Розділ 5. Локальні та глобальні мережи ЕОМ

В залежності від територіального розташування абонентських систем обчислювальні мережі можна розділити на три основні класи:

- глобальні (WAN - Wide Area Network);

- регіональні (MAN - Metropolitan Area Network);

- локальні (LAN - Local Area Network).

Глобальна обчислювальна мережа об'єднує абонентів, розташованих у різних країнах, на різних континентах. Взаємодія між абонентами такої мережі може здійснюватися на базі телефонних ліній зв'язку, радіозв'язку та систем супутникового зв'язку. Глобальні обчислювальні мережі дозволять вирішити проблему об'єднання інформаційних ресурсів усього людства і організації доступу до цих ресурсів.

Регіональна обчислювальна мережа пов'язує абонентів, розташованих на великій відстані один від одного. Вона може включати абонентів всередині великого міста, економічного регіону, окремої країни. Зазвичай відстань між абонентами регіональної обчислювальної мережі складає десятки-сотні кілометрів.

Локальна обчислювальна мережа об'єднує абонентів, розташованих в межах невеликій території. В даний час не існує чітких обмежень на територіальний розкид абонентів локальної обчислювальної мережі. Зазвичай така мережа прив'язана до конкретного місця. До класу локальних обчислювальних мереж відносяться мережі окремих підприємств, фірм, банків, офісів і т.д. Протяжність такої мережі можна обмежити межами 2-2,5 км.

Об'єднання глобальних, регіональних і локальних обчислювальних мереж дозволяє створювати багатомережеві ієрархії. Вони забезпечують потужні, економічно доцільні засоби обробки величезних інформаційних масивів і доступ до необмежених інформаційних ресурсів. Локальні обчислювальні мережі можуть входити як компоненти до складу регіональної мережі. Регіональні мережі можуть об'єднуватися у складі глобальної мережі і, нарешті, глобальні мережі також можуть утворювати ще більш складні структури мереж.

Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ) об'єднує декілька віддалених одна від одної ЕОМ чи інших систем автоматичного оброблення даних, розташованих у межах порівняно невеликій території - будівлі, комбінату, полігону.

РозміриЛОМ - від декількох десятків квадратних метрів до декількох квадратних кілометрів. ЛВС з'явилася головним чином тому, що від 60 до 90% всієї оброблюваної та переданої інформації циркулює всередині окремих установ, інститутів і т.д.,і лише невелика її частина використовується поза ними.

Існує два типи комп'ютерних мереж: однорангові мережі та мережі з виділеним сервером. Однорангові мережі не передбачають виділення спеціальних комп'ютерів, що організують роботу мережі. Кожен користувач, при підключенні до мережі, виділяє в мережу будь-які ресурси (дисковий простір, принтери) і підключається до ресурсів, наданих в мережу іншими користувачами. Такі мережі прості в установці, налагодженні; вони істотно дешевше мереж з виділеним сервером. У свою чергу мережі з виділеним сервером, незважаючи на складність налаштування і відносну дорожнечу, дозволяють здійснювати централізоване управління.

Однорангова мережа - це мережа, в якій немає єдиного центру управління взаємодією робочих станцій і немає єдиного пристрою для зберігання даних. Мережева операційна система розподілена по всіх робочих станцій. Кожна станція мережі може виконувати функції як клієнта, так і сервера. Вона може обслуговувати запити від інших робочих станцій і направляти свої запити на обслуговування в мережу. Користувачеві мережі доступні всі пристрої, підключені до інших станцій (диски, принтери). Переваги однорангових мереж: низька вартість та висока надійність. Недоліки однорангових мереж:

- залежність ефективності роботи мережі від кількості станцій;

- складність управління мережею;

- складність забезпечення захисту інформації;

- труднощі оновлення та зміни програмного забезпечення станцій.

Мережа з виділеним сервером - це мережа, в якій один з комп'ютерів виконує функції зберігання даних, призначених для використання всіма робочими станціями, управління взаємодією між робочими станціями та ряд сервісних функцій.

Такий комп'ютер зазвичай називають сервером мережі. На ньому встановлюється мережна операційна система, до нього підключаються всі колективні зовнішні пристрої - жорсткі диски, принтери і модеми.

Взаємодія між робочими станціями в мережі, як правило, здійснюється через сервер. Логічна організація такої мережі може бути представлена топологією зірка. Роль центрального пристрою виконує сервер. У мережах з централізованим управлінням існує можливість обміну інформацією між робочими станціями, минаючи файл-сервер. Після запуску програми на двох робочих станціях можна передавати файли з диска одній станції на диск іншого. Переваги мережі з виділеним сервером:

- надійна система захисту інформації;

- висока швидкодія;

- відсутність обмежень на кількість робочих станцій;

- простота управління в порівнянні з однорангових мережами.
Недоліки мережі:

- висока вартість через виділення одного комп'ютера під сервер;

- залежність швидкодії і надійності мережі від сервера;

- менша гнучкість в порівнянні з тимчасовою мережею.

Файловий (мережевий) сервер грає важливу роль в управлінні ЛОМ. Він повинен управляти накопичувачами на жорстких дисках і підтримувати колективні периферійні пристрої. Велике значення має продуктивність файлового сервера при управлінні інформацією великих обсягів і при великій кількості робочих станцій.

Для підключення більшої кількості робочих станцій використовують мережеві підсилювачі або комутатори, а також концентратори.

В якості робочих місць застосовують автономні комп'ютерні системи, пов'язані в мережу і звані робочими станціями, автоматизованими робочими місцями і мережевими станціями. У ЛВС персональний комп'ютер використовується як робоче місце, що має своїм власним «інтелектом», тобто власним процесором з власним внутрішнім накопичувачем і пристроєм вводу-виводу.

При використанні мережевих плат з можливістю автоматичного можна відмовитися від накопичувачів на гнучких магнітних дисках і підвищити безпеку зберігання даних, тому що з цих робочих станцій, часто званих PC-терміналами, не можуть бути скопійовані дані на транспортні носії даних,а також не можуть бути занесені небажані дані, наприклад віруси.

Як і будь-яка обчислювальна система має потребу в програмних засобах, об'єднаних в операційну систему, так і обчислювальна мережа має потребу у власній операційній системі. Центральний процесор з'єднується з периферійним обладнанням спеціальним пристроєм. Для підключення одного персонального комп'ютера (ПК) до іншого потрібно пристрій сполучення, яке називається мережевим адаптером або мережевим інтерфейсом, модулем, картою.Воно вставляється у вільне гніздо материнської плати. Серверу в більшості випадків необхідна мережева плата підвищеної продуктивності, ніж у робочих станцій. Як засоби комутації найчастіше використовуються кручена пара, коаксіальний кабель і оптоволоконні лінії. Периферійне устаткування (лазерні принтери, графобудівники, пристрої факсимільного зв'язку, модеми), підключены до файлового сервера (або іншого серверного пристрою), можна використовувати з будь-якої робочої станції.

Досить часто трапляється ситуація, коли одні й ті ж дані потрібні для різних робочих станцій. У даному випадку повиннно використовуватися спеціальне прикладне програмне забезпечення, яке б контролювало доступ до даних і дозволяло уникнути помилок.

ЛВС мають такі особливості:

1. Так як лінії передачі даних у ЛОМ невеликі, інформацію можна передавати в цифровому вигляді.

2. Для ЛВС практично немає перешкод, а тому інформація, що передається, не має помилок.

3. До ЛВС можуть входити різноманітні і незалежні пристрої: великі, малі та мікро-ЕОМ, термінали і термінальні станції, різне периферійне устаткування, накопичувачі на магнітних стрічках і дисках, а також спеціалізовані засоби (реєструючі та копіюючі пристрої, графобудівники, пристрої зв'язку з об'єктами тощо).

4. Простота зміни конфігурації мережі та середовища передачі.

5. Низька вартість мережі передачі даних в порівнянні з вартістю пристроїв, що підключаються.

Головна відмінна риса ЛОМ - наявність єдиного для всіх абонентів високошвидкісного каналу зв'язку, здатного передавати як цифрові дані, так і мовну, текстову і навіть відеоінформацію, що дозволяє, наприклад, об'єднати багато форм засновницької зв'язку в рамках однієї мережі.

Обчислювальні мережі мають ті ж недоліки, що й персональний комп'ютер у вигляді автономної системи, від яких неможливо позбутися. Помилкові включення і виключення будь-якого обладнання, вихід за межі області, зловживання інформацією та (або) маніпулювання нею можуть зруйнувати робочу систему. Забезпечення надійності функціонування мережі входить в обов'язки так званого адміністратора мережі, який повинен завжди бути поінформований про фізичний стан і продуктивності мережі і вчасно приймати відповідні рішення.

Адміністратор мережі керує рахунками і контролює права доступу до даних. Для цього в мережах застосовується система імен та адресація. Кожен користувач має власний ідентифікатор - ім'я, відповідно до якого має якийсь обмежений доступ до мережевих ресурсів і до часу роботи в мережі.Користувачі, крім того, можуть бути об'єднані в групи, що мають свої права та обмеження. Для запобігання несанкціонованого доступу застосовується система паролів.

Глобальні обчислювальні мережі (WAN - Wide Area Networks), які також називаються територіальними комп'ютерними мережами, служать для того, щоб надавати свої сервіси великій кількості абонентів, розкиданих по великій території. Зважаючи на великий протяжності каналів зв'язку побудова глобальної мережі вимагає дуже великих витрат, в яку входять вартість кабелів і робіт з їх прокладці, витрати на комутаційне обладнання та проміжну підсилювальну апаратуру, що забезпечує необхідну смугу пропускання каналу,а також експлуатаційні витрати на постійну підтримку в працездатному стані розкиданої по великій території апаратури мережі.

Глобальні мережі відрізняються від локальних тим, що розраховані на необмежене число абонентів і використовують, як правило, не дуже якісні канали зв'язку й порівняно низьку швидкість передачі, а механізм керування обміном, у них в принципі не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах набагато важливіше не якість зв'язку, а сам факт її існування. Правда, зараз вже не можна провести чітку і однозначну межу між локальними та глобальними мережами. Більшість локальних мереж мають вихід в глобальну мережу, але характер переданої інформації, принципи організації обміну, режими доступу, до ресурсів усередині локальної мережі, як правило, сильно відрізняються від тих, що прийнято в глобальній мережі. І хоча всі комп'ютери локальної мережі в даному випадку включені також і в глобальну мережу, специфіку локальної мережі це не скасовує. Можливість виходу в глобальну мережу залишається всього лише одним з ресурсів, поділені користувачами локальної мережі.

Якщо брати до уваги всі відмінності локальних і глобальних мереж, то стає зрозумілим, чому так довго могли існувати роздільно два співтовариства фахівців, що займаються цими двома видами мереж. Але за останні роки ситуація різко змінилася.

Фахівці з локальних мереж, перед якими встали задачі об'єднання декількох локальних мереж, розташованих в різних, географічно віддалених один від одного пунктах, були вимушені почати освоєння чужого для них світу глобальних мереж і телекомунікацій. Тісна інтеграція віддалених локальних мереж не дозволяє розглядати глобальні мережі у вигляді “чорного ящика”, що являє собою тільки інструмент транспортування повідомлень на великі відстані. Тому все, що пов'язано з глобальними зв'язками і віддаленим доступом, стало предметом повсякденного інтересу багатьох фахівців з локальних мереж.

З іншого боку, прагнення підвищити пропускну спроможність, швидкість передачі даних, розширити набір і оперативність служб, іншими словами, прагнення поліпшити якість послуг, що надаються, все це примусило фахівців з глобальних мереж звернути пильну увагу на технології, що використовуються в локальних мережах.

Таким чином, в світі локальних і глобальних мереж явно намітилося зрушення назустріч один одному, яке вже сьогодні привело до значного поєднання технологій локальних і глобальних мереж.

Одним з виявів цього зближення є поява мереж масштабу великого міста (MAN), що займають проміжне положення між локальними і глобальними мережами. При досить великих відстанях між вузлами вони володіють якісними лініями зв'язку і високими швидкостями обміну, навіть більш високими, чим в класичних локальних мережах. Як і у разі локальних мереж, при побудові MAN вже існуючі лінії зв'язку не використовуються, а прокладаються наново.

Зближення в методах передачі даних відбувається на платформі оптичної цифрової (немодульованої) передачі даних по оптичноволоконих лініях зв'язку. Через різке поліпшення якості каналів зв'язку в глобальних мережах почали відмовлятися від складних і надмірних процедур забезпечення коректності передачі даних. Прикладом можуть служити мережі Frame Relay. У цих мережах передбачається, що спотворення бітів відбувається настільки рідко, що помилковий пакет просто знищується, а всі проблеми, пов'язані з його втратою, вирішуються програмами прикладного рівня, які безпосередньо не входять до складу мережі Frame Relay.

За рахунок нових мережевих технологій і, відповідно, нового обладнання, розрахованого на більш якісні лінії зв'язку, швидкості передачі даних у вже існуючих комерційних глобальних мережах нового покоління наближаються до традиційних швидкостей локальних мереж (в мережах Frame Relay зараз доступні швидкості 2 Мбіт/с), а в глобальних мережах ATM і перевершують їх, досягаючи 622 Мбіт/с.

Внаслідок служби для режиму on-line стають звичайними і в глобальних мережах. Найбільш яскравий приклад гіпертекстова інформаційна служба World Wide Web, що стала основним постачальником інформації в мережі Internet. Її інтерактивні можливості перевершили можливості багатьох аналогічних служб локальних мереж, так що розробникам локальних мереж довелося просто запозичити цю службу у глобальних мереж. Процес перенесення служб і технологій з глобальних мереж в локальні набув такого масового характеру, що з'явився навіть спеціальний термін intranet-технології (intra внутрішній), вказуючи застосування служб зовнішніх (глобальних) мереж у внутрішніх локальних.

Локальні мережі переймають у глобальних мереж і транспортні технології. Всі нові швидкісні технології (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN) підтримують роботу по індивідуальних лініях зв'язку нарівні з традиційними для локальних мереж лініями, що розділяються. Для організації індивідуальних ліній зв'язку використовується спеціальний тип комунікаційного обладнання комутатори. Комутатори локальних мереж сполучаються між собою по ієрархічній схемі, подібно тому, як це робиться в телефонних мережах: є комутатори нижнього рівня, до яких безпосередньо підключаються комп'ютери мережі, комутатори наступного рівня з'єднують між собою комутатори нижнього рівня і т. д. Коммутатори більш високих рівнів володіють, як правило, більшою продуктивністю і працюють з більш швидкісними каналами, ущільняючи дані нижніх рівнів. Комутатори підтримують не тільки нові протоколи локальних мереж, але і традиційні Ethernet і Token Ring.

У локальних мережах останнім часом приділяється така ж велика увага методам забезпечення захисту інформації від несанкціонованого доступу, як і в глобальних мережах. Така увага зумовлена тим, що локальні мережі перестали бути ізольованими, частіше за все вони мають вихід у “великий мир” через глобальні зв'язки. При цьому часто використовуються ті ж методи шифрування даних, аутентификація користувачів, зведення захисних бар'єрів, що оберігають від проникнення в мережу ззовні.

І нарешті, з'являються нові технології, спочатку призначені для обох видів мереж. Найбільш яскравим представником нового покоління технологій є технологія ATM, яка може служити основою не тільки локальних і глобальних комп'ютерних мереж, але і телефонних мереж, а також широкомовних відеомереж, об'єднуючи все існуючі типи трафіка в одній транспортній мережі.

Типовими абонентами глобальної комп'ютерної мережі є локальні мережі підприємств, розташовані в різних містах і країнах, яким потрібно обмінюватися даними між собою. Послугами глобальних мереж користуються також і окремі комп'ютери. Великі комп'ютери класу мейнфреймів забезпечують доступ до корпоративних даних, у той час як персональні комп'ютери використовуються для доступу до корпоративних даних і публічним даними Internet, яка є найбільшою глобальною інформаційною системою.

Internet насправді не має певної організаційної структури і являє собою якийсь конгломерат самостійних комп'ютерних мереж, створених зусиллями різних урядів, наукових комерційних та некомерційних організацій. В основі Internet лежить система магістральних мереж, інакше званих опорними. Мережі середнього рівня, регіональні мережі приєднуються до високошвидкісної опорної мережі.

Кожна з мереж відповідає за потік повідомлень, що циркулюють всередині неї - трафік, і направляє його на свій розсуд. Мережа несе відповідальність за з'єднання з мережею більш високого рівня. Будь-яка мережа сама відповідає за своє фінансування і може встановлювати власні адміністративні процедури.

Поширення корпоративних мереж призводить до суттєвих змін в архітектурі об'єднаних обчислювальних мереж, у тому числі Інтернету.

Альтернативою технології Ethernet є технологія асинхронного режиму передачі (Asynchronous Transfer Mode) (ATM), розроблена як єдиний універсальний транспорт для нового покоління мереж з інтеграцією послуг, які називаються широкосмуговими мережами ISDN.

Мережа ATM має класичну структуру великої територіальної мережі - кінцеві станції з'єднуються індивідуальними каналами з комутаторами більш високих рівнів. Комутатори ATM користуються 20-байтним адресами кінцевих вузлів для маршрутизації трафіку на основі техніки віртуальних каналів.

Розглянемо топології обчислювальної мережі