Комп'ютерні мережі

Комп'ютерні мережі

В наш час життя без комп'ютерів майже неможливе. Комп'ютери необхідні вдома, на виробництві, в банківській справі, в кіно-індустрії і ще багато-багато де. Вони відкрили якісно новий етап в житті і розвитку людської цивілізації. Проте інформацію, яка міститься на одному комп’ютері, досить важко, особливо при великих об’ємах інформації, перенести на інших інший комп’ютер для подальшої роботи. Ці труднощі значно знижували продуктивність праці на комп’ютері, але вони майже повністю відпали з появою комп’ютерних мереж. Комп’ютерні мережі відкрили зовсім нові і значно ширші можливості використання комп’ютерів. Тепер комп’ютери – це не тільки засоби для обробки інформації, це – також засоби для отримання та обміну інформацією!

Сукупність комп’ютерів, з’єднаних між собою каналами зв’язку називається комп’ютерною мережею. Комп’ютерна мережа дозволяє її користувачам здійснювати швидкий обмін інформацією, а також колективно використовувати її ресурси. Так, відпадає необхідність мати біля кожного комп’ютера принтер для друкування документів, – достатньо мати їх лише декілька в мережі і всі документи, підготовлені до друку, відправляти на один з них.

Основним призначенням комп’ютерної мережі є забезпечення простого, зручного та надійного доступу користувача до спільних розподілених ресурсів мережі та організація їх колективного використання з надійним захистом від несанкціонованого доступу, а також забезпечення зручними і надійними засобами передачі даних між користувачами мережі. Мережі за своїм територіальним розташуванням поділяються на локальні, регіональні та глобальні.

Локальна мережа – це комп’ютерна мережа, комп’ютери якої розташовані на невеликій відстані один від одного (в одному або декількох сусідніх будинках).

Для з’єднання комп’ютерів в локальну мережу необхідне спеціальне обладнання і програмне забезпечення.

Можливості локальних мереж:

§  коллективна обробка даних користувачами підключених до мережі комп’ютерів і обмін даними між цими користувачами;

§  спільне користування програмами;

§  спільне користування принтерами, модемами та іншими пристроями.

Для об’єднання комп’ютерів в локальну мережу потрібно:

§  вставити в кожен комп’ютер мережовий контроллер, який дозволяє комп’ютеру обмінюватися інформацією.

§  з’єднати комп’ютери кабелями, по яким відбувається передача даних між комп’ютерами. В деяких типах мереж кабелі з’єднують комп’ютери безпосередньо, в інших з’єднання кабелів здійснюється через спеціальні пристрої – концентратори (або хаби), комутатори та ін.

Комп’ютери, що ходять до складу локальної комп’ютерної мережі, можна поділити на сервери і робочі станції. Сервер – це комп’ютер, який забезпечує користувачів мережі певними послугами. Робоча станція – це комп’ютер, через який користувач отримує доступ до ресурсів мережі. Робоча станція може функціонувати як в складі мережі, так і автономно.

Локальні комп’ютерні мережі поділяються на однорангові та мережі з виділеним сервером.

Однорангова комп’ютерна мережа не має єдиного центру керування робочими станціями та єдиного пристрою для збереження даних. Мережну операційну систему розподілено між всіма робочими станціями. Кожна робоча станція, що знаходиться в такій мережі може виконувати як функції клієнта так і функції сервера. Таким чином, вона може обслуговувати запити інших робочих станцій і спрямовувати свої запити в мережу (до інших робочих станцій).

Комп’ютерна мережа з виділеним сервером має один (може і декілька) комп’ютер, що виконує функції збереження даних, обробки запитів, управління мережею.

Комп’ютери можуть бути під’єднані до мережі за різними схемами. Топологія мережі – це схема сполучення каналами зв’язку комп’ютерів мережі (вузлів мережі). В комп’ютерних мережах використовують три основних топології: шинну (або моноканальну), кільцеву і зіркоподібну. З топологією мережі тісно пов’язаний метод доступу. Метод доступу – це спосіб передачі інформації від одного вузла мережі до іншого.

В комп’ютерній мережі з шинною топологією використовується один канал зв’язку, що об’єднує всі комп’ютери мережі. Кожна робоча станція "слухає" канал зв’язку, і якщо він вільний, то може здійснювати обмін даними з іншим комп’ютером.

В комп’ютерній мережі кільцевою топологією, канал зв’язку являє собою кільце, на якому розташовані комп’ютери. Інформація передається комп’ютерами послідовно по кільцю, поки не досягне того комп’ютера, для якого вона призначена.

В комп’ютерній мережі з зіркоподібною топологією є активний центр (комп’ютер), який здійснює управління комп’ютерами мережі через спеціальний пристрій – концентратор.

Для обміну інформацією між локальними мережами використовують мости і маршрутизатори. Мости використовують для зв’язку мереж з однаковим комунікаційним обладнанням, а маршрутизатори – для зв'язку мереж з різним комунікаційним обладнанням.

Регіональна мережа являє собою сукупність локальних мереж, які розташовані в одному регіоні – місті, районі, області, на території невеликої країни, – і при цьому мають спеціальні апаратні засоби для обміну інформацією між собою.

Сукупність з’єднаних між собою каналами зв’язку локальних мереж і складає глобальну мережу Інтернет.

Принципи роботи Іnternet

Основний принцип побудови мережі полягає в тому, що будь-який комп’ютер може зв’язатися з будь-яким іншим комп’ютером мережі. Для передач  даних між комп’ютерами використовувався протокол IP (Internet Protocol).

Протокол – правила та опис роботи мережі, які включають порядок встановлення, і підтримки зв’язку в мережі. Протокол IP забезпечує зв’язок між різними типами комп’ютерів, які можуть працювати з різними операційними системами. Такий спосіб передачі даних став основою створення і розвитку комп’ютерних мереж. Для управління мережевим обміном повідомлень використовується декілька протоколів, які обумовлюють передачу даних на різних рівнях. Взаємодія протоколів різних рівнів визначається багаторівневою моделлю мережі. Для мережевого обміну в Інтернет використовується модель, яка визначає чотири рівні обміну даними:

§  рівень мережевого доступу, який забезпечує безпомилкову передачу блоків даних, відповідає за правильну передачу пакетів на ділянках між безпосередньо зв’язаними елементами мережі і організовує управління доступом до середовища передачі;

§  міжмережевий рівень забезпечує передачу даних в різні точки, розкидані у всьому світі. Різні частини Інтернет (локальні чи регіональні мережі) з’єднуються між собою  через  окремі комп’ютери – вузли мережі. Окремі вузли не мають прямих зв’язків з іншими вузлами, тому необхідно, щоб кожний вузол мав інформацію про існуючі зв’язки і які вузли слід використати для оптимальної передачі в пункт призначення. Процес визначення шляху пакета називається маршрутизацією, а комп’ютер, що здійснює це – маршрутизатор. Адресація пакетів на міжмережевому рівні забезпечується протоколом IP. Як заголовок пакету використовується інформація, яку називають IP-адресою. Кожний комп’ютер, під’єднаний до Інтернет, має унікальну адресу. На міжмережевому рівні визначається мережа, якій належить конкретний комп'ютер. Інформація, що передається мережею ділиться на пакети об’ємом від 1 до 1500 байт;

§  транспортний рівень визначає правила підтримки мережених з’єднань. Типовим протоколом транспортного рівня є протокол TCP (Transmission Control Protocol). TCP виконує пересилку, використовуючи можливості протоколу IP. При цьому інформація ділиться на частини і нумерується таким чином, щоб забезпечити об’єднання цих фрагментів. Кожна частка інформації разом із номером утворює так званий TCP-пакет, який потім вкладається в IP-пакет, з яким мережа «знає» що робити. Отримувач розпаковує IP-пакети і виймає TCP-пакети, які в свою чергу також розпаковуються і отримана інформація об’єднується. Якщо деякої інформації не вистачає, або вона пошкоджена, то TCP вимагає повторної пересилки цієї частини інформації. Для виявлення пошкоджень використовується спеціальна система кодів. Найпростішим прикладом такого коду є контрольна сума, що додається до кожного пакету, а кожний байт доповнюється бітом контролю  парності. Якщо обчислена сума в отриманому пакеті не відповідає тій сумі, яка була передана, то пакет  передається повторно. Завдяки такій технології інформація збирається в потрібному порядку і повністю відновлюється;

§  рівень застосувань визначає інтерфейс між двома системами на  рівні додатків, прикладних  програм. На цьому рівні визначається, як комп’ютер обробляє отримані дані. Для його підтримки розроблено декілька протоколів. Для передачі гіпертекстових документів застосовується протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol), передача файлів відбувається в рамках протоколу FTP (File Transfer Protocol), а повідомлення електронної пошти передаються з використанням протоколів SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) та POP (Post Office Protocol).

 Адресація в інтернет

Усі комп’ютери в мережі Інтернет ідентифікуються унікальними IP-адресами. Ця адреса складається із чотирьох байт і її достатньо для того, щоб визначити, куди і як слід передати пакет даних.

 IP-адреса записується чотирибайтним числом, наприклад 194.44.198.45. Перші два її байти визначають адресу підмережі, третій, четвертий – адресу вузла в ній. Теоретично, за допомогою IP-адреси можна ідентифікувати більш як 4 млрд. вузлів. На практиці ж через  особливості адресації деяких типів локальних мереж кількість можливих адрес становить більше 2 мільярдів.

Проте на сьогодні, з урахуванням масового використання мережі Інтернет для цілей ведення бізнесу, а також домашнього використання і розваг, спільна кількість адрес вже практично вичерпана Це привело до розробки нового розширеного стандарту адресації мережевих пристроїв. Цей стандарт побудований на принципі використання 6-и байтової адреси і названий IPv6 в протилежність попередньому - IPv4. Така система адресації дозволяє привласнити 2,8x10¹⁴ адресів. Всі раніше привласнені 4-х байтові адреси є підмножиною нової безлічі адрес.

Але ці числа, якими представлена адреса, не мають певного змістовного значення, тому використовувати та запам’ятовувати їх є досить складно. Для зручності серверам Інтернету присвоюють символьні адреси. Такі символьні адреси можуть бути використані усіма прикладними програмами, що взаємодіють з Інтернетом. 

Присвоєння символьного імені конкретному серверу проводиться з використанням так званої доменної системи імен (Domain Name System, DNS), що базується на ієрархії доменів. У відповідності з нею домен на кожному рівні визначає імена підпорядкованих рівнів. Доменна адреса складається  із послідовності ідентифікаторів, розділених крапками:

domain_n.domain_n-1. … .domain_1.

Домен, що розміщений правіше, охоплює більшу область. Так, крайній справа домен представляє двобуквений шифр країни, наприклад ua, uk, de, або із трьох букв шифр виду діяльності власника  – com, edu, org. Система трибуквених імен спочатку використовувалась виключно у США. Сьогодні багато таких імен належить компаніям або організаціям з інших країн. Нижче наведено перелік доменів найвищого рівня та їх значення.

com – комерційні організації;

edu – освітні заклади;

gov – урядові організації;

int – міжнародні організації;

mil – військові установи;

net – організації, що працюють з мережею;

org – некомерційні організації;

tv – телевізійні компанії.

Реєстрація і розподіл доменних імен проводиться міжнародною організацією InterNIC. При зверненні до сервера за деяким символьним іменем здійснюється запит до DNS-сервера, в якому міститься відповідна база даних, і це ім'я перетворюється в IP-адресу. Отримана IP-адреса дозволяє точно ідентифікувати комп'ютер, але цього не завжди достатньо, оскільки на кожному вузлі одночасно може бути запущено декілька служб Інтернет, які використовують свої протоколи. Наприклад, одночасно можуть використовуватися протоколи для передачі гіпертекстових документів HTTP, передачі файлів FTP, електронної пошти POP3 та ін. Для впорядкування роботи кожній службі відведено окремий порт, який задається числом від 0 до 65534. Для найпоширеніших служб використовуються стандартні номери портів: для HTTP – 80, FTP – 21, POP3  – 110, SMTP – 25. Ці значення є стандартними, прийнятими за замовчуванням, але власник вузла може налаштувати служби на роботу з іншими портами.

Для адресації мережевих ресурсів використовуються уніфіковані вказівники ресурсів (Uniform Resource Locator, URL). Найбільш загальний вигляд URL є наступним:

[прокол]://[ім’я][:пароль]@[адреса][:порт][/шлях/][документ]

[?додаткова інформація]

протокол – символьне позначення протоколу, що використовується для доступу до ресурсу (наприклад, ftp, http);

ім’я – ім’я користувача;

пароль – використовується разом з іменем для ресурсів з обмеженим доступом;

адреса – адреса вузла у доменній чи цифровій формі;

порт – номер порта. У випадку відсутності використовується стандартний;

шлях  – шлях на сервері від його кореневого каталогу або відносно поточного каталогу;

документ – назва документу;

додаткова інформація – використовується для роботи із серверними додатками.

Слід відмітити, що далеко не завжди слід вказувати усі параметри. Часто достатньо вказати тільки адресу вузла.

До мережі Інтернет можна під’єднувати як окремі комп’ютери так і цілі мережі. При цьому можуть використовуватися різні способи фізичного з’єднання від простого підключення через телефонні ліні  при допомозі модему до прокладення волоконно-оптичної виділеної лінії. Для входу в мережу необхідно мати постійну або тимчасову  ІР-адресу, а у комп’ютері повинно бути встановлене необхідне програмне забезпечення.

Організаційно доступ до мережі користувачі дістають через провайдерів. Провайдер — організація, що надає послуги приєднання користувачів до мережі Інтернет. Провайдер має постійно ввімкнений продуктивний сервер, сполучений з іншими вузлами мережі інформаційними каналами з достатньо високою пропускною здатністю. Як правило, провайдери володіють засобами для одночасного підключення кількох користувачів (багатоканальний телефон, багатопортова плата і т. ін.).

Провайдери надають свої послуги на договірній основі. При укладенні договору провайдер повідомляє клієнту всі атрибути, необхідні для підключення та параметри з’єднання (ідентифікатори, паролі, номери телефонів, порти тощо).

Зазвичай користувачі навчальних закладів, великих організацій, фірм, підприємств приєднуються до Інтернет через свою локальну обчислювальну мережу. На один із комп'ютерів локальної мережі покладається виконання функцій proxy-сервера – управління локальною мережею і «посередництво» між комп'ютерами користувачів та мережею Інтернет (proxy – представник, довірена особа). Всі технічні й організаційн  питання щодо взаємодії з провайдером вирішує адміністратор мережі. Для користувачів розробляється інструкція з переліком дій, які треба виконати для приєднання до мережі Інтернет.

Комп'ютери провайдера можуть виконувати функції хост-машини або звертатися до потужніших хост-машин для доступу до глобальних ресурсів Інтернету через високопродуктивний канал передавання даних – магістраль.

Хост-машина (від англ. host – господар) – це комп'ютер, що виконує мережеві функції, реалізуючи повний набір протоколів мережі, або завдання користувача (програми, розрахунки).

Деякі хост-машини можуть бути шлюзами – апаратними і програмними засобами для передавання даних між несумісними мережами, наприклад між Інтернетом та мережами FidoNet, BitNet, CompuServe та ін.