Проектування компютерної мережі

 

Поряд з окремими перевагами, данi локальнi мережi мають ряд недолiкiв. Зокрема, при пiдключеннi великої кiлькостi робочих станцiй пiдтримання високої швидкостi комутацiї вимагає значних апаратних затрат. Крiм того, значне функцiональне навантаження центрального вузла визначає його складнiсть, що вiдповiдно позначається на надiйностi.

В мережах з шинною топологiєю (Рис. 1.3.) робочi станцiї з допомогою мережевих адаптерiв пiдключаються до магiстралi (шини). Аналогiчним чином до загальної магiстралi пiдключаються й iншi мережевi пристрої. В процесi роботи мережi iнформацiя вiд передаючої робочої станцiї поступає на адаптери всiх робочих станцiй, але сприймається вона тiльки адаптером тiєї робочої станцiї, якiй вона адресована.

Напрям передачi iнформацiї

 

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Пристрiй узгодження (термiнатор)

Шина (магiстраль)

Пристрiй узгодження (термiнатор)

Рисунок. 1.3 - Шинна топологiя мережi.

 

Подiбна лiнiйна топологiя характеризується простотою органiзацiї i можливiстю пiдключення нових робочих станцiй без додаткового обладнання. Однак наявнiсть загального середовища передачi не дозволяє абонентським системам одночасно передавати iнформацiю.

Кiльцева мережа (Рис. 1.4) характеризується наявнiстю замкнутого однонаправленого каналу передачi даних у виглядi кiльця або петлi. В цьому випадку iнформацiя передається послiдовно мiж адаптерами робочих станцiй до тих пiр, поки не буде прийнята одержувачем i потiм видалена з мережi. Переважно за видалення iнформацiї з мережi вiдповiдає її вiдправник. Управлiння роботою кiльцевої мережi може здiйснюватися централiзовано з допомогою спецiальної монiторної станцiї, або децентралiзовано за рахунок розподiлу функцiй управлiння мiж всiма робочими станцiями. Недолiком кiльцевої топологiї є те, що вiдмова однiєї ланки кiльця може вивести з ладу всю локальну мережу. З метою пiдвищення надiйностi кiльцевих структур використовують спецiальнi безрозривнi комутатори, якi дозволяють автоматично вiдключати неробочi комп’ютери або окремi сегменти мережi.

На рисунку 1.5 представлена найбiльш характерна структура кiльцевої мережi з використанням безрозривного комутатора, вихiднi  роз’єми якого є нормально замкнутими, в результатi чого утворюється внутрiшнє кiльце передачi iнформацiї. При пiд’єднаннi нового сегмента в комутаторi розмикається вiдповiдний роз’єм, який пiдключає робочу станцiю до кiльця. Вiдповiдно, при вiдключеннi робочої станцiї вiдповiдний роз’єм комутатора замикається. Це дозволяє в будь-який момент вiдключити або пiдключити будь-яку абонентську систему без порушення цiлiсностi кiльця.

 

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

 

 

 

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Рисунок 1.4 - Кiльцева топологiя мережi.

 

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

 

Комутатор

Робоча станцiя

Замкнутi роз’єми

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Рисунок. 1.5 - Використання комутаторів в кiльцевих мережах.

 

1.4 Логiчна органiзацiя  мережi

 

Поряд з фiзичною топологiєю, локальна мережа характеризується логiчною структурою. На рiвнi логiчної структури визначається логiчний канал передачi iнформацiї, порядок доступу робочих станцiй до загального середовища передачi i характер взаємодiї комп’ютерiв мiж собою.

Логiчний канал задає послiдовнiсть передачi iнформацiї робочими станцiями. При цьому логiчна органiзацiя не завжди спiвпадає з топологiєю мережi. Так, показана на Малюнок 1.5 кiльцева мережа має явно виражену зiркоподiбну топологiю. В рамках локальних мереж розрiзняють лiнiйнi i кiльцевi логiчнi канали. При лiнiйнiй логiчнiй органiзацiї (Рис. 1.6) всi вузли локальної мережi зв’язанi мiж собою загальною логiчною шиною.

В цьому випадку iнформацiя вiд вузла поступає на загальну логiчну шину, потiм, в залежностi вiд адреси одержувача, поступає на один з вузлiв локальної мережi. Подiбна органiзацiя вiдповiдає лiнiйнiй фiзичнiй структурi, показанiй на рисуноку 1.3.

Це найпростiший вид логiчної органiзацiї мережi, який, як правило, не потребує спецiального управлiння. Подiбне поєднання фiзичної i логiчної структур використовується в широко вiдомих мережах Ethernet.

 

Вузол №1

Вузол №2

Вузол №3

Вузол №4

Вузол №5

Напрям передачі iнформацiї

Рисунок 1.6 - Логiчна лiнiйна структура.

 

При кiльцевiй логiчнiй органiзацiї (Рис. 1.7) використовується спецiальна управляюча iнформацiя, наприклад, у виглядi маркера, який послiдовно передається мiж вузлами мережi.

При поступленнi маркера вузол отримує можливiсть передавати iнформацiю у фiзичне середовище. Кiльцева логiчна органiзацiя може використовуватися не тiльки в кiльцевiй, але i у лiнiйнiй фiзичнiй структурi локальних мереж.

 

Вузол №1

Вузол №2

Вузол №3

Вузол №4

Вузол №5

Напрям передачi iнформацiї

Рисунок 1.7 - Логiчна кiльцева структура.

 

На рисунку 1.8 показано варiант реалiзацiї кiльцевої логiчної структури в рамках фiзичної шинної топологiї. Тут управляюча iнформацiя (маркер) передається у вiдповiдностi з логiчним кiльцем, а данi передаються через загальну шину безпосередньо адресату. Як видно з малюнка послiдовнiсть робочих станцiй в логiчному кiльцi може не спiвпадати з їх фiзичними адресами.

В рамках кільцевої фізичної структури, як правило, реалiзується  логiчна  кiльцева структура. В цьому випадку логiчна i фiзична структури спiвпадають, тобто маркер i данi передаються по кiльцю в одному напрямi.

 

Робоча станцiя №1

Робоча станцiя №5

Робоча станцiя №3

Робоча станцiя №2

Робоча станцiя №4

 

Пристрiй узгодження (термiнатор)

Шина (магiстраль)

Пристрiй узгодження (термiнатор)

Логiчне кiльце

Напрям передачi маркера

Рисунок 1.8 - Логiчна кiльцева i фiзична шинна топологiї локальної мережi.

 

1.5 Технологiя Клієнт  – сервер

 

Характер взаємодiї комп’ютерiв в локальнiй мережi прийнято пов’язувати з їх функцiональним призначенням. Як i у випадку прямого з’єднання, в рамках локальних мереж використовують поняття клiєнт i сервер. Технологiя клiєнт-сервер – це особливий спосiб взаємодiї комп’ютерiв в локальнiй мережi, при якому один з комп’ютерiв (сервер) надає свої ресурси другому комп’ютеру (клiєнту). Вiдповiдно до цього розрiзняють одноранговi мережi та сервернi мережi.

При одноранговiй архiтектурi в мережi вiдсутнi видiленi сервери, кожна робоча станцiя може виконувати функцiї клiєнта i сервера. В цьому випадку робоча станцiя видiляє частину своїх ресурсiв в загальне користування всiм робочим станцiям мережi. Як правило, одноранговi мережi створюються на базi однакових по потужностi комп’ютерiв. Одноранговi мережi є досить простими в наладцi та експлуатацiї. В тому випадку, коли мережа складається з невеликої кiлькостi комп’ютерiв i її основною функцiєю є обмiн iнформацiєю мiж робочими станцiями, однорангова архiтектура є найкращим рiшенням. Подiбна мережа може бути досить швидко i просто реалiзована засобами системи Windows-95.

Наявнiсть розподiлених даних i можливiсть змiни своїх серверних ресурсiв кожною робочою станцiєю ускладнює захист iнформацiї вiд несанкцiонованого доступу, що є одним з недолiкiв однорангових мереж. Розумiючи це, розробники починають придiляти особливу увагу питанням захисту iнформацiї в однорангових мережах.

Iншим недолiком даних мереж  є їх нижча продуктивнiсть. Це пояснюється тим, що мережевi ресурси зосередженi на робочих станцiях, яким потрiбно одночасно виконувати функцiї клiєнтiв i серверiв. Iз збiльшенням потужностi комп’ютерiв з’являється можливiсть вдосконалення технологiї однорангових мереж в напрямку пiдвищення їх ефективностi, що призводить до розширення областi їх використання.

В серверних мережах здiйснюється чiткий розподiл функцiй мiж комп’ютерами: однi з них постiйно є клiєнтами, а iншi – серверами. Враховуючи рiзноманiтнiсть послуг, якi надають комп’ютернi мережi, iснує кiлька типiв серверiв, а саме: мережевий сервер, сервер друку, поштовий сервер та iн.

Мережевий сервер являє собою спецiалiзований комп’ютер, орiєнтований на виконання основного об’єму обчислювальних робiт i функцiй по управлiнню комп’ютерною мережею. Цей сервер мiстить ядро мережевої операцiйної системи, пiд управлiнням якої здiйснюється  робота всiєї локальної мережi. Мережевий сервер має досить велику швидкодiю i великий об’єм пам’ятi. При подiбнiй мережевiй органiзацiї фукнцiї робочих станцiй зводяться до вводу-виводу iнформацiї i обмiну нею з мережевим сервером.

Термiн файловий сервер вiдноситься до комп’ютера, основною функцiєю якого є зберiгання, управлiння та передача файлiв даних. Вiн не обробляє i не змiнює файли, якi передає i зберiгає. Сервер може “не знати” чи є даний файл текстовим документом, графiчним зображенням чи електронною таблицею. В загальному випадку на файловому серверi можуть бути вiдсутнiми навiть клавiатура i монiтор. Всi змiни в файлах  даних здiйснюються з клiєнтських робочих станцiй. Для цього клiєнти зчитують файли даних з файлового сервера, здiйснюють необхiднi змiни даних i повертають їх назад на файловий сервер. Подiбна органiзацiя найбiльш ефективна при роботi великої кiлькостi користувачiв з загальною базою даних. В рамках великих мереж може одночасно використовуватися кiлька серверiв.

Сервер друку (принт-сервер)  являє собою друкуючий пристрiй, який при допомозi мережевого адаптера пiдключається до середовища передачi. Подiбний мережевий друкуючий пристрiй є самостiйним i працює незалежно вiд iнших мережевих пристроїв. Сервер друку обслуговує заявки на друк вiд всiх серверiв та робочих станцiй. В якостi серверiв друку використовуються спецiальнi викопродуктивнi принтери.

При високiй iнтенсивностi обмiну даними з глобальними мережами в рамках локальних мереж видiляються поштовi сервери, з допомогою яких обробляються повiдомлення елекронної пошти. Для ефективної взаємодiї з мережею Internet можуть використовуватися Web-сервери.

 

1.6 Розгалуженi  мережевi  топології

 

Розглянутi вище технологiї переважно знаходять застосування в невеликих мережах, якi складаються з 10-15 комп’ютерiв. Для створення бiльших локальних мереж використовуються додатковi мережевi пристрої, що дозволяють збiльшити розмiр мережi i реалiзувати бiльш складну мережеву топологiю, яка найбiльш точно вiдображає фiзичне розмiщення комп’ютерiв. В якостi подiбних мережевих пристроїв виступають рiзноманiтнi повторювачi, концентратори, мости та iн.

Повторювачем називають пристрiй, що здiйснює вiдновлення вихiдних значень сигналiв i узгодження електричних параметрiв мереж, що об’єднуються. В рамках однорiдного фiзичного середовища повторювачi використовуються для збiльшення довжини мережi i кiлькостi робочих станцiй, що пiдключаються. На Мал.9 показано приклад об’єднання з допомогою повторювача двох сегментiв мережi. В даном випадку загальна довжина мережi i число робочих станцiй може бути збiльшене вдвiчi.

Повторювачi використовуються для об’єднання сегментiв мереж як з однаковими, так i з рiзними характеристиками фiзичного середовища передачi даних. Наприклад, при об’єднаннi сегментiв мережi стандарту IЕЕЕ 802.3, 10BASE5 та 10BASE2 повторювач забезпечує узгодження фiзичних та електронних параметрiв товстого i тонкого коаксiального кабеля.

Концентратор – пристрiй, що забезпечує радiальне пiдключення мережевих вузлiв. В локальних мережах використовуються пасивнi i активнi концентратори. Пасивний концентратор являє собою розподiльчий пристрiй, що дозволяє пiдключати до одного кабеля два-три мережевих вузли. Пасивний концентратор не здiйснює вiдновлення рiвня електричного сигналу, тому допускається пiдключення пристроїв на невеликi вiдстанi. В основному пасивнi концентратори використовуються в низькошвидкiсних мережах, наприклад в мережi ARCNET. На вiдмiну вiд пасивного, активний концентратор обов’язково здiйснює вiдновлення форми i рiвня сигналiв, що передаються. Є кiлька типiв активних концентраторiв. Деякi, найбiльш простi, приймаючи сигнали по одному iз входiв, пiдсилюють їх i передають на всi iншi виходи. Iншi концентратори (їх називають iнтелектуальними) аналiзуюють потiк iнформацiї i керують ним, направляючи на рiзнi мережевi вузли.