прийняту там систему адресів.

World-wide-web (Всесвітня інформаційна мережа)

WWW є одною з найбільш популярних інформаційних служб Internet. Особливості WWW: використання гіпертексту і можливість клієнтів взаємодіяти з іншими додатками Internet.

Всі сервери WWW використовують спеціальну мову HTML (Hypertext Markup Language – мова розмітки гіпертексту). HTML- документи є текстові файли, в яки вбудовані спеціальні команди.

WWW забезпечують доступ до мережі як клієнтам, яки потребують тільки текстовий режим (Lynx), так і клієнтам, яки надають перевагу роботі у режимі графіки (Mosaic).

Зв‘язок між гіпертекстовими документами виковується за допомогою ключових слів. Використовую ключове слово, користувач може перейти до іншого документу. Новий документ також маже мати гіпертекстові ссилки.

Створення старинок WWW

Створення власного серверу WWW є складним і дорогим, по цьому вигідно розташовувати власну інформацію на вже існуючих серверах. Власні WWW сторінки можна створювати за допомогою таких засобів як Microsoft Internet Assistant for Word, Netscape Navigator Gold і Front Page. Редактор сторінки Front Page, Microsoft Internet Assistant являє собою набір макрокоманд, на базі котрого створюються документи HTML.

В діалоговому режимі користувач може створювати власний документ. Редактор забезпечує:

• ввід заголовку документа;
• вставка графічного відображення або відео фрагменту;
• вставка гіпертекстові ссилки;
• вставка закладки;
• перегляд сторінок WWW.

Редактор, який вбудований в навігатор Netscape Navigator Gold і Front Page містить засоби для роботи з мовою JAVA. JAVA – мова об‘єктного –орієнтованого програмування. Він використовується для засобу створення додатків для Internet – програмування аплетів (аплет – невеликий додаток). За допомогою додатків можна створювати динамічні Web-сторінки.

Служба Gopher

Ця служба Internet виконує функції, аналогічні WWW. Вся інформація на Gopher- сервері зберігається у вигляді дерева даних (або ієрархічної системи меню). Початковий каталог Gopher є вершиною цього дерева, а всі основні каталоги і файли є елементи меню. Рядок головного меню представляє під меню або файл.

Gopher підтримує різні типи файлів – текстові, звукові, програмні тощо.

Телеконференція Usenet

Система Usenet була розроблена для переміщення новин між комп‘ютерами по всьому світу. В подальшому вона практично повністю інтегрувалася в Internet, і тепер Internet забезпечує розповсюдження всіх її повідомлень. Сервери Usenet мають засоби для розподілення телеконференції за темами.

Телеконференція організована по ієрархічному принципу, і для верхнього рівня обрані 7 основних рубрик. Виглядає як древо видна структура, яка схожа організацію файлової системи. З числа основних рубрик слід виділити:

• comp – теми, пов‘язані з комп‘ютером;
• sci – теми з області наукових ісследувань;
• news — інформація і новини Usenet;
• soc – соціальна тематика;
• talk – дискусії.

Існують спеціальні рубрики і регіональні телеконференції. Існують 2 засобу для прийняття участі по зацікавленої темі:

• посилка безпосередньо відповіді автору статті по адресу електронної пошти;
• представлення власного повідомлення для всіх учасників конференції.

Другій засіб визначається терміном "Follow-up" (переслідувати).

Передавання файлів за допомогою протоколів FTP

Протокол FTP (file Transfer Protocol), призначений для переміщення даних між різними операційними системами, яки можуть бути в Internet. Протокол забезпечує засіб переміщення файлів між двома комп‘ютерами і дозволяє абоненту мережі Internet получити  декілька файлів для використання.

Програма, яка реалізує цій протокол, дозволяє встановити  зв‘язок з одним з множини FTP- серверів в Internet.

Програма FTP – клієнт не тільки реалізує протокол передачі даних, але і підтримує набір команд, яки використовуються для перегляду каталогу FTP –серверу, пошуку файлів і управління переміщенням даних.

Для встановлення зв‘язку з FTP –сервером користувач при роботі в UNIX або MS DOS повинен ввести команду ftp, а потім адрес або доменное ім‘я. Якщо зв‘язок встановлено, появиться діалогове вікно з запитом про ім‘я користувача. Користувач, який не має імені на сервері, може зайти під ім‘ям "anonymus" і получить доступ до певних файлів і програмам.

Увага! Основний режим передавання файлів — передавання в коді ASCII. Для передавання подвійних файлів необхідно ввести команду binary. Для визначення активного режиму необхідно ввести команду status.

Взаємодія з іншим комп‘ютером (TELNET)

Telnet забезпечує взаємодії з віддаленим комп‘ютером. Встановив такий зв‘язок користувач може працювати з віддаленим комп‘ютером як з власним, тобто получити всі ресурси у власне розпорядження, якщо до них є доступ. Два виду послуг Internet потребує підключене до серверів через telnet це: бібліотечні каталоги і електроні дошки об‘яв (BBS).

Для встановлення зв‘язку з будь-яким комп‘ютером за допомогою програми telnet, необхідно вказати його повний адрес у Internet. В процесі об‘єднання хост-комп‘ютер запитує ім‘я користувача. Для роботи в віддаленої системі користувач повинен мати права доступу. Після успішного підключене до хост-комп‘ютеру користувач повинен вказати йому тип терміналу, який використовує.

Праця з віддаленої системою може вестись в "прозорому" режимі, тоді програми на сервері і у клієнта тільки забезпечує протокол об‘єднання і в командному, коли клієнт має доступ до набору команд серверу.

Електроні дошки об‘яв (BBS)

Незалежно від Internet існують маленькі діалогові служби, яки представляють доступ до BBS (Bulletin Board System – система електронних дощок об‘явленій).

Одне з найбільш  великою є CompuServe. Вона нараховує близько двох мільйонів користувачів. Для поширення своїх можливостей CompuServe підключається до Internet і представляє своїм користувачам право доступу до служб Internet. Ні одна з діалогових систем BBS не надає тих можливостей, яки представляє Internet.

 

ЛОКАЛЬНА ОБЧИСЛЮВАЛЬНА МЕРЕЖА NOVEL NetWare

• Характеристика мережевої операційної системи NetWare
• Призначення основних команд NetWare
• Організація захисту мережевих ресурсів в NetWare

Загальні відомості

Фірмою Novel була розроблена операційна система NetWare. Вона може використовуватись в будь-якої поширеною сучасне фізичної структурі ЛОМ: Token Ring, Ethernet або ARCnet.

ЛОМ фірми Novell є мережа шинної топології, для реалізації якої використовуються апаратура Ethernet. Основним типом передатного середовища для ЛОМ є коаксіальний кабель. Ethernet використовує два типу коаксіальних кабелів – товстий і тонкий. "Чистий" Ethernet використовує товстий коаксіальний кабель і для підключене до нього серверів і робочих станцій необхідні спеціальні пристрої – трансвери (прийомопередатчики).

Основний варіант локальної обчислювальної мережі базується на тонкому кабелю. Відрізки тонкого кабелю через спеціальні розйоми (Т- концентратори) об‘єднують мережеві плати, яки знаходяться у комп‘ютерах локальних обчислювальних мережі.

ЛОМ складається зі файлового серверу і робочих станцій, яки включені в мережевий сегмент.

Примітка. Мережевий сегмент є відрізок коаксіального кабелю з підключеними до нього комп‘ютерів. Він може бути окремою локальною мережею.

Максимальна довжина мережевого сегмента складається з 185м, або за допомогою півторювачів можна об‘єднувати до 5 сегментів. В склад одного сегмента входить до 30 робочих станції.

В останній час більшу популярність получив варіант мережі на базі витої пари дротів. Він передбачає підключене робочих станцій до концентратору. Наприклад, однин концентратор підтримує роботу 12 станцій, яки розташовані на відстані до 120 м від нього. Концентратори можна об‘єднувати каскадом, і максимальна кількість сегментів в одної мережі може складатись 1024.

Таким чином реалізація локальної обчислювальної мережі фірми Novell можлива на двох топологіях: шинної і зіркоподібна.

За кордоном перемогу відають витої парі.

Вимоги до файлу-серверу

В ЛОМ з центральним управлінням велику роль грає виділений сервер, який може виконувати різні функції: файл-сервер, сервер друку, сервер БД і т.д.

Основним ресурсом ЛОМ Novell є файловий сервер. На нього розміщуються мережева операційна система, бази даних і прикладні програми користувачів. Файл-сервер повинен бути самим потужним комп‘ютером в мережі, від нього залежить продуктивність і функціональні можливості мережі у цілому.

В виду того що надійність роботи файл-сервер визначає надійність роботи всій мережі, яка необхідна приймати мери для захисту інформації на жорсткому диску. (Два дисководів до одного контролера, дублювання дисків за допомогою встановлення двох контролерів, включення в склад одного сегменту двох файл-серверів, крім того файл-сервери підключаються до пристрою постійного електропостачання.)

Вимоги до робочих станцій

Комп‘ютери, яки виконують функції робочих станції, повинні забезпечити користувача можливістю рішення всіх його прикладних завдань.

Якщо робоча станція орієнтована тільки на мережевий режим роботи, то її не необхідні ні вінчестер, ні гнучкі диски. Операційна система завантажується дистанційно на файл-сервер під управлінням запам'ятовуючого пристрою, яке встановлено в мережевої платі робочої станції.

Технічні характеристики ЛОМ визначаються її функціональним призначенням, складністю прикладних завдань користувачів і економічними можливостями підприємства, яке використовує локальну обчислювальну мережу.

Характеристика мережевої операційної системи NetWare

NetWare операційна система модулі, якої розташовані на файл-сервері і на робочих станціях.

Програна структура ЛОМ Novell вмикає наступні компоненти: ядро мережевої операційної системи NetWare, мережеві утілити, мережеві оболонки робочих станцій.

Ядро мережевої операційної системи NetWare розміщується на файл-сервері. Мережеві утілити резидентні в пам‘яті файл-сереверу, або запускаються на робочих станціях. Мережева оболонка робочих станцій завантажується і функціонує на робочих станціях комп‘ютерної мережі.

Мережева операційна система Novell  є мультизадачна ОС реального часу. Вона орієнтована на роботу в ЛОМ з централізованим управлінням. В NetWare передбачена можливість роботи в мережі одного або декілька файлів-серверів. В процесі розвитку операційна система NetWare була реалізована в декількох версіях.

NetWare 4.х — остання версія ОС NetWare, яка забезпечує підключене до 1000 робочих станцій з операційними системами MS DOS, Windows, OS/2, Unix, Macintosh.

Передбачена робота з декількома серверами в одної мережі. В відміну від попередніх версій не потребує регістрації на кожному сервері, забезпечує доступ до всіх ресурсів після регістрації. Принципово новим засобом є мережевий захист.

На файл-сервері розташоване ядро операційної системи, а останні її компоненти розташовані на робочих станціях.

Мережеві операції реалізуються по технології клієнт-сервер. Це означає, що всі ресурси, яки розподіляються, управляються централізовано через файл-сервер. Ресурси доступні робочим станціям-клієнтам тільки по запиту, який транслірован через мережу на сервер.

Ресурси робочих станціях доступні тільки користувачам власних станцій і в мережі не розподіляються. Іноді таке обслужування має назву виділеним режимом файл-сервер. Він забезпечує високий рівень захисту даних в мережі.

Структура NetWare на файл-сервере

Ядро операційної системи NetWare на файл-сервері завантажується програмою server.exe. Після завершення роботи мережевої операційної системи можна вернутись в MS DOS.

Робота з апаратурою виконується через драйвери. NetWare дозволяє призводити динамичную завантаження основних драйверів — драйверів дискових пристроїв і мережевих адаптерів. Крім драйверів необхідні програми, яки виконують ті або інші функції для обслуговування серверу і мережі у цілому.

NetWare — багато задачна (мультізадачна) операційна система, то можна завантажувати декілька програм одночас. У процесі роботи мережі їх можна завантажувати і знищувати.

 Модулі системи NetWare забезпечують управління файлами, яки зберігаються на файл-сервере, управління базами даних, мереженими принтерами і зовнішніми каналами зв‘язку і іншими ресурсами.

При встановленні операційної системи NetWare на файл-сервері його жорсткий диск розподіляється, як мінімум на два розділу. Перший розділ відводиться під MS DOS і деяких файлів, яки забезпечують запуск мережевої операційної системи. Другій розділ формується в форматі NetWare. В ньому розміщуються модулі мережевої операційної системи, мережеві утілити, службові каталоги і інші модулі, необхідні для функціонування файл-сервера і мережі.

Тут же розміщуються БД і файли, яки повинні бути доступні користувачам робочих станцій, які підключені до мережі (рис 4.4.28).

Рис.4.4.28. Структура мережевої операційної системи NetWare

Операційна система використовує для передавання даних два основних протоколів — IPX і SPX.

Протокол IPX (Internetwork Packet eXchange — між мережева передавання пакетів) є базовим для Novell NetWare. Він визначає формат пакетів і інтерфейс з мережевими програмним забезпеченням. Протокол IPX відповідає мережевому рівню моделі взаємодії відкритих систем. На цьому рівню протокол IPX забезпечує обмін блоками даних без попереднього встановлення об'єднання і без послідуючої передачи підтвердження на правильно доставляння блоки даних.

Протокол SPX (Sequenced Packet eXchange — послідовний обмін пакетами) передбачає встановлення зв‘язку між робочими станціями перед початком обміну. Протокол SPX гарантує доставку пакетів адресату. На кожний прийнятий пакет передається підтвердження, а випадку виникнення помилок при передачі пакетів виконується повторна передача. Протокол SPX виконан на базі протоколу IPX і є протокол більш високого рівня — транспортного.

Крім ціх двох протоколів можна виконувати протокол NETBIOS (Network Basic Inpet/Output System — мережева базова система вводу/виводу). Протокол розроблений фірмою IBM і орієнтований на передачу даних між робочими станціями. Для забезпечення роботи протоколу в склад операційної системи NetWare існує спеціальна програма netbios.exe. Звичайно її використовують при роботі прикладних програм.

Структура мережевої оболонки на робочої станції

Робочий станції мережі — персональні комп‘ютери. Користувачі мають свій набір файлів і власну операційну систему: MS DOS, OS/2 і інші. Так як операційна система NetWare відрізніться від операційних систем робочих станцій, то робочі станції взаємодіють з файл-сервером через спеціальну мережеву оболонку рис.4.4.29. Вона завантажується в операційну пам‘ять робочої станції як задача її операційної системи при підключені станції до мережі.
В склад оболонки — 4 резідентні програми, основною є запитувальчик DOS (DOS Requester). Головна його задача – перенаправлення запитів від прикладних програм на доступ к файлам або на локальний диск, або на мережевий диск. Якщо файли знаходяться на локальних дисках, то запитувальчик вертає запит в DOS. Якщо файл знаходиться на мережевому диску, то виконується обслуговування запиту, визначається з якого серверу, з якого тому або каталогу необхідно прочитати файл.

Рис.4.4.29 Структура мережевої оболонки станції