Мережева комп'ютерна система - це система, що складається з декількох, а може бути і декількох десятків комп'ютерів, з'єднаних між собою в мережу.
З'єднання комп'ютерів в мережу здійснюється відповідно до прийнятої топологією. Під топологією розуміється схема з'єднання комп'ютерів в мережі.
Найбільш поширені топології: шинна, кільцева, зіркоподібна, ячеистая, змішана.
Шина являє собою мережу, прокладену по лінії. Кабель проходить від одного комп'ютера до іншого.
У мережі з шинної топологією повідомлення, що посилаються комп'ютером, надходить на всі комп'ютери, підключені до шини.
Оскільки у кожній лінії є початок і кінець, то на кожному кінці лінії повинен бути термінатор (закінчений пристрій).
Шинна топологія представлена на рис. 2.4.
Мал. 2.4. Шинна топологія
У кільцевій топології кожен комп'ютер з'єднаний з двома іншими, і сигнал може проходити по колу (рис. 2.5).
У кільцевій мережі сигнал проходить по колу в одному напрямку. Кожен комп'ютер приймає сигнал від верхнього за течією комп'ютера і посилає сигнал нижньому за течією. Кільцева топологія називається активною, тому що кожен комп'ютер, перш ніж послати сигнал далі, регенерує його.
Зірка утворюється шляхом з'єднання кожного комп'ютера з центральним комп'ютером або з'єднувальним пристроєм. З'єднувальне пристрій може бути пасивним або інтелектуальним. Пасивне сполучна пристрій являє собою лише точку з'єднання і не споживає електроенергію. Активне сполучна пристрій, перш ніж передати сигнал іншого комп'ютера, посилює його. Інтелектуальне сполучна пристрій являє собою активну сполучна пристрій з можливостями діагностики.
Зіркоподібна топологія представлена на рис. 2.6.
Мал. 2.6. зіркоподібна топологія
При ячеистой топології кожен комп'ютер з'єднаний безпосередньо з кожним іншим комп'ютером. Mesh-мережі представлена на рис. 2.7.
Завдяки надмірності з'єднань Mesh-мережі найбільш стійка до збоїв.
Змішаної топологією називають топологію, що об'єднує елементи двох або трьох стандартних топологій.
Змішана топологія представлена на рис. 2.8.
Мал. 2.7. Mesh-мережі
Мал. 2.8. змішана топологія
Схема передачі даних по мережі представлена на рис. 2.9.
Мал. 2.9. Схема передачі даних по мережі
Передача даних по мережах здійснюється за допомогою спеціального обладнання.
1. Передає п'ятниця - будь-які засоби передачі сигналів від одного комп'ютера до іншого.
2. Мережеві адаптери - плата, яка встановлюється в комп'ютері для з'єднання його з комп'ютерною мережею. Вона з'єднує комп'ютер із середовищем, яка в свою чергу сполучена з іншими комп'ютерами мережі.
Передає середовище може бути дротової і бездротової.
До провідний передавальної мережі відносяться:
· Кручена пара ; два скручених мідних дроти в захисній оболонці. У мережевих технологіях використовуються екрановані і неекрановані кручені пари. Екранована кручена пара оточена металевою захисною оболонкою, яка захищає від перешкод.
· Коаксіальний кабель ; мідний дріт, оточений металевим екраном, що захищає дані, що передаються від перешкод. Використовуються як тонкі, так і товсті коаксіальні кабелі.
· Оптоволоконний кабель ; являє собою пучок скляних або пластмасових ниток, по яких передаються імпульси світла, що несуть корисний сигнал. Однак при його використанні необхідно додаткове обладнання, що перетворює оптичні сигнали в електричні.
Бездротова передає середовище може бути представлена пристроями радіозв'язку, лазерами, інфрачервоними пристроями і супутниковими засобами зв'язку.
В даний час стають актуальними питання сегментації і створенні підмереж.
Сегментація мережі - це поділ мережі на сегменти, які є частинами цієї мережі.
При сегментації мереж і створення підмереж використовуються:
Повторювачі - це пристрої, які забезпечують збереження форми і амплітуди сигналу при передачі його на відстань, більшу, ніж передбачено даним типом фізичної передавальної середовища.
Концентратори - це пристрої, комутуючі кілька каналів зв'язку на один шляхом частотного поділу.
Концентратори служать центральною точкою з'єднання. Найбільш поширені активні концентратори, які представляють собою повторювачі з декількома виходами.
Міст - це пристрій, що з'єднує дві мережі, що використовує однакові методи передачі даних.
Приклад поділу мережі на два сегменти за допомогою моста представлений на рис. 2.10.
Мал. 2.10. Приклад поділу мережі на два сегменти за допомогою моста
Маршрутизатор - це пристрої, що з'єднують мережі різного типу, але використовують одну операційну систему.
За допомогою маршрутизаторів з'єднуються окремі мережі (або підмережі). Маршрутизатор вибирають оптимальний маршрут передачі даних (пакета) серед чималої кількості інших можливих маршрутів.
Шлюз - це пристрій, що дозволяє організувати обмін даними між двома мережами, що використовують різні протоколи взаємодії.
Комутатори - це пристрої, які здійснюють вибір шляху, по якому слід передати дані (комутатор передає пакет за призначенням).
В даний час будь-яка мережа включає в себе комп'ютери двох типів: сервери і клієнти.
Сервер - це комп'ютер, що надає свої ресурси (дані, програмне забезпечення, периферійне устаткування) іншим комп'ютерам системи.
Термін «сервер» найчастіше означає спеціально виділений високопродуктивний комп'ютер зі спеціальною серверної операційної системою, централізовано керуючий мережею.
Клієнтами мережі є комп'ютери або інші мережеві пристрої, що мають доступ до ресурсів мережі (сервера). Найчастіше клієнтом є комп'ютер. Однак принтер або будь-який пристрій, що отримує доступ до ресурсів, технічно теж може бути клієнтом. Термін «клієнт» також може позначати програми, які мають доступ до програм сервера. Наприклад, програма підтримки електронної пошти, що виконується на настільному комп'ютері і передає запити для завантаження повідомлень, що надійшли з сервера, називається клієнтом електронної пошти.
На комп'ютері, що виконує роль клієнта, встановлюється клієнтська операційна система.
Інформаційні системи можуть бути побудовані на тимчасових комп'ютерних мережах, мережах клієнт / сервер або корпоративних мережах.
У тимчасових комп'ютерних мережах кожен комп'ютер виконує функції, як сервера, так і клієнта, причому кожен користувач самостійно управляє своїм комп'ютером.
Для мереж клієнт / сервер найбільш характерною особливістю є централізоване управління мережею.
Корпоративні мережі - це мережі, які об'єднують комп'ютери офісів підприємства (фірми) в одну внутрішню мережу і з Internet.
2.2.1. Основи організації передачі даних в розподілених
комп'ютерних системах
Існують три режими передачі даних:
1) Симплексних - передача даних здійснюється тільки в одному напрямку.
2) Напівдуплексний - дані по каналу передаються як в прямому, так і в зворотному напрямку, але в різні часові інтервали.
3) Дуплексний - одночасна передача даних в прямому і зворотному напрямку.
Дані по каналах можна передавати з використанням технології комутації каналів або технології комутації пакетів.
У мережах з комутацією пакетів шлях між двома абонентами не встановлюється. При передачі даних з одного комп'ютера на інший дані представляються невеликими фрагментами, які називаються пакетами. Ці пакети можуть передаватися різними шляхами. І хоча всі вони зостануться в один і той же пункт призначення, це не означає, що вони пройшли по одному і тому ж шляху.
Структура типового пакету даних представлена на рис. 2.11.
Код CRG, перевірочна інформація
Мал. 2.11. Структура пакета даних
Конкретне положення в пакеті і розміри полів заголовка і трейлера залежить від мережевої архітектури і протоколів. Наприклад, в Ethernet кадр (так тут називається пакет) може мати розмір від 64 до 1518 байт, причому 18 байт завжди використовуються під заголовок і трейлер. Тому в одному кадрі Ethernet можна передати не більше 1500 байт даних. Пакети Token Ring.
Для організації передачі даних в сучасних корпоративних мережах використовується модель OSI (Open System Interconnection), розроблена міжнародною організацією стандартизації OSI (International Organization for Standardization) в 80-і роки минулого століття.
Модель OSI визначає сім рівнів взаємодії систем. Кожен рівень моделі виконує певне завдання процесу комутації і передає дані вгору або вниз на наступний рівень (в залежності від режиму роботи комп'ютера: передача даних або прийом даних). У міру проходження даних по рівнях, кожен рівень додає свою інформацію у вигляді заголовків перед вихідними даними. Коли дані надходять на приймаючий комп'ютер, цей процес виконується у зворотній послідовності і інформація передається за рівнями вгору. Коли дані пройшли всі рівні в приймаючому комп'ютері, вся заголовна інформація виявляється віддаленої, і дані беруть вихідну форму. У цьому виді вони представляються приймає додатком.
Протокол - набір правил і угод, специфікує обмін інформацією між мережевими пристроями.
Схема взаємодії передавального і приймаючої комп'ютера при передачі даних представлена на рис. 2.12.
Мал. 2.12. Схема взаємодії передавального і приймаючої комп'ютера при передачі даних
Розглянемо функції, що їх кожним рівнем.
7 рівень. Прикладний рівень - забезпечує взаємодію між призначеним для користувача додатком і мережею за допомогою різноманітних протоколів. Наприклад, протокол FTP (File Transfer Protocol) використовується для передачі файлів між комп'ютерами, на яких можуть бути встановлені різні ОС або платформи, HTTP (Hypertext Transfer Protocol).
6 рівень. Рівень представлення. Він з в'язати з формою подання переданих по мережі даних, т. Е. З формуванням пакетів.
На цьому рівні здійснюються:
· Стиснення даних; зменшення розмірів переданих даних з метою їх швидкої передачі по мережі, при цьому різні типи даних можуть стискатися в різному ступені;
· Подолання синтаксичних відмінностей в уявленні даних або ж відмінності кодів символів.
5 рівень. Сеансовий рівень. Протоколи цього рівня відповідають за встановлення сеансу зв'язку між передавачем і приймають комп'ютером, а також представляють засоби синхронізації, які дозволяють вставити контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки, а не починати все спочатку.
4 рівень. Транспортний рівень. Забезпечує прикладеним або верхнім рівням - прикладного та сеансовому - передачу даних з тим ступенем надійності, яка їм потрібна. Модель OSI визначає п'ять класів послуг, що надаються транспортним рівнем:
· Можливість відновлення перерваного зв'язку;
· Можливість мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол;
· Здатність до виявлення і виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата або дублювання пакетів.
На транспортному рівні відстежується цілісність і послідовність пакетів даних.
Головне завдання - забезпечення наскрізного контролю помилок.
2 рівень. Канальний рівень. Здійснює перевірку доступності середовища передачі даних, а також реалізацію механізму виявлення та корекції помилок.
1 рівень. Фізичний рівень. Забезпечує передачу даних (бітів) по фізичних каналах зв'язку, таким, наприклад, як кручена пара, коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель і ін.
Тут дані і заголовки, що надійшли з усіх верхніх рівнів, транслюються в сигнал, який передається в мережу. Протоколи фізичного рівня перетворять всі нулі і одиниці в електричні імпульси, які передаються по дротах або по повітрю.