Економічна інформатика. Класифікація комп'ютерних мереж

На сьогоднішній день відомі і досить поширені такі види конфігураційного зв'язку між окремими робочими станціями локальних обчислювальних мереж, що іменуються топологією мережі:

топологія мережі з єдиною шиною (bus network);

кільцева топологія мережі (ring network);

зіркоподібна топологія мережі (star network);

гібридна топологія мережі;

осередкова топологія мережі.

Топологія локальної обчислювальної мережі з єдиною шиною - це конфігурація комп'ютерної мережі, в якій усі вузли (робочі станції) підключені до основної лінії зв'язку (шини). Характерною особливістю роботи такої мережі є те, що кожна робоча станція самостійно стежить за роботою лінії зв'язку, реєструючи абсолютно всі повідомлення, які проходять по мережі, але приймає до обробки тільки адресовані безпосередньо даній робочій станції. Оскільки шинна топологія базується на спільній магістралі даних, відключення одного з вузлів не порушує загального ритму і технологію роботи. Щоб уникнути проблем при спробі двох або більше вузлів мережі одночасно скористатися лінією зв'язку, в мережах з подібною топологією застосовується спеціальний механізм виявлення і вирішення конфліктів передачі даних (collision detection). Цей процес виконується на кожному вузлі комп'ютерної мережі. Він відстежує стан лінії зв'язку для визначення моменту виникнення конфлікту, коли два або більше вузли намагаються вести передачу даних одночасно. При виникненні конфлікту залучені в нього вузли чекають протягом певного інтервалу часу, а потім поновлюють спробу передачі даних.

Кільцева топологія локальної обчислювальної мережі - це конфігурація комп'ютерної мережі, в якій всі вузли мережі сполучені в замкнений контур (кільце). Повідомлення в кільцевій мережі проходять в одному напрямі від вузла до вузла. Кожний вузол мережі перевіряє адресу пункту призначення, що міститься в повідомленні. Якщо адреса збігається з адресою даного вузла, то повідомлення приймається, якщо ні - вузол регенерує сигнал і направляє повідомлення до наступного вузла мережі по колу. Даний спосіб передачі мережних повідомлень дозволяє охопити кільцевою мережею значні відстані.

Зіркоподібна топологія локальної обчислювальної мережі - це конфігурація комп'ютерної мережі, в якій кожний вузол мережі сполучений з центральним комп'ютером окремою лінією зв'язку, утворюючи подібність променів зірки. Повідомлення в зіркоподібній мережі проходять безпосередньо від вузла до центрального комп'ютера (hub - концентратор), який виробляє подальший маршрут передачі повідомлення безпосередньо адресату. Надійність такої конфігурації мережі досягається тим, що кожний вузол мережі практично не впливає на всю мережу при виході з ладу. Однак вихід із ладу центрального комп'ютера призводить до зупинки всієї мережі.

Гібридна топологія локальної обчислювальної мережі - це одна з найбільш складних конфігурацій комп'ютерних мереж, яка об'єднує у своєму складі різні топології у вигляді складної комбінації різноманітних мережних комунікаційних і програмних систем. Взаємодія всіх типів мереж при такому підході до побудови загальної топології здійснюється шляхом використання додаткового обладнання - маршрутизаторів, які організовують коректну роботу різних мережних технологій в єдиному комплексі.

Осередкова топологія локальної обчислювальної мережі - це найбільш стійка стосовно відмов топологія мережі, при якій кожна робоча станція мережі безпосередньо з'єднується з усіма іншими станціями. Стійкість такої мережі забезпечується за рахунок того, що передача даних від одного вузла мережі до іншого може здійснюватися як безпосередньо, так і через інші вузли мережі, що істотно підвищує загальну надійність мережі. Однак мережі з подібною топологією надзвичайно дорогі і потребують величезних фінансових і виробничих витрат при монтажі. Тому застосування такої топології має бути виправдане високими вимогами до надійності всієї мережі.

Ще одним істотним елементом загальної класифікації сучасних комп'ютерних мереж є так звана архітектура мережі. На сьогоднішній день широку популярність набули такі типи мережної архітектури:

Ethernet;

Token Ring;

ARCnet;

FDDI;

CDDI;

ATM;

100VG - AnyLAN;

lOOBaseX.

Розглянемо представлені мережні архітектури дещо детальніше, оскільки без розуміння способів організації передачі даних у локальних обчислювальних мережах неможливо говорити про розуміння елементарних принципів їх побудови та використання.

Архітектура Ethernet - це технологія передачі даних в комп'ютерних мережах, розроблена компанією Xerox Corporation в 1976 році. На сьогоднішній день, незважаючи на свій вік, дана архітектура найбільш поширюються при побудові порівняно невеликих локальних обчислювальних мереж завдяки низькій вартості і прийнятній продуктивності. Швидкість передачі даних у мережах Ethernet досягає 10 Мбіт на секунду.

Мережа Ethernet використовує шинну топологію мережі і заснована на використанні як методу управління доступом декількох мережних пристроїв до одного кабеля протокол у CSMA/CD Ethernet (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множинний доступ з виявленням носія і вирішенням конфліктів).

Під час роботи Ethernet з протоколом CSMA/CD кожний вузол мережі "прослуховує" канал зв'язку, перед тим як передати що-небудь по мережі. Якщо лінія зв'язку зайнята іншим мережним пристроєм, то в ній присутній спеціальний електронний сигнал, що свідчить про зайнятість кабеля. Вузол мережі може передати свій кадр інформації в мережу, тільки якщо вона не зайнята іншими вузлами. Щойно кабель звільняється, вузол передає в мережу свій кадр і "прослуховує" кабель для виявлення можливих конфліктів з іншими вузлами, що передають свою інформацію. Якщо при передачі кадру виникає зіткнення кадрів, то обидва вузли, залучені в конфлікт, припиняють передачу інформації, чекаючи протягом деякого випадкового інтервалу часу, після чого поновлюють спробу передачі інформації в мережу.

Кожний інформаційний пакет Ethernet містить крім іншої інформації адресу вузла-одержувача, проте при використанні методу CSMA/CD кожний вузол мережі Ethernet обов'язково самостійно перевіряє всі інформаційні пакети, що проходять через нього. Якщо даний пакет не призначений для цього вузла, він передається наступному. Якщо вузол мережі виявив пакет, адресований йому, то виконується така послідовність дій з приймання та обробки отриманого інформаційного пакета:

перевіряється цілісність отриманого пакета;

перевіряється довжина пакета, вона не повинна перевищувати 1500 біт;

перевіряється циклічний надмірний код;

перевіряється, чи не є пакет дуже коротким, менше за 64 байт;

пакет передається для подальшої обробки.

Подібна організація прийому/передачі інформації повністю виправдовує себе в невеликих за масштабом і кількістю підключених робочих станцій локальних обчислювальних мережах. Із зростанням розміру мережі відповідно зростає і кількість зіткнень інформаційних пакетів у лінії зв'язку, що неминуче призводить до падіння продуктивності мережі.

Залежно від фізичного середовища передачі даних, що використовується в цей час, розрізнюють декілька різновидів мережної архітектури Ethernet: Ethernet 10Base2, Ethernet 10Base5 і Ethernet lOBaseT.

Архітектура Ethernet 10Base2 - найбільш проста з представлених різновидів. Вузли локальної обчислювальної мережі з'єднуються коаксіальним кабелем RG58A/U діаметром 5 мм у вигляді загальної шини. Підключення робочих станцій здійснюється за допомогою спеціальних з'єднувачів (connector) безпосередньо до передаючого кабеля.

Архітектура Ethernet 10Base5 - цей різновид Ethernet, подібно до lOBase2, заснований на шинній топології, але як фізичне середовище передачі інформації використовується коаксіальний кабель RG8 або RG11 діаметром 10 мм. Підключення робочих станцій до передаючого кабеля здійснюється через спеціальні відгалуження (Attachment Unit Interface, АШ - кабель інтерфейсного модуля) і за допомогою спеціального затиску - (Medium Attachment Unit, MAU модуль підключення до середовища або трансивер).

Архітектура Ethernet 10BaseT - цей різновид Ethernet не має загальної шини передачі даних. З'єднання вузлів мережі здійснюється через спеціальний пристрій - концентратор, тому для побудови мереж на базі Ethernet 10BaseT застосовується зіркоподібна топологія.

Архітектура Token Ring - це технологія передачі даних в комп'ютерних мережах, розроблена компанією IBM. Дана технологія використовує кільцеву топологію комп'ютерної мережі і заснована на так званому маркерному протоколі передачі даних.

Передача даних у мережах Token Ring здійснюється в суворому порядку і заснована на циркуляції всередині кільця, утвореного фізичними каналами зв'язку з підключеними до них робочими станціями спеціального 24-бітового інформаційного пакету - маркера. Як середовище передачі даних використовуються неекранована вита пара (UTP) і екранована вита пара (STP). Швидкість передачі даних у мережах Token-Ring може досягати залежно від типу ліній зв'язку від 4 до 16 Мбіт в секунду. Хоч дана мережа базується на кільцевій топології, вона використовує зіркоподібні робочі групи, приєднані до спеціалізованого концентратора ліній (MSAU - Multi Access Unit), який у свою чергу підключений до основного кільця мережі. При організації мережі на основі маркерного протоколу передачі даних як засіб регулювання потоку інформації використовується маркер, що дає право на передачу даних і переходить від однієї станції до наступної по фізичному кільцю. Якщо станція має яку-небудь інформацію для передачі, вона "захоплює" маркер, позначає його як такий, що використовується, і передає свою інформацію. "Зайнятий" маркер та повідомлення, що передається, рухаються по кільцю і копіюються адресату, після чого повертаються відправнику. Відправник видаляє додане повідомлення і передає маркер, що звільнився, на наступну станцію по лінії.

Відмітною рисою мереж, побудованих за архітектурою Token Ring, є їх висока вартість і складність, що компенсується високою стійкістю до відмов. Це досягається тим, що мережні адаптери Token Ring мають вбудовані засоби контролю і управління мережею, що істотно зменшує імовірність повної відмови мережі.

Архітектура ARCnet - це технологія передачі даних у локальній обчислювальній мережі, яка розроблена компанією Datapoint Corporation у 1977 році. Мережа ARCnet може бути