Компютърни мрежи

Компютърни мрежи

1. Въведение в компютърните мрежи (КМ).

1.1. Дефиниция за компютърна мрежа:

Мрежовата архитектура в областта на информатиката изразява единството и съгласуваността на различни компоненти и цели структури, включени в мрежа. Тази архитектура дефинира връзките и взаимодействието между тези различни компоненти и структури като отделни елементи на тази архитектура на базата на обобщения архитектурен модел за разпределена система. Разпределена система наричаме структура от общи по предназначение компоненти, всеки един от тях поел една от функциите на тази структура - функции, разпределени между отделните компоненти на системата. В най-общ случай, тази мрежова архитектура дефинира всички правила за изграждане на една разпределена система чрез интегриране на различни компютърни и комуникационни ресурси в една обща информационна система (ИС) за обработка и обмен на информация. Пренасянето на данните в такава ИС се осъществява в комуникационна среда, наречена мрежа.

Или мрежата може да се дефинира като "система от линии или канали, които се пресичат или свързват едни с други".

Мрежата е изградена от физически линии за връзка и комутационни възли за реализиране на отделните пътища - маршрути. Затова тези комутационни възли са наречени възли за маршрутизация. Тя в крайна сметка се състои от две или повече устройства, свързани с цел общо използване на информация (споделена информация), ресурси (споделени ресурси) или и двете. Връзката между тях е кабелна или безжична.

1.2. История на компютърните мрежи

И така в началото на 19-ти век французите разработват първата оптическа телеграфна мрежа, която изпраща информация с поразителна за това време скорост – 20 знака за секунда, а Самюъл Морз демонстрира електрическият телеграф, сложил началото в разработката на мрежовите комуникации.

В края на 19 век – 1880 г., започва изграждането на телефонната мрежа. Към 1960 г. тази телефонна мрежа се превръща в световна комуникационна мрежа, огромна по своите размери. Тази система използва комутиране на електрически вериги (Circuit Switching). Технологията е подходяща за пренос на глас, защото звуците се пренасят с относително постоянна скорост. Тази технология не е подходяща за пренос на компютърни данни, които се изпращат на отделни пакети.

През 60-те години (световната телефонна мрежа вече е изградена) правителството на САЩ се заинтеруса от разработване на компютърна мрежа, по която военните системи и тези на главните образователни институции в страната да комуникилат едни с други. Разработена е технология от водещи институти в САЩ и Великобритания, наречена комутиране на пакети (Packet Switching). Така се полага основата на комуникационните технологии, използвани в днешния Интернет. Първата компютърна мрежа е наречена ARPAnet (Advanced Research Projects Agency network) с инсталиран първи възел (точка на свързване) в Калифорнийския университет в Лос Анджелис през 1969 г. Достатъчни са само три години тази мрежа да обхване целите САЩ, а само още две да достигне до Европа. В нейното нарастране, тя се разделя на две. Едната военна – Milnet, след 1980 г. – DDNеt (Defence Data Network), а другата ARPAnet след 1980 г. наречена NSFNet (National Scientific Foundation Network). В последствие последната тип WAN се разраства в Интернет.

Виж още за История на компютърните мрежи

1.3. Предимства на мрежовата архитектура

Твърди се, че главната причина за свързване на компютърна система на отделните собственици е необходимостта от общото използване (споделяне) на печатащи устройства. Естествено, след свързването на системите, всички откриват ползата от споделянето на всички ресурси на дадена компютърна мрежа, освен печатащите устройства. И така основните предимства на мрежите са споделените ресурси:
  • Споделяне на изходни устройства: печатащи устройства, плотери, линейни графични устройства, факс машини и др.;
  • Споделяне на входни устройства: скенери, цифрови фотокамери и т.н.;
  • Споделяне на запаметяващи устройства: външни запаметяващи устройства от всякакъв тип, изградени големи запаметяващи станции (най-разпространените в момента са на фирмата HP, разгледани в темата за запаметяващите устройства);
  • Споделяне на модеми и Интернет връзки: модеми, кабелни модеми, ISDN линии, DSL адаптори. С помощта на подходящи програмни продукти цялата мрежа (LAN) може да се свързва към Интернет с една телефонна линия и един ISP акаунт;
  • Споделяне на данни и приложения: всички потребители в една мрежа (LAN) могат да ползват програмни продукти, инсталирани само на мрежовия сървър. Както и всякакви програмни продукти и приложения, качени за достъп в мрежовия сървър и на всяка от компютърните системи на дадена мрежа.
1.4. Междупроцесорни комуникации

Осъществяването на междупроцесорните комуникации е друг важен аспект при изграждане на мрежите. Различават се три отделни технологии:
  • Организация на сеанси: Междупроцесорните комуникации в една разпределена в смисъла на информационни мощности среда се осъществяват чрез предаване на съобщения, които освен данните, съдържат и служебна информация за типа, подателя (предавателя), приемника, маршрута и пр. Взаимодействието между два процеса в разпределена среда се реализира чрез сеанс (сесия) и може да бъде едностранно (насочено предаване) или диалог (обмен на съобщения). В общия случай се осъществява чрез следните етапи:
    1. установяване на маршрут;
    2. установяване на сеанс;
    3. провеждане на сеанс;
    4. завършване на сеанс;
    5. разрушаване на канала.
    Етапи (1) и (5) са свързани с физическата мрежова структура, а останалите - с логическата структура.
  • Модел "клиент/сървър": Това е технология за организация на междупроцесни комуникации при множествен достъп на различни клиенти едновременно до един и същ ресурс. Предвижда се към всеки общодостъпен ресурс да се свърже програма, наречена сървър, която да обслужва постъпващите заявки за достъп. Клиентите комуникират със сървъра, който им изпраща подходящ отговор при обслужване на техните заявки. Сървърът е пасивна програма, която извършва определени действия само при постъпване на заявка. Възможно е обслужване на няколко заявки едновременно, като се акцентира върху получаване на услугата, а не върху времето за доставянето й.
  • Мрежови модели: Представляват препоръчителна йерархична организация на последователни нива при мрежовите комуникации за стандартизиране на различни мрежови реализации. Разслояването на обслужващите функции осигурява тяхното по-лесно реализиране и възможност за разширяване.
2. Категоризиране на компютърните мрежи.

Категоризирането на компютърните мрежи може да се базира на различни характеристики:
  • Физически обхват;
  • Метод на администриране;
  • Мрежова операционна система;
  • Мрежови протоколи;
  • Топология;
  • Архитектура.
2.1. Компютърни мрежи според физическия обхат

Различаваме три вида мрежови структури, в зависимост от физическия обхват - LAN, MAN и WAN мрежи, който включва географското разположение на отделните работни станции в мрежата и в по-малка степен от размера на мрежата:

2.1.1. LAN – локална мрежа: Това е компютърнa мрежa, съставена от компютърни системи във физическа близост една до друга с "постоянна" връзка между тях – в една сграда или в съседни сгради. Може да включва няколко стотин компютърни системи. Техният брой е ограничен от компютърната архитектура и от типа на използвания кабел за връзка. Големите локални мрежи могат да бъдат разделени на работни групи, с цел по-лесното им управление.

2.1.2. MAN – градска мрежа: самото име подсказва, че това са две или повече локални мрежи, свързани в границите на пространство, съизмеримо с един голям град. Типичната градска мрежа е високопроизводителна обществена мрежа. Този термин се използва рядко за дефиниране на мрежи, понеже градските мрежи се реализират много по-рядко от другите два типа. Има едно стандартизирано разстояние от 80 км, което е максималното, дефиниращо една MAN.

2.1.3. WAN – глобална мрежа: Тази мрежа обхваща голяма географска област. Пример за WAN е Интернет. Но WAN може да бъде и частна мрежа на корпоративно свързани организации по света. Най-общо глобалната мрега се състои от множество взаимно свързани локални мрежи. Резултатът от сверзване на мрежите една с друга се означава като интер – мрежа или inter – net. Така гражданственост е добило понятието интернет, което означава произволна мрежа от мрежи. Ако е с главна буква, става въпрос за глобалната обществена мрежа от мрежи Интернет. Друга характеристика на WAN е, че връзката към тях се установява "при необходимост", а не постоянно, както е при локалните мрежи.

2.2. Компютърни мрежи според метода на администриране:

2.2.1. Като равноправна работна група: При тази група, наречена "Peer-to-Peer" (P2P), всяка компютърна система функционира и като сървър и като клиент, като всеки потребител/клиент на мрежата администрира ресуерсите на своята компютърна система.

2.2.2.Като клиент – сървър: Тук администрирането е централизирано на компютърна система, работеща със специален сървърен програмен продукт и мрежова операционна система (NOS). Всеки един от протребителите/клиентите работи в тази мрежа със свои, уникални за тази мрежа име и парола. Кой от двата метода за администриране е по-добър? Зависи от конкретната ситуация на работа за дадена мрежа.

2.3. Компютърни мрежи според мрежовата операционна система (МОС):

2.3.1. Windows (Windows NT и Windows 200X): Тези Windows мрежи, базирани на сървър, се наричат домейни – един главен домейн контролер и множество домейни от ниско ниво.

2.3.2. NetWare: Това е МОС, разработка на фирмата Novell, осигуряваща сигурност при влизане в тази мрежа, както и файлов сървър и принт сървър. Тази МОС осигурява със своите различни версии директорийни услуги, разгледани в следваща тема тук.

2.3.3. UNIX: Това е мощна МОС, разпространена в много разновидности поради нейния отворен код. Датира от 1969 г. Като разработкан а Bell Labs, но е относитулно трудна за изучаване. Linux е вариант на UNIX, която операционна система (ОС) е популярна както като сървър - МОС, така и като настолна ОС.

2.3.4. Хибридни: Съвременните средни и големи мрежи работят с програмни продукти от различни производители. Следователно това са хибридни мрежи, които могат правилно да функционират, благодарение на специално разработени програми за интер-оперативност – програми, осъществяващи съвместна работа на компютърната система и частите от една хибридна мрежа, работещи под различни ОС.

2.4. Компютърни мрежи според мрежовите протоколи:

2.4.1. NetBEUI мрежи: Това е малка мрежа, използваща ОС на Microsoft, която може да комуникира с протокола NetBEUI;

2.4.2. IPX / SPX (Internet Package Exchange/Sequenced Packet Exchange) мрежи: Novell използва стека от тези протоколи, като свой протокол за локални мрежи;

2.4.3. TCP/IP мрежи: Това е най-широко използваният от LAN протоколите, макар, че е най-бавен и най-труден за конфигуриране сред останалите LAN протоколи.

2.4.4. Други LAN протоколи, използвани в мрежи:
  • Apple Talk: Това са протоколи, разработка на фирмата Apple за организиране на мрежи с техните компютърни системи Macintosh;
  • Коплект от протоколи OSI: Това е комплекс от протоколи, чиято цел е да замени използването на протоколния стек TCP/IP. Но до момента това не се случи, като TCP/IP показа способност да се развива в прехода към IPv6.
Мрежовите протоколи са разгледани по-подробно в Интернет протоколи.

2.5. Компютърни мрежи според топологията:

Най-известните LAN топологии за мрежи са:

2.5.1. Линейна шина: Това е мрежа, чиито компютърни системи са разположени образно в права линия, т. е. кабелът преминава от една компютърна система към следващата и т.н. Тук е необходимо терминиране. Както и единият от краищата на линейната шина трябва да бъде заземен. Тази мрежа е уязвима към затихване, но е много проста, лесна за инсталиране и евтина – използва малко кабел, всравнение с останалите.

2.5.2. Кръг: Като със свърже последната компютърна система в шинната топология обратно към първата, се получава кръгова топология. Тук не е необходимо терминиране. Предимствата и недостатъците са подобни на шинната топология, като тук има още един недостатък – вмъкването на нова компютърна система прекъсва работата на цялата мрежа по време на ивсталирането на новата точка.

2.5.3. Звезда: Това е най-популярната технология за локални мрежи. Всяка от компютърните системи е свързана към централно устройство – хъб или суич. Предимствата на тази технология спрямо предишните се заключават в две основни: голяма отказоустойчивост на топологията и възможност за лесно преконфигуриране на мрежа с тази топология. Като неин недостатък може да се посочи високата й цена – много повече кабел и допълнително устройство.

2.5.4. Решетка (Mesh): В тази мрежа всяка от компютърните системи е свързана с всяка от останалите в дадената локална мрежа. Тази топология е най-отказоустойчива, но за сметка на високата цена. Тук броят на връзкит енараства експоненциално при добавяне на всяка нова компютърна система.

2.5.5. Хибридна: тук този термин означава използване на повече от една стандартна топология от изброените дотук.

2.6. Компютърни мрежи според архитектурата:

2.6.1. Ethernet мрежа: Разработена през 60-те години на 20-ти век от фирмите Xerox, Digital, Intel, днес е най-популярната мрежова архитектура.

2.6.2. Token Ring мрежа: Разработена през 80-те години на 20-ти век от фирмата IBM, като конкурентна на предната архитектура.

2.6.3. Apple Talk мрежа: Както подсказва името, това е разработка на мрежи с компютърна система на Macintosh на фирмата Apple Computers.

2.6.4. ARCnet мрежа: Мрежата ARCnet (Attached Resource Computer network) е заменена понастоящем от първите две архитектури. Тази архитектура използва технологията за достъп с предаване на маркер, но реализира мрежова топология шина или звезда, вместо кръг.

Тези типове мрежи според архитектурата ще бъдат дискутирани по-подробно в една от следващите теми тук.




Коментари: