Мережі та системи передачі даних .

Iнтеграцiя систем передачi інформацiї (телефонний та радiозв’язок) i комп’ютерних систем обумовила створення мереж пiдтримки зв’язку мiж комп’ютерами (окремі входи до систем, передача файлів, електронна пошта тощо). У сучасних цифрових мережах передачі інформації немає рiзниці мiж передачею голосу та даними, оскiльки вони спроможнi передавати данi, звуковий та вiдео сигнал як один пакет даних. Це так  звані широкосмугові цифрові мережi з наданням комплексних послуг.

Мережi iнколи поділяють за їхнiм географiчним розміщенням на локальнi, регiональнi та глобальнi. Локальнi мережi мають обмежену кiлькiсть комп’ютерів i  зв’язок мiж ними по фiзичнiй лiнії зв’язку (дроту, коаксiальному кабелю). Регiональні мережi об’єднують декiлька локальних мереж у рамках областi чи регiону і використовують головним чином телефоннi мережi або волоконно-оптичні кабелi. Глобальнi мережi передають данi не тiльки по телефонних каналах, а й по супутникових та радiоканалах.

1 62

21

Обчислювальна мережа являє собою систему станцiй на базi ЕОМ — вузли мережi, взаємодіючих мiж собою через канали передачi даних, використовувані для обмiну іформацiєю. Для забезпечення безпомилкової i максимально зручної передачi iнформації мережнi операції регулюються набором правил i угод, названих мережним протоколом. Протокол визначає типи рознiмань i кабелiв, сигнали, формати даних i засоби перевiрки помилок, а також алгоритми для мережних iнтерфейсiв i вуэлiв за стандартними (у межах мережi) принципами пiдготовки повiдомлень, передачi й аналiзу на рiзноманітних рiвнях деталiзацiї.

Мережі мають деякi загальнi компоненти, функцiї i характеристики, а саме:

- сервери (server) – комп’ютери, якi надають свої ресурси мережним користувачам;

- клiєнти (сlient) – комп’ютери, які здійснюють доступ до мережних ресурсiв, наданих сервером;

-середовище (mediа) - засiб i засоби з’єднання комп’ютерiв;

-спільно використовуванi данi - файли, наданi серверами по мережi;

- спiльно використовуванi периферійнi пристрої (принтери, приводи СD-ROM та іншi ресурси, наданi серверами);

-ресурси - файли, прикладні програмні комплекси, принтери й iнші елементи, використовуванi в мережi.

Принцип дiї локальної мережi залежить вiд розташування i з’єднання окремих мережних компонентiв. 3асіб з’єднання комп’ютерiв у мережi називається топологією. У локальних мережах комп’ютери можуть працювати в режимах:

- клієнтів, якi використовують мережнi ресурси, але не надають свої ресурси іншим комп’ютерам;

- однорангових вузлiв, працюючих з мережними ресурсами, що дозволяють доступ iнших машин до своїх ресурсiв;

-серверiв, якi надають ресурси мережi iншим машинам.

Кожний з цих режимiв визначається типом застосовуваної на компютерi ОС. На серверах функцiонують такi ОС, як Windows NТ або  Uniх.

Розрiзняють такi типи мереж:

- псевдомережi типу ПК-ПК;

- одноранговi мережнi середовища (реег-to-реег), в яких немає серверiв i ресурси розподiляються по незалежних вузлах;

- сервернi (або клiєнт-серверні), якi мають клiєнтiв i обслуговують їх на серверi;

- комбiнованi (гiбриднi) мережi - мережi клiєнт-сервер i одноранговi з ресурсами, що розподiляються.

Бiльшiсть мереж насправдi є комбiнованими.

Обмiн iнформацiєю мiж двома комп’ютерами може здiйснюватися через рознiмання послiдовного iнтерфейсу обох комп’ютерiв за допомогою спецiального кабелю нуль-модема. У цьому випадку для здiйснення передачi

даних потрiбне лише вiдповiдне термiнальне програмне забезпечення, оскiльки подiбний принцип з’сднання двох комп’ютерiв характерний, у першу чергу, для комп’ютерiв типу lарtop i nоtebook. При використаннi паралельної передачi даних пiдвищується швидкiсть обмiну iнформацiєю мiж обома комп’ютерами, проте з технічних мiркувань послiдовний кабель може бути значно довше нiж паралельний. Пiд час передачi даних обидва процесори блокуються i не можуть виконувати інші завдання.

Мiнiмальна кiлькiсть лiнiй для органiзацiї двостороннього зв’язку комп’ютера без модемного пристрою — три. Тодi перенесення iнформації стає можливим через безпосереднiй доступ до портiв, для чого необхiдно правильно їх настроїти i запрограмувати власний драйвер з обробником переривань. Схеми трипровiдного з’єднання комп’ютерiв вимагають для надiйного перенесення даних організацiї програмного пiдтвердження, що знижує швидкiсть передачі.

Сервернi мережi (мережі з обслуговуючими вузлами) функцiонують при наявностi клiєнтів. Клiєнти звертаються до сервера, який надає  їм рiзні засоби (наприклад, друк або роботу з файлами). Клiєнтськi комп’ютери зазвичай менш потужнi, нiж сервери.

Бiльшість мереж використовують виділені сервери. Видiленим називається такий сервер, що функцiонує тiльки як сервер i не виконує функцiй клiєнта або робочої станції. Вони спецiально пристосованi для швидкої обробки запитiв вiд мережних клiєнтiв та керування захистом файлiв i каталогiв. Мережi на основi серверу стали промисловим стандартом.

3і збільшенням розмiрiв мережi й обсягу мережного трафiка необхiдно збiльшувати кiлькiсть серверiв. Розподiл завдань мiж декількома серверами гарантує, що кожне завдання буде виконуватися найефективнiшим засобом з усiх можливих. Найбiльш поширеними є такi сервери:

— файловi сервери;

— сервери друку;

— сервери додаткiв;

— сервери повiдомлень;

— сервери баз даних.

Усi мережi будуються на основi трьох базовых топологiй: шини, зiрки, кiльця.

Якщо комп’ютери пiдключенi вздовж одного кабелю (сегмента), топологiя називається шиною, якiщо ж вони пiдключені до сегментiв кабелю, що виходить з однієї точки, або концентратора, топологiя називається зіркою. Якщо кабель, до якого пiдключенi комп’ютери, замкнутий у кiльце, така топологiя називається кiльцем.

Базовi топологiї самi по собi не є складними. Але часто зустрiчаються досить складнi комбiнації, якi об’єднують властивостi декiлькох топологiй.

У типовiй мережi з шинною топологiєю кабель має одну або бiльше пар провiдникiв, а активнi схеми посилення сигналу або передача його вiд одного комп’ютера до iншого вiдсутнi. Тодi шинна топологiя — пасивна. Якщо один комп’ютер посилає сигнал по кабелю, всi iншi вузли одержують цю

інформацiю, але тiльки один з них (адреса якого збiгається з адресою в повiдомленнi) приймає  її. Інші  не приймають повiдомлення.

У кожний момент часу вiдправляти повiдомлення може тiльки один комп’ютер, тому кiлькiсть підключених до мережi комп’ютерiв значно впливає на швидкість мережi. Перед передачею даних комп’ютер змушений очікувати звiльнення шини. Зазначенi фактори дiють також у кільцевiй i зiркоподібних мережах. Прикладом недорогої мережі iз шинною топологією є Еthernet.

Зіркоподiбна топологія застосовується в зосереджених мережах, в яких кінцевi точки доступні з центрального вузла. а також у випадках, коли передбачається розширення мережi i потрiбна висока надiйнiсть.

Кожний комп’ютер у мережi з топологiєю типу “зiрка” взаємодiє iз центральним концентратором, який передає повiдомлення всiм комп’ютерам (у зiркоподiбній мережi з широкомовним розсиланням) або тiльки комп’ютеру - адресату (у комутованiй зiркоподібній мережi).

Активний концентратор регенерує електригчний сигнал i посилає його всiм пiдключеним комп’ютерам. Такий тип концентратора часто називають багатопортовим повторювачем. Для роботи активних концентраторів i комутаторiв потрібно живлення вiд мережi. Пасивнi концентратори (наприклад, комутацiйна кабельна панель або комутаційний блок) діють як точка з’єднання, не посилюючи i не регенеруючи сигнал.

У мережі з кільцевою топологiєю кожний комп’ютер з’єднується з тим комп’ютером, який ретранслює  його iнформацію, одержану ним вiд першого. Завдяки такiй ретрансляцiї мережа є активною, якій нехарактерна втрата сигналу, як у мережах із шинною топологiєю.

Деякi мережi з кiльцевою топологією використовують метод естафетної передачі. Спецiальне коротке повідомлення - маркер циркулює по кiльцю доти, доки комп’ютер не передасть iнформацію іншому вузлу. Вiн модифiкує маркер, добавляє електронну адресу i данi. а потiм вiдправляє його по кiльцю. Кожний комп’ютер послiдовно одержує даний маркер з доданою iнформацією i передає його сусiдньому комп’ютеру до тих пiр, поки електронна адреса не стане збiгатися з адресою комп’ютера-одержувача або маркер не повернеться до вiдправника. Комп’ютер, що одержав повiдомлення, повертає вiдправнику вiдповiдь, яка пiдтверджує, що послання прийняте. Тодi вiдправник створює ще один маркер i вiдправляє його в мережу, даючи змогу iншим станцiям перехопити маркер і почати передачу. Маркер циркулює по кільцю доти, аж поки будь-яка iз станцій не буде готова до передачi і не захопить його.

Усi цi подiї вiдбуваються дуже часто: маркер може пройти кiльце з дiаметром 200 м приблизно 10000 разiв за секунду. В деяких ще швидших мережах циркулює вiдразу декілька маркерів. В iнших мережних середовищах застосовуються два кiльця з циркуляцiєю маркерiв у протилежних напрямах. Така структура сприяє вiдновленню мережі у випадку виникнення відмов.

Прикладом швидкої волоконно-оптичної мережi з кiльцевою топологiєю є FDDI (FiЬег Distributed Data Interface) -розподілений iнтерфейс передачi даних по волоконно-оптичних каналах: стандарт, розроблений ANSI i модифiкований IЕЕЕ/ISO.

Як середовище передачi даних в електронному зв’язку можна використовувати: коаксіальний кабель, звиту пару проводiв, волоконно- оптичний кабель, інфрачервоне випромінювання, мікрохвильовий діапазон радiоефiру або радіодіапазон ефiру.

На сьогоднi переважна частина комп’ютерних мереж використовує для з’єднання в бiльшостi випадків дроти або кабелi.

Модуль даних, переданих по мережi, змiнюється від одiєї технологiї органiзацiї мережi до iншої. У датаграмних мережах переданий модуль даних - це повне повiдомлення, обмежене наведеним максимальним розмiром. Розмiр модуля даних таким чином змiнюється вiд одного повідомленяя до іншого. Можна також роздiляти кожне повiдомлення на пакети встановленого розмiру i передавати їх по мережi. Повiдомлення, які перевищують окремий пакет, роздiляють на пакети до того, як їх посилати в мережу. Пакети можна передавати по одному по мержi так, що вони досягатимуть адресата не в тому порядку, в якому були надiсланi.

Пакети повторно збираються в адресата пiсля того, як повiдомлення отримано користувачем. Такий же протокол передбачений i для ретрансляцiї

загублених пакетiв.

Фiзичне середовище призначене для передачi iнформації в межах мережi і може використовувати двоточковий зв’язок або радiомовне середовище. У двоточковому зв’язку - це спецiалiзоване фiзичне пiдключення (наприклад, провiд або волоконно-оптичний кабель), між кожною парою компонентiв, таких як перемикачi, комп’ютери, пристрої введення-виведення і т.iн.

Якщо пiдключення пiдтримує зв’язок тiльки в одному напрямi і не дозволяє одночасну передачу даних в обох напрямах, то для органiзацiї зв’язку не потрiбно нiякого пiдтвердження. Якщо пiдтримується зв’язок в обох напрямах, а не тiльки в одному напрямi в часi, то необхiдний протокол для переключення напряму зв’язку, щоб забезпечити використання двобiчного

зв’язку.

Радіомовне середовище дозволяє безлiчi компонентам використовувати середовище зв’язку. Потрiбен протокол, щоб запобiгти впливу передавачiв один на одного. Це вiдноситься до протоколу МАС як середовищу керування доступом. Наприклад, широко використовувана технологiя локальної мережi грунтується на радiомовному середовищi Еthernet. Тут усі компоненти зв’язанi з окремим дротом, наприклад, коаксiальним кабелем. Протокол  МАС використовує декiлька простих правил: передавач не передає данi доти, поки провiд використовується iншим передавачем; якщо два передавачi одночасно починають передавати данi, кожний з них виявляє це, контролюючи провiд і спостерiгаючи за даними, переданими по проводу (виявляється невiдповiднiсть переданих даних); при виявленi зiткнення передавач зупиняє передачу і чекає деякий випадковий час, а потiм ретранслює ( повторює) повiдомлення. Подiбний протокол часто використовується для керування доступом до мережi радiозв’язку.

Інша широко використовувана технологiя локальної мережi - це естафетне кiльце. Кiльцевий маркер мережі точка - точка, де мережа

конфiгурована як кiльце з даними, що передаються в одному напрямi по кільцю.

Кiльце подiбне стрiчцi конвеєра послiдовно перемiщує данi вiд одного комп’ютера до iншого по кiлъцю. Стрiчка конвеєра подiлена на “слоти”, де кожний слот може мiстити одинарну частину блока встановленого розмiру, наприклад, пакет даних. Кожний ком’пютер дослiджує данi, що проходять по стрiчцi конвеєра. Якщо адреса даних вiдповiдає адресi комп’ютера, то данi вiдокремлюються вiд стрiчки i слот вважаеться порожнiм. Якщо адреса не вiдповiдає комп’ютеру, то данi продовжують рух по стрiчцi конвеєра. Щоб передати дані, комп’ютер виявляє порожнiй слот, заповнює його даними для передачi.