Мережеві технологiї
Лекція
Основні поняття комп'ютерних мереж
Комп'ютерна мережа – це сукупність комп'ютерів, що з'єднані лініями зв'язку і оснащені комунікаційним обладнанням і комунікаційним програмним забезпеченням (рис. 6).
Рис. 6. Типи комп'ютерних мереж.
Комунікаційне обладнання
Комунікаційне або мережеве обладнання – це периферійні пристрої, що здійснюють перетворення сигналів, які використовують у комп'ютері, на сигнали, що передаються через лінії зв'язку, і навпаки. Такими пристроями є модеми та мережеві адаптери. Модеми застосовують при використанні телефонних ліній зв'язку, мережеві адаптери – при використанні інших ліній.
Лінія зв'язку – це обладнання, за допомогою якого здійснюється об'єднання комп'ютерів у мережу. Мережева інтерфейсна плата (або мережевий адаптер) – спеціальний апаратний засіб для ефективної взаємодії персональних комп'ютерів у мережі. Вона встановлюється в одне з вільних гнізд розширення шини комп'ютера, а кабель передавання даних під'єднується до роз'єму на цій платі. Лінії зв'язку, що використовують кабелі для передавання сигналів, називаються дротовими, решта – бездротовими. Телефонна лінія – приклад дротової лінії зв'язку. Системи супутникового зв'язку – бездротові. Лінії зв'язку різні за складністю. Часто для з'єднання локально розташованих комп'ютерів використовується радіозв'язок. Для потужніших телекомунікацій використовується мікрохвильове або інфрачервоне випромінювання.
Комунікаційне програмне забезпечення
Комунікаційне або мережеве програмне забезпечення - це набір програм, що забезпечують роботу мережевого обладнання і обмін інформацією між комп'ютерами в мережі. Мережеве програмне забезпечення поділяють на дві групи програм. Перші працюють з мережею на так званому низькому рівні. Ці програми забезпечують управління мережевим обладнанням з метою перетворення сигналів з одного виду у інший. Програми другої групи працюють з мережею на високому рівні, вони призначені для розпізнавання та опрацювання інформації залежно від її характеру та способу організації. Усі комп'ютерні мережі поділяють на три групи - локальні, корпоративні і глобальні мережі.
Створення комп'ютерних мереж було обумовлено прагненням до економії ресурсів. Економія досягається кількома шляхами: мережа забезпечує швидкий доступ до різних джерел інформації; мережа зменшує надмірність ресурсів.
Комп'ютерна мережа забезпечує: колективне опрацювання даних користувачами, комп'ютери яких під'єднані до мережі, та обмін даними між цими користувачами; спільне використання програм; спільне використання принтерів, модемів та інших периферійних пристроїв.
Класифікація комп'ютерних мереж
Існують різні класифікації комп'ютерних мереж, одна з них відображена на схемі (рис. 7).
Рис. 7. Класифікація комп'ютерних мереж.
Комп'ютери, об'єднані в мережу, мають значно ширші можливості, ніж комп'ютери, які працюють окремо.
Локальні мережі
Локальна мережа об'єднує комп'ютери, що розташовані на невеликій відстані один від одного, і є замкнутою системою. Невеликі відстані між комп'ютерами дають можливість використовувати для зв'язку в локальних мережах звичайні проводові лінії. Окремим випадком локальної мережі є корпоративна мережа. Як правило, локальна мережа обмежена офісом, кабінетом інформатики, однією будівлею. Локальні мережі повинні бути легко адаптованими, тобто мати гнучку архітектуру, яка дозволяє довільно розташовувати робочі місця, додавати або переставляти персональні комп'ютери або периферійні пристрої. Якщо така мережа організована грамотно, то вихід з ладу однієї із складових не впливає на роботу інших.
Локальна мережа створюється для спільного використання та обміну інформацією між комп'ютерами, спільного використання ресурсів мережі. Ресурс мережі – це пристрої, що входять до апаратної частини деяких із комп'ютерів мережі, які доступні і можуть використовуватися будь-яким користувачем мережі. Ресурсами мережі можуть бути принтери, сканери, модеми, стримери, фотонабірні апарати, дискові накопичувані великої ємності, пристрої резервного копіювання інформації тощо.
Комп'ютер, ресурси якого призначені для спільного використання, називається сервером (від англ. to serve – постачати, обслуговувати). Комп'ютери, що використовують ресурси мережі, називають робочими станціями. Сучасні локальні мережі дуже різноманітні і можуть мати у своєму складі один або кілька серверів, комп'ютери, які одночасно можуть бути як сервером, так і робочою станцією.
Найзагальніший тип сервера – файловий, основний ресурс такого сервера - файли. Будь-який комп'ютер з одним або кількома жорсткими дисками можна використати як файловий сервер (навіть простої конфігурації як Pentium, 32-64 Мб RAM).
Взаємодія серверів і робочих станцій забезпечується мережевим програмним забезпеченням кожного комп'ютера мережі. Користувачу робочої станції доступні ресурси мережі відповідно до заздалегідь обумовлених правил.
Призначення робочої станції- виконувати програми, одержані з мережі, а призначення сервера - доставляти ці програми до робочих станцій. Схему роботи, коли робочі станції виконують велику частину опрацювання даних, а файл-сервер надає файли для цього опрацювання, називають розподіленим опрацюванням. Схема опрацювання, за якою робота розподіляється між робочою станцією і файлом-сервером рівномірно, називається системою «клієнт-сервер». Як правило, таке середовище складається із сервера баз даних (БД) (високошвидкісний процесор, що опрацьовує запити до БД) в поєднанні з робочими станціями. Крім того, мережі розрізняють за іншими ознаками, наприклад: швидкістю передавання; типом кабелю, що використовується; фізичним розташуванням кабелю; форматом пакетів (кадрів) тощо.
Глобальні мережі
Глобальна мережа – це з'єднання локальних мереж і окремих комп'ютерів, розташованих далеко один від одного. У таких мережах є додаткові пристрої для опрацювання великих обсягів даних та пересилання їх на велику відстань. Передусім, це сервери глобальних мереж, які є дуже потужними комп'ютерами. Через великі відстані між комп'ютерами використання звичайних проводових ліній зв'язку в глобальних мережах неможливе. Сучасні глобальні мережі використовують телефонний та супутниковий зв'язок. Проте зв'язок між серверами глобальної мережі здійснюється не через звичайні телефонні лінії, а через виділені лінії або через спеціальні канали зв'язку.
Виділена телефонна лінія використовується лише для передавання інформації між комп'ютерами в мережі. Вона має високу швидкість передавання та перешкодостійкість. Канали зв'язку мають ті самі властивості, однак з вищими якісними характеристиками.
Найбільшою у світі глобальною мережею є мережа Internet. Вона охоплює всю земну кулю.
Глобальна мережа Internet та її можливості
Internet – це всесвітня комп'ютерна мережа, яка об'єднує в єдине ціле десятки тисяч різнотипних локальних і глобальних мереж. Internet об'єднує мільйони комп'ютерів, нею користуються десятки мільйонів людей.
Виникнення глобальної мережі Internet
Прообраз мережі Internet було створено в кінці шістдесятих років минулого століття на замовлення Міністерства оборони США. На той час існувало дуже мало потужних ЕОМ, і для проведення наукових досліджень виникла потреба забезпечити доступ багатьох вчених до цих машин. При цьому міністерство оборони поставило умову, щоб мережа продовжувала працювати навіть після знищення її частини, тому підвищена надійність мережі була закладена вже при її створенні. Агентство перспективних досліджень (ARPA – Advanced Research Projects Agency), що є одним з підрозділів Міністерства оборони США, почало роботу над проектом зв'язку ЕОМ оборонних організацій. В результаті наукових пошуків була створена мережа ARPANET, яка працювала за принципами, за якими пізніше було створено Internet.
Наступним кроком стало створення мережі Національного наукового фонду США (NFS). Мережа, названа NFSNET, об'єднала наукові центри Сполучених Штатів. При цьому основою мережі стали 5 супер ЕОМ, з'єднаних між собою високошвидкісними лініями зв'язку. Решта користувачів під'єднувалися до мережі і могли використовувати її можливості.
Розвиток мережі потребував її реорганізації, тому в 1987 році було створено NFSNET Backbon - базову частину, або хребет мережі, що складався із 13 центрів, з'єднаних між собою високошвидкісними каналами зв'язку. Центри розміщувалися в різних частинах США. Таким чином з'явилася мережа, яку згодом назвали Internet.
Одночасно були створені національні мережі в інших країнах. Комп'ютерні мережі різних країн почали об'єднуватися, і в дев'яностих роках з'явився Internet в його сьогоднішньому вигляді. Зараз Internet об'єднує тисячі різних мереж, розміщених по всьому світу. До нього мають доступ десятки мільйонів користувачів. Розвиток Internet триває, збільшується його роль у всіх інформаційних технологіях.
Усі комп'ютери в мережі Internet поділяють на дві категорії: сервери та робочі станції. Робочі станції- це комп'ютери, за якими працюють користувачі. Сервери – це спеціально виділені машини, призначені для обслуговування робочих станцій. Вони, як правило, мають великі ресурси (апаратні, програмні, інформаційні), які можуть бути виділені для користування в мережі. Сервери постійно перебувають в робочому стані і забезпечують передачу даних у мережі. На серверах встановлюється спеціальне програмне забезпечення, яке називають програмами-серверами, на відміну від програм-клієнтів (програм на робочих станціях користувачів).
Протоколи мережі Internet
Internet – це система взаємопов'язаних мереж, до її складу входять комп'ютери різних типів. Для зв'язку між ними використовуються різні канали зв'язку. Найпоширенішими є телефонна лінія (двожильний провід). Поряд з ним використовується супутниковий зв'язок, радіоефір, оптико-волоконний кабель, телевізійний кабель. Взаємодія всіх об'єктів мережі забезпечуються використанням спільного мережевого протоколу – своєрідної мови спілкування комп'ютерів між собою. Протокол є стандартом, який задає порядок обміну повідомленнями на рівні електричних сигналів. Загальноприйнятим протоколом в мережі Інтернет є TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Свою назву протокол TCP/IP став від двох комунікаційних протоколів (або протоколів зв'язку). Це Transmission Control Protocol (TCP) і Internet Protocol (IP). Незважаючи на те, що в мережі Internet використовується велика кількість інших протоколів, її часто називають ТСР/ІР- мережею, так що ці два протоколи, безумовно є найважливішими.
У мережі Internet для передачі даних використовують принцип комутації пакетів. Дані, які циркулюють в інформаційному полі, розбиваються на невеликі блоки і вкладаються в так звані пакети. Кожний пакет, крім власне самих даних, містить заголовок зі службовою інформацією, де вказується адреса відправника, адреса одержувача, номер пакета у повідомленні тощо. Пакети передаються від одного вузла Internet до іншого, розташованого ближче до адресата. Пакети одного і того ж самого повідомлення навіть можуть бути передані різними шляхами. Якщо передача пакета була невдалою, то вона повторюється. У пункті призначення пакети впорядковуються і збираються в один документ. Протокол TCP відповідає за те, як документи розбиваються на пакети і як потім збираються докупи, а протокол IP відповідає за те, як пакети досягають адресата.
Взагалі, термін ТРС/ІР зазвичай означає усе, що пов'язано з протоколами взаємодії між комп'ютерами в Internet. Він охоплює ціле сімейство протоколів, прикладні програми, і навіть саму мережу. TCP/IP – це технологія мережевої взаємодії, технологія Internet.
В Internet існує 7 рівнів взаємодії між комп'ютерами: фізичний, логічний, мережевий, транспортний, рівень сеансів зв'язку, представницький і прикладний рівень. Кожному рівневі взаємодії відповідає набір протоколів (тобто правил взаємодії). Протоколи фізичного рівня визначають вид і характеристики ліній зв'язку між комп'ютерами. У Internet використовуються практично усі відомі в даний час засоби зв'язку від простого дроту (кручена пара) до волоконно-оптичних ліній зв'язку (BOJI3).
Для кожного типу ліній зв'язку розроблений відповідний протокол логічного рівня, що займається управлінням передачею інформації з каналу зв'язку. До протоколів логічного рівня для телефонних ліній належать протоколи SLIP (Serial Line Interface Protocol) і PPP (Point to Point Protocol). Для кабельного зв'язку локальної мережі – це пакетні драйвери плат локальної мережі.
Протоколи мережевого рівня відповідають за передачу даних між пристроями в різних мережах, тобто займаються маршрутизацією пакетів у мережі. До протоколів мережевого рівня належить IP (Internet Protocol) і ARP(Address Resolution Protocol). Протоколи транспортного рівня керують передачею даних з однієї програми в іншу. До протоколів транспортного рівня належать TCP (Transmission Control Protocol) і UDP (User Datagram Protocol). Протоколи рівня сеансів зв'язку відповідають за установку, підтримку і знищення відповідних каналів. У Internet цим займаються вже згадані TCP і UDP протоколи, а також протокол UUCP (Unix to Unix Copy Protocol). Протоколи представницького рівня займаються обслуговуванням прикладних програм. До програм представницького рівня належать програми, що запускаються, приміром, на Unix-сервері, для надання різних послуг абонентам. До таких програм належать: Telnet-cepвep, FTP-сервер, Gopher-cepвep, NFS-сервер.
Ідентифікація комп'ютерів в мережі. Адресація в Internet
Кожен комп'ютер, під'єднаний до Internet, має свою унікальну адресу, навіть при тимчасовому з'єднанні. Адреса в Internet однозначно задає місцезнаходження комп'ютера в мережі. Для цього використовується спеціальна система адрес, що мають назву ІР-адреси.
IP-адреси використовуються для ідентифікації комп'ютерів у мережі. ІР-адреса завжди має довжину 32 біти і складається з чотирьох частин, які називаються октетами (octet). Чотири частини об'єднуються в запис, в якому кожний октет відокремлюється крапкою, наприклад, 198.68.191.10. За своєю структурою кожна 32-бітова IP-адреса поділяється на дві частини – префікс і суфікс, які утворюють дворівневу ієрархію. Префікс означає фізичну мережу, до якої підключений комп'ютер, а суфікс – окремий комп'ютер у цій мережі. Яка частина адреси належить до префікса, а яка – до суфікса, визначається значеннями перших чотирьох бітів, і відповідно до цього вони поділяються на три основні класи А, В і С. Для забезпечення максимальної гнучкості IP-адреси виділяють організаціям залежно від кількості мереж і комп'ютерів в організації відповідно до цих класів.
Мережі класу А належать найбільшим світовим постачальникам послуг Internet, їх кількість становить 126, і кожна з них може мати майже 17 мільйонів комп'ютерів.
Мережі класу В – середнього масштабу, їх кількість може трохи перевищувати 16 тисяч, і в кожній з них 65 534 хостів. Такі мережі мають найбільші університети та інші великі організації.
Мережі класу С належать дрібним постачальникам, кількість мереж може перевищувати 2 мільйони, а кількість комп'ютерів у кожній мережі досягає 254. Саме до цього класу належать мережі переважної більшості провайдерів Internet.