Мережі

НАВІЩО ПОТРІБНІ КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ.



Перші комп’ютерні мережі використовувались для сумісного використання таких дорогих пристроїв, як  накопичувачі на жорстких магнітних дисках та прінтерів. На початку 80-х років накопичувачі на жорстких магнітних дисках були настільки дорогими, що це не дозволяло школам придбати їх для організації навчання школярів. А комп’ютери без накопичувачів для цієї цілі мало ефективні. Компанія CORVU звернула увагу на цю проблему і почала виробництво першої локальної обчислювальної мережі, що призначалась для використання в системі шкільної освіти. Завдяки цьому школи могли придбати один досить потужний НЖМД, комп’ютери без дисководів і з’єднати їх за допомогою локальної обчислювальної мережі (ЛОМ).  Таким чином, кожен користувач мав доступ до НЖМД.

На сьогодні НЖМД великої ємкості і швидкодії відносно недорогі. А на організацію мережі потрібні також певні кошти. І вигода буде невеликою.

Так навіщо об’єднувати комп’ютери в мережу? Для цього можна привести три аргумента. По-перше, для 10 користувачів разом знадобиться дискового простору менше ніж кожному, тому що вони зможуть користуватись одними копіями файлів даних і прикладного програмного забезпечення. Це дає економію в можливості придбати накопичувач меншої ємкості,також можна придбати один прінтер на групу користувачів.

По-друге, зменшується вартість обслуговування ПК. Якщо Ви використовуєте локальну мережу для сумісного використання НЖМД декількома користувачами, то Ви легко централізуєте адміністрування інформації на диску. При відсутності ЛОМ співробітникам потрібно було б використовувати дискети для обміну файлів (це часто в шутку називається sneakernet - мережа кліток).

Третій аргумент пов’язаний з програмним забезпеченням, і він є найвагомішим на користь мережі. Зростаюча кількість програмних продуктів для ПК розпізнає наявність ЛОМ і призначена для використання багатьма користувачами. Такі програмні продукти є мережевими, вони координують всі звернення до центрального файлу і дозволяють багатьом користувачам отримати одночасний доступ до однієї і тієї ж інформації.

Таким чином, локальні комп’ютерні мережі дозволяють зекономити кошти. Причому економія на апаратних засобах складає лише невелику частину, а основна економія пов’язання із зменшенням непродуктивних витрат робочого часу співробітниками.

Крім того, в багатьох випадках ЛОМ необхідна компанії для нормального функціонування. Наприклад, якщо вона не може обійтися без сумісного використання інформації декількома співробітниками. Як приклад можна привести банки, каси по прийому комунальних платежів.

Можливо Ви потребуєте спільного використання компакт-диску (CD-ROM), високоякісного прінтера, плотера, модема високої швидкості, у такому випадку Вам також необхідна ЛОМ.







ОГЛЯД ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ МЕРЕЖ



В приміщенні або в межах невеликої території ЛОМ дозволяє з’єднати між собою групу ПК для сумісного використання інформації.

ЛОМ надає користувачу практично ті ж можливості, що й велика ЕОМ або міні-комп’ютер, але прицьому має набагато меншу вартість. Люди можуть поділяти ресурси комп’ютера таінформацію, знаходячись далеко один від одного, вони можуть разом працювати над проектами і задачами, які потребують тісної координації і взаємодії. Крім того, якщо мережа вийде з ладу, Ви зможете продовжити роботу  на своєму комп’ютері. (Поламка великої ЕОМ або міні-комп’ютера, як правило, зупиняє роботу всього відділа або організації).



Можливості ЛОМ



Розглянемо сім задач, які розв’язуються за допомогоюПК, що працює в складі ЛОМ, і які досить важко вирішити за допомогою окремого ПК.

Поділ файлів. ЛОМ дозволяє багатьом користувачам працювати з одним файлом, що зберігається на центральному файл-сервері.

Передача файлів. ЛОМ дозволяє швидко копіювати файли будь-якого розміру з одного комп’ютера без використання дискет.

Доступ інформації і файлів. ЛОМ дозволяє запускати прикладні програми з любої із робочих станцій, де б вона небула розміщена.

Поділ прикладних програм. ЛОМ дозволяє двом користувачам використовувати одну копію програми. Але двоє користувачів не можуть редагувати один і той же документ.

Одночасне введення даних в прикладні програми.  Мережеві прикладні програми дозволяють декільком користувачам одночасно вводити дані, необхідні для роботи програм. Наприклад, вести записи в бухгалтерській книзі. Але це можуть робити лиш ті програми, в яких закладений мережевий зв’язок.

Поділ прінтера.  ЛОМ дозволяє декільком користувачам на різних робочих станціях один або декілька дорогих лазерних прінтерів.

Електронна пошта. Можна використовувати ЛОМ як поштову службу і розсилати службові записки, доповіді, повідомлення іншим користувачам. Телефон працює бистріше і є більш зручним, але електронна пошта передає повідомлення навіть і в тому випадку, якщо в даний момент абонент відсутній на робочому місці і для цього не потрібно паперу.



Компоненти ЛОМ



ЛОМ - це сукупність комп’ютерів, кабелів, мережевих адаптерів, що працюють під управлінням мережевої операційної системи і прикладного програмного забезпечення. Для мережевої комп’ютерної системи часто використовується абревіатура NOS (Network Operating System).

В ЛОМ кожний комп’ютер називається робочою станцією, за виключенням одного, який виконує функції файл-сервера. Кожна робоча станція і файл-сервер містять карти адаптерів, які за допомогою мережевих кабелів з’єднуються між собою. В додаток  до локальної операційної системи на кожній робочій станції активізується мережеве прикладне забезпечення, що дозволяє кожній станції працювати з файловим сервером.

Аналогічно на файловому сервері завантажується мережеве програмне забезпечення, що дозволяє йому взаємодіяти із станцією і забезпечувати доступ до своїх файлів.



Робочі станції 



Комп’ютери, що входять в ЛОМ, поділяються на два типи : робояі станції, призначені для користувачів і файлові сервери, які, як правило, не доступні звичайним користувачам. З робочою станцією працює лиш користувач, який сидить перед нею, в той час як файловий сервер дозволяє багатьом користувачам розділити свої ресурси. В якості робочих станцій, як правило, використовується середнього класу ПК типу ІВМ на базі процесора 80486 або Pentium. Вони забезпечені ОЗУ об’ємом від 1М до 4М, часто мають кольоровий монітор та високоякісну клавіатуру. За звичай, робочі станції  також мають недорогий НЖМД невеликого об’єму.

Деякі робочі станції називаються бездисковими робочими станціями, оскільки вони не мають власних дисків. До таких робочих станцій доступ до файлів повністю визначається ЛОМ.

Коли Ви користуєтеся робочою станцією, вона майже в усіх випадках поводить себе як автономний ПК. Але тут є чотири відмінності.

На екрані під час завантаження операційної системи з’являються допоміжні повідомлення, які інформують Вас пр те, що мережева ОС завантажується в робочу станцію.

Перед початком роботи Ви повинні повідомити мережевому ПЗ Ваше ім’я користувача або ідентифікаційний номер (ІD) i пароль. Це є процедура входження в систему.

Після підключення до ЛОМ  Ви бачите допоміжні літери, що позначають допоміжні дискові накопичувачі, що стали Вам доступними.

Коли Ви роздруковуєте службові записки або повідомлення, вони друкуються на прінтері, який може знаходитись далеко від Вашого робочого місця.



Файлові сервери



В протилежність робочій станції файловий сервер - це комп’ютер, який обслуговує всі робочі станції. Він здійснює сумісне використання файлів, що розміщені на його дисках. Файлові сервери -це , як правило, комп’ютери високої швидкодії на базі процесорів Pentium з об’ємом пам’яті ОЗУ 8 М або більше. Часто файлові сервери забезпечені недорогою клавіатурою і монітором середньої якості. Але файловий сервер майже завжди має не менше одного швидкодіючого накопичувача великої ємкості.

Сервери повинні бути високоякісними і високонадійними машинами , оскільки  при обслуговуванні всієї мережі вони багаторазово виконують роботу звичайної робочої станції.

Найчастіше файловий сервер виконує тільки ці функції. Але інколи в малих ЛОМ файл-сервер використовується ще й в якості робочої станції.

Файловий сервер може використовувати іншу ОС ніж робоча станція (РС). ОС NetWork фірми Novell є  прикладом мережевої ОС, яка працює тільки на файловому сервері. (Частина NetWork, яка працє на робочій станції і яку називають драйвером, NEXT,VLM лише доповнює DOS  , а не заміняє її ).



Мережеві кабелі



Існує велика кількість різних модифікацій кабелів для ЛОМ. Використовуються як тонкі коаксіальні кабелі ( Fhinnet або Cheoper Net), так і товсті коаксіальні кабелі (Fhick Net), а також не екрановані виті пари (STP- Shicldef Twisted Pair), які мають вигляд електропроводів, що вмонтовані в стіні будинків і неекрановані виті пари (UTP-Unshicldef Twisted Pair), що нагадують телефонний провід.

Використовуються також оптичноволоконні кабелв, які працюють на великих відстанях. Тип кабеля залежить від вибраної карти адаптера.

З допомогою кабеля кожна РС з’єднується з іншими і з  файловим сервером. В одних випадках єдиний кабель проходить від одного вузла до іншого, послідовно з’єднуючи всі РС і ФС. Така конфігурація називається топологією шина або топологією дейзі-ланцюг.

В інших випадках з кожної робочої станції підходить  власний кабель від центрального вузла. Така конфігурація називається зіркою. Іноді кабель періодично розгалужується в вузлових точках, створюючи зіркоподібне дерево. Конфігурація дейзі-ланцюга потребує найменшої кількості кабеля, але в цьому випадку важче проводити діагностику в мережі.

На сучасному етапі проводяться пошукові роботи по створенню безпровідних ЛОМ. Такі мережі для передачі сигналів використовують інфрачервоні промені або радіохвилі.



Мережеві адаптери



Карти мережевих адаптерів, як і інші карти встановлюються в кожній робочій станції і ФС. Ваша  РС посилає запит через мережевий адаптер до ФС і  через мережевий адаптер отримує відповідь про те, коли ФС готовий передати чергову частину файлу. Така робота аналогічна копіюванню файлів на диск.

Тільки два мережевих адаптери можуть одночасно обмінюватись інформацією один з одним.

На картах адаптера LANtastic є два роз’єми - один для  вхідного, а інший для вихідного кабеля. На картах адаптера EtherNet є Т-образний роз’єм, або 15-контактний роз’єм. Карти з двома і більше типами роз’ємів надають можливість вибору асортименту кабелів.

Адаптер слідкує за чергою в мережі і перевіряє передану інформацію на помилки. Швидкість передачі інформації залежить від типу адаптера.

На сьогодні існують наступні види алдаптерів:

- адаптери ARCnet - одні з найстаріших. Вони мають високу швидкість, але не розпізнають невеликі помилки при установці. Вони є високонадійними, а проблеми, що виникають з адаптерами і кабелями легко діагностуються.

- адаптери EtherNet можуть зв’язувати широкий спектр систем, включаючи UNIX- комп’ютери, Macintosh фірми Apple, ПК фірми IBM. Вони мають три  модифікації в залежності від товщини кабеля.

Адаптери Toren Riny найдорожчі, за виключенням оптоволокняних. Їх використовують в мережах з великою кількістю РС при підключенні до великих ЕОМ.











ПРОТОКОЛИ



Розглянемо яким чином в ЛОМ проходить міжкомп’ютерний обмін інформацією. Обмін інформацією здійснюється за допомогою протоколів і форматів повідомлень.

Протоколи можна поділити на три рівні : низького рівня, середнього рівня, для перенаправлення файлів.

В будь-якій ЛОМ мережеві алаптери здійснюють передачу і прийом повідомлень за допомогою кабелів , і тільки наявність певних протоколів обміну перетворює комп’ютери в ту чи іншу ЛОМ.

На самому низькому рівні комп’ютери і мережі обмінюються інформацією один з одним пакетами повідомлень. Ці пакети становлять фундамент на якому базується робота ЛОМ.

Пакети можуть нести довільну інформацію:

 початок сеансу обміну даними;

 передача даних;

 підтвердження прийому пакета даних;

 передача повідомлення всім адаптерам;

 кінець сеанса роботи.

В різних мережах пакети визначаються по-різному, але наступні елементи є загальними для всіх:

 унікальна адреса відправника;

 унікальна адреса отримувача;

 ознака, що визначає вмістиме пакета;

 дані або повідомлення;

 контрольна сума для визначення помилок при передачі.

Зв’язок між комп’ютерами ЛОМ здійснюється за двома основними принципами:  визначення колізій (зіткнень) і передача маркера.

Маркер - дуже коротке повідомлення, яке є ознакою того, що мережа вільна.

Прикладами системи на базі принципу визначення колізій і передачі маркера є, відповідно, системи Ethernеt i Toren Ring.

Розглянемо формат пакета Ethernеt.

На малюнку показано розміщення і визначення полів пакету в системі Ethernеt.



Приамбула



Призначення



Джерело



Тип



Дані



Контрольна сума





Приамбула. Це поле довжиною 8 байт , яке використовується для синхронізації пакету. Воно звжди містить код 10101010 в перших 7-ми байтах і 10101011 в останньому.

Призначення. Це поле довжиною 6 байт, яке містить адресу вузла ЛОМ,  куди надсилається повідомлення. Старший (лівий) біт в першому байті має спеціальне призначення. Якщо він дорівнює нулю, то це є унікальна фізична адреса. Перші три байти задають адресу групи, а наступні 3 - задають адресу в групі. Якщо ж біт дорівнює 1, то останні байти визначають станції призначення.

Джерело.  Це поле має має 6 байт і визначає адресу вузла відправника. Старший байт завжди дорівнює нулю.

Тип.  Має 2 байта і ідентифікує тип протокола більш високого рівня.

Дані. Воно може мати довжину від 46 до 1500 байт і містить повідомлення.

Контрольна сума. Поле довжиною 4 байта, яке містить залишок зайвої циклічної суми.

Розглянутий протокол працює на низькому рівні. Даний протокол передає дані між комп”ютерами, але не знає нічого про файл-сервер і перенаправлення файлів. Ці протоколи не мають засобів для забезпечення вірної послідовності прийому-передачі даних а також засобів для ідентифікації прикладних програм, що потребують дані.

Протоколи середнього рівня NetBIOS, IPX/SPX, TCP/IP більше відповідають транспортному рівню. Ці протоколи дозволяють комп”ютерам в ЛОМ легко обмінюватись даними.

Протоколи високого рівня призначені для виконання функцій перенаправлення файлів, використовують протоколи середнього рівня, для передачі пакетів повідомлень між РС і файловим сервером.

Незалежно від внутрішньої конструкції кожного окремого протоколу, всі вони мають певні спільні функції і властивості:

Ініціалізація зв”язку. Кожен протокол має засоби для ідентифікації РС по імені, номеру або двох атрибутах. Ця схема є доступною для всіх рівнів передачі інформації. Обмін інформацією між певними вузлами активізується після визначення вузла-адреси (як правило- файлового серверу робочої станції, що ініціює діалог. Ініціююча станція також встановлює один із двох типів діалогу: датаграму і сеанс.

Відправка і отримання даних. Кожен  протокол надає засоби для відправки і отримання повідомлень робочими станціями адресата і джерела. Протокол накладає певні обмеження на довжину повідомлень. Крім того, він надає учасника діалогу сеансового типу засоби для визначення статусу діалогу.

Завершення обміну. Протокол надає засоби для коректного завершення діалогу.

Як вже повідомлялось, існує два типи міжкомп”ютерного обміну даними - датаграми та сеанси.  

Датаграма - це повідомлення, яке не потребує підтвердження про прийом  від приймаючої сторони. Якщо таке підтвердження необхідно, то адресат повинен сам послати спеціальне повідомлення. Для здійснення обміну цим способом приймаюча і передаюча сторони повинні дотримуватись певного протоколу. Кожна датаграма є окремим повідомленням і при наявності декількох датаграм в ЛОМ порядок їх доставки не гарантується. В деяких випадках максимальна довжина датаграм набагато менша, ніж довжина повідомлень в сеансах.  Проте, в більшості випадків швидкість передачі датаграм набагато більша ніж швидкість передачі повідомлень у сеансах.

На противагу датаграмам, в сеансі  передбачається створення логічного зв”язку для обміну повідомленнями між РС і гарантується отримання повідомлень. В той час, коли датаграми можуть передаватись в будь-який період часу, в сеансах для передачі повідомлень спочатку необхідно виконати деяку підготовчу роботу:сеанс необхідно спочатку встановити, після цього йде передача даних, і після закінчення обміну сеанс необхідно закрити.

Фірма Novell  з мережевою ОС NetWork приймає протоколи ІРХ  для обміну діаграмами і SPS для обміну в сеансах.

Протокол ІРХ  (Internetwork Packet Exchange - міжмережевий обмін пакетами) використовується модулями перенаправлень файлів. Він виконує функції адресації, маршруторування і перемикання в процесі передачі пакетів повідомлень. протокол ІРХ більш швидкодіючий ніж протокол SPХ, 95% доставки інформації - безпомилковий.

Протокол SPХ (Sequenced Packet Exchange - послідовний обмін протоколами) призначений для встановлення діалогу і використовується напротязі сеансу. Для обміну даними по цьому протоколу спочатку необхідно встановити логічний зв”язок між двома учасниками. Після цього повідомлення можуть функціонувати в двох напрямках. Протокол SPХ гарантує передачу інформації в вірній послідовності.

Протоколи високого рівня (їх ще називають протоколами перенаправлення файлів) використовуються фірмами ІВМ і Microsoft  в програмних продуктах LAN Manager i LAN Server використовують потокол SМВ (Server Massage Block - Блоки повідомлень сервера). Фірма Novell в ОС NetWork  використовує протокол NCP (NetWork Core Protocol - Протокол ядра NetWork). В однорангових ЛОМ  інколи використовується протокол SМВ.

Мережеві ОС LAN Manager i LAN Server перехоплюють звернення прикладних програм на РС до функції вводу/виводу і направляють їх на сервер. Здійснюється це таким чином. Програмні модулі на РС, що використовують протокол SМВ і DLR (DOS LAN Requester) відкривають сеанс зв”язку NetBios з програмним забезпеченням LAN Manager або LAN Server, що працюють на сервері. Після цього DLR i сервер обмінюються SМВ- блоками. Фірма ІВМ визначає чотири категорії SМВ- блоків: управління сеансом, доступу до файлів, обслуговування прінтера і повідомлень.











Вставка



Мережа - це два або більше комп’ютери, об’єднані кабелем таким чином, щоб вони  могли обмінюватись інформацією. 

Мережа - це сумісне використання (або розподілення). Розподіл файлів, ресурсів і пограм.

Розподіл файлів означає те, що мережа дозволяє користуватися файлами декількох користувачів. Є два способи представлення файлів: передача файлів з комп’ютера на комп’ютер та відправка файлів на проміжний пункт, де вони будуть знаходитись до того часу, поки їх не забаре інший користувач.

Розподіл ресурсів - це установка певних пристроїв, наприклад, диску чи прінтеру таким чином, щоб всі комп’ютери мережі могли ними користуватися.

Розподіл програм - використання програми, що знаходиться на спільному диску мережі.

Існуючі на сьогодні мережі досить відрізняються  за принципами взаємодії, характеристикам і рівнем запропонованих послуг. Це пов’язано як з реальними потребами замовників, так і з розвитком мережевих архітектур.

За складністю обслуговування існує три види мереж : реальні, штучні та однорангові.

Реальні - це мережі, які вимагають одного-двох спеціалістів для для постійного обслуговування. Представником такої мережі є мережа NetWork фірми Novell. Крім того, дана мережа потребує крім DOS спеціальну операційну систему.

Штучні мережі - вони працюють як реальні мережі, але не потребують спеціального жорсткого диску. Ці мережі дозволяють з’єднувати комп’ютери через послідовні або паралельні порти без спеціальних мережевих адаптерів. Інколи такий зв’язок називають “по нуль-модему”. Такі мережі дуже повільні.

Однорангові - знаходяться між реальними і штучними. Їх часто називають “рівними серед рівних” (peer -to- peer network). В таких мережах всі комп’ютери працюють на рівних і не поділяються окремо на РС і ФС; кожен може виконувати ці функції.

Дві найбільш популярні мережі цього напрямку - це LAN tastic фірми Artsoft i Windows for Workgroups  фірми Microsoft.

Ці мережі мають всі можливості реальних і одночасно є легкими в установці і експлуатації. Вони не визначають чітко РС і ФС. 

За ступенем охоплення території і користувачів можна здійснити наступну класифікацію: глобальні мережі спільного використання, корпоративні мережі і локальні обчислювальні мережі.

Глобальні мережі спільного користування виставляють наступні вимоги:

 наявність могутньої і гнучкої системи адресації, що дозволяє визначити велику кількість користувачів;

 висока ефективність передачі корисної інформації;

 використання складних протоколів маршрутирізації.

Корпоративні мережі призначені для об’єднання замкнутої групи користувачів, наприклад співробітників корпорації або фірми і можуть носити глобальний або локальний характер.

Локальні обчислювальні мережі  призначені для організації взаємодії обмеженої групи користувачів, що використовують спеціальні протоколи з спрощеним механізмом маршрутирізації, адміністрування, передачі даних.