30.5. Методи передавання даних

Розрізняють три основні методи передавання даних: комутація каналів, повідомлень та пакетів.

Комутація каналів:

У мережі попередньо встановлюється фізичне з'єднання від відправника до адресата. Таке з'єднання є каналом, що об'єднує послідовно з'єднані ділянки. Комутацію каналів забезпечує службове повідомлення, яке прокладає зв'язок від одного пункту комутації до іншого. Після налагодження фізичного з'єднання з пункту призначення до відправника надходить сигнал зворотнього зв'язку, і лише тоді розпочинається передавання даних. При цьому задіяні для передавання ділянки каналів недоступні для інших передач. Комутація каналів пов'язана з часовими затримками на налагодження з'єднань та очікування звільнення необхідних канальних ділянок. Перевагою методу є збереження часової послідовності інформації, що передається. Якщо ця вимога є основною - то доводиться використовувати доволі дорогі виділені (скомутовані на тривалий час) канали зв'язку. Прикладом мережі з комутацією каналів є телефонні мережі (АТС - пункти комутації канальних ділянок).

Комутація повідомлень:

Інформація між пунктами відправлення та прийняття проходить шляхом запам'ятовування у проміжкових вузлах комутації. Для цього створюється віртуальний канал (віртуальний канал може складатись з фізичних каналів різної пропускної здатності), а фізичні з'єднання відбуваються лише між двома сусідніми пунктами комутації на час передавання повідомлення. Кожне повідомлення містить заголовок з адресою пункту призначення. Оскільки у будь-який момент часу зайнятою є лише одна канальна ділянка, то решта можуть бути використані для передавання інших повідомлень. Метод комутації повідомлень дає змогу збільшити пропускну здатність мережі та зменшити затримки передавання інформації.

Комутація пакетів:

Цей метод є різновидом методу комутації повідомлень, в якому повідомлення поділяється на пакети фіксованого розміру. Кожен пакет отримує заголовок, в якому, окрім адрес відправника та отримувача, міститься порядковий номер пакета у повідомленні. Пакети передаються мережею незалежно один від одного і, можливо, надходять до адресата різними маршрутами. У пункті призначення з пакетів, з використанням їх нумерації, формується вихідне повідомлення. Метод комутації пакетів є одним з найпоширеніших, оскільки дає змогу досягнути найвищої пропускної здатності мережі.

Комп'ютерна мережа є багаторівневою структурою. На її нижньому рівні перебувають елементи, що забезпечують фізичне з'єднання комп'ютерів - кабелі й мережні плати. Далі випливають набори правил, згідно яким комп'ютери "спілкуються" між собою. Нарешті, на верхньому рівні перебувають прикладні програми для роботи в мережі.

30.6. Ethernet

Почнемо вивчення комп'ютерних мереж з нижнього, фізичного рівня. Із всіх технологій, розроблених людством для з'єднання комп'ютерів, найбільш популярної є Ethernet: Найчастіше зустрічаються два основних типи мереж Ethernet, що розрізняють по наборі додаткових пристроїв, типу використовуваного кабелю й способу його прокладки.

Мережі першого типу називаються l0Base. У такій, мережі кожен комп'ютер з'єднується із центральним пристроєм — концентратором за допомогою окремого кабелю типу "кручена пари". Мережі другого типу називаються 10Base2. У них комп'ютери з'єднуються один з одним послідовно за допомогою коаксіального кабелю опором 50 Ом; ніяких додаткових пристроїв не потрібно. Мережі цього типу є найбільш дешевими, хоча й не позбавлені недоліків. Докладніше вони будуть описані в наступному розділі.

Однієї з головних характеристик комп'ютерних мереж є пропускна здатність, іноді називана швидкістю передачі даних. Вона показує, яке максимальна кількість інформації може бути передане по даної,, мережі в одиницю часу. Для мереж Ethernet ця величина становить 10 Мбит/з, чого цілком достатньо для звичайних офісних додатків (або ігор) при невеликому числі комп'ютерів.

Технічні подробиці

Важливою особливістю технології Ethernet є те, що одночасно вести передачу може тільки один комп'ютер із всіх, приналежних до однієї ділянки мережі, Тому при збільшенні загального числа комп'ютерів або обсягу переданої інформації продуктивність всієї системи різко знижується. Існує кілька способів рішення цієї проблеми. Одним з них є збільшення смуги пропущення, що позволяет.кожному комп'ютеру швидше передати інформацію й звільнити мережу для інших учасників. Уже випускаються мережні плати Ethernet, розраховані на пропускну здатність 100 Мбит/з, і розробляються пристрої із пропускною здатністю 1 Гбит/с. Однак такі швидкості необхідні для передачі більших обсягів інформації, наприклад, при проведенні відеоконференцій або використанні мультимедийных додатків.

У кожен комп'ютер, що підключає до мережі, необхідно встановити спеціальну мережну плату, що має рознімання для підключення кабелю відповідного типу. Для підключення коаксіальних кабелів використається рознімання BNC, для кабелю "кручена пари" - рознімання RJ-45. Існують мережні плати (їх іноді називають combo), що мають рознімання обох типів. Такі плати можуть використатися як у мережах 10Base2, так й у мережах lOBase (але не в обох одночасно) і дають можливість згодом перемінити тип кабелю. Природно, що.легше всього встановлювати плати, що підтримують технологію Plug and Play.

Мережні протоколи

Наступним компонентом комп'ютерних мереж є мережні протоколи. Вони являють собою набори правил, що описують взаємодію комп'ютерів. Зокрема, у функції протоколів входить визначення адресата й відправника повідомлення, а також опис формату цього повідомлення. Оскільки комп'ютерні мережі найчастіше мають складну структуру, що складається з багатьох сегментів, у завдання протоколів також входить маршрутизація, тобто визначення шляху проходження повідомлення. Самими популярними на сьогоднішній день є наступні протоколи.

– NetBEUI Найбільш простий протокол, розроблений для невеликих локальних мереж. Не вимагає настроювання (досить привласнити кожному комп'ютеру унікальне ім'я), не підтримує маршрутизацію; навантаження на процесор і пам'ять мінімальна. Підтримка NetBEUI убудована в операційні системи Windows for Workgroups, Windows 9x/NT.

– TCP/IP Під цією абревіатурою піднімається пакет протоколів, що забезпечують широкий спектр можливостей, включаючи маршрутизацію. Кожному комп'ютеру привласнюється унікальна IP-адреса, наприклад 194.48.240.13, і маска подсети, що задає діапазон IP-адрес локальної мережі. Крім того, комп'ютеру може привласнюватися ім'я DNS, задаватися шлюз(ы) і інші параметри. TCP/IP є основним протоколом операційної системи UNIX і мережі Internet. Підтримка TCP/IP убудована в операційні системи Windows 9x/NT.

– IPX/SPX Протокол, розроблений компанією Novell для своєї операційної системи NetWare, однак в останніх версіях цього продукту намітився перехід на TCP/IP. Установка протоколу IPX/SPX має сенс у двох випадках: при наявності в мережі серверів NetWare або для запуску старих ігор, що не підтримують протокол TCP/IP.

Ці протоколи не є взаємовиключними: вони можуть бути встановлені й одночасно працювати на одному комп'ютері, в одній мережі. Для установки з'єднання між двома комп'ютерами необхідно, щоб на них був установлений хоча б один загальний протокол.

Оскільки передача інформації в сучасних мережах вимагає взаємодії багатьох підсистем, мережні протоколи також утворять ієрархічну структуру, у якій кожен протокол відповідає за окремий рівень. Наприклад, існують протоколи передачі Web-сторінок (HTTP), відправлення (SMTP) і одержання (РОРЗ й IMAP4) повідомлень електронної пошти й багато хто інші. Всі вони працюють "поверх" протоколу TCP/IP.

Клієнти й сервери

Нарешті, мережним компонентом "верхнього рівня" є програмне забезпечення, що безпосередньо виконує операції, необхідні користувачеві. Копіювання файлів з мережного диска, відправлення повідомлення електронної пошти, перегляд Web-сторінки — всі ці дії мають на увазі нерівноправність учасників: один комп'ютер надає які-небудь послуги, а інший комп'ютер їх одержує. Комп'ютер, що надає в мережу послуги (свій дисковий простір, можливість пересилання повідомлень, Web-сторінки), називається сервером, а споживач цих послуг — клієнтом.

Такий розподіл не є абсолютним: той самий комп'ютер може одночасно бути файлом-сервером, надаючи доступ до своєї файлової системи, і клієнтом електронної пошти, відправляючи й одержуючи повідомлення з поштового сервера. Комп'ютерні мережі, у яких ті самі комп'ютери іноді виступають у ролі серверів, а іноді — у ролі клієнтів, називаються одноранговими. Можливість повноправної участі в одноранговій мережі підтримується операційними системами Windows for Workgroups й Windows 9x.

Существуют також мережі клієнт-сервер, у яких всі загальнодоступні ресурси зосереджені на декількох потужних комп'ютерах, які завжди виступають у ролі серверів. Звичайно такі комп'ютери працюють під керуванням мережних операційних систем, таких як UNIX, Windows NT Server або Novell NetWare. Характерною рисою мереж клієнт-сервер є наявність централізованої бази даних користувачів, завдяки якій користувачі можуть входити в мережу з будь-якого комп'ютера. Комп'ютери, що працюють під керуванням Windows 3.11 й Windows 9х, можуть брати участь у такій мережі тільки в ролі клієнта.

Крайнім випадком комп'ютера-клієнта є мережний комп'ютер (network computer, NC), що представляє собою машину з гарною графічною підсистемою й великою оперативною пам'яттю, але без дисководів і жорсткого диска. Єдиною програмою, що виконується на такому комп'ютері, є Web-броузер, що дозволяє використати ресурси сервера.