Інформаційні технології та моделювання бізнес-процесів - Томашевський О.М. - 10. Інформаційні технології комп'ютерних мереж

10.1. Комп'ютерні мережі. Види мереж

На початку створення комп'ютерні мережі призначались та використовувались винятково як середовище передачі файлів і повідомлень електронної пошти. Сьогодні за допомогою локальних та глобальних мереж вирішуються більш складні задачі розподіленого доступу до ресурсів. Наприкінці тисячоліття були створені оболонки, що підтримують функції мережевого пошуку й доступу до розподілених інформаційних ресурсів, електронних архівів, баз даних, тощо.

З метою надання територіально-розподіленим користувачам можливості доступу до централізованих БД, а також полегшення обміну інформацією між самими користувачами за допомогою спеціальних кабелів або інших засобів зв'язку їх комп'ютери можуть об'єднуватись в комп'ютерні мережі. В залежності від способу керування мережними ресурсами розрізняють такі види мереж:

1. централізовані - за керування всіма ресурсами мережі відповідає один комп'ютер-сервер, який ідентифікує користувачів, перевіряє їх повноваження, зберігає, приймає, передає і обробляє дані. Сервери часто класифікують за їх функціями, наприклад, файл-сервер (зберігання, приймання, передача і обробка файлів даних), сервер доступу (керування доступом до мережі) і т.п.

2. децентралізовані - користувач, відповідно до своїх прав і стану мережі, самостійно визначає можливість доступу до її ресурсів.

Класифікація комп'ютерних мереж за територіальним розташуванням виглядає так: локальні, кампусні, міські, широкомасштабні і глобальні (табл.10.1).

LAN (Local Area Network) - локальна мережа. Це сукупність комп'ютерів, з' єднаних за допомогою високошвидкісного кабелю з метою спільного використання ресурсів і даних. У локальних мережах прагнуть уникати використання телефонних або інших виділених ліній для передачі даних з іншого джерела. Як правило, комп'ютери локальної мережі розташовані в тому самому будинку, на відміну від комп'ютерів регіональних або більш масштабних комп'ютерних мереж, що можуть розташовуватися в різних будинках, областях або країнах.

Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) поділяються на:

o зіркоподібні - роботою мережі керує один сервер, до якого під'єднані всі інші комп'ютери (рис.10.1, (а));

o шинні - комп'ютери підключаються до спільної магістралі (шини), яка забезпечує обмін інформацією (рис.10.1, (б));

o кільцеві - інформація між комп'ютерами передається по одному або двох кільцеподібних каналах зв'язку послідовно від одного комп'ютера до іншого (рис.10.2);

Рис.10.1. Структурні схеми топології локальних обчислювальних мереж

o деревовидні - окремі зіркоподібні мережі об'єднуються між собою у більші групи зі спільним центром, утворюючи дерево зв'язків. В ролі вузлів комутації найчастіше виступають високошвидкісні комутатори хаби (від. англ. hub. - центр діяльності);

o корпоративні - об'єднують у собі різні види мереж. Зв'язок між мережами і узгодження їх взаємодії здійснюється за допомогою спеціальних пристроїв, які називаються шлюзами.

Структура локальної мережі здебільшого відповідає структурі підприємства, в якому вона функціонує.

Таблиця 10.1. Класифікація комп'ютерних мереж

За призначенням комп'ютерні мережі можна класифікувати, зокрема, як:

o інформаційні (надання інформаційного обслуговування за запитами користувачів);

o обчислювальні (для розв'язування задач користувачів з обміном даними між абонентами мережі);

o інформаційно-обчислювальні (об'єднують функції двох попередніх).

Рис.10.2. Структурна схема топології ЛОМ типу "кільце"

Дані в мережах можуть передаватись як по кабелях (коаксіальний, "вита пара", оптико-волоконний), так і засобами бездротового зв'язку.

Передача даних в комп'ютерних мережах. Розглянемо схематичне представлення процесу передачі інформації (рис.10.3). Зазначимо, що структура такої схеми вперше була представлена у 1948 році у роботі тоді ще нікому не відомого Клода Шеннона, якого тепер вважають засновником теорії інформації та завадостійкого кодування.

Рис.10.3. Схема моделі передачі інформації

Інформація надходить з джерела (передавача) на вхід пристрою кодування (або програми-кодера), де перетворюється у певну послідовність символів. Для прикладу можна навести загальновідомий код Самюеля Морзе, в якому символи представляються послідовністю крапок та тире.

При кодуванні інформації будь-яким кодом кожному символу алфавіту, а також знакам пунктуації, цифрам і спецсимволам ставиться у відповідність деякій набір символів іншого алфавіту. Наприклад, представлення тексту повідомлення у цифровому вигляді є послідовністю нулів та одиниць.

Кодування не треба плутати із шифруванням, оскільки операція кодування не передбачає наявність секретної (ключової) інформації, а лише алгоритму перетворення. Знаючи алгоритм, можна здійснити зворотне перетворення - декодування.

Кодування призначене для збереження цілісності інформації при передачі. Отже, є велика імовірність, що вихідна інформація прийде на приймач в пошкодженому вигляді - замість одного символу буде інший. Наприклад, при передачі слова "кишеня" отримаємо слово "кошеня".

Для того, щоби того не сталось і отриманий символ можна було би однозначно розпізнати, символи повідомлення переводять в цифровий вигляд - в кодові слова (послідовність 0 та 1) і додають надлишкові символи. Наприклад, кодове слово 01 розширюють до слова 01000. Звісно, при такому підході істотно зменшиться швидкодія передачі, оскільки повідомлення збільшиться в об'ємі.

Канал передачі даних - канал зв'язку, оснащений спеціальною апаратурою: автоматичними пристроями виклику, пристроями захисту від помилок і пристроями перетворення сигналів

В залежності від швидкості передачі даних канали поділяються на:

o низькошвидкісні (до 200 біт/с);

o середньошвидкісні (до 9600 біт/с);

o високошвидкісні (більше 19200 біт/с);

Доведено, що швидкість передачі даних в каналі залежить від його частотних характеристик. Так, наприклад, канал з шириною смуги частот 3000Гц і співвідношенням сигнал/шум 30dB (децибел) не зможе передавати більше, ніж 30000 біт/с.

Одиниці вимірювання інформації, що передається мережею поділяються на:

o baud (бод) - зміна сигналу (якщо за 1 секунду два рази включити світло в кімнаті, то це буде дорівнювати швидкості 4 боди);

o bps (bits per second) - біти за 1 секунду;

o cps (characters per second) - символи за 1 секунду.

З врахуванням напрямів передачі даних канали поділяють на: симплексні (передача лише в одному напрямі), напівдуплексні (передача почергово двох напрямах), дуплексні (передача одночасно в двох напрямах).

Виявлення помилок при передачі здійснюється шляхом аналізу певної послідовності прийнятих символів на предмет належності її до визначеного класу структур. В пункті приймання дані аналізуються на предмет наявності спотворених (заборонених) символів.

Помилки можуть бути виправлені двома способами:

1. локалізацією і виправленням на приймачі;

2. повторним надсиланням даних.

Пристрій, що здійснює кодування інформації, називається кодер (coder), а пристрій, що здійснює декодування інформації, відповідно - декодер (decoder). Основними елементами мережі передачі даних є канали передавання даних і вузли комутації. Територіально апаратура передавання даних розташовується, як правило, у вузлах комутації, абонентських системах або на серверах.

Абонент з'єднує свій комп'ютер з сервером доступу за допомогою модему по звичайній телефонній лінії або по виділеному каналу зв'язку. Модем (MOdufator-DEModulator - Модулятор-ДЕМдулятор) представляє собою пристрій для перетворення цифрового сигналу в аналоговий і навпаки. Факс-модем, крім основного призначення, може ще й приймати і передавати факси (графічні зображення документів).

Типи модемів:

o внутрішній (internal) - встановлюється в комп'ютер як додаткова електронна плата;

o зовнішній (external) - з'єднується з комп'ютером за допомогою кабелю або інтерфейсного роз'єму (наприклад, стандарту USB).

Керування роботою модемів здійснюється за допомогою спеціальних програм. При цьому модеми можуть в автоматичному режимі впливати на передачу даних (зміна швидкості, аналіз рівня виникнення помилок і т. п.).

Якщо локальна комп'ютерна мережа містить більше, ніж 30-40 комп'ютерів (робочих станцій), її розділяють на сегменти, з'єднані між собою шлюзами і маршрутизаторами.