Поняття комп’ютерна мережа. Основні компоненти комп’ютерної мережі.

Комп’ютерні мережі

 

Поняття комп’ютерна мережа. Основні компоненти комп’ютерної мережі.

Комп'ю́терна мере́жа — система зв'язку між двома чи більше комп'ютерами. У ширшому розумінні комп'ютерна мережа — це система зв'язку через кабельне чи повітряне середовище, самі комп'ютери різного функціонального призначення і мережеве обладнання. Для передачі інформації можуть бути використані різні фізичні явища, як правило — різні види електричних сигналів чи електромагнітного випромінювання. Середовищами передавання у комп'ютерних мережах можуть бути телефонні кабелі, та спеціальні мережеві кабелі: коаксіальні кабелі, виті пари, волоконно-оптичні кабелі, радіохвилі, світлові сигнали.

 

Основними компонентами комп’ютерної мережі є робочі станції, сервери, інтерфейсні плати, з’єднувальні кабелі. Робочі станції призначені для роботи на них користувачів, а сервери – для обслуговування робочих станцій. Всі елементи комп’ютерної мережі, які з’єднані між собою, називають її вузлами (окрема фізична одиниця мережі). Сервер використовується для об’єднання і розподілу ресурсів комп’ютерної мережі між клієнтами. В якості сервера може бути лише один досить потужний ПК або декілька, один з яких головний, а решта – резервні. Сукупність сервера і підключених до нього ПК називають доменом.

 

Сервери є файлові (для роботи з файлами комп’ютерної мережі), принт-сервери, сервери зв’язку (для розширення можливостей факсу чи модему) тощо. Оскільки файловий сервер обслуговує всю комп’ютерну мережу, то він повинен досить високі якісні характеристики, а його накопичувачі – велику ємність (об’єм).

 

Потужний ПК з великими ємностями оперативної пам’яті та жорсткого диска виділяють під прокси-сервер, який виконує декілька функцій:

 

1) функція кешування, яка полягає в тому, що сервер зберігає на жорсткому диску Web-сторінку і при наступному запиті не звертається до глобальної мережі Internet, а відображає її зі своєї пам’яті;

 

2) функція обмеження доступу користувачів мережі до певних Web-сторінок (функція фільтрації);

 

3) ведення журналу реєстрації, де зберігаються дата виклику Web-сторінки та її ім’я, ім’я користувача, який її активізував тощо.

 

Класифікація мереж за охопленням території. Призначення комп’ютерних мереж.

 

Класифікація за областю дії

Класифікація комунікаційних мереж за областю дії враховує географічний район, охоплений мережею та, в меншому ступені, розмір мережі. Виділяються типи:

· персональна мережа (Personal Area Networks - PAN)

· локальні мережі (Local Area Networks — LAN)

· кампусні мережі (Campus Area Network)

· глобальні мережі (Wide Area Networks — WAN)

Локальні мережі звичайно займають обсяг одного чи декількох поряд розміщених будинків. Кількість пристроїв, що складають мережу, типово не перевищує декількох тисяч. Загальною практикою є розподілення великих локальних мереж на робочі групи. Малі локальні мережі (10-20 робочих місць) можуть утворювати єдину робочу групу.

Кампусні мережі типово об'єднають декілька локальних мереж і територіально охоплюють декілька міських кварталів, або навіть територію невеликого міста. Прикладами кампусних мереж є корпоративні мережі великих підприємств, операторів зв'язку, навчальних закладів. Кількість задіяних пристроїв може складати десятки тисяч пристроїв, або навіть більше. Загальною рисою локальних та кампусних мереж є наявність єдиної служби підтримки мережі, єдиного адміністративного керування та загальної технічної політики.

Глобальні мережі розміщуються на великих географічних просторах. Практично для глобальних мереж не існує обмежень на обсяг. Глобальні мережі об'єднують велику кількість локальних та кампусних мереж. Суттєвою рисою їх є відсутність єдиної адміністративної підпорядкованості. Найкращим прикладом глобальної мережі є Internet.

В доповнення теми слід зазначити спеціальні випадки, коли вказані типи мереж можуть бути скомбіновані. Наприклад, глобальна мережа може надавати середовище для створення корпоративних мереж, що об'єднують дуже віддалені вузли. Існуючі технології віртуальних мереж (про них буде пізніше) забезпечують можливість використання принципів функціонування локальних та корпоративних для комунікацій віддалених об'єктів, з'єднаних через глобальну мережу.

 

Клієнт/серверні мережі

Клієнт/серверні мережі схожі на мережі великих ЕОМ з не інтелектуальними терміналами. В обох випадках існує центральний комп'ютер, що обслуговує всю мережу і керуючий усіма запитами до мережі. Основна відмінність полягає в тому, що клієнтський комп'ютер володіє власною обчислювальною потужністю, а не інтелектуальний термінал використовує обчислювальну потужність великої ЕОМ.

Переваги мережі клієнт/сервер для великих організацій:

Однорангові мережі

Однорангові мережі реалізують принципово іншу концепцію, чим системи клієнт/сервер. Замість виділення в мережі єдиної точки загального доступу в одноранговій мережі поєднується група зовсім незалежних комп'ютерів. Кожний з них виконує власні прикладні програми зі свого диска, тому при відмовленні мережі комп'ютер без проблем переходить в автономний режим роботи. На роботу однорангової мережі не впливає відмовлення кожного зі складових її комп'ютерів, оскільки всі користувачі зберігають свої дані на власних робочих станціях. Іншими словами, кожний комп'ютер однорангової мережі одночасно відіграє роль робочої станції і файлового сервера.

Однорангові мережі надають користувачам майже ті ж самі можливості, що і мережі клієнт/сервер. Любий користувач може одержати доступ до загальних ресурсів інших комп'ютерів. Причому власник ресурсу здатний обмежувати доступ користувачів на основі паролів, охороняючи ресурси від неавторизованого звертання. Однак для користування загальними ресурсами всі комп'ютери однорангової мережі повинні бути постійно включені (на кожному з них власник повинний пройти реєстрацію в мережі).

Режими комутації

Існує три способи комутації. Кожний з них — це комбінація таких параметрів, як час очікування й надійність передачі.

· Із проміжним зберіганням (Store and Forward). Комутатор читає всю інформацію у фреймі, перевіряє його на відсутність помилок, вибирає порт комутації й після цього посилає в нього фрейм.

· Наскрізний (cut-through). Комутатор зчитує у фреймі тільки адресу призначення й після виконує комутацію. Цей режим зменшує затримки при передачі, але в ньому немає методу виявлення помилок.

· Безфрагментний (fragment-free) або гібридний. Цей режим є модифікацією наскрізного режиму. Передача здійснюється після фільтрації фрагментів колізій (фрейми розміром 64 байта обробляються за технологією store-and-forward, інші за технологією cut-through).

Маршрутиза́тор, або ро́утер (англ. router) — електронний пристрій, що використовується для поєднання двох або більше мереж і керує процесом маршрутизації, тобто на підставі інформації про топологію мережі та певних правил приймає рішення про пересилання пакетів мережевого рівня (рівень 3 моделі OSI) між різними сегментами мережі.

Для звичайного користувача маршрутизатор (роутер) — це мережевий пристрій, який підключається між локальною мережею й інтернетом. Часто маршрутизатор не обмежується простим пересиланням даних між інтерфейсами, а також виконує й інші функції: захищає локальну мережу від зовнішніх загроз, обмежує доступ користувачів локальної мережі до ресурсів інтернету, роздає IP-адреси, шифрує трафік і багато іншого.

Маршрутизатори працюють на мережевому рівні моделі OSI: можуть пересилати пакети з однієї мережі до іншої. Для того, щоб надіслати пакети в потрібному напрямку, маршрутизатор використовує таблицю маршрутизації, яка зберігається у його пам'яті. Таблиця маршрутизації може складатися засобами статичної або динамічної маршрутизації.

Крім того, маршрутизатори можуть здійснювати трансляцію адреси відправника й одержувача (англ. NAT, Network Address Translation), фільтрацію транзитного потоку даних на основі певних правил з метою обмеження доступу, шифрування/дешифрування передаваних даних тощо.

Маршрутизатори не можуть здійснювати передачу широкомовних повідомлень, таких як ARP-запит.

Маршрутизатором може виступати як спеціалізований пристрій, так і звичайний комп'ютер, що виконує функції простого маршрутизатора.

Принцип роботи

Зазвичай маршрутизатор використовує адресу одержувача, вказану в пакетах даних, і визначає за таблицею маршрутизації шлях, за яким слід передати дані. Якщо в таблиці маршрутизації для адреси немає описаного маршруту, пакет відкидається.

Існують і інші способи визначення маршруту пересилки пакетів, коли, наприклад, використовується адреса відправника, використовувані протоколи верхніх рівнів і інша інформація, що міститься в заголовках пакетів мережевого рівня. Нерідко маршрутизатори можуть здійснювати трансляцію адрес відправника і одержувача, фільтрацію транзитного потоку даних на основі певних правил з метою обмеження доступу, шифрування/дешифрування переданих даних тощо.

 

 

Функції шлюзу

Функція маршрутизації пакетів по різних неоднорідним мережевим інтерфейсам. Локалізація всього оброблюваного трафіку (дана функція шлюзу є точною завданням, яке поставлене ​​кожному міжмережевому екрану).

Друга функція шлюзу зазвичай виконується спеціальним програмним забезпеченням (ОС), а іноді є програмним модулем інтернет браузера.

 

Мережева плата, також відома як мережева карта, мережевий адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) — периферійний пристрій, що дозволяє комп'ютеру взаємодіяти з іншими пристроями мережі. В даний час, особливо в персональних комп'ютерах, мережеві плати досить часто інтегровані в материнські плати для зручності і здешевлення всього комп'ютера в цілому.

Типи

За конструктивною реалізацією мережеві плати поділяються на:

· Внутрішні — окремі плати, вставляються в ISA, PCI або PCI-E слот;

· Зовнішні, що підключаються через USB або PCMCIA інтерфейс, переважно використовуються в ноутбуках;

· Вбудовані в материнську плату.

На 10-мегабітних мережевих платах для підключення до локальної мережі використовуються 4 типи роз'ємів:

· 8P8C для витої пари;

· BNC-коннектор для тонкого коаксіального кабелю;

· 15-контактний роз'єм AUI трансівера для товстого коаксіального кабелю.

· Оптичний роз'єм (en: 10BASE-FL та інші стандарти 10 Мбіт Ethernet)

Ці роз'єми можуть бути присутніми в різних комбінаціях, іноді навіть всі три відразу, але в будь-який даний момент працює тільки один з них.

На 100-мегабітних платах встановлюють або роз'єм для витої пари (8P8C, помилково званий RJ-45^[1]), або оптичний роз'єм (SC, ST, MIC^[2]).

Поряд з роз'ємом для витої пари встановлюють один або кілька інформаційних світлодіодів, що повідомляють про наявність підключення і передачі інформації.

Однією з перших масових мережевих карт стала серія NE1000/NE2000 фірми Novell з роз'ємом BNC.

Перелік основних стандартів

IEEE 802.11 — початковий стандарт бездротових локальних мереж, заснований на бездротовій передачі даних у діапазоні 2.4 ГГц. Підтримує обмін даними зі швидкістю до 1 — 2 Мбіт/с. Прийнятий у 1997 році стандарт передбачав два типи модуляції — DSSS і FHSS.

IEEE 802.11а — стандарт бездротових локальних мереж, заснований на бездротовій передачі даних в діапазоні 5 ГГц. Діапазон роздільний на три непересічні піддіапазони. Максимальна швидкість обміну даними становить 54 Мбіт/с, при цьому доступні також швидкості 48, 36, 24, 18, 12, 9 і 6 Мбіт/с.

IEEE 802.11b — стандарт бездротових локальних мереж, заснований на бездротовій передачі даних в діапазоні 2,4 ГГц. У всьому діапазоні існує три непересічні канали, тобто на одній території, не впливаючи один на одного, можуть працювати три різні бездротові мережі. У даному стандарті застосований метод модуляції DSSS. Максимальна швидкість роботи становить 11 Мбіт/с, при цьому доступні також швидкості 5.5, 2 та 1 Мбіт/с.

Стандарт IEEE 802.11b був прийнятий в 1999 році в розвиток прийнятого раніше стандарту IEEE 802.11. Він також передбачає використання діапазону частот 2.4 ГГц, але тільки з модуляцією DSSS. Продукти стандарту IEEE 802.11b, що поставляються різними виробниками, тестуються на сумісність і сертифікуються організацією Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), яка більше відома під назвою Wi-Fi Alliance. Сумісні бездротові продукти, що пройшли випробування за програмою «Альянсу Wi-Fi» можуть бути маркіровані знаком Wi-Fi.

IEEE 802.11b+ — покращена версія стандарту 802.11b у виконанні окремих виробників, що забезпечує підвищення швидкості обміну даними. У інтерпретації компанії Texas Instruments відрізняється від оригінального варіанту модуляцією PBCC (Packet Binary Convolutional Coding), подвоєною максимальною швидкістю (до 22 Мбіт/с). Також анонсувалися рішення з продуктивністю, збільшеною до 44 Мбіт/с.

IEEE 802.11g — стандарт бездротових локальних мереж, заснований на бездротовій передачі даних в діапазоні 2.4 ГГц. Діапазон розділений на три непересічні канали, тобто на одній території, не впливаючи одна на одну, можуть працювати три різні бездротові мережі. Для збільшення швидкості обміну даними при ширині каналу, схожій з 802.11b, застосований метод модуляції з ортогональним частотним мультиплексуванням (OFDM, Ortogonal Frequency Division Multiplexing), а також метод двійкового пакетного згорткового кодування PBCC (Packet Binary Convolutional Coding).

IEEE 802.11е (QoS, Quality of service) — додатковий стандарт, що дозволяє забезпечити гарантовану якість обміну даними шляхом перестановки пріоритетів різних пакетів; необхідний для роботи таких потокових сервісів як VoIP або IPTV.

IEEE 802.11i — стандарт, що знімає недоліки у сфері безпеки попередніх стандартів. 802.11i вирішує проблеми захисту даних канального рівня і дозволяє створювати безпечні бездротові мережі практично будь-якого масштабу.

IEEE 802.11n — сучасний стандарт бездротових локальних мереж покоління, заснований на бездротовій передачі даних в діапазоні 2.4 ГГц. Стандарт 802.11n значно перевищує за швидкістю обміну даними попередні стандарти 802.11b і 802.11g, забезпечуючи швидкість на рівні Fast Ethernet; зворотно сумісний з 802.11b і 802.11g. Основна відмінність від попередніх версій Wi-Fi — додавання до фізичного рівня (PHY) підтримки протоколу MIMO (multiple-input multiple-output). Теоретична швидкість може складати 150 Мбіт/с

IEEE 802.11ас — новий стандарт бездротових локальних мереж Wi-Fi на частотах 5-6 ГГц. Якщо обидва пристрої підтримують цю технологію, то швидкість обміну даними може бути більшою за 1 Гбіт/с (до 6 Гбіт/с 8x MU-MIMO). Стандарт передбачає використання до 8 антен MU-MIMO та розширення каналу до 80 або 160 МГц. 20 січня 2011 прийнята перша редакція версії 0.1, а вже 1 лютого 2013 редакція версії 5.0.

 

 

Скручені пари

Кабель на скручених парах складається з декількох пар провідників, скручених між собою по всій довжині. Кожний із провідників пари служить екраном для іншого провідника, охороняючи його від електромагнітних перешкод. Скручені пари випускаються двох видів:

екрановані скручені пари (экранированные витые пары або shielded twisted-pair, STP) і неекрановані скручені пари ( неэкранированные витые пары або unshielded twisted-pair, UTP). У першому випадку усі пари кабелю екрануються спеціальною оболонкою, що забезпечує додатковий захист від перешкод. Кабелі STP коштують набагато дорожче кабелів UTP, але менше піддаються впливу перешкод. Кабелі STP використовуються в тих місцях, де не дуже добре працюють кабелі UTP.

Стандарт на кабелі розроблений Асоціацією електронної індустрії (Ассоциацией электронной индустрии або Electronics Industry Association, EIA), Асоціацією телекомунікаційної індустрії (Ассоциацией телекоммуникационной индустрии або Telecommunications Industry Association, TIA) і Національною асоціацією виробників електротехнічної продукції (Национальной ассоциацией производителей электротехнической продукции або National Electrical Manufacturers Association, NEMA).

Стандарт передбачає розподіл усіх кабелів на п'ять категорій, причому сертифікація по стандарті EIA/TIA-586 повинна проводитися страховою лабораторією (Страховой Лабораторией або Underwriters Laboratories, UL). Чим вище номер категорії, тим менше загасання в кабелі і, отже, тим менше кабель піддається впливові шумів.

Категорія 1. Старі телефонні кабелі UTP, що прокладалися телефонними компаніями до 1983 року. Непридатні для високошвидкісного пересилання даних, оскільки єдиною вимогою до цієї категорії є скрутка пар між собою.

Категорія 2. Кабелі UTP, сертифіковані для пересилання даних зі швидкістю до 4 Мбіт/с. Відповідають типові 3 специфікації IBM: чотири неекранованих провідники одножильного кабелю (на противагу багатожильному), що складають дві скручені пари для передачі даних або аналогових сигналів звукового діапазону.

Категорія 3. Кабелі UTP, що володіють найменшою пропускною здатністю, що дозволено використовувати в локальних мережах. Максимальна швидкість пересилання до 10 Мбіт/с і поліпшена конструкція кабелю в порівнянні з категоріями 1 і 2.

Категорія 4. Призначена для мереж Token Ring і швидкості обміну 16 Мбіт/с. Не набагато краще кабелів категорії 3 з погляду прокладки нових мереж.

Категорія 5. 100-омні чотирьох-провідні кабелі з скрученими парами для Ethernet або ATM (Asynchronous Transfer Mode, режим асинхронної передачі). Максимально можлива швидкість обміну дорівнює 100 Мбіт/с. У правильно прокладеній кабельній мережі категорії 5 будуть мінімальні перехресні наведення.

Категорія 5е. Розроблена для збільшення продуктивності мереж категорії 5. Характеризуються поліпшеними параметрами наведень NEXT і загасанням, що дозволяє забезпечити роботу мережі 1 Гб Ethernet при використанні всіх чотирьох пар. На сьогодні категорія 5е порівняна з ціною кабелів категорії 5, тому мережі категорії 5е вважаються мінімально необхідними при прокладці нових кабельних систем.

Категорія 6. Розроблена для поліпшення смуги пропускання мереж категорії 5 і забезпечує швидкість обміну 250 Мбіт/с.

Категорія 7. Новий стандарт для кабельних систем. По специфікації ISO кабель категорії 7 повинний забезпечувати швидкість обміну 600 Мбіт/с. Деякі компанії увели власні специфікації, що перевершують вимоги ISO, тому до категорії 7 відносять кабелі, що забезпечують швидкість обміну 1 Гбіт/с і вище.

Перехресні наведення

Перехресні наведення виникають при передачі електричних сигналів у близько розташованих провідниках. Любий провідник кабелю подібний антені, тому сигнал, що пересилається по провіднику, породжує електромагнітне випромінювання. Коли частота випромінювання невелика, то в сусідньому кабелі наводиться сигнал-перешкода. Аналогічна ситуація виникає при прослуховуванні радіопрограм в автомобілі, що рухається: одна радіостанція поступово губиться, але на її місці виникає інша.

Чим більше перекручені провідники скрученої пари, тим менше стає перехресне наведення. Крім того, перехресне наведення знижується, коли пари одного кабелю скручені з різним коефіцієнтом (наприклад, одна пара—3 скрутки на дюйм, а інша пара—3,125 скрутки на дюйм).

У минулому вважалося, що неекрановані кабелі UTP не підходять для мереж, однак в останні роки істотно поліпшена конструкція кабелів на скручених парах і, вони навіть стали гідною заміною волоконно-оптичним кабелям. У кабелях категорії 3 було не менш трьох скруток на фут, але в сучасних кабелях на скручених парах для високошвидкісного обміну даними використовуються 8-15 скруток на дюйм, а також спеціальний пластик, що дозволяє поліпшити технічні характеристики.

Однак за деякими показниками скручених парам поки не вдається перевершити коаксіальні кабелі. Кабелі UTP і STP забезпечують без загасання передачу сигналу тільки на відстань 300 футів (90 м) навіть для категорії 5, а товстий коаксіальний кабель (толстый коаксиальный кабель або thick coax, 10Base-5) здатний передати сигнал на відстань 1640 футів (приблизно 500 м). Однак коли немає потреби у високій швидкості передачі (наприклад, не потрібно пересилати відео, аудіо або великі графічні файли) і немає могутніх джерел електромагнітних наведень (телефонні або силові лінії), то цілком підійде неекранований кабель UTP. Кабелі на скручених парах набагато дешевше коаксіальних і волоконно-оптичних кабелів, причому не потрібно складного устаткування для їхньої прокладки і підключення. Скручені пари добре працюють, якщо не вимагати від них неможливого.

 

Коаксіальні кабелі

Звичайно коаксіальні кабелі мають з'єднувач типу BNC (Bayonet-Naur Connector—штырьковый муфельне рознімання). Сам кабель являє собою мідний провідник, укладений в алюмінієвий або мідний екран, що охороняє основний провідник від перешкод. Коаксіальний кабель забезпечує смугу пропускання і рівень захисту від перешкод вище, ніж у скрученій парі, хоча і не досягає параметрів волоконно-оптичного кабелю.

Коаксіальний кабель складається з чотирьох конструктивних елементів:

Центральна жила -Внутрішній провідник

Діелектрик -Ізоляція від металевого екрана

Екран - Металева фольга або оплітка навколо діелектрика

Оболонка - Захисна оболонка від зовнішніх механічних ушкоджень

Запобігання від перешкод реалізовано так само, як у скрученій парі, — навколо провідника знаходиться додатковий провідник (у даному випадку екран), що охороняє від електромагнітного випромінювання. У скрученій парі кожний із провідників захищає один одного, а в коаксіальному кабелі для захисту використаний спеціальний провідник, що, до речі, не дозволяє випромінювати перешкоди внутрішній жилі. Коаксіальний кабель забезпечує гарний захист від зовнішніх перешкод, причому екран є обов'язковим конструктивним елементом будь-якого коаксіального кабелю. Зниження рівня перешкод дозволяє передавати сигнали далі, ніж по скрученій парі.

У локальних мережах використовуються коаксіальні кабелі чотирьох типів:

Ethernet. Часто використовують для магістральних з'єднань на далеку відстань. Іноді цей тип кабелю називають 10Base-5 (по найменуванню стандарту Інституту інженерів по електроніці й електротехніці — IEEE) або «товстим» Ethernet (Thicknet). Останнім часом кабелі цього типу заміняються волоконно-оптичними (особливо при прокладці нових кабельних мереж), що не піддані електромагнітним наведенням і забезпечують велику дальність передачі сигналу.

RG-58A/U. Використовується в коаксіальних мережах Ethernet. Іноді називається 10Base-2 або «тонким» Ethernet (Thinnet).

RG-59/U. Застосовується в мережах кабельного телебачення й у застарілих комп'ютерних мережах ARCnet.

RG-62/U. Використовується в мережах ARCnet і лініях зв'язку з терміналами IBM.

Кабель Ethernet має діаметр 0,4 дюйми (1 дюйм = 2,54 см), а інші кабелі (RG-58A/U, RG-59/U і RG-62/U) - 0,18; 0,25 і 0.25 дюймів відповідно. Хоча останні три типи кабелів мають приблизно однаковий діаметр, вони не є взаємозамінними.

У сучасних локальних мережах застосовуються тільки два типи кабелів -10Base-5 і 10Base-2. У назвах закладені технічні характеристики мережі: швидкість передачі даних, смуга пропускання і максимальна довжина сегмента.

Наприклад, 10Base-5 указує на швидкість обміну 10 Мбіт/с і довжину 500 м (5 у назві специфікації).

 

 

Волоконно-оптичні кабелі

Для вивчення кабелів цього типу доведеться розглянути ще два поняття: електрони і фотони. Розглянуті вище кабелі використовували електрони як носіїв інформації, але у волоконно-оптичних кабелях використовуються фотони.

Волоконно-оптичні кабелі не чуттєві до електромагнітних перешкод, тому що в них застосовується інший тип носіїв. По скручених парах і коаксіальних кабелях передають сигнали електричного струму, а по волоконно-оптичних — світлові сигнали. Ці сигнали пересилаються по пластиковому або скляному світловоду, ув'язненому в оптичну оболонку. Уся ця конструкція розташовується в звичайній захисній оболонці.

На одному кінці кабелю розташований світловипромінюючий діод, що посилає сигнали по світловоду (серцевині оптичного кабелю). Пристрої такого роду називаються кодеками (від кодування/декодування). На протилежному кінці кабелю за допомогою фотодіода сигнал перетвориться в електричну форму. Як і в електричних кабелях, можна установити проміжні повторювачі, що підсилюють оптичний сигнал для пересилання на ще більшу відстань.

У кабелі можуть розташовуватися декілька незалежних світловодів, що дозволяє пересилати дані в обох напрямках, причому створювати кілька шляхів для даних. Чим більше світловодів у кабелі, тим вище пропускна здатність. Волоконно-оптичні кабелі поставляються в різних варіантах, що відрізняються розмірами й умовами експлуатації

Деякі типи кабелів дозволяють пересилати дані в обох напрямках, однак для кожного зі шляхів повинний бути присутній власний світловід.

Фізичний рівень

Фізичний рівень (Physical layer) має справи з передачею бітів по фізичних каналах зв'язку, таким, як коаксіальний кабель, кручена пара, оптоволоконий кабель або цифровий територіальний канал. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, перешкодозахищеність, хвильовий опір і інші. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, таку як крутість фронтів імпульсів, рівні напруги або струму переданого сигналу, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Крім того, тут стандартизуються типи роз’ємів і призначення кожного контакту.

Функції фізичного рівня:

· передача бітів по фізичних каналах;

· формування електричних сигналів;

· кодування інформації;

· синхронізація;

· модуляція.

Реалізується апаратно.

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером або послідовним портом.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 100 Base-TX технології Ethernet, що визначає в якості середовища передачі даних неекрановану кручену пару категорії 5 із хвильовим опором 100 Ом, роз’єм RJ- 45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, а також деякі інші характеристики середовища й електричних сигналів.

Канальний рівень

На фізичному рівні просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в тих мережах, у яких лінії зв'язку використовуються (розділяються) поперемінно декількома парами взаємодіючих комп'ютерів, фізичне середовище передачі може бути зайняте.

Тому однієї із завдань канального рівня(Data Link layer) є перевірка доступності середовища передачі. Інше завдання канального рівня - реалізація механізмів виявлення й корекції помилок. Для цього на канальному рівнібітигрупуються в набори, називані кадрами (frames).

Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадрупоміщаючи спеціальну послідовність біту початок і кінець кожного кадру, для його виділення, а також обчислює контрольну суму, обробляючи всі байти кадрупевним способом, і додає контрольну сумудокадру. Канальний рівеньможе не тільки виявляти помилки, але й виправляти їх за рахунок повторної передачі ушкодженихкадрів. Необхідно відзначити, що функція виправлення помилок для канального рівня не є обов'язкової, тому в деяких протоколах цього рівня вона відсутня, наприклад в Ethernet і Frame Relay.

Реалізується апаратно.

Мережний рівень

Мережний рівень (Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, що поєднує кілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати зовсім різні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами й мати довільну структуру зв'язків. Функції мережного рівня досить різноманітні.

На мережному рівні сам термін мережа наділяють специфічним значенням. У цьому випадку під мережею розуміється сукупність комп'ютерів, з'єднаних між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і, що використовують для передачі даних один із протоколів канального рівня, певний для цієї топології.

Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packets). При організації доставки пакетів на мережному рівні використовується поняття «номер мережі». У цьому випадку адреса одержувача складається зі старшої частини - номера мережі й молодшої - номера вузла в цій мережі. Всі вузли однієї мережі повинні мати ту саму старшу частину адреси, тому терміну «мережа» на мережному рівні можна дати й інше, більше формальне визначення: мережа - це сукупність вузлів, мережна адреса яких містить той самий номер мережі.

На мережному рівні визначаються два види протоколів:

1. мережні протоколи (routed protocols) - реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи звичайно мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережного рівня відносять і інший вид протоколів, називаних протоколами обміну маршрутною інформацією або просто протоколами маршрутизації (routing protocols).

2. протоколи вирішення адрес - Address Resolution Protocol, ARP, які відповідають за відображення адреси вузла, використовуваного на мережному рівні, у локальну адресу мережі.

Прикладами протоколів мережного рівня є протокол міжмережної взаємодії IP стека TCP/IP і протокол межмережевого обміну пакетами IPX стека Novell.

 

 

Транспортний рівень

Транспортний рівень (Transport layer) забезпечує додаткам або верхнім рівням стека - прикладному й сеансовому - передачу даних з тим ступенем надійності, що їм потрібно. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, надаваних транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю надаваних послуг: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів націлити декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне - здатністю до виявлення й виправлення помилок передачі, таких як перекручування, втрата й дублювання пакетів.

Основні завдання транспортного рівня:

1. розбивка повідомлення сеансового рівня на пакети, їхня нумерація;

2. буферизація прийнятих пакетів;

3. впорядочення пакетів, що прибувають;

4. адресація прикладних процесів;

5. керування потоком.

Як правило, всі протоколи, починаючи із транспортного рівня й вище, реалізуються програмними засобами кінцевих вузлів мережі - компонентами їх мережних операційних систем. Як приклад транспортних протоколів можна привести протоколи TCP і UDP стека TCP/IP і протокол SPX стека Novell.

Мережний рівень

Мережний рівень (Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, що поєднує кілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати зовсім різні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами й мати довільну структуру зв'язків. Функції мережного рівня досить різноманітні.

На мережному рівні сам термін мережа наділяють специфічним значенням. У цьому випадку під мережею розуміється сукупність комп'ютерів, з'єднаних між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і, що використовують для передачі даних один із протоколів канального рівня, певний для цієї топології.

Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packets). При організації доставки пакетів на мережному рівні використовується поняття «номер мережі». У цьому випадку адреса одержувача складається зі старшої частини - номера мережі й молодшої - номера вузла в цій мережі. Всі вузли однієї мережі повинні мати ту саму старшу частину адреси, тому терміну «мережа» на мережному рівні можна дати й інше, більше формальне визначення: мережа - це сукупність вузлів, мережна адреса яких містить той самий номер мережі.

На мережному рівні визначаються два види протоколів:

1. мережні протоколи (routed protocols) - реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи звичайно мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережного рівня відносять і інший вид протоколів, називаних протоколами обміну маршрутною інформацією або просто протоколами маршрутизації (routing protocols).

2. протоколи вирішення адрес - Address Resolution Protocol, ARP, які відповідають за відображення адреси вузла, використовуваного на мережному рівні, у локальну адресу мережі.

Прикладами протоколів мережного рівня є протокол міжмережної взаємодії IP стека TCP/IP і протокол межмережевого обміну пакетами IPX стека Novell.

Фізичний рівень

Фізичний рівень (Physical layer) має справи з передачею бітів по фізичних каналах зв'язку, таким, як коаксіальний кабель, кручена пара, оптоволоконий кабель або цифровий територіальний канал. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, перешкодозахищеність, хвильовий опір і інші. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, таку як крутість фронтів імпульсів, рівні напруги або струму переданого сигналу, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Крім того, тут стандартизуються типи роз’ємів і призначення кожного контакту.

Функції фізичного рівня:

· передача бітів по фізичних каналах;

· формування електричних сигналів;

· кодування інформації;

· синхронізація;

· модуляція.

Реалізується апаратно.

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером або послідовним портом.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 100 Base-TX технології Ethernet, що визначає в якості середовища передачі даних неекрановану кручену пару категорії 5 із хвильовим опором 100 Ом, роз’єм RJ- 45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, а також деякі інші характеристики середовища й електричних сигналів.

 

 

Транспортний рівень

Транспортний рівень (Transport layer) забезпечує додаткам або верхнім рівням стека - прикладному й сеансовому - передачу даних з тим ступенем надійності, що їм потрібно. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, надаваних транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю надаваних послуг: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів націлити декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне - здатністю до виявлення й виправлення помилок передачі, таких як перекручування, втрата й дублювання пакетів.

Основні завдання транспортного рівня:

1. розбивка повідомлення сеансового рівня на пакети, їхня нумерація;

2. буферизація прийнятих пакетів;

3. впорядочення пакетів, що прибувають;

4. адресація прикладних процесів;

5. керування потоком.

Як правило, всі протоколи, починаючи із транспортного рівня й вище, реалізуються програмними засобами кінцевих вузлів мережі - компонентами їх мережних операційних систем. Як приклад транспортних протоколів можна привести протоколи TCP і UDP стека TCP/IP і протокол SPX стека Novell.

Сеансовий рівень

Сеансовий рівень (Session layer) забезпечує керування діалогом: фіксує, яка зі сторін є активною в даний момент, надає засобисинхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у випадку відмови мо