КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЇknuba.wcms.in.ua/wloads/87load.pdf5 Вступ Комп’ютерні мережі – невід'ємна частина

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Київський національний університет

будівництва і архітектури

КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЇ

Рекомендовано науково-методичною радою

Київського національного університету будівництва і архітектури

як навчальний посібник для студентів галузі знань 07 «Управління та

адміністрування» спеціальності 073 «Менеджмент» спеціалізації

«Менеджмент організацій і адміністрування (МО)»

Київ 2017

УДК 658:681.518

ББК 65.050

Л55

Автори: П. П. Лізунов, д-р техн. наук, професор;

Г. Л. Васильєва, канд. физ.-мат. наук, доцент;

Ю. І. Мінаєва, канд. техн. наук, доцент;

О. Ю. Філімонова, канд. техн. наук, доцент

Рецензенти: А. О. Білощицький, д-р техн. наук, професор, заступник

декана з наукової роботи та міжнародних зв’язків Київського

національного університету ім. Тараса Шевченка;

В. Д. Гогунський, д-р техн. наук, професор, зав. кафедри

управління системами безпеки життєдіяльності Одеського національного

політехнічного університету;

C. В. Цюцюра, д-р техн. наук, професор, зав. кафедри

інформаційних технологій КНУБА

Затверджено на засіданні вченої ради Київського національного

університету будівництва і архітектури, протокол № 48 від 28 жовтня

2016 року.

П.П. Лізунов Л55 Комп’ютерні мережі і телекомунікації: навчальний посібник /

П. П. Лізунов, Г. Л. Васильєва, Ю. І. Мінаєва, О. Ю. Філімонова. – К.:

КНУБА, 2017. – 140 с.

Висвітлено питання класифікації і стандартизації комп’ютерних

мереж, взаємодія комп’ютерів в мережі, мережеві технології, обладнання

комп’ютерних мереж, характеристик глобальної мережі Internet, стек

протоколів TCP/IP, служби Internet, пошук інформації в мережі Internet,

створення HTML-документів, графіків, таблиць, гіперпосилань, Web-

сторінок з використанням мови HTML та редактора Microsoft SharePoint

Designer. Докладно розглянуті приклади побудови сайтів, обрамлення,

заливки кольором, зв’язків між документами. Наведено довідкові

відомості, приклади та запитання для самоконтролю.

Призначено для студентів галузі знань 07 «Управління та

адміністрування» спеціальності 073 «Менеджмент» спеціалізації

«Менеджмент організацій і адміністрування (МО)».

УДК 658:681.518

ББК 65.050

© П. П. Лізунов, Г. Л. Васильєва,

Ю. І. Мінаєва, О. Ю. Філімонова, 2017

© КНУБА, 2017

3

Зміст

Вступ ................................................................................................................. 5

Розділ 1. Комп’ютерні мережі ....................................................................... 7

1.1. Поняття про комп’ютерну мережу ................................................ 7

1.2. Вимоги до комп’ютерних мереж ................................................... 6

1.3. Класифікація комп’ютерних мереж .............................................. 7

Розділ 2. Характеристики комп’ютерних мереж ....................................... 15

2.1. Взаємодія комп’ютерів у мережі ................................................. 15

2.2. Комутація каналів, пакетів, повідомлень .................................... 19

2.3. Стандартизація мереж ................................................................... 21

2.4. Мережеві технології ...................................................................... 23

2.5. Обладнання комп’ютерних мереж ............................................... 24

Розділ 3. Глобальна мережа Internet ............................................................ 27

3.1. Загальна характеристика глобальної мережі Internet ................ 27

3.2. Стек протоколів TCP/IP ................................................................ 28

3.3. Типи адрес стеку ТСР/ІР ............................................................... 31

3.4. Internet Protocol version 6 .............................................................. 35

3.5. Служба доменних імен ................................................................. 37

3.6. Уніфікований покажчик ресурсів ................................................ 37

3.7. Сервісні служби Internet ............................................................... 39

Розділ 4. Пошук інформації в мережі Internet ............................................ 47

4.1. Основні поняття ............................................................................. 47

4.2. Основні методи пошуку в мережі та їх застосування ............... 48

4.3. Правила виконання запитів .......................................................... 51

4.4. Проблеми пошуку інформації в Internet...................................... 55

Розділ 5. HTML-документ ............................................................................ 58

5.1. Гіпертекстовий документ ............................................................. 58

5.2. Мова HTML (HyperText Markup Language) ................................ 60

5.3. Структура HTML-документа ....................................................... 60

Розділ 6. Посилання і форми у HTML-документі ...................................... 65

6.1. Посилання. Розмітка зв’язків ....................................................... 65

6.2. Вбудовані зображення .................................................................. 66

6.3. Загальний шлюзовий інтерфейс і форми HTML ........................ 68

Розділ 7. Фрейми і таблиці у HTML-документі ......................................... 69

7.1. Фрейми ........................................................................................... 69

7.2. Дизайн Web-сторінок за допомогою таблиць ............................ 70

7.3. Таблиці і графіка............................................................................ 74

4

Розділ 8. Створення Web-сторінок у Microsoft Office

SharePoint Designer .................................................................................. 75

8.1. Інтерфейс Microsoft SharePoint Designer ..................................... 76

8.2. Запуск SharePoint Designer ........................................................... 77

8.3. Основи настройки сайтів у SharePoint Designer ......................... 79

8.4. Управління бізнес-процесами ...................................................... 84

8.5. Розгортання налаштовуваних рішень SharePoint ....................... 88

8.6. Відкриття і збереження сайтів SharePoint ................................... 89

8.7. Створення списків, бібліотек і під’єднань до джерел даних .... 90

8.8. Створення налаштовуваних представлень і форм ..................... 91

8.9. Створення налаштовуваних робочих процесів .......................... 92

8.10. Розроблення сторінок сайта, головних сторінок

і макетів сторінок .......................................................................... 93

8.11. Додавання сторінок на сайт SharePoint ....................................... 94

8.12. Створення сторінок Web-частин .................................................. 96

8.13. Створення сторінки на основі головної ...................................... 96

8.14. Створення окремих сторінок ASPX і HTML .............................. 98

Розділ 9. Поради щодо роботи з власною Web-сторінкою ..................... 100

9.1. Безплатне розміщення Web-сторінки ........................................ 100

9.2. Власний універсальний локатор ресурсу .................................. 101

9.3. Безкплатна реєстрація Web-сторінки у пошукових машинах

мережі Internet ............................................................................. 102

9.4. Web-сервер ................................................................................... 102

9.5. Зручна навігація ........................................................................... 103

9.6. Дизайн першої сторінки .............................................................. 103

9.7. Графічні формати Web-дизайну ................................................ 104

Завдання до індивідуальних робіт з дисципліни

«Комп’ютерні мережі і телекомунікації» ................................................. 109

Завдання до практичних занять з дисципліни «Комп’ютерні мережі

і телекомунікації» ........................................................................................ 111

Список рекомендованої літератури ........................................................... 120

Додаток 1. Розкладка кольорової гами за RGB-складовими ................. 122

Додаток 2. Основні теги мови HTML ...................................................... 125

Додаток 3. Типи файлів, які трапляються в Internet ............................... 132

Додаток 4. Тлумачний словник ................................................................ 136

5

Вступ

Комп’ютерні мережі – невід'ємна частина життя сучасної людини,

їх розвиток пов’язаний з удосконаленням комп’ютерів, що входять до

складу мережі, і з розвитком засобів телекомунікацій.

Подорожуючи мережею Internet, користувач звертає увагу на

різний вигляд Web-сторінок. Тому важливе значення має їх професійний

дизайн, а також дизайн серверів WWW.

Посібник складено відповідно до програми дисципліни

«Комп’ютерні мережі і телекомунікації», предметом вивчення якої є

засоби комп’ютерних комунікацій та мережеві технології.

Основою опінування дисципліни є знання з курсу «Інформаційні

технології та системи».

Основна мета викладання дисципліни «Комп’ютерні мережі і

телекомунікації» – формування в майбутніх менеджерів системи

спеціальних знань і навичок оволодіння сучасними мережевими

технологіями та їх практичним використанням для пошуку, оброблення

й аналізу даних в практичній діяльності за фахом.

Завдання вивчення курсу «Комп’ютерні мережі і телекомунікації»

полягає у теоретичній та практичній підготовці майбутніх фахівців з

таких питань:

- мережеві технології, їх роль і місце у сучасному суспільстві;

- класифікація комп’ютерних мереж;

- топологія комп’ютерних мереж;

- компоненти комп’ютерної мережі, передавання даних у

мережі;

- глобальні комп’ютерні мережі;

- апаратні та програмні засоби комп’ютерних мереж;

- технології і організація локальних комп'ютерних мереж, їх

типи і особливості використання;

- принципи роботи Internet, стек TCP/IP, адресація, організація

доменів і доменних імен (DNS);

- інтерфейс користувача і технологія роботи у мережі Internet;

- концепція побудови World Wide Web;

- телекомунікаційні послуги мережі Internet;

- пошук необхідної інформації з використанням інформаційних

ресурсів і пошукових механізмів Internet;

- Internet-технології в бізнесі;

6

- безпека використання глобальної мережі Internet;

- технологія створення Web-документів з використанням

програмних засобів.

У результаті вивчення навчальної дисципліни згідно з вимогами

освітньо-професійної програми студенти повинні

знати:

- класифікацію і топологію комп’ютерних мереж;

- компоненти комп’ютерної мережі, технологію передавання

даних у мережі;

- апаратні та програмні засоби комп’ютерних мереж;

- технології й організацію локальних комп'ютерних мереж, їх

типи і особливості використання;

- принципи роботи Internet, стек TCP/IP, адресацію, організацію

доменів і доменних імен (DNS);

- інтерфейс користувача і технологію роботи у мережі Internet;

- концепцію побудови World Wide Web;

вміти:

- працювати в мережі Internet;

- користуватися телекомунікаційними послугами мережі

Internet;

- виконувати пошук потрібної інформації з використанням

інформаційних ресурсів і пошукових механізмів Internet;

- використовувати Internet-технології в бізнесі;

- забезпечувати безпеку використання глобальної мережі

Internet;

- створювати Web-документи за допомогою програмних засобів.

7

Розділ 1. КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

1.1. Поняття про комп’ютерну мережу

Комп’ютерні мережі – це окремий випадок розподілених (або

децентралізованих) обчислювальних систем. Оскільки основною

ознакою розподіленої обчислювальної системи є наявність декількох

центрів оброблення даних, то до розподілених систем, крім

комп’ютерних мереж, належать також мультипроцесорні комп’ютери та

багатомашинні обчислювальні комплекси.

У мультипроцесорних комп’ютерах є декілька процесорів,

кожен з яких може певною мірою незалежно від інших виконувати свою

програму. У мультипроцесорі функціонує загальна для всіх процесорів

операційна система, яка оперативно розподіляє обчислювальне

навантаження між процесорами. Взаємодія між окремими процесорами

організується в найбільш простий спосіб – через загальну оперативну

пам’ять. Всі периферійні пристрої для всіх процесорів

мультипроцесорної системи є спільними.

Основна перевага мультипроцесора – висока продуктивність, яка

досягається завдяки паралельній роботі декількох процесорів. Ще

однією важливою властивістю мультипроцесорних систем є

відмовостійкість, тобто здатність до подальшої роботи в разі відмови

деяких елементів, наприклад процесорів або блоків пам’яті.

Кластер (багатомашинна система) – це обчислювальний

комплекс, що складається з кількох комп’ютерів (кожен з яких працює

під керуванням окремої операційної системи), а також програмних й

апаратних засобів зв’язку, від яких залежить робота всіх комп’ютерів

комплексу як одного цілого.

На відміну від мультипроцесора, в якому надлишковість пристроїв

реалізована на рівні процесорних блоків, кластер складається з кількох

завершених, здатних працювати автономно, зазвичай стандартних

комп’ютерів, кожен з яких має структуру, до якої належить один або

декілька процесорних блоків, оперативна пам’ять та периферійні

пристрої. Проте завдяки спеціальному програмному та апаратному

забезпеченню міжкомп’ютерних зв’язків користувач сприймає кластер

як один комп’ютер. При цьому кожен комп’ютер (вузол кластера) може

бути як однопроцесорним, так і мультипроцесорним – на організацію

кластера це не впливає.

8

Кластери застосовують для підвищення надійності і

продуктивності обчислювальної системи.

Комп’ютерна мережа (computer network) – це сукупність

комп’ютерів, об’єднаних засобами передавання даних, які зазвичай

складаються з кількох елементів: комп’ютерів, каналів зв’язку

(супутникових, телефонних, волоконно-оптичних тощо),

комунікаційних пристроїв. Все мережеве обладнання працює під

керуванням мережевого і прикладного програмного забезпечення.

Головна мета створення мережі – надання користувачам можливості

доступу до локальних ресурсів всіх комп’ютерів мережі.

1.2. Вимоги до комп’ютерних мереж

Якість роботи мережі характеризують такі властивості:

продуктивність, надійність, розширюваність, масштабованість,

прозорість, керованість, сумісність, якість обслуговування.

Продуктивність. До основних характеристик продуктивності

мережі належить час реакції, що визначається як час між виникненням

запиту до певного мережевого сервісу та одержанням відповіді на нього;

пропускна здатність – обсяг даних, переданих мережею за одиницю

часу (наприклад, миттєва, середня, максимальна), затримка

передавання, що дорівнює інтервалу між моментом надходження

пакета на вхід певного мережевого пристрою і моментом його появи на

виході цього пристрою.

Надійність. Для оцінювання надійності мереж використовують

різні характеристики, зокрема такі: коефіцієнт готовності, що означає

час, протягом якого система може бути використана; безпека, тобто

здатність системи захистити дані від несанкціонованого доступу;

відмовостійкість – здатність системи працювати в умовах відмови

деяких її елементів.

Розширюваність означає можливість досить легкого додавання

окремих елементів мережі (комп’ютерів, додатків, сервісів),

нарощування довжини сегментів мережі і заміни апаратури на

потужнішу.

Масштабованість означає, що мережа дає змогу нарощувати

кількість вузлів і протяжність зв’язків у дуже широких межах, при

цьому продуктивність мережі не погіршується.

9

Прозорість – властивість мережі приховувати від користувача

деталі своєї внутрішньої будови, спрощуючи тим самим його роботу в

мережі.

Керованість мережі означає можливість централізовано

контролювати стан основних елементів мережі, виявляти і розв’язувати

проблеми, що виникають під час роботи мережі, виконувати аналіз

продуктивності і планувати розвиток мережі.

Сумісність, або інтегрованість, означає, що мережа здатна містити

найрізноманітніше програмне й апаратне забезпечення.

Якість обслуговування (Quality of Service, QoS) визначає

ймовірнісні оцінки дотримання вимог до мережі з боку додатків або

користувачів. Найчастіше параметри, що фігурують в різних

визначеннях якості обслуговування, регламентують такі показники

роботи мережі: швидкість передавання даних; затримки передавання

пакетів; рівень втрат і псування пакетів. Якість обслуговування

гарантується для певного потоку даних.

1.3. Класифікація комп’ютерних мереж

Комп’ютерні мережі класифікують за такими ознаками:

спосіб організації;

межі географічного поширення;

масштаб виробничого підрозділу;

швидкість передавання;

тип середовища передавання;

спосіб керування;

топологія (тип зв’язку).

За способом організації розрізняють:

псевдомережі (штучні);

реальні комп’ютерні мережі.

Псевдомережі (штучні мережі) дають змогу пов’язувати

комп’ютери разом через послідовні або паралельні порти і не

потребують додаткових пристроїв. Основна вада – низька швидкість

передавання даних і можливість з’єднання тільки двох комп’ютерів.

Реальні мережі дають змогу пов’язувати комп’ютери за

допомогою спеціальних пристроїв комутації і фізичного середовища

передавання даних. Основна вада – потреба в додаткових пристроях.

10

Надалі, вживаючи термін «комп’ютерна мережа», матимемо на увазі

реальні мережі.

За географічним поширенням розрізняють:

локальні мережі (Local Area Network, LAN);

глобальні мережі (Wide Area Network, WAN);

регіональні мережі (Metropolitan Area Network, MAN).

Локальні мережі пов’язують користувачів одного чи декількох

прилеглих приміщень у будинках підприємства, установи. Локальні

мережі набули значного поширення, оскільки зазвичай майже 80-90%

інформації циркулює поблизу джерел її створення і лише 10-20%

опрацьовуваної інформації пов’язано з віддаленими взаємодіями.

Відстань між персональними комп’ютерами у локальній мережі

становить щонайбільше 10 км, а в разі використання радіоканалів

зв’язку – близько 20 км. Локальні мережі розгортають зазвичай в межах

однієї організації, тому їх називають також корпоративними

мережами.

Регіональні (міські) мережі поєднують користувачів міста,

області, невеликих країн. Як канали зв’язку найчастіше використовують

телефонні лінії. Відстань між вузлами мережі становить 10-1000 км.

Глобальні мережі поєднують користувачів усього світу, часто за

допомогою супутникових каналів зв’язку.

За масштабом виробничого підрозділу розрізнюють:

мережі відділів;

мережі кампусів;

корпоративні мережі.

Мережі відділів мають один-два файлових сервери і призначені

не більш як для тридцяти користувачів, використовуються невеликою

групою співробітників, переважно з метою:

організації спільного використання файлів для підвищення

цілісності інформації;

організації спільного використання периферійних пристроїв,

наприклад принтерів, для зменшення загальних витрат на обладнання

офіса;

централізованого зберігання даних для полегшення їх захисту й

архівування.

11

Мережі кампусів об’єднують мережі відділів у межах окремого

будинку чи однієї території площею кілька квадратних кілометрів, при

цьому глобальних з’єднань не використовують.

Корпоративні мережі об’єднують велику кількість комп’ютерів

на всіх територіях окремого підприємства. Для корпоративної мережі

характерні:

масштабність – тисячі користувальницьких комп’ютерів, сотні

серверів, величезні обсяги збережених і переданих по лініях зв’язку

даних, безліч різноманітних додатків;

високий рівень неоднорідності – різні типи комп’ютерів,

комунікаційного устаткування, операційних систем і додатків;

використання глобальних зв’язків – мережі філій з’єднують за

допомогою телекомунікаційних засобів, зокрема телефонних каналів,

радіоканалів, супутникового зв’язку.

За швидкістю передавання інформації виокремлюють такі мережі:

низькошвидкісні (до 10 Мбіт/с);

середньошвидкісні (від 10 до 100 Мбіт/с);

високошвидкісні комп’ютерні (понад 100 Мбіт/с).

За типом середовища передавання розрізняють:

дротові;

бездротові мережі (з передачею інформації, наприклад,

радіоканалами).

За способом керування розрізняють:

мережі «клієнт - сервер»;

однорангові мережі.

У концепції, що називається архітектурою «клієнт-сервер»,

програмне забезпечення орієнтоване не тільки на колективне

використання ресурсів, а й на їх оброблення за місцем розміщення

ресурсу на запити користувачів. Клієнт комп'ютерної мережі –

персональний комп’ютер (робоча станція), що має доступ до спільно

використовуваних ресурсів іншого комп’ютера (чи мережі). Сервер

комп’ютерної мережі – комп’ютер, що надає свої ресурси для спільного

використання.

Програмні системи архітектури «клієнт-сервер» складаються з

двох частин: програмного забезпечення сервера і програмного

забезпечення користувача-клієнта.

12

У локальних мережах невеликих організацій поширення набули

однорангові мережі. У таких мережах поєднано можливості всіх

комп’ютерів, які при цьому є абсолютно рівноцінними, тобто мають

однаковий ранг. Залежно від спрямованості потоку інформації в

одноранговій комп’ютерній мережі будь-який комп’ютер може бути або

сервером (що надає ресурси), або клієнтом (споживачем ресурсів).

За топологією зв’язків розрізняють:

мережі з повнозв’язною топологією;

мережі з топологією сітки;

мережі з кільцевою топологією;

мережі з топологією подвійного кільця;

мережі із зірковою топологією;

мережі з топологією дерева;

мережі з топологією шини;

мережі зі змішаною (гібридною) топологією;

мережі з лінійною (ланцюговою) топологією.

Щойно комп’ютерів стає більш як два, виникає проблема вибору

конфігурації фізичних зв’язків, або топології. Під топологією мережі

мають на увазі конфігурацію графа, вершинам якого відповідають

кінцеві вузли мережі (наприклад, комп’ютери) і комунікаційне

обладнання (наприклад, маршрутизатори), а ребрам – електричні й

інформаційні зв’язки між ними.

Від вибору топології зв’язків істотно залежить багато

характеристик мережі. Наприклад, наявність між вузлами декількох

шляхів підвищує надійність мережі й уможливлює балансування

завантаження окремих каналів. Завдякі простоті приєднання нових

вузлів, властивій деяким топологіям, мережа є легко розширюваною.

Економічні міркування часто спонукають до вибору топології з

мінімальною сумарною довжиною ліній зв’язку.

Серед безлічі можливих конфігурацій розрізняють повнозв’язну і

неповнозв’язну.

Повнозв’язна (Fully Connected) топологія характерна для мережі,

в якій кожен комп’ютер безпосередньо пов’язаний з усіма іншими. Для

кожної пари комп’ютерів повинна бути виділена окрема фізична лінія

зв’язку. Повнозв’язні топології у великих мережах застосовують рідко,

оскільки для зв’язку n вузлів потрібно n(n-1)/2 фізичних дуплексних

13

ліній зв’язку, тобто має місце квадратична залежність (рис. 1).

Найчастіше цей тип топології використовуєть в кластерах або мережах,

що об’єднують невелику кількість комп’ютерів.

Рис. 1. Типи топологій комп’ютерної мережі

Усі інші варіанти грунтуються на неповнозв’язних топологіях,

коли для обміну даними між двома комп’ютерами може знадобитися

проміжне передавання даних через інші вузли мережі.

Топологія сітки походить з повнозв’язної шляхом видалення

кількох можливих зв’язків, при цьому допускається поєднання великої

кількості комп’ютерів. Ця топологія характерна переважно для великих

мереж.

У мережах з кільцевою топологією (Ring) дані передаються по

кільцю від одного комп’ютера до іншого (див. рис. 1). Мережами з

такою топологією є Token Ring.

Основною перевагою кільця є те, що будь-яка пара вузлів поєднана

двома шляхами – за годинниковою стрілкою і проти неї. Кільце є дуже

зручною конфігурацією для організації зворотного зв’язку – дані,

зробивши повне коло, повертаються до вузла-джерела. Тому відправник

може контролювати процес доставки даних адресату.

Топологія подвійного кільця. Мережами з такою топологією є

FDDI (Fiber Distributed Data Interface). Такі мережі вирізняються

вбудованою надлишковістю, яка гарантує захист від системних відмов:

основне кільце слугує для передавання даних, а допоміжне – для

передавання керівних сигналів.

14

Зіркова топологія (Star) утворюється, коли кожен комп’ютер

під’єднано окремим кабелем до загального центрального пристрою

(див. рис. 1) під назвою концентратор. Таку топологію можна

використовувати у мережах Ethernet і Token Ring. До функцій

концентратора належать спрямування інформації, що передається

комп’ютером, одному або всім комп’ютерам мережі. Концентратором

може бути комп’ютер або спеціалізований пристрій, такий як

багатовходовий повторювач, комутатор чи маршрутизатор.

До недоліків зіркової топології належить більш висока вартість

мережевого устаткування через потребу в придбанні спеціалізованого

центрального пристрою. Крім того, можливості з нарощування кількості

вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора.

У деяких випадках доцільно будувати мережу з використанням

декількох концентраторів, ієрархічно поєднаних між собою зв’язками

типу «зірка». Отриману структуру називають деревом (Tree) (див. рис. 1).

В наш час топологія дерева є найбільш поширеним типом топології

зв’язків як в локальних, так і глобальних мережах.

Особливим випадком зіркової топології є топологія шини (Bus)

(див. рис. 1). Така топологія може бути використана у мережі Ethernet.

Центральним елементом у топології шини є пасивний кабель, до якого

під’єднують декілька комп’ютерів. Інформація поширюється по кабелю,

доступна одночасно всім комп’ютерам, приєднаним до цього кабелю.

Основними перевагами такої схеми є її дешевизна та простота

нарощування, тобто приєднання нових вузлів до мережі.

Найсуттєвіший недолік загальної шини полягає в її низькій

надійності: будь-який дефект кабелю або якогось з численних рознімачів

повністю паралізує всю мережу. Іншим недоліком загальної шини є її

невисока продуктивність: оскільки за такого способу під’єднання лише

один комп’ютер може передавати дані мережею, пропускна

спроможність каналу зв’язку завжди розподіляється між усіма вузлами

мережі. До недавнього часу загальна шина була однією з

найпопулярніших топологій локальних мереж.

Невеликі мережі звичайно мають типову топологію – зірка, кільце

або загальна шина, а для великих мереж характерною є наявність

довільних зв’язків між комп’ютерами. У таких мережах можна виділити

окремі, довільно пов’язані фрагменти (підмережі), що мають типову

15

топологію, тому їх називають мережами зі змішаною (гібридною)

топологією (Mesh) (див. рис. 1).

Лінійна (ланцюгова) топологія (Line) – це топологія, за якої

кожен комп’ютер з’єднано з попереднім та наступним (див. рис. 1).

Лінійна топологія виникає з кільцевої після видалення однієї гілки і

часто трактується як ідентична до топології шини.

Запитання для самоконтролю

1. Які властивості характеризують якість роботи мережі?

2. Наведіть основні характеристики продуктивності і надійності

комп’ютерної мережі.

3. За якими параметрами визначають якість обслуговування

комп’ютерної мережі?

4. За якими ознаками класифікують комп’ютерні мережі?

5. Які мережі називають реальними?

6. До яких мереж за географічним поширенням належить

Internet?

7. До яких мереж за масштабом виробничого підрозділу,

швидкістю передавання інформації та типом середовища

передавання належить мережа КНУБА?

8. Охарактеризуйте архітектуру «клієнт-сервер».

9. Дайте визначення топології мережі.

10. Назвіть типи топології мережі.

11. Які топології є типовими для локальних мереж?

12. Назвіть топологію мережі Internet.

Розділ 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ

2.1. Взаємодія комп’ютерів у мережі

Вирізняють такі типи мереж:

Internet – об’єднання множини міжнародних та національних

комп’ютерних мереж.

Intranet – внутрішня мережа організації, у якій використано

стандарти, протоколи та технології Internet.

Extranet – корпоративна Intranet.

Компоненти мережі:

Комп’ютери: персональні комп’ютери, ноутбуки, мейнфрейми.

16

Комунікаційне обладнання: лінії зв’язку, комутатори,

маршрутизатори тощо.

Операційні системи: Windows; Novell NetWare; Unix.

Мережеві додатки: мережевий принтер, мережевий диск, бази

даних.

Якщо топологія мережі не є повнозв’язною, обмін інформацією

між довільною парою кінцевих вузлів в загальному випадку має

відбуватися через транзитні вузли.

Проблеми взаємодії комп’ютерів в мережі:

узгодження сигналів в лініях зв’язку;

визначення правил доступу до середовища передавання;

узгодження способів підвищення надійності передавання

інформації;

визначення маршруту передавання інформації та способів

адресації.

Задача з’єднання кінцевих вузлів через мережу транзитних вузлів

називається задачею комутації, яка може бути представлена у вигляді

кількох взаємопов’язаних завдань:

визначення інформаційних потоків, для яких потрібно

прокладати шляхи;

визначення маршрутів для потоків;

повідомлення вузлам мережі про знайдені маршрути;

переміщення потоків, тобто розпізнавання потоків та їх

локальна комутація на кожному транзитному вузлі;

мультиплексування і демультиплексування потоків.

Визначення інформаційних потоків

Транзитній вузол повинен уміти розпізнавати потоки даних, які на

нього надходять, для того, щоб відпрацьовувати їх передавання саме на

той свій інтерфейс, який веде до потрібного вузла.

Іпформаційним потоком, або потоком даних (data flow, data

stream), називають неперервну послідовність бітів (які можуть бути

агреговані у більші одиниці даних – пакети, кадри), об’єднаних набором

загальних ознак, що виділяють його із загального мережевого трафіку.

Наприклад, всі дані, що надходять від одного комп’ютера, можна

визначити як єдиний потік, а можна представити їх як сукупність

декількох підпотоків, кожен з яких як додаткову ознаку має адресу

17

призначення. Кожен з цих підпотоків також можна розділити на

підпотоки даних, що належать до різних мережевих додатків, –

електронної пошти, копіювання файлів, звернення до Web-сервера.

Ознаки потоку можуть мати глобальне або локальне значення – в

першому випадку вони однозначно визначають потік в межах всієї

мережі, а в другому – в межах одного транзитного вузла. Пара

унікальних адрес кінцевих вузлів для ідентифікації потоку – це приклад

глобальної ознаки. Прикладом ознаки, що локально визначає потік в

межах пристрою, може слугувати номер (ідентифікатор) інтерфейсу

пристрою, з якого надійшли дані.

Особливий тип ознаки – мітка потоку. Мітка може мати

глобальне значення, що унікально визначає потік в межах мережі.

Таким чином, у розпізнаванні потоків під час комутації в

загальному випадку повинні враховуватися не лише адреси призначення

даних, а й інші їх ознаки, що впливають на маршрут переміщення даних

мережею.

Визначення маршрутів

Обрати шлях, або маршрут, передавання даних означає встановити

послідовність транзитних вузлів та їх інтерфейсів, через які потрібно

передавати дані, щоб доставити їх адресатові. Визначення маршруту –

складне завдання, особливо коли конфігурація мережі така, що між

парою мережевих інтерфейсів, що взаємодіють, є безліч шляхів.

Вибір зупиняють на одному, оптимальному за певним критерієм

маршруті.

Критеріями оптимальності можуть бути такі чинники: номінальна

пропускна спроможність; завантаженість каналів зв’язку; затримки, що

виникають у каналах; кількість проміжних транзитних вузлів; надійність

каналів і транзитних вузлів. Навіть у тому випадку, коли між кінцевими

вузлами є лише один шлях, його пошук за складної топології мережі

являє собою нетривіальну задачу.

Маршрут може емпірично визначати адміністратор мережі. В разі

великої мережі зі складною топологією таке завдання найчастіше

вирішується автоматично.

Повідомлення вузлам мережі про знайдені маршрути

Після того як маршрут визначений, потрібно «повідомити» про

нього всім пристроям мережі. Повідомлення про маршрут повинне нести

кожному транзитному пристрою приблизно таку інформацію: «якщо

18

прийдуть дані, що належать до потоку n, то потрібно передати їх на

інтерфейс p».

Повідомлення про маршрут обробляється пристроєм, в результаті

створюється новий запис в таблиці комутації, в якій локальній або

глобальній ознаці (ознакам) потоку (наприклад, мітці, номеру вхідного

інтерфейсу або адресі призначення) ставиться у відповідність номер

інтерфейсу, на який пристрій повинен передавати дані, що належать до

цього потоку.

Переміщення потоків, тобто розпізнавання потоків та їх

локальна комутація на кожному транзитному вузлі

Далі, коли задачі з визначення і завдання маршруту вирішені,

повинне статися з’єднання, або комутація, абонентів. Для кожної пари

абонентів ця операція може бути представлена сукупністю кількох (за

кількістю транзитних вузлів) локальних операцій комутації.

Пристрій, функціональним призначенням якого є виконання

комутації, називається комутатором (switch). Комутатор виконує

з’єднання інформаційних потоків, що входять в його порти,

спрямовуючи їх у відповідні вихідні порти.

Комутатором може бути як спеціалізований пристрій, так і

комп’ютер із вбудованим програмним механізмом комутації (у такому

випадку комутатор називається програмним). Комп’ютер може

поєднувати функції комутації даних, що спрямовуються на інші вузли, з

виконанням звичайних функцій кінцевого вузла. Проте у багатьох

випадках більш раціональним є рішення, відповідно до якого деякі вузли

в мережі виділяють спеціально для виконання комутації. Ці вузли

утворюють комутаційну мережу, до якої під’єднують решту вузлів.

Мультиплексування і демультиплексування потоків

Перш ніж виконати переміщення даних на визначені для них

інтерфейси, комутатор повинен визначити, до якого потоку вони

належать, незалежно від того, надходить на вхід комутатора тільки один

потік чи змішаний потік, що є результатом агрегування кількох потоків.

В останньому випадку до задачі розпізнавання додається задача

демультиплексування – поділ сумарного агрегованого потоку на кілька

окремих потоків. Одночасно з операцією комутації відбувається

зворотна операція – мультиплексування (multiplexing), під час

виконання якої з кількох окремих потоків складається агрегований

потік, який можна передавати одним фізичним каналом зв’язку. Дуже

19

поширеним є також частотне розділення каналу, коли кожен потік

передає дані у виділеному частотному діапазоні.

2.2. Комутація каналів, пакетів, повідомлень

Серед безлічі можливих підходів до вирішення задачі комутації

абонентів в мережах виділяють два основоположних: комутація каналів

(circuit switching) і комутація пакетів (packet switching).

Комутація каналів

Комутаційна мережа в разі комутації каналів утворює між

кінцевими вузлами неперервний складений фізичний канал з послідовно

з’єднаних комутаторами проміжних канальних ділянок. Умовою того,

що декілька фізичних каналів за послідовного з’єднання утворюють

єдиний фізичний канал, є рівність швидкостей передавання даних в

кожному з каналів. Рівність швидкостей означає, що комутатори такої

мережі не повинні буферизувати дані, що передаються.

Техніка комутації каналів має свої переваги і недоліки. Основними

перевагами вважають такі.

Постійна і відома швидкість передавання даних встановленим

між кінцевими вузлами каналом дає користувачеві змогу встановити в

мережі канал потрібної швидкості на підставі завчасно виконаної оцінки

пропускної спроможності, потрібної для якісного передавання даних.

Низький і постійний рівень затримки передавання даних

мережею дає змогу якісно передавати дані, чутливі до затримок (трафік

реального часу) – голос, відео, різноманітну технологічну інформацію.

До недоліків мереж з комутацією каналів належать такі.

Відмова мережі в обслуговуванні запиту на встановлення

з’єднання. Така ситуація може виникнути через те, що на певній ділянці

мережі з’єднання потрібно встановити уздовж фізичного каналу, яким

вже проходить максимальне для даної техніки мультиплексування і для

даного каналу кількість інформаційних потоків. Відмова може статися і

на кінцевій ділянці складеного каналу, наприклад, якщо абонент може

підтримувати лише одне з’єднання, що характерно для багатьох

телефонних мереж.

Нераціональне використання пропускної спроможності

фізичних каналів. Після встановлення з’єднання частина пропускної

спроможності відводиться складеному каналу на весь час з’єднання,

20

тобто доти, доки з’єднання не буде розірване з ініціативи абонентів або

самої мережі. В той же час у багатьох випадках абонентам не потрібна

пропускна спроможність каналу на весь час з’єднання, наприклад, в

телефонній розмові трапляються паузи, ще більш нерівномірним у часі є

взаємодія комп’ютерів. Неможливість динамічного перерозподілу

пропускної спроможності фізичного каналу є принциповим обмеженням

мережі з комутацією каналів, оскільки одиницею комутації є

інформаційний потік загалом.

Обов’язкова затримка перед передаванням даних через фазу

встановлення з’єднання.

Комутація пакетів

Техніка комутації пакетів була спеціально розроблена для

ефективного передавання комп’ютерного трафіку.

Коефіцієнт пульсації трафіку окремого користувача мережі, що

обчислюється як відношення середньої інтенсивності обміну даними до

максимально можливої, може сягати 1:50 або навіть 1:100. Якщо для

описаного сеансу організувати комутацію каналів між комп’ютером

користувача і сервером, то велику частину часу канал простоюватиме.

Під час комутації повідомлення поділяється у вихідному вузлі на

досить невеликі частини – пакети. Повідомлення можуть мати довільну

довжину – від декількох байт до багатьох мегабайт. Пакети також

можуть мати змінну довжину, але у вузьких межах, наприклад від 46 до

1500 байт. Кожний пакет має заголовок, у якому наводиться адресна

інформація, потрібна для доставки пакета вузлу призначення, а також

номер пакета, який використовуватиметься вузлом призначення для

збирання повідомлення. Пакети транспортуються в мережі як незалежні

інформаційні блоки. Комутатори мережі приймають пакети від кінцевих

вузлів і на підставі адресної інформації передають їх один одному, а

зрештою – вузлу призначення.

Комутатори пакетної мережі відрізняються від комутаторів

каналів тим, що мають внутрішню буферну пам’ять для тимчасового

зберігання пакетів, коли вихідний порт комутатора у момент прийняття

пакета зайнятий передаванням іншого пакета. Мережа з комутацією

пакетів уповільнює процес взаємодії конкретної пари абонентів,

оскільки їх пакети можуть чекати в комутаторах, поки магістральними

зв’язками передаються інші пакети. Проте загальний обсяг

комп’ютерних даних, що передаються за одиницю часу, у процесі

21

комутації пакетів є більшим, ніж у разі комутації каналів, оскільки

пульсації окремих абонентів відповідно до закону великих чисел

розподіляються у часі так, що їх піки не збігаються.

Далі навдено переваги мереж з комутацією пакетів.

Висока загальна пропускна спроможність мережі під час

передавання пульсуаційного трафіка.

Можливість динамічно перерозподіляти пропускну

спроможність фізичних каналів зв’язку між абонентами відповідно до

реальних потреб їх трафіка.

До недоліків мереж з комутацією пакетів належать такі.

Невизначеність швидкості передавання даних між абонентами

мережі, зумовлена залежністю затримок в чергах буферів комутаторів

від загальної завантаженості мережі.

Змінні величини затримки пакетів даних, які можуть сягати

значних величин в моменти миттєвих перевантажень мережі.

Можливі втрати даних через переповнення буферів.

Мережі з комутацією пакетів, в яких реалізовані методи

досягнення якісного обслуговування, дають змогу одночасно передавати

різні типи трафіка, зокрема такі важливі, як телефонний і комп’ютерний.

Тому методи комутації пакетів нині вважають найбільш перспективними

для побудови конвергентної мережі, яка дасть можливість надавати

якісні комплексні послуги абонентам будь-якого типу.

Комутація повідомлень

Комутація повідомлень близька до комутації пакетів. Під

комутацією повідомлень мають на увазі передавання єдиного блоку

даних між транзитними комп’ютерами мережі з тимчасовою

буферизацією цього блоку на диску кожного комп’ютера. Повідомлення,

на відміну від пакета, має довільну довжину. Транзитні комп’ютери

можуть з’єднуватися між собою як мережею з комутацією пакетів, так і

мережею з комутацією каналів.

2.3. Стандартизація мереж

Відкрита система. У широкому сенсі відкритою системою може

бути названа будь-яка система (комп’ютер, обчислювальна мережа, ОС,

програмний пакет, інші апаратні і програмні продукти), побудована

відповідно до відкритих специфікацій. Під терміном «специфікація» в

22

обчислювальній техніці мають на увазі формалізований опис апаратних

або програмних компонентів, способів їх функціонування, взаємодії з

іншими компонентами, а також умов експлуатації, обмежень й

особливих характеристик. Відкритими специфікаціями називають

опубліковані, загальнодоступні специфікації, відповідні стандартам і

схвалені в результаті досягнення згоди після всебічного обговорення

всіма зацікавленими сторонами.

Відкрита система – це мережевий пристрій, готовий взаємодіяти

з іншими мережевими пристроями відповідно до стандартних правил,

що визначають формат, зміст і значення повідомлень, які приймають і

відправляють. Якщо дві мережі побудовані з дотриманням принципів

відкритості, то це дає такі переваги:

можливість побудови мережі з апаратних і програмних засобів

різних виробників, що дотримуються одного стандарту;

можливість безболісної заміни окремих компонентів мережі

іншими, більш досконалими, що дає мережі змогу розвиватися з

мінімальними витратами;

можливість легкого поєднання однієї мережі з іншою; простота

освоєння й обслуговування мережі.

Яскравим прикладом відкритої системи є міжнародна мережа

Internet.

Багаторівнева модель взаємодії систем – модель OSI

Міжнародною організацією стандартів затверджені певні вимоги

до організації взаємодії між системами мережі.

Ці вимоги дістали назву OSI (Open System Interconnection) –

еталонна модель взаємодії відкритих систем. Відповідно до еталонної

моделі кожна система мережі повинна здійснювати взаємодію через

передавання кадру даних. Відповідно до моделі OSI створення і

передавання кадру відбувається за допомогою сімох послідовних дій –

рівнів оброблення.

Прикладний рівень – це найближчий до користувача рівень OSI.

На цьому рівні спроба користувача одержати доступ до середовища

перетворюється на запит, що передається на нижчий рівень. Цей запит

проходить послідовно шістьма іншими рівнями, передається на інші

робочі станції чи сервер і знову піднімається по всіх рівнях до

23

прикладного. Тобто прикладний рівень – це набір мережевих сервісів,

таких як e-mail, з якими працюють як додатки, так і користувачі.

Представницький рівень приймає запит від прикладного і

передає на наступний рівень, при цьому переводить дані в числовий

формат того комп’ютера, якому вони призначені. На цьому рівні

можлива компресія даних і шифрування з метою захисту від

несанкціонованого доступу.

Сеансовий рівень. Для ідентифікації комп’ютерів у мережі

використовують умовні імена або числові коди. На цьому рівні

відбувається координація зв’язку, тобто керування діалогом між вузлами

мережі.

Транспортний рівень. На цьому рівні є засоби для

впорядкування, нумерації, буферизації пакетів, здійснюється контроль

за тим, в якому порядку пакети будуть передані в мережу.

Мережевий рівень. Відбувається маршрутизація пакетів, доставка

пакета будь-якому вузлу в мережах довільної топології. Рівень вибирає

оптимальний режим і включає його до складу пакета як довідку для

проміжних вузлів маршруту. Під час приймання пакета відбувається

видалення цих даних.

Канальний рівень (рівень даних). Цей рівень відповідний за

послідовність передавання. Здійснюється приймання і передавання

користувачам кадрів повідомлень, контроль доступу до середовища та

до фізичного середовища і контроль мережі.

Фізичний рівень. На цьому рівні сигнали перетворюються на

електричні імпульси, визначаються характеристики фізичного

середовища і параметри електричних сигналів.

2.4. Мережеві технології

Мережева технологія – це узгоджений набір стандартних

протоколів та програмно-апаратних засобів, що їх реалізують, достатній

для побудови комп’ютерної мережі.

Запстосовують такі мережеві технології: Ethernet; TokenRing;

FDDI (табл. 1).

24

Таблиця 1

Характеристики

Характеристика Ethernet Token Ring FDDI

Бітова

швидкість

10 Мбіт/с,

Fast Ethernet –

100Мбіт/с, Gigabit

Ethernet – 1000

Мбіт/с.

16 Мбіт/с 100 Мбіт/с

Топологія Шина/Зірка Зірка/Кільце Подвійне кільце

Метод доступу Випадковий Маркерний Маркерний

Середовище

передачі даних

Коаксіал, кручена

пара, оптоволокно

Кручена пара,

оптоволокно

Кручена пара,

оптоволокно

Максимальна

довжина мережі 2500 м 4000 м

200 км (100 км

на кільце)

Максимальна

відстань між

вузлами

2500 м 100 м

2 км (не більше

11 дБ втрат між

вузлами)

Максимальна

кількість вузлів 1024 260 500

2.5. Обладнання комп’ютерних мереж

До обладнання комп’ютерних мереж належать:

лінії зв’язку та інтерфейси (Інтерфейс RJ-45, Інтерфейс BNC);

мережева карта;

трансівер (transceiver);

повторювач (repeater);

концентратор (hub);

міст (bridge);

комутатор (switch);

маршрутизатор (router).

Фізичне середовище визначає швидкість передавання даних у

мережі; розмір мережі; обов’язковий набір служб (передавання даних,

мова, мультимедіа тощо), які потрібно організувати; вимоги до рівня

шумів і перешкодозахищеності; загальну вартість проекту, що включає

придбання устаткування, монтаж і подальшу експлуатацію.

Комутаційні пристрої призначені для зв’язку сегментів мережі.

До них належать лінії зв’язку, мережева карта та ін.

25

Лінії зв’язку: кабельні (кручена пара, коаксіал, оптоволокно);

бездротові (радіо, супутникові для глобальних мереж) – фізичне

середовище, яким передають інформаційні сигнали, апаратура для

передавання даних і проміжна апаратура. Лінії зв’язку можуть

використовувати, крім кабелю, проміжну апаратуру, прозору для

користувачів. Проміжна апаратура виконує дві основні функції: посилює

сигнали та забезпечує постійну комутацію між парою користувачів лінії.

Характеристики лінії зв’язку

Пропускна спроможність лінії зв’язку є однією з її важливих

характеристик – це кількість біт інформації, що передається за одиницю

часу.

Смуга пропускання – це різниця між максимальною і мінімальною

частотою сигналів.

Достовірність передавання даних – ймовірність доставки

неспотвореного біту або ймовірність спотворення біту.

Мережева карта приймає команди та дані від мережевої

операційної системи, перетворює цю інформацію в один зі стандартних

форматів і передає її до мережі через під’єднаний до карти кабель.

Кожна карта має унікальний номер.

Трансівер (transciever) установлюється безпосередньо на

кабелі і живиться від мережевої карти комп’ютера. З мережевою картою

трансівер поєднується інтерфейсним кабелем AUI (Attachment Unit

Interface). Трансівер – це пристрій для передавання і приймання сигналу

між двома фізично різними середовищами системи зв’язку. Це приймач-

передавач, фізичний пристрій, який сполучає інтерфейс хосту з

локальною мережею, такою як Ethernet.

Повторювач (repeater) з’єднує сегменти, що використовують

однакові або різні типи носія, відновлює сигнал, збільшуючи дальність

передавання, передає інформацію в обох напрямках. Використання

повторювача дає змогу розширити мережу, побудовану з використанням

коаксіального кабелю.

Концентратор (hub) – це повторювач, що має кілька портів і

з’єднує кілька фізичних ліній зв’язку. Концентратор завжди змінює

фізичну топологію мережі, але при цьому залишає без зміни її логічну

топологію. Якщо на якийсь його порт надходить повідомлення, він

пересилає його на решту портів.

26

Міст (bridge) розділяє фізичне середовище мережі на частини,

передаючи інформацію з одного сегмента в іншій тільки тоді, коли

адреса комп’ютера призначення належить іншій підмережі.

Комутатор (switch) за своїм призначенням не відрізняється

від моста, але має вищу продуктивність, тому що міст у кожен момент

може передавати кадри тільки між однією парою портів, а комутатор

одночасно підтримує потоки даних між усіма своїми портами.

Маршрутизатор (router) розділяє фізичне середовище

передавання на частини ефективніше за міст чи комутатор