Топологія мережі - це її геометрична форма або фізичне розташування комп'ютерів по відношенню один до одного. Існують такі типи топологій: зірка, кільце, шина, дерево, комбінована.

Мережа у вигляді зірки містить центральний вузол комутації, до якого посилаються всі повідомлення з вузлів.

Мережа у вигляді кільця має замкнений канал передачі даних в одному напрямку. У кільцевій топології вузли, з'єднуючись послідовно один з одним, утворюють кільце. Дані по мережі передаються від вузла до вузла. Передача інформації з кільця здійснюється тільки в одному напрямку, наприклад, по годинній стрілці. Така мережа проста в керуванні, однак її надійність цілком визначається надійністю центрального вузла.

У мережі з деревоподібною чи ієрархічною топологією кожен вузол зв'язаний з одним вищестоячим керуючим вузлом і одним чи декількома нижчестоячими керованими вузлами. Назва топології зв'язана з тим, що вона нагадує дерево, гілки якого ростуть з кореня вниз до самого нижнього рівня. Топологія деревоподібної мережі найчастіше відображає ієрархічну організаційну структуру установи, у рамках якої вона створена. Така мережа приваблива з погляду простоти керування, розширюваності.

Інформація передається послідовно між адаптерами робочих станцій доти, доки не буде прийнята отримувачем.

Топологія "Шина” використовує як канал для передачі даних, коаксіальний кабель. Усі комп'ютери під'єднуються безпосередньо до шини.

У мережі з топологією "Шина” дані передаються в обох напрямках одночасно.

У локальних мережах інформація передається на невелику відстань. Локальні мережі поєднують комп'ютери, що розташовані недалеко один від одного. Для передачі інформації використовуються високошвидкісний канал передачі даних, швидкість у якому приблизно така сама, як швидкість внутрішньої шини комп'ютера. Найбільш відомими типами локальних мереж є Ethernet і Token Ring.

Регіональні обчислювальні мережі розташовуються в межах визначеного територіального регіону (групи підприємств, міста, області і т.д.). Регіональні обчислювальні мережі мають багато спільного з ЛОМ, але вони по багатьох параметрах більш складні і комплексні. Підтримуючи великі відстані, вони можуть використовуватися для об'єднання декількох ЛОМ в інтегрованому мережеву систему.

Глобальні обчислювальні системи охоплюють територію держави чи декількох держав і видовжуються на сотні і тисячі кілометрів. Глобальні обчислювальні мережі часто з'єднують багато локальних і регіональних мереж. У порівнянні з локальними більшість глобальних мереж відрізняє повільна швидкість передачі і більш низька надійність. Найбільш відомою глобальною мережею є мережа Internet.

Мережеві протоколи. З появою мереж була усвідомлена необхідність створення правил і процедур, що визначають принципи взаємодії користувачів у мережі. Такі правила називаються протоколами. Для мереж розроблена семирівнева ієрархічна структура протоколів. Відповідно до цієї структури протоколів потік інформації в мережах має дискретну структуру, логічною одиницею якої є пакет (кадр.). Вся інформації між вузлами мережі передається у вигляді пакетів, що мають інформаційні і керуючі поля: порядковий номер, адреса одержувача, контрольна сума і т.д.

Верхній (сьомий) рівень протоколів є основним, заради якого існують всі інші рівні. Він називається прикладним, оскільки з ним взаємодіють прикладні програми кінцевого користувача. Прикладний рівень визначає семантику, тобто зміст інформації, якою обмінюються користувачі.

Шостий рівень називається рівнем представлення. Він визначає синтаксис переданої інформації, тобто набір знаків і способи їхнього представлення, що є зрозумілим для користувача.

комп'ютерна мережа комп'ютер комутація

П'ятий рівень (сеансовий) керує взаємодією користувачів у ході сеансу зв'язку між ними.

Четвертий рівень (транспортний) забезпечує пересилання повідомлень (виконує поділ повідомлень на пакети на передавальному вузлі і збірку повідомлень з пакетів на прийомному).

Третій рівень (мережевий) виконує маршрутизацію пакетів даних у мережі.

Другий рівень (канальний) здійснює відповідне оформлення пакетів даних для передачі по каналу зв'язку (такі пакети називають кадрами), контроль помилок і відновлення інформації після помилок.

Перший рівень (фізичний) здійснює перетворення даних пакета в сигнали, передані по каналу зв'язку.

Кожний з протоколів взаємодіє тільки із сусідніми по ієрархії протоколами. Так, наприклад, прикладні програми, взаємодіючи з протоколами шостого і сьомого рівнів, не залежать від особливостей реалізації конкретної мережі, обумовленої протоколами нижчих рівнів.

З'єднання мереж. Раніше згадувалося, що мережа, особливо глобальна, може включати декілька підмереж. Природно, що в кожній з підмереж можуть бути реалізовані свої мережеві протоколи, у загальному випадку несумісні з протоколами інших підмереж. При передачі пакетів з однієї підмережі в іншу необхідно здійснювати перетворення несумісних протоколів.

Повторювачі регенерують пакети даних при передачі, не змінюючи їхню структуру. Повторювачі застосовують для з'єднання мереж з різним середовищем передачі даних чи для збільшення довжини мережі. Мости використовуються для об'єднання мереж, що розрізняються форматом кадру. Маршрутизатори використовуються для об'єднання мереж, що розрізняються способами адресації абонентів. У такому випадку маршрутизатор транслює адреси однієї мережі в адреси іншої. Маршрутизатор може також використовуватися для комутації пакетів, що надійшли, у залежності від адреси одержувача в ту чи інші мережу. Шлюзи використовуються для сполучення різнорідних мереж, що розрізняються протоколами вищих рівнів. Так, наприклад, у світі існує кілька систем електронної пошти, що функціонують у різних мережах. Кожна має свій, не сумісний з іншими, протокол електронної пошти. Протокол електронної пошти являє собою реалізацію вищих рівнів протоколів для конкретного виду послуг - пересилання листів. Очевидно, що для пересилання листів з однієї системи в іншу необхідно здійснювати перетворення формату листа, використовуваного алфавіту і т.д. Таке перетворення повинен виконувати шлюз.

Послуги комп'ютерних мереж

Локальні обчислювані мережі

Досвід експлуатації обчислювальних мереж показує, що левова частка генерованої у таких мережах інформації використовуються тією ж установою, підприємством, що її породила, тобто значна частина мережевої інформації призначена для місцевих користувачів. Кріт того, багато користувачів мережі зацікавлені у вільному доступу та ефективній спільній експлуатації дорогого комп'ютерного устаткування. Ці задачі вирішують ЛОМ. Відмінними ознаками ЛОМ можна вважати охоплення невеликої території, висока надійність передачі даних.

Середовище передачі ЛОМ. Середовище передачі даних у ЛОМ може бути провідним і безпровідним. У провідному середовищі інформація передається по кабелю, у безпровідному - за допомогою електромагнітних хвиль різної природи: інфрачервоних, радіохвиль і т.д. У ЛОМ використовуються три типи кабелю: кручена пара, коаксіальний і оптоволоконний.

Методи доступу до середовища передачі даних у ЛОМ. Так як середовище передачі є загальним ресурсом для усіх вузлів мережі, необхідно встановити правила, по яких вузли будуть мати доступ до цього загального ресурсу. Так сукупність правил називається методом доступу. У ЛВС переважно використовуються два методи доступу: випадкові і детерміновані.

При випадкових методах доступу усі вузли мережі конкурують між собою за середовище передачі. Можлива одночасна спроба передачі декількома вузлами, у результаті чого відбувається перекручування (зіткнення) інформаційних пакетів. Найбільш розповсюдженим випадковим методом доступу є множинний доступ з контролем несучої і виявленням зіткнень, що найчастіше застосовується в ЛОМ із шинною топологією. При використанні цього методу вузол, що бажає передати інформацію, прослуховує середовище передачі - це і є контроль несучої. Дочекавшись звільнення середовища передачі, вузол починає видавати в мережу інформаційний пакет, одночасно продовжуючи прослуховувати середовище передачі. Якщо в середовищі передачі немає пакетів інших вузлів, то переданий пакет не спотворюється. Якщо ж у цей же самий час почали передачу й інші вузли, то відбувається накладення пакетів, і переданий пакет спотворюється. У цьому випадку вся передана вузлами мережі інформація ігнорується. Вузли, що беруть участь у зіткненні, вичікують випадковий відрізок часу, після закінчення якого повторюють передачу.

При детермінованих методах доступ вузлів до середовища передачі регламентуються за допомогою спеціального керуючого механізму. Найбільш відомими детермінованими методами доступу є опитування і передача права.

Мережеві адаптери. Підключення комп'ютерів до мережі передачі даних можна здійснювати через стандартні послідовні і паралельні порти, що знаходяться на системному боці. Однак через істотні недоліки, у першу чергу низьку швидкість передачі даних цей спосіб підключення використовується тільки в недорогих ЛОМ з малим числом вузлів. Частіше для цих цілей використовуються спеціальні плати, що вставляються в гнізда розширення системного блоку комп'ютера - мережеві адаптери чи мережеві карти. Мережеві адаптери підтримують протоколи нижнього рівня для ЛОМ. Мережеві адаптери можуть налагоджуватися на певний режим роботи програмно чи за допомогою перемикачів.

Деякі мережі адаптери мають програми виклику операційної системи із сервера ЛВС. Такі програми зберігаються у мікросхемах постійної пам'яті. Це дає можливість використовувати в ЛВС бездискові комп'ютери.

ЛОМ типу Ethernet. Мережі типу Ethernet з'явилися на початку 70-х років. Мережі цього класу як правило мають шинну топологію. Середовище передачі даних у мережі Ethernet - кручена пара чи коаксіальний кабель з опором 50 Ом. Використовується два види коаксіального кабелю: товстий діаметром близько 1 см і тонкий діаметром близько 0,5 см. Метод доступу до шини випадковий з контролем несучої і виявленням зіткнень. Для роботи комп'ютера в мережі необхідна мережева плата Ethernet. Підключення мережевої плати до шини для тонкого кабелю - 195 м, для товстого - 500 м. На кінцях шини встановлюються термінатори. Один і тільки один з термінаторів повинний бути заземлений. До такої шини може бути підключено не більш 30 чи 100 станцій.

При необхідності охопити локальною мережею Ethernet територію більшу, ніж це дозволяє коаксіальний кабель, застосовують додаткові пристрої - повторювачі. Їхнє завдання в мережі - ретранслювати всю інформацію, що надходить, відновлюючи амплітуду, фазу і форму сигналу. У мережі може бути тільки до 4-х повторювачів. Це дозволяє збільшити максимальну довжину шини до 925 метрів для тонкого і до 2500 метрів для товстого кабелю.

Кручена пара використовується переважно в мережах Ethernet зіркоподібної топології. Комп'ютери з'єднуються в мережу за допомогою концентраторів. Кожен комп'ютер підключається до концентратора за допомогою відповідного розніму. Відстань комп'ютера від концентратора не повинна перевищувати 100 метрів.

Мережі типу Token Ring. Мережі типу Token Ring з'явилися на початку 80-х років. Мережі цього класу мають кільцеву топологію. Середовище передачі даних - кручена пара, коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель. У кільці можуть бути використані змішані типи кабелю. Метод доступу до середовища передачі детермінований з передачею права. Швидкість передачі даних у мережі Token Ring складає величину порядку 4-16 Мбит в секунду. Максимальна довжина мережі - близько 6 кілометрів. Максимальна кількість станцій - 255.

Світова глобальна комп'ютерна мережа Internet