Класифікація комп’ютерних мереж

Сьогодні у світі налічуються сотні тисяч обчислювальних мереж. Загальноприйнятої стійкої класифікації мереж не існує, тому в цьому розділі розглянуто класифікацію за найважливішими й найчастіше використовуваними ознаками.
За розмірами розрізняють локальні та глобальні мережі. Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ), як правило, зв’язує не більш ніж сотню вузлів в одній локальній зоні (не більш ніж кілька кілометрів). Глобальна мережа може охоплювати територію регіону, держави чи кількох країн, з’єднувати як окремі ЕОМ, так і локальні мережі. Проміжним класом є міські (муніципальні) мережі, зорієнтовані на географічні області невеликих розмірів. Відмінність між названими класами мереж полягає не тільки в розмірах охоплюваних ними територій, а й у швидкості передавання даних — технології, які забезпечують більші швидкості, працюють на менших відстанях. Існують і інші відмінності щодо використовуваного обладнання та принципів побудови мереж.
За типом з’єднуваних ЕОМ розрізняють однорідні (гомогенні, з однотипним складом технічних засобів) та неоднорідні (гетерогенні) мережі. Вузли ЛОМ здебільшого комплектуються однотипним апаратним i програмним забезпеченням, що практично неможливо забезпечити у глобальних мережах.
Доступ до комерційних мереж та послуги їхніх сервісних служб є платними. У некомерційних мережах («умовно безплатних») користувач платить тільки за підімкнення, експлуатацію системи зв’язку, використання мережних служб. Комерційні мережі підтримуються професійними організаціями, які існують з метою надання мережних послуг, а некомерційні, як правило, — навчальними закладами, інформаційними структурами та громадськими організаціями.
Якщо всі ЕОМ мережі мають однакову продуктивність і рівні права, мережа називається одноранговою. Однак у процесі нарощування мережі один або кілька комп’ютерів роблять більш потужними, їм надаються додаткові права — створюється мережа з виділеним сервером.
Проблема визначення рангів тісно пов’язана з вибором способу організації оброблення інформації. За цією ознакою мережі поділяються на централізовані, розподілені, із серверами.
У розподіленій мережі всі вузли виконують подібні між собою функції, причому кожний окремий вузол може використовувати ресурси інших вузлів і надавати у спільне використання свої ресурси. Такий підхід забезпечує оптимальність використання ресурсів, стійкість мережі до відказів (вихід із ладу одного вузла не призводить до фатальних наслідків — його легко можна замінити), але при цьому постають проблеми забезпечення розподілу ресурсів, безпеки та прозорості.
Централізовані мережі (із хост-машиною) складаються з особливо надійного й потужного центральною вузла та неінтелектуальних терміналів. На центральному вузлі здійснюється обробка даних, виконуються функції керування мережею (діагностування, збирання статистики і т. ін.), установлюється зв’язок з іншими мережами. Термінали називаються неінтелектуальними, оскільки вони позбавлені обчислювальних можливостей, на них виконуються тільки функції введення i виведення інформації та керування процесом її оброблення. Роль терміналів можуть виконувати персональні комп’ютери і навіть дисплейні станції. Нині централізовані мережі практично не застосовуються.
Проміжне місце між централізованими і розподіленими мережами посідають мережі із серверами. Сервер — це потужний комп’ютер, призначений для виконання певних завдань за допомогою відповідного ПЗ. Решта машин у мережі, які звертаються до послуг сервера, називаються клієнтськими (клієнтами), інша назва — робочі станції.
Залежно від виконуваних завдань розрізняють:
принт-сервер (сервер друку) — активний мережний пристрій (комп’ютер), який дає змогу підмикати кілька принтерів для створення єдиного вузла друку та сортування документів у разі великого документообігу. До різних портів принт-сервера можна підмикати лазерні, матричні, струменеві принтери, копіри;
файл-сервер (файловий сервер) — центральний вузол мережі, на якому зберігаються файли даних, доступні всім користувачам. Файл-сервер не бере участі у виконанні додатків — файл (або його частина) передається на робочу станцію, а після оброблення дані копіюються на файл-сервер. Він може не лише виконувати основні функції, а й бути засобом для спільного використання периферійних пристроїв. Мережі з файл-сервером мають два основні недоліки. По-перше, не забезпечується одночасний доступ кількох користувачів до одного набору даних (файл, з яким працює один користувач, блокується і стає недоступним для інших). По-друге, за великої кількості запитів до файл-сервера мережа швидко насичується і продуктивність системи різко знижується;
клієнт-сервер — це спосіб не стільки організації мережі, скільки логічного подання й обробки інформації, згідно з яким сервери виконують оброблення даних, а клієнтські машини — функції формування запитів, відображення результатів та їх обробки. Окремим випадком організації такого середовища є використання серверів баз даних, які мають таке призначення: управління єдиною базою даних і доступом до неї багатьох користувачів; захист бази даних за допомогою засобів відновлення та створення резервних копій; контроль за дотриманням правил глобальної цілісності даних. Оскільки клієнт і сервер працюють спільно і розподіляють завантаження (звідси термін «розподілена обробка»), така система може забезпечити більшу продуктивність порівняно з файл-серверною. До того ж клієнтська частина додатка працює не з цілими файлами, а з невеликими наборами даних (рядками таблиць), що забезпечує паралельність роботи користувачів і мінімальний мережний трафік. Перевагами таких систем є також гнучкість, адаптованість до вимог додатків, оптимальне використання ресурсів, нарощуваність.
Залежно від фізичного середовища передавання даних розрізняють мережі на основі витої пари, коаксіального кабелю, оптоволоконного кабелю, радіозв’язку, супутникового зв’язку.
За способом використання каналу передавання даних розрізняють мережі з комутацією каналів і мережі з комутацією пакетів. Комутація каналів — це процес з’єднання двох або більшої кількості станцій з монопольним використанням каналу до його роз’єднання. У разі комутації пакетів повідомлення розбивається на частини — пакети, канал зайнятий тільки на час пересилання окремого пакета, після чого звільняється для передавання інших пакетів.
Іншою важливою характеристикою мережі є її топологія — конфігурація з’єднання елементів. Від топології мережі багато в чому залежать такі її характеристики, як надійність, продуктивність і т. ін. Найпростішим способом організації мережі є безпосереднє з’єднання всіх вузлів, які мають взаємодіяти, за допомогою ліній зв’язку від пристрою до пристрою. Таку мережу називають повнозв’язаною. Але цей спосіб прийнятний тільки для небагатьох вузлів, оскільки має такі недоліки, як висока вартість і велика кількість каналів зв’язку. Тому основними видами топологій сучасних мереж є «зірка», кільцева, шинна, деревоподібна.
У мережі з топологією у вигляді зірки (рис. 2.1) центральний вузол (концентратор) має зв’язки з робочими станціями, не зв’язаними між собою безпосередньо. Уся інформація між периферійними робочими місцями проходить через центральний вузол. Пропускна здатність і продуктивність мережі визначаються потужністю центрального вузла, який є найбільш вразливим місцем мережі з погляду її надійності (з порушенням роботи центрального вузла припиняється функціонування всієї мережі). Кабельне з’єднання досить просте, але для його прокладання потрібні значні витрати, особливо коли центральний вузол географічно розміщений не в центрі топології.
У випадку кільцевої топології (див. рис. 2.1) кожен вузол мережі має зв’язок з двома і тільки з двома іншими вузлами — перша робоча станція зв’язана з другою, друга з третьою і т. д., остання робоча станція зв’язана з першою. Повідомлення передаються по колу — на основі аналізу адресної і керуючої інформації, розміщеної на початку повідомлення, станція приймає рішення щодо його подальшого передавання на сусідній вузол. Кільцеві мережі різняться за способом керування. Тривалість передавання інформації збільшується пропорційно кількості станцій мережі. Основними недоліками кільцевої топології є складність і висока вартість прокладки кабелю у випадку географічної віддаленості вузлів та їх розміщення не за колом, а також уразливість — вихід з ладу хоча б однієї станції паралізує всю мережу.
Якщо мережа не замкнена у коло, в ній є тільки два прикінцеві вузли і довільна кількість проміжних, а між будь-якими двома вузлами є лише один шлях, то таку мережу називають лінійною.
Шинна топологія (рис. 2.2) передбачає наявність комунікаційної лінії, доступної для всіх робочих станцій, які до неї підімкнено. Будь-яка станція мережі може вступати в контакт з будь-якою іншою станцією. Основними перевагами такої топології є простота розширення мережі (робочі станції можуть бути підімкнені або відімкнені від мережі в будь-який час без порушення її роботи), простота методів управління, відсутність необхідності в централізованому управлінні, мінімальні витрати кабелю, надійність (функціонування мережі не залежить від стану окремої робочої станції). Для підвищення надійності роботи мережі разом з основним кабелем прокладають запасний, на який станції перемикаються в разі несправності основного.
Окремо розглядають клас чарункових мереж, які містять принаймні два вузли, між якими є два чи більше шляхів.
Поряд із названими топологіями мереж застосовуються і комбіновані. Одним із прикладів є деревоподібна топологія (рис. 2.3), яку можна розглядати як розвиток шинної топології — за допомогою спеціальних пристроїв об’єднуються кілька шин — або топології типу «зірка» — один чи кілька термінальних вузлів можуть бути концентраторами іншої мережі.
Варто зазначити, що термін «топологія» застосовується здебільшого до ЛОМ — глобальні мережі будуються за довільними топологіями і найчастіше функціонують за специфічними протоколами.
Набори технічних засобів і правила їх з’єднання для організації мережі певної топології описано у відповідних стандартах. Таким чином регламентується припустима мережна архітектура — кабельна система мережі, кодування сигналів, швидкість передавання, формат мережних кадрів, топологія і метод доступу до каналу. Іншими словами, мережна архітектура визначає реалізацію фізичного і канального рівнів моделі OSI. Найпоширенішими архітектурами мереж є Ethernet та її модифікації, Token Ring (маркерне кільце), ARCnet, FDDI (інтерфейс передавання даних за оптоволоконними лініями) та її модифікації, ATM (технологія асинхронного передавання даних), ISDN (цифрова мережа з інтеграцією сервісу).
Мережі також можна класифікувати за операційними системами, які забезпечують їх функціонування. До найпоширеніших мережних операційних систем належать Microsoft Windows, Microsoft Windows NT, IBM OS/2 та UNIX-системи (BSD, LINUX та ін.).
Закони України «Про зв’язок» та «Про Національну систему конфіденційного зв’язку» визначають такі види мереж залежно від кола користувачів та призначення:
мережа зв’язку загального користування — мережа зв’язку, яку експлуатують підприємства та об’єднання зв’язку для забезпечення потреб у послугах зв’язку всіх споживачів;
мережа спеціального зв’язку (спеціальна мережа зв’язку) — мережа зв’язку, яка забезпечує обмін інформацією з обмеженим доступом;
відомча мережа зв’язку — мережа зв’язку, яку експлуатує юридична або фізична особа для задоволення власних потреб;
мережа технологічного зв’язку — відомча мережа зв’язку для обміну інформацією з метою забезпечення технологічних процесів у виробничій діяльності;
мережа зв’язку подвійного призначення — мережа зв’язку, яку експлуатує юридична або фізична особа для задоволення власних потреб та надання (на умовах ліцензування) послуг зв’язку всім споживачам;
спеціальна мережа зв’язку подвійного призначення — спеціальна мережа зв’язку, призначена для забезпечення зв’язку в інтересах органів державної влади та органів місцевого самоврядування, з використанням частини її ресурсу для надання послуг іншим споживачам;
Єдина національна система зв’язку — сукупність мереж зв’язку загального користування, відомчих та подвійного призначення, які забезпечують задоволення потреб споживачів (підприємств, установ, організацій, населення та ін.) у послугах зв’язку;
Державна система урядового зв’язку — система спеціального зв’язку, яка забезпечує передавання інформації, що містить державну таємницю, і функціонує в інтересах управління державою в мирний та воєнний час;
Національна система конфіденційного зв’язку — сукупність спеціальних систем (мереж) зв’язку подвійного призначення, які за допомогою криптографічних і/або технічних засобів забезпечують обмін конфіденційною інформацією в інтересах органів державної влади та органів місцевого самоврядування, створюють належні умови для їх взаємодії в мирний час та в разі впровадження надзвичайного і воєнного стану.