Способи побудови локальних мереж. Комп'ютерна мережа – це складний комплекс взаємозв'язаних і функціонально узгоджених програмних і апаратних компонентів.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – стандартизованная специфікація для мережевої архітектури високошвидкісної передачі даних по оптоволоконних лініях. Швидкість передачі – 100 Мбіт/с.

Базові технології локальних мереж. Архітектуру або технології локальних мереж можна розділити на два покоління. До першого покоління відноситься архітектура, що забезпечує низьку і середню швидкість передачі інформації: Ethernet 10 Мбіт/с), Token Ring (16 Мбіт/с) і ARC net (2,5 Мбіт/с).

Стандартні комунікаційні протоколи. Стеки протоколів. Для забезпечення взаємодії різних програмних і апаратних засобів в комп'ютерних мережах були прийняті єдині правила або стандарт, який визначає алгоритм передачі інформації в мережах.

Сервер - друку. До комп'ютера невеликої потужності підключається досить продуктивний принтер, на якому може бути роздрукована інформація відразу з декількох робочих станцій. Програмне забезпечення організовує чергу завдань на друк.

Сервер доступу – виділений комп'ютер в локальній мережі для виконання видаленої обробки завдань. Сервер виконує завдання, отримане з видаленої робочої станції, і результати направляє на видалену робочу станцію. Іншими словами сервер призначений для видаленого доступу (наприклад, з мобільного ПК) до ресурсів локальної мережі.

Сервер баз даних. На сервері розміщується мережева база даних. База даних на сервері може поповнюватися з різних робочих станцій і видавати інформацію по запитах з робочих станцій.

Файловий сервер. В цьому випадку на сервері знаходяться спільно оброблювані файли, що спільно опрацьовуються і програми, що спільно використовуються.

Поштовий сервер. На сервері зберігається інформація, що відправляється і отримувана як по локальній мережі, так і ззовні по модему. Користувач може проглянути інформацію, що поступила на його ім'я, або відправити через поштовий сервер свою інформацію.

Однорангові і ієрархічні локальні мережі має свої переваги і недоліки. Вибір типа локальної мережі залежить від вимог що пред'являються до її вартості, надійності, швидкість обробки даних, секретності інформації і так далі.

Як стандарт були прийняті мережеві протоколи, які визначають взаємодію устаткування в мережах. Слід зазначити, що в обчислювальних мережах здійснюється обмін даними не лише між вузлами як фізичними пристроями, але і між програмними модулями.

Оскільки взаємодія устаткування і програм в мережі не може бути описана одним єдиним мережевим протокол, то був застосований багаторівневий підхід до розробки засобів мережевої взаємодії. В результаті була розроблена семирівнева модель взаємодії відкритих систем - OSI.

Ця модель розділяє засоби взаємодії на сім функціональних рівнів: прикладний, показний (рівень представлення даних), сеансовий, транспортний, мережевий, канальний і фізичний.

Протоколи реалізуються автономними і мережевими операційними системами (комунікаційними засобами, які входять до ОС), а також пристроями телекомунікаційного устаткування (мережевими адаптерами, мостами, комутаторами, маршрутизаторами, шлюзами).

Розглянемо функції, що виконуються кожним функціональним рівнем семирівневої моделі взаємодії відкритих систем при передачі пакету даних від мережевого додатка, одного комп'ютера до мережевого додатка, що працює на іншому комп'ютері.

Рис.2.1.3. Смирівнева модель OSI

Механізм передачі повідомлення між ПК1 і ПК2 можна представити у вигляді послідовної пересилки цього повідомлення зверху вниз від прикладного рівня до фізичного рівня. Потім фізичний рівень ПК1 забезпечує пересилку повідомлення (даних) по мережі фізичному рівню ПК2. Далі повідомлення передається від низу до верху від фізичного рівня до прикладного рівня ПК2.

1. Прикладний рівень – самий верхній рівень моделі OSI. Прикладний рівень управляє загальним доступом до мережі, потоком даних і обробкою помилок. Прикладний рівень отримує запит (повідомлення) від мережевого додатку, що працює на комп'ютері ПК1, який потрібно передати мережевому додатку, що працює на ПК2.

2. Показний рівень (рівень представлення даних) визначає формат, використовуваний для обміну даними між ПК1 і ПК2. На ПК1 дані, що поступили від прикладного рівня, на показному рівні переводяться в проміжний формат. На ПК2 на цьому рівні відбувається переклад з проміжного формату в той, який використовується прикладним рівнем даного комп'ютера.

3. Сеансовий рівень дозволяє двом додаткам на ПК1 і ПК2 встановлювати, використовувати і завершувати з'єднання, яке називається сеансом. Сеансовий рівень забезпечує синхронізацію між призначеними для користувача завданнями за допомогою розставляння в потоці даних контрольних крапок.

4. Транспортний рівень здійснює контроль даних і гарантує доставку пакетів без помилок. Крім того, транспортний рівень виконує ділення довгих повідомлень, що поступають від верхніх рівнів ПК1, на пакети даних (при передачі даних) і формування первинних повідомлень в ПК2 з набору пакетів, отриманих через канальний і мережевий рівні.

Транспортний рівень і рівні, які знаходяться вищим, реалізуються програмними засобами ПК1 і ПК2 (компонентами їх мережевих операційних систем). Транспортний рівень пов'язує нижні рівні (фізичний, канальний, мережевий) з верхніми рівнями, які реалізуються програмними засобами.

5. Мережевий рівень служить для утворення єдиної транспортної системи, що об'єднує декілька мереж, які можуть мати різні принципи передачі повідомлень. Усередині мережі передача даних забезпечується відповідним канальним рівнем, а передачу даних між мережами виконує мережевий рівень. Мережевий рівень реалізується програмними модулями операційної системи, програмними і апаратними засобами маршрутизаторів.

6. Канальний рівень забезпечує пересилку пакетів між будь-якими двома ПК локальної мережі. Крім того, канальний рівень здійснює управління доступом до середовища передачі даних. Функції канального рівня реалізуються мережевими адаптерами і їх драйверами.

7. Фізичний рівень забезпечує фізичний шлях для електричних сигналів, що несуть інформацію. Цей рівень характеризує параметри фізичного середовища передачі даних. Фізичний рівень визначає характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, типи роз'ємів і призначення кожного контакту. Як правило, функції фізичного рівня реалізуються мережевим адаптером або портом.

У обчислювальних мережах, як правило, застосовуються набори протоколів, а не всі функціональні рівні моделі взаємодії відкритих систем. Набір протоколів, достатній для організації взаємодії устаткування в мережі, називається стеком комунікаційних протоколів.

Найбільш популярними є стеки протоколів: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI/NetBIOS, та інші. Ці стеки протоколів на фізичному і канальному рівнях використовують стандартизовані протоколи Ethernet, Token Ring, FDDI і деякі інші, які дозволяють використовувати у всіх мережах одну і ту ж апаратуру. На верхніх рівнях всі стеки працюють зі своїми власними протоколами.

Для передачі даних ці технології використовують кабелі з мідною жилою. До другого покоління технологій відноситься сучасна високошвидкісна архітектура: FDDI (100 Мбіт/с), АТМ (155 Мбіт/с) і модернізовані версії архітектури першого покоління (Ethernet): Fast Ethernet (100 Мбіт/с) і Gigabit Ethernet (1000 Мбіт/с).

Вдосконалені варіанти архітектури першого покоління розраховані як на вживання кабелів з мідними жилами, так і на волоконно-оптичні лінії передачі даних.

Нові технології (FDDI і АТМ) орієнтовані на вживання волоконно-оптичних ліній передачі даних і можуть використовуватися для одночасної передачі інформації різних типів (відеозображення, голосу і даних).

Мережева технологія – це мінімальний набір стандартних протоколів і що реалізовують їх програмно-апаратних засобів, достатній для побудови обчислювальної мережі. Мережеві технології називають базовими технологіями. В даний час налічується величезна кількість мереж, що мають різні рівні стандартизації, але широкого поширення набули такі відомі технології, як Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.

Методи доступу до мережі. Ethernet є методом множинного доступу з прослухуванням тієї, що несе і дозволом колізій (конфліктів). Перед початком передачі кожна робоча станція визначає, вільний канал або зайнятий. Якщо канал вільний, станція починає передачу даних. Реально конфлікти призводять до зниження швидкодії мережі лише у тому випадку, коли працюють 80–100 станцій.

Метод доступу Arcnet. Цей метод доступу набув широкого поширення в основному завдяки тому, що устаткування Arcnet дешевше, ніж устаткування Ethernet або Token -Ring. Arcnet використовується в локальних мережах з топологією «зірка».

Один з комп'ютерів створює спеціальний маркер (спеціальне повідомлення), який послідовно передається від одного комп'ютера до іншого. Якщо станція повинна передати повідомлення, вона, отримавши маркер, формує пакет, доповнений адресами відправника і призначення. Коли пакет доходить до станції призначення, повідомлення «відчеплюється» від маркера і передається станції.

Метод доступу Token Ring. Цей метод розроблений фірмою IBM; він розрахований па кільцеву топологію мережі. Даний метод нагадує Arcnet, оскільки теж використовує маркер, передаваний від однієї станції до іншої. На відміну від Arcnet при методі доступу Token Ring передбачена можливість призначати різні пріоритети різним робочим станціям.

Технологія Ethernet зараз найбільш популярна в світі. У класичній мережі Ethernet застосовується стандартний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Проте всього більшого поширення набула версія Ethernet, що використовує як середовище передачі виті пари, оскільки монтаж і обслуговування їх набагато простіше. Застосовуються топології типа “шина” і типа “пасивна зірка”.

Стандарт визначає чотирьох основних типів середовища передачі.

· 10BASE5 (товстий коаксіальний кабель);

· 10BASE2 (тонкий коаксіальний кабель);

· 10BASE-T (вита пара);

· 10BASE-F (оптоволоконний кабель).

Fast Ethernet – високошвидкісний різновид мережі Ethernet, що забезпечує швидкість передачі 100 Мбіт/с. Мережі Fast Ethernet сумісні з мережами, виконаними за стандартом Ethernet. Основна топологія мережі Fast Ethernet - пасивна зірка.

Стандарт визначає трьох типів середовища передачі для Fast Ethernet:

· 100BASE-T4 (счетверенная вита пара);

· 100BASE-TX (здвоєна вита пара);

· 100BASE-FX (оптоволоконний кабель).

Gigabit Ethernet – високошвидкісний різновид мережі Ethernet, що забезпечує швидкість передачі 1000 Мбіт/с. Стандарт мережі Gigabit Ethernet в даний час включає наступних типів середовища передачі:

· 1000BASE-SX – сегмент на мультимодовом оптоволоконному кабелі з довжиною хвилі світлового сигналу 850 нм.

· 1000BASE-LX – сегмент на мультимодовом і одномодовому оптоволоконному кабелі з довжиною хвилі світлового сигналу 1300 нм.

· 1000BASE-CX – сегмент на електричному кабелі (екранована вита пара).

· 1000BASE-T – сегмент на електричному кабелі (счетверенная неекранована вита пара).

У зв'язку з тим, що мережі сумісні, легко і просто сполучати сегменти Ethernet, Fast Ethernet і Gigabit Ethernet в єдину мережу.

Мережа Token-Ring запропонована фірмою IBM. Token-Ring призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, IBM, що випускаються (від персональних до великих). Мережа Token-Ring має зоряно-кільцеву топологію.

Мережа Arcnet - це одна із старих мереж. Як топологію мережа Arcnet використовує “шину” і “пасивну зірку”. Мережа Arcnet користувалася великою популярністю. Серед основних достоїнств мережі Arcnet можна назвати високу надійність, низьку вартість адаптерів і гнучкість. Основним недоліком мережі є низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт/с).

Основні технічні характеристики мережі FDDI наступні:

· Максимальна кількість абонентів мережі – 1000.

· Максимальна протяжність кільця мережі – 20 км.

· Максимальна відстань між абонентами мережі – 2 км.

· Середовище передачі – оптоволоконний кабель

· Метод доступу – маркерний.

· Швидкість передачі інформації – 100 Мбіт/с.

Комп'ютерну мережу можна представити багатошаровою моделлю, що складається з шарів:

· комп'ютери;

· комунікаційне устаткування;

· операційні системи;

· мережеві додатки.

Основою будь-якої локальної мережі є ПК, які підключаються до мережі за допомогою мережевої карти. Всі комп'ютери локальних мереж можна розділити на два класи: сервери і робочі станції.

Комунікаційне устаткування.Мережевий адаптер – це спеціальний пристрій, який призначений для сполучення комп'ютера з локальною мережею і для організації двонаправленого обміну даними в мережі. Мережева карта вставляється у вільний слот розширення на материнській платі і обладнана власним процесором і пам'яттю, а для підключення до мережі має роз'єм типа RJ-45. Найбільш поширені карти типа PCI, які вставляються в слот розширення PCI на материнській платі. Залежно від вживаної технології Ethernet, Fast Ethernet або Gigabit Ethernet і мережевої карти швидкість передачі даних в мережі може бути: 10, 100 або 1000 Мбіт/с.

Як кабелі для з’єднання окремих ПК і комунікаційного устаткування в локальних мережах застосовуються:

1. Вита пара – передавальна лінія зв'язку у вигляді двох проводів, перекручених один з одним з певним кроком з метою зниження впливу електромагнітних полів.

2. Коаксіальний кабель – кабель, який складається з одного центрального провідника в ізоляторі і другого провідника розташованого поверх ізолятора.

3. Оптичний кабель – це кабель, в якому носієм інформації є світловий промінь, що поширюється по оптичному волокну.

Крім того, як передавальне середовище в безпровідних локальних мережах використовуються радіохвилі в мікрохвильовому діапазоні.

До комунікаційного устаткування локальних мереж відносяться: трансивери, повторювачі, концентратори, мости, комутатори, маршрутизатори і шлюзи.

Частина устаткування (приймачі або трансивери, повторювачі або репітери і концентратори або hubs) служить для об'єднання декількох комп'ютерів в необхідну конфігурацію мережі. Сполучені з концентратором ПК утворюють один сегмент локальної мережі, тобто концентратори є засобом фізичної структуризації мережі, оскільки, розбиваючи мережу на сегменти, спрощують підключення до мережі великої кількості ПК.

Інша частина устаткування (мости, комутатори) призначені для логічної структуризації мережі. Оскільки локальні мережі є широкомовними (Ethernet і Token Ring), то із збільшенням кількості комп'ютерів в мережі, побудованій на основі концентраторів, збільшується час затримки доступу комп'ютерів до мережі і виникнення колізій. Тому в мережах побудованих на хабах встановлюють мости або комутатори між кожними трьома або чотирма концентраторами, тобто здійснюють логічну структуризацію мережі з метою недопущення колізій.

Третя частина устаткування призначена для об'єднання декількох локальних мереж в єдину мережу: маршрутизатори (routers), шлюзи (gateways). До цієї частини устаткування можна віднести і мости (bridges), а також комутатори (switches).