комп’ютерні мережі та їхнє призначення

Перші ЕОМ було призначено лише для швидкого опрацювання числових даних. Згодом обчислювальну техніку стала широко використовувати в наукових дослідженнях, виробництві, освіті, побуті. У користувачів віддалених один від одного комп’ютерів з’явилася потреба у швидкому обміні даними. Для цього запропонували об’єднати комп’ютери в єдину систему і таким чином передавати дані від одного комп’ютера до іншого. Так були створені комп’ютерні мережі.

Комп’ютерна мережа — це сукупність комп’ютерів та інших пристроїв, сполучених каналами передавання даних.

Комп’ютерні мережі забезпечують спільний доступ до даних. У мережі виділяють комп’ютери, на яких розміщують великі масиви даних, а користувачі інших комп’ютерів мережі одержують доступ до них. Це дає можливість людям, котрі працюють над одним проектом, використовувати дані, створені іншими, тобто працювати над проектом одночасно.

За допомогою комп’ютерної мережі стає можливим також спільне користування периферійними пристроями: принтерами, сканерами, модемами тощо. Невигідно мати їх біля кожного персонального комп’ютера, наприклад, у комп’ютерному класі або у банку.

Комп’ютерні мережі також дозволяють у короткі терміни розв’язувати складні наукові та інженерні задачі (прогнозування стихійних лих, проектування аерокосмічих апаратів, опрацювання світлин Землі, отриманих зі супутників, моделювання й аналіз експериментів у фізиці тощо).

Наприклад, 2006 році в Києві відкрито Центр суперкомп’ютерних обчислень. Найпотужніший суперкомп’ютер в Україні дозволяє вітчизняним ученим здійснювати опрацювання великих масивів даних, що зберігають у різних організаціях, швидше виконувати складні обчислення.

Створення комп’ютерних мереж відкрило нові можливості для електронного зв’язку. Сьогодні люди, що мають комп’ютери, можуть спілкуватися між собою, незважаючи на віддаль і час. З появою комп’ютерних мереж комп’ютер став своєрідним вікном у величезний світ інформації.

Основне призначення всіх комп’ютерних мереж — це спільний доступ до мережних ресурсів (апаратного забезпечення комп’ютерів, периферійних пристроїв), спільне використання даних і швидкий обмін ними, спільне використання програмного забезпечення.

Мережна взаємодія передбачає віддалений доступ до мережних ресурсів за певною технологією.

Залежно від повноважень комп’ютери мережі розподіляють на сервери й клієнтів.

Клієнт — це комп’ютер користувача, який здійснює запит.

Сервер — комп’ютер, що обробляє цей запит і відповідає на нього.

Примітка Сервером і клієнтом називають як комп’ютери у мережі, так і програмне забезпечення, що працює на цих комп’ютерах відповідно для опрацювання чи створення запиту.

Централізована мережа — це мережа, в якій виділено один потужний комп’ютер — виділений сервер, що виконує основні функції з організації роботи мережі. Такі мережі ще називають клієнт-виділений сервер. У такій мережі всі клієнти отримують доступ до ресурсів мережі через сервер.

На сервері встановлюють спеціальну операційну систему для організації і контролю за роботою комп’ютерів і користувачів у мережі, надавати кожному користувачеві певні права доступу до ресурсів і даних цієї мережі. Для цього кожен користувач отримує ім'я користувача (логін) та пароль для входу до мережі. Прикладами такої мережі можуть бути комп’ютерні мережі банків, корпорацій, навчальних закладів.

Переваги централізованої комп’ютерною мережі: висока швидкість обміну даними і можливість розподіляти права доступу користувачів у них. Але істотним недоліком є те, що при виході з ладу сервера вся мережа перестає працювати.

Децентралізована мережа — це мережа, у якій немає виділеного сервера, а будь-який комп’ютер може бути як сервером, так і клієнтом. Такі мережі ще називають одноранговими.

Як клієнт, комп’ютер в одноранговій мережі може здійснити запит щодо доступу до ресурсів інших комп’ютерів мережі. Як сервер, комп’ютер має опрацювати запити від інших комп’ютерів мережі й надавати потрібні дані.

В одноранговій мережі всі комп’ютери мають однакові права (ранги) щодо доступу до ресурсів кожного й до периферійних пристроїв. Кожен користувач мережі може на своєму жорсткому диску визначити теки й файли, які він надає для загального користування.

У таких мережах на всі комп’ютери встановлюють операційні системи, які забезпечують їм рівні можливості.

Перевага однорангової мережі — працездатність мережі при виході з ладу будь-якого з комп’ютерів, а недолік — неможливість розподіляти права клієнтів щодо роботи у мережі. Прикладом однорангової мережі може бути мережа комп’ютерного класу більшості шкіл.

Робоча група — сукупнiсть користувачiв, що мають спільні данi, периферiйнi пристрої й iншi обчислювальнi ресурси, а також права на їх використання.

Робочу групу створюють у локальнiй мережi для виконання комплексу завдань, визначених функцiональними обов’язками користувачiв.

 Еволюція комп'ютерних мереж

Історія будь-якої галузі науки і техніки дозволяє не лише задовольнити природну цікавість, але і глибше зрозуміти сутність основних досягнень в цій галузі, усвідомити існуючі тенденції і правильно оцінити перспективність тих або інших напрямів розвитку. Комп'ютерні мережі з'явилися порівняно недавно, в кінці 60-х років минулого століття (правда, уточнення «минулого століття» додає їм вагу і навіть робить старше за своїх «тридцяти з чимось» років). Природно, що комп'ютерні мережі успадкували багато корисних властивостей від інших, старіших і поширеніших телекомунікаційних мереж, а саме телефонних. В той же час комп'ютерні мережі привнесли в телекомунікаційний світ щось абсолютно нове - вони зробили загальнодоступними невичерпні об'єми інформації, створені цивілізацією за декілька тисячоліть свого існування і які продовжують поповнюватися із зростаючою швидкістю в наші дні.

Результатом впливу комп'ютерних мереж на інші типи телекомунікаційних мереж став процес їх конвергенції. Цей процес почався досить давно, однією з перших ознак зближення була передача телефонними мережами голосу в цифровій формі. Комп'ютерні мережі також активно йдуть назустріч телекомунікаційним мережам, розробляючи нові сервіси, які раніше були прерогативою телефонних, радіо і телевізійних мереж - сервіси ІР- телефонії, радіо - і відеомовлення, ряд інших. Процес конвергенції продовжується, і про те, яким буде його кінцевий результат, з упевненістю доки говорити рано. Проте розуміння історії розвитку мереж, робить зрозумілішими основні проблеми, що стоять перед розробниками комп'ютерних мереж.

Два корені комп'ютерних мереж

Обчислювальна і телекомунікаційна технології

Комп'ютерні мережі, зовсім не є єдиним видом мереж, створеним людською цивілізацією. Навіть водопроводи Древнього Риму можна розглядати як один з найбільш древніх прикладів мереж, що покривають великі території і обслуговуючих багаточисельних клієнтів. Інший, менш екзотичний приклад - електричні мережі. У них легко можна знайти аналоги компонентів будь-якої територіальної комп'ютерної мережі: джерелам інформаційних ресурсів відповідають електростанції, магістралям - високовольтні лінії електропередачі, мережам доступу - трансформаторні підстанції, клієнтським терміналам - освітлювальні і побутові електроприлади.

Комп'ютерні мережі, які називають також мережами передачі даних, є логічним результатом еволюції двох найважливіших науково-технічних галузей сучасної цивілізації - комп'ютерних і телекомунікаційних технологій.

З одного боку, мережі є окремим випадком розподілених обчислювальних систем, в яких група комп'ютерів погоджено вирішує набір взаємозв'язаних завдань, обмінюючись даними в автоматичному режимі. З іншого боку, комп'ютерні мережі можуть розглядатися як засіб передачі інформації на великі відстані, для чого в них застосовуються методи кодування і мультиплексування даних, що отримали розвиток в різних телекомунікаційних системах

Еволюція комп'ютерних мереж Рис. 1.1. Еволюція комп'ютерних мереж на стику обчислювальної техніки

І телекомунікаційних технологій

Системи пакетної обробки

Звернемося спочатку до комп'ютерного кореню обчислювальних мереж. Перші комп'ютери 50-х років — великі, громіздкі і дорогі — призначалися для дуже невеликого числа вибраних користувачів. Часто ці монстри займали цілі будівлі.

Такі комп'ютери не були призначені для інтерактивної роботи користувача, а застосовувалися в режимі пакетної обробки.

Системи пакетної обробки, як правило, будувалися на базі мейнфрейма - потужного і надійного комп'ютера універсального призначення. Користувачі готували перфокарти, що містять дані і команди програм, і передавали їх в обчислювальний центр. Оператори вводили ці карти в комп'ютер, а роздруковані результати користувачі отримували зазвичай лише наступного дня. Таким чином, одна невірно набита карта означала як мінімум добову затримку. Звичайно, для користувачів інтерактивний режим роботи, при якому можна з терміналу оперативно керувати процесом обробки своїх даних, був би зручніший. Але інтересами користувачів на перших етапах розвитку обчислювальних систем в значній мірі нехтували. Важливішою була ефективність роботи найдорожчого пристрою обчислювальної машини — процесора, навіть в збиток ефективності роботи фахівців, що використовують його.

У міру здешевлення процесорів на початку 60-х років з'явилися нові способи організації обчислювального процесу, які дозволили врахувати інтереси користувачів. Почали розвиватися інтерактивні багатотермінальні системи розділення часу (рис. 1.3). У таких системах кожен користувач отримував власний термінал, за допомогою якого він міг вести діалог з комп'ютером. Кількість користувачів, що одночасно працюють з комп'ютером, визначалася його потужністю: час реакції обчислювальної системи мав бути достатній малий, аби користувачеві була не дуже помітна паралельна робота з комп'ютером інших користувачів.

Термінали, вийшовши за межі обчислювального центру, розосередилися по всьому підприємству. І хоча обчислювальна потужність залишалася повністю централізованою, деякі функції, такі як введення і виведення даних, стали розподіленими.

Багатотермінальна система — прообраз обчислювальної мережі Подібні багатотермінальні централізовані системи зовні вже були дуже схожі на локальні обчислювальні мережі. Дійсно, рядовий користувач роботу за терміналом мейнфрейма сприймав приблизно так само, як зараз він сприймає роботу за підключеним до мережі персональним комп'ютером. Користувач міг дістати доступ до загальних файлів і периферійних пристроїв, при цьому у нього підтримувалася повна ілюзія одноосібного володіння комп'ютером, оскільки він міг запустити потрібну йому програму у будь-який момент і майже відразу ж отримати результат. (Деякі далекі від обчислювальної техніки користувачі навіть були упевнені, що всі обчислення виконуються усередині їх дисплея.) Багатотермінальні системи, що працюють в режимі розділення часу, стали першим кроком створення локальних обчислювальних мереж Проте до появи локальних мереж потрібно було пройти ще велику дорогу, оскільки багатотермінальні системи, хоча і мали зовнішні риси розподілених систем, все ще підтримували централізовану обробку даних.

До того ж потреба підприємств в створенні локальних мереж в цей час ще не дозріла - в одній будівлі просто нічого було об'єднувати в мережу, оскільки із-за високої вартості обчислювальної техніки підприємства не могли собі дозволити розкіш придбання декількох комп'ютерів. У цей період був справедливий так званий закон Гроша, який емпірично відображав рівень технології того часу. Відповідно до цього закону продуктивність комп'ютера була пропорційна квадрату його вартості, звідси витікало, що за одну і ту ж суму було вигідно купити одну потужну машину, чим дві менш потужних - їх сумарна потужність виявлялася набагато нижчою за потужність дорогої машини.

Перші комп'ютерні мережі

Перші глобальні мережі

А ось потреба в з'єднанні комп'ютерів, що знаходяться на великій відстані один від одного, до цього часу вже сповна назріла. Почалося все з рішення простішої задачі - доступу до комп'ютера з терміналів, віддалених від нього на багато сотень, а то і тисячі кілометрів. Термінали з'єднувалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли багаточисельним користувачам діставати видалений доступ до ресурсів декількох потужних суперкомп'ютерів, що розділялися. Потім з'явилися системи, в яких разом з видаленими з'єднаннями типу термінал-комп'ютер були реалізовані і віддалені зв'язки типа комп'ютер-комп'ютер.

Комп'ютери дістали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що власне, й є базовою ознакою будь-якої обчислювальної мережі.

На основі подібного механізму в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти і інші, що стали тепер традиційними мережевими служби.

Отже, хронологічно першими з'явилися глобальні мережі (Wide Агеа Network), тобто мережі, об'єднуючі територіально розосереджені комп'ютери, що можливо знаходяться в різних містах і країнах.

Саме при побудові глобальних мереж були вперше запропоновані і відпрацьовані багато основних ідей, які лежать в основі сучасних обчислювальних мереж. Такі, наприклад, як багаторівнева побудова комунікаційних протоколів, концепції комутації і маршрутизації пакетів.

Глобальні комп'ютерні мережі дуже багато що успадкували від інших, набагато старіших і поширеніших глобальних мереж - телефонних. Головна технологічна новина, яку привнесли з собою перші глобальні комп'ютерні мережі, полягала у відмові від принципу комутації каналів, впродовж багатьох десятків років що успішно використався в телефонних мережах.

Телефонний канал, що виділяється на весь час сеансу зв'язку, який передавав інформацію з постійною швидкістю, не міг ефективно використовуватися пульсуючим трафіком комп'ютерних даних, в якого періоди інтенсивного обміну чергуються з тривалими паузами. Натурні експерименти і математичне моделювання показали, що пульсуючий і в значній мірі не чутливий до затримок комп'ютерний трафік набагато ефективніше передається мережами, що працюють за принципом комутації пакетів, коли дані розділяються на невеликі порції - пакети, - які самостійно переміщаються по мережі завдяки наявності адреси кінцевого вузла в заголовку пакету.

Оскільки прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, то по-перше в глобальних мережах часто використовувалися вже існуючі канали зв'язки, спочатку призначені зовсім для інших цілей. Наприклад, протягом багатьох років глобальні мережі будувалися на основі телефонних каналів тональної частоти, здатних в кожен момент часу вести передачу лише однієї розмови в аналоговій формі. Оскільки швидкість передачі дискретних комп'ютерних даних по таких каналах була дуже низькою (десятки кілобіт в секунду), набір послуг, що надаються, в глобальних мережах такого типа зазвичай обмежувався передачею файлів (переважно у фоновому режимі) і електронною поштою. Окрім низької швидкості такі канали мають і інший недолік - вони вносять значні спотворення до сигналів, які передаються. Тому протоколи глобальних мереж, побудованих з використанням каналів зв'язку низької якості, відрізняються складними процедурами контролю і відновлення даних. Типовим прикладом таких мереж є мережі Х.25, розроблені ще в початку 70-х, коли низькошвидкісні аналогові канали, що орендуються в телефонних компаній, були переважаючим типом каналів, що з'єднують комп'ютери і комутатори глобальної обчислювальної мережі.

У 1969 році міністерство оборони США ініціювало роботи по об'єднанню в єдину мережу суперкомп'ютерів оборонних і науково-дослідних центрів. Ця мережа, що отримала назву аграпет, стала відправною крапкою для створення першої і найвідомішої нині глобальної мережі - Інтернет.

Мережа аграпет об'єднувала комп'ютери різних типів, що працювали під управлінням різних операційних систем (ОС) з додатковими модулями, що реалізовують комунікаційні протоколи, загальні для всіх комп'ютерів мережі. ОС цих комп'ютерів можна вважати першими мережевими операційними системами.

Істинно мережеві ОС на відміну від багатотермінальних ОС дозволяли не лише розосередити користувачів, але і організувати розподілене зберігання і обробку даних між декількома комп'ютерами, зв'язаними електричними зв'язками. Будь-яка мережева операційна система, з одного боку, виконує всі функції локальної операційної системи, а з іншого боку, володіє деякими додатковими засобами, що дозволяють їй взаємодіяти через мережу з операційними системами інших комп'ютерів. Програмні модулі, що реалізовують мережеві функції, з'являлися в операційних системах поступово, у міру розвитку мережевих технологій, апаратної бази комп'ютерів і виникнення нових завдань, що вимагають мережевої обробки.

Прогрес глобальних комп'ютерних мереж багато в чому визначався прогресом телефонних мереж.

З кінця 60-х років в телефонних мережах все частіше стала застосовуватися передача голосу в цифровій формі.

Це привело до появи високошвидкісних цифрових каналів, що з'єднують автоматичні телефонні станції (АТС) і що дозволяють одночасно передавати десятки і сотні розмов.

До теперішнього часу глобальні мережі за різноманітністю і якістю послуг, що надаються, наздогнали локальні мережі, які довгий час лідирували в цьому відношенні, хоча і з'явилися на світ значно пізніше.

Перші локальні мережі

Важлива подія, що вплинула на еволюцію комп'ютерних мереж, сталася на початку 70-х років.

В результаті технологічного прориву в області виробництва комп'ютерних компонентів з'явилися великі інтегральні схеми (БІС). Їх порівняно невисока вартість і хороші функціональні можливості привели до створення міні-комп'ютерів, які стали реальними конкурентами мейнфреймів. Емпіричний закон Гроша перестав відповідати дійсності, оскільки десяток міні-комп'ютерів, маючи ту ж вартість, що і мейнфрейм, вирішували деякі завдання (як правило, які добре розпаралелюються) швидше.

Навіть невеликі підрозділи підприємств дістали можливість мати власні комп'ютери. Міні-комп'ютери вирішували завдання управління технологічним устаткуванням, складом і інші завдання рівня відділу підприємства. Таким чином, з'явилася концепція розподілу комп'ютерних ресурсів по всьому підприємству. Проте при цьому всі комп'ютери однієї організації як і раніше продовжували працювати автономно.

Йшов час, і потреби користувачів обчислювальної техніки зростали. Їх вже не задовольняла ізольована робота на власному комп'ютері, їм хотілося в автоматичному режимі обмінюватися комп'ютерними даними з користувачами інших підрозділів. Відповіддю на цю потребу стала поява перших локальних обчислювальних мереж .

Мережева технологія - це погоджений набір програмних і апаратних засобів (наприклад, драйверів, мережевих адаптерів, кабелів і роз'ємів), а також механізмів передачі даних по лініях зв'язку, достатній для побудови обчислювальної мережі.

На сьогоднішній день майже кожна людина користується масовими засобами зв'язку такими як: телефон,радіо приймачі,комп’ютерна мережа та іншими способами зв'язку.І ніхто не може уявити своє життя без комп’ютерної мережі.

Комп’ютерна мережа – це два або більше комп’ютерів, з’єднаних між собою за допомогою мережевого обладнання.

Комп’ютерна мережа забезпечує:

· Колективне опрацювання даних користувачами

· Обмінювання файлами та іншими даними між користувачами

· Спільне використовувати програми

· Спільне використання принтерів, модемів та ін.

До недавнього часу, побудова мережі обмежувалася лише територіальними масштабами, але сьогодні  з розвитком технологій це змінилося, і тепер ці масштаби територій  стали єдиними як для локальних мереж, так і для глобальних мереж, які відрізняються лише технологічними можливостями побудови мережі.

Комп’ютерної мережі поділяються на:

• локальна мережа;
• глобальна мережа.

Локальні мережі – мережі які мають максимальну відстань між вузлами не більше 1-2км.

Глобальні мережі – мережі, що охоплюють територію країни або кількохкраїн з максимаьною відстанню між окремими вузлами в тисячікілометрів.

Класифікація комп’ютерних мереж

- за географічною площею: глобальні, регіональні, корпоративні, локальні

- за сферою застосування: побутові, офісні, промислові

- за топологією: шина, кільцева, зіркоподібна, деревоподібна

- за середовищем передачі: симетричний кабель, коаксіальний кабель, вита пара, волоконно-оптичний кабель, інфрачервоне, мікрохвильове випромінювання.

- за набором протоколів.