2. Архітектура локальних обчислювальних мереж

2.1. Основні поняття. Топологія мереж

Усе, про що йшлося вище, крім деяких протоколів, стосувалося глобальних та регіональних мереж, які свого часу виникли як обчислювальні, потім переродились в інформаційно-обчислювальні. Це пов'язано з тим, що затримки в лініях передавання регіональних та глобальних мереж роблять нераціональним об'єднання їх для використання обчислювальних ресурсів.

А от локальні мережі набули і продовжують набувати що раз більшого поширення. Що ж ми розуміємо під локальною мережею? Переважно локальною мережею називається деяка кількість незалежних комп'ютерів, з'єднаних між собою комунікаційним обладнанням. У цьому випадку прикладне програмне забезпечення, що працює на цих комп'ютерах, повинно мати достатньо надійні, прості та швидкодіючі засоби передавання даних через наявне комунікаційне обладнання.

Комп'ютери такої мережі переважно розташовані на невеликих відстанях (приблизно до 1 км), часто в межах однієї будівлі чи установи, що, власне, і забезпечує "локальність" мережі.

З чого ж складається ЛКМ. По-перше, — комп'ютер, по-друге, — комунікаційне обладнання. Сюди відносять спеціалізовані адаптери мережі, які вставляють у вільні слоти (розняття всередині ПК). Це не що інше, як блоки доступу окремого комп'ютера до фізичного середовища передавання даних. Варто зазначити, що об'єднанню підлягають тільки однотипні адаптери.

По-третє, — це лінії зв'язку та розняття, що часто називають інтерфейсом. І, безумовно, програмне забезпечення.

Це все стосується апаратної частини мережі. А тепер розглянемо мережу з погляду її використання. Традиційно ЛКМ розвивалися як засіб розподілу дорогих ресурсів та як засіб керування складними процесами, які відбуваються в режимі реального часу. Основні ресурси, що підлягають розподілу, це дискова пам'ять та друкарські пристрої. Зрозуміло, що основне навантаження в мережі зосереджується на тих комп'ютерах, які виділяють у мережу свої ресурси. Тому комп'ютери поділяють на ті, що виділяють свої ресурси в мережу (сервери), і ті що споживають їх (робочі станції). Слід зауважити, що в літературі трапляється і трохи інше визначення терміна станція, — а саме – міжпроцесорний пристрій, що стикує абонента з комунікаційною підмережею. Згідно з моделлю ISO така станція повинна виконувати функції значної частини нижніх рівнів, аж до транспортного. Якщо така станція реалізує функції фізичного і канального рівнів, то вона називається канальною станцією, або контролером. Станції, що беруть на себе функції мережного чи транспортного рівнів, називають відповідно мережними і транспортними. Це можуть бути спеціалізовані процесори або потужні трансп'ютерні системи.

Про обладнання, функції та математичне забезпечення сервера чи файл-сервера йтиметься згодом. А зараз кілька слів про те, як можуть комп'ютери з'єднуватись у мережі, тобто яка топологія локальних мереж?

ЛКМ будують з комунікаційною підмережею, яка має ідеологію моноканалу. Така підмережа може мати чотири топології: зірка, кільце, деревоподібна і лінійна.

1.Зірка. Приклад: мережа ''Алоха''(С.10-11). Типове розташування абонентів мережі показано на рис.4.

Переваги: зручне розташування центрального пристрою контролю за станом мережі та збору статистики.

Недоліки: велика протяжність і кількість ліній зв'язку. (Крім супутникового зв'язку).

Рис.4. Мережа зіркоподібного типу.

2.Кільце (циклічна мережа)

Рис.5. Мережа кільцевого типу.

Для того, щоб робота кільцевого моноканалу була засинхронізована, в адаптери або в кабелі включають лінії затримки і все кільце стає ніби динамічною пам'яттю на лініях затримки. Довжина кабелю, на якому розташовується блок даних фіксованої довжини, називається сегментом. Кількість сегментів повинна бути завжди цілою! Якщо такого узгодження нема, то монітор (сервер) вставляє в спеціальний регулювальний сегмент або знімає з нього деяку кількість нулів.

У кожному сегменті розташовується кадр інформації - ніби скринька, в яку закладається міні-пакет. Отже, в кільці з постійною швидкістю циркулює певна, постійна кількість "скриньок" (подібно до чортового колеса, чи підйомника в горах).

Структура кадру така, що в "голові" відмічено, чи є в ньому міні-пакет (повний він чи порожній), а в "хвості" — місце для відмітки адресата про отримання міні-пакета. В міні-пакеті зазначають номери станцій адресата і відправника. Коли повз станцію з блоком доступу проходить "порожній" кадр, вона може вкласти в нього міні-пакет, змінивши відповідну ознаку на "новий". Коли кадр проходить повз станцію отримувача, то вона списує вміст міні-пакета і в кінці кадру ставить відмітку про те, прийняла вона пакет чи ні.

Рис.6. Схема передавання інформації у мережі кільцевого типу.

Коли кадр пройде повний круг, він знову досягне станції відправника, станція знімає з нього ознаку "повний", звіряє його з надісланим і перевіряє наявність відмітки про отримання. Якщо така відмітка є, то все гаразд, якщо ні — повторює посилку, дочекавшись вільного кадру (бо старий уже пішов). Інформаційна місткість кільця невелика, тому міні-пакети роблять такими, що об'єм корисних даних 2-4 байти. Збільшити місткість можна шляхом збільшення робочої частоти або затримки. Тому кільцеву топологію ЛКМ застосовують у малих локальних мережах з можливістю виходу в інші мережі, більш потужні (див. рис.6).

Обладнання для передавання даних з однієї мережі в іншу називається шлюзом.

Недоліком такої мережі є ще й те, що у випадку виходу з ладу кільця на одній ділянці втрачається можливість роботи у всій мережі. Частково цього уникають у модифікованих кільцевих мережах, так званих петлеподібних.

Рис.7. Кільцева петлеподібна мережа.

У мережу (див. рис.7) вмикають концентратори каналів — керувально-контрольні центри, які ведуть статистику, контролюють роботу мережі, а головне – блокують несправну ділянку (шунтують).

3. Деревоподібна та лінійна (шинна) топології — пряма аналогія магістральних шинних архітектур міні та мікро-ЕОМ. Однією з найпоширеніших мереж лінійної, чи деревоподібної архітектури є мережа Ethernet (Езернет), яку розробили провідні фірми XEROX, а потім DEC та INTEL. Іноді цю мережу позначають DIX. Уже згадуваний IEEE адаптував і модифікував DIX V.2, уклав для її роботи протокол IEEE 802.3, який повністю збігається з ISO 8802.3, про що вже згадувалось.

Як приклад, наведемо CSMA/CD деревовидну структуру мережі Ethernet (рис.8). Тут мережа складається з чотирьох лінійних ділянок, які називаються сегментами. За допомогою спеціальних пристроїв сегменти під’єднуються до головної шини, утворюючи у такий спосіб деревовидну структуру. Така структура дозволяє будувати багатосерверні мережі, бо кожний з сегментів може мати свій сервер. Характерною особливістю таких мереж є узгодження хвильових опорів інформаційних шин (коаксіальних кабелів) за допомогою спеціальних пристроїв — термінаторів (“заглушок”). У випадку мережі Езернет – це звичайний резистор величиною 50 Ом.

Рис.8. Шинна топологія (Мережа типу "Езернет" на коаксіальному кабелі).

4. Комутована топологія. Сучасний спосіб організації приєднання робочих станцій до мережі.