Обчислювальна мережа — це складний комплекс взаємозалежних програмних і апаратних компонентів, що узгоджено функціонують. Вивчення мережі в цілому потребує знання принципів роботи її окремих елементів:

·                     комп’ютерів;

·                     комунікаційного устаткування;

·                     операційних систем;

·                     мережних додатків.

Весь комплекс програмно-апаратних засобів мережі може бути описаний багаторівневою моделлю. В основі будь-якої мережі — апаратний рівень стандартизованих комп’ютерних платформ. Нині у мережах широко й успішно застосовуються комп’ютери різних класів. Набір комп’ютерів у мережі повинен відповідати набору різноманітних задач, розв’язуваних мережею.

Другий рівень — це комунікаційне устаткування. Хоча ком­п’ютери і є центральними елементами обробки даних у мережах, останнім часом не менш важливу роль почали відігравати комунікаційні пристрої. Кабельні системи, мости, комутатори, маршрутизатори і модульні концентратори з допоміжних компонентів мережі перетворилися в основні поряд з комп’ютерами й системним програмним забезпеченням як за впливом на характеристи-
ки мережі, так і за вартістю. Нині комунікаційний пристрій
може являти собою складний спеціалізований мультипроцесор, який потрібно конфігурувати, оптимізувати й адмініструвати. Ви-
вчення принципів роботи комунікаційного устаткування вимагає ознайомлення з великою кількістю протоколів, використовуваних як у локальних, так і в глобальних мережах.

У локальній обчислювальній мережі (ЛОМ) кожен ПК називається робочою станцією, за винятком одного чи кількох комп’ю­терів, призначених для виконання функцій файл-серверів. Кожна робоча станція і файл-сервер містять карти адаптерів, що за допомогою мережних кабелів з’єднуються між собою. На додаток до локальної операційної системи на кожній робочій станції активізується мережне програмне забезпечення, що дає можливість станції взаємодіяти з файловим сервером. Аналогічно, на файловому сервері запускається мережне програмне забезпечення, що дає йому можливість взаємодіяти з робочою станцією та забезпечувати їй доступ до своїх файлів. Мережні прикладні програми на кожній робочій станції взаємодіють з файловим сервером для читання чи запису файлів.

Топологія — це спосіб організації фізичних зв’язків персональних комп’ютерів у мережі.

Під топологією обчислювальної мережі розуміють конфігурацію графа, вершинам якого відповідають комп’ютери мережі (іноді й інше устаткування, наприклад концентратори), а ребрам — фізичні зв’язки між ними. Комп’ютери, підімкнуті до мережі, часто називають вузлами мережі.

Конфігурація фізичних зв’язків визначається електричними з’єднаннями комп’ютерів між собою і може відрізнятися від конфігурації логічних зв’язків між вузлами мережі. Логічні зв’яз­ки являють собою маршрути передавання даних між вузлами мережі й утворюються шляхом відповідного настроювання комунікаційного устаткування.

Вибір топології електричних зв’язків істотно впливає на чимало характеристик мережі. Наприклад, наявність резервних зв’язків підвищує надійність мережі й уможливлює балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологіям, робить мережу легко розширюваною. Економічні міркування часто-густо призводять до вибору топологій, яким притаманна мінімальна сумарна довжина ліній зв’язку.

Розглянемо топології, що зустрічаються досить часто.

Повнопов’язана топологія відповідає мережі, у якій усі комп’ютери зв’язані між собою. Незважаючи на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Справді, кожен комп’ютер у мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв’язку з будь-яким іншим комп’ютером мережі. Для кожної пари комп’ютерів має бути виділена окрема електрична лінія зв’язку. Повнопов’язані топології застосовуються зрідка, тому що не задовольняють жодну з наведених вище вимог. Частіше цей вид топології використовується в багатомашинних комплексах чи глобальних мережах за невеликої кількості комп’ютерів.

Усі інші варіанти ґрунтуються на неповнопов’язаних топологіях, коли для обміну даними між двома комп’ютерами може знадобитися проміжне передавання даних через інші вузли мережі.

Спільна шина є вельми розповсюдженою топологією для локальних мереж (рис. 4.1). У цьому випадку комп’ютери підключаються до одного коаксіального кабелю. Передана інформація може поширюватися в обидва боки. Застосування спільної шини знижує вартість проводки, уніфікує підімкнення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звернення до всіх станцій мережі. Таким чином, основними перевагами такої схеми є невелика вартість і простота розведення кабелю по приміщеннях. Найсерйозніший недолік загальної шини в її низькій надійності: будь-який дефект кабелю або якого-небудь із численних роз’ємів цілком паралізує всю мережу. На жаль, дефект коаксіального роз’єму не є рідкістю. Іншим недоліком спільної шини є її невисока продуктивність, тому що за такого способу підімкнення в кожен момент часу тільки один комп’ютер може передавати дані в мережу. Тому пропускна здатність каналу зв’язку завжди розподіляється тут між усіма вузлами мережі.

Рис. 4.1. Шина

Топологія зірка (рис. 4.2). У цьому разі кожен комп’ютер підмикається окремим кабелем до загального пристрою, який має назву концентратор та розташовується в центрі мережі. У функції концентратора входить спрямування переданої комп’ютером інформації одному чи всім іншим комп’ютерам мережі. Головна перевага цієї топології перед спільною шиною — значна надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише того комп’ютера, до якого цей кабель приєднаний, і лише зіпсованість концентратора може вивести з ладу цілу мережу. Крім того, концентратор може відігравати роль інтелектуального фільтра інформації, що надходить від вузлів у мережу, і за необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

Рис. 4.2. Зірка

До недоліків топології типу зірка відноситься більш висока вартість мережного устаткування через необхідність придбання концентратора. Крім того, можливості з нарощування кількості вузлів у мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Часом має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно з’єднаних між собою зв’язками типу зірка. В даний час ієрархічна зірка є найпоширенішим типом топології зв’язків як у локальних, так і в глобальних мережах.

У мережах з кільцевою конфігурацією дані передаються по колу від одного комп’ютера до іншого — як правило, в одному напрямку (рис. 4.3). Якщо комп’ютер розпізнає дані як «свої», то він копіює їх собі у внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією необхідно вживати спеціальних заходів, щоб у разі виходу з ладу чи відключення якоїсь станції не перервався канал зв’язку між іншими станціями. Кільце являє собою дуже зручну конфігурацію для організації зворотного зв’язку — дані, зробивши повний оберт, повертаються до вузла-джерела. Тому цей вузол може контролювати процес доставки даних адресату. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв’язності мережі та пошуку вузла, що працює некоректно. Для цього в мережу посилаються спеціальні тестові повідомлення.

Рис. 4.3. Кільце

У той час, як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію — зірка, кільце чи спільна шина, для великих мереж характерна наявність довільних зв’язків між комп’ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільно зв’язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаною топологією.

До адреси вузла мережі та схеми його призначення можна висунути кілька вимог:

·                     адреса повинна унікально ідентифікувати комп’ютер у мережі будь-якого масштабу;

·                     схема призначення адрес має зводити до мінімуму ручну працю адміністратора й імовірність дублювання адрес;

·                     адреса повинна мати ієрархічну структуру, зручну для побудови великих мереж. Цю проблему добре ілюструють міжнародні поштові адреси, які дають змогу поштовій службі, що організує доставку листів між країнами, скористатися лише назвою країни адресата і не враховувати назву його міста, а тим паче вулиці;

·                     адреса має бути зручна для користувачів мережі, а це означає, що вона повинна мати символьне подання наприклад, www.gu.net;

·                     адреса повинна мати якомога компактніше подання, щоб не перевантажувати пам’ять комунікаційної апаратури — мережних адаптерів, маршрутизаторів і т. ін.

На практиці звичайно використовується відразу кілька схем, тож комп’ютер одночасно має кілька адрес-імен. Кожна адреса використовується в тій ситуації, коли відповідний вид адресації є найзручнішим. А щоб не виникало плутанини і комп’ютер завжди однозначно вирізнявся своєю адресою, використовуються спеціальні допоміжні протоколи, що за адресою одного типу можуть визначити адреси інших типів.