Історія та еволюція комп’ютерних мереж.

З давніх давен люди намагалися винайти засоби спілкування на відстані. Козаки використовували для цього вежі, на яких стояли діжі з просмоленою соломою, які підпалювалися в разі нападу ворогів. В Карпатах для передачі повідомлень використовувалися трембіти – кожна мелодія і кожен звук мали своє значення, передаючи ту чи іншу звістку. В Америці індійці для передачі повідомлень використовували дим костра – накриваючи або відкриваючи його вдавалося передавати доволі точні повідомлення на відстані. Можна привести ще багато інших прикладів спроб передавати повідомлення.

В 19 сторіччі були винайдені телеграф і телефон. Коли в 50-х роках 20-го сторіччя з’явилися доволі потужні ЕОМ, виникла потреба сполучити їх одним або багатьма терміналами для ефективнішого використання їх ресурсів. Було створено системи з розподілом часу роботи центрального процесора, де кожному терміналу по черзі виділявся квант часу.

В подальшому стало зрозумілим, що для роботи слід використовувати окремі пристрої, які могли б допомогти обробити весь потік інформації котра рухається між комп’ютерами. Таким чином було покладено початок виникнення комунікаційного обладнання, принципи функціонування якого використовуються до сьогодні. Слід зазначити, що при цьому розміри даних пристроїв змінилися суттєво, а їх функціональність значно перевищує можливості попередників.

Перші мережі, що здійснюють передачу даних з комп'ютера на комп'ютер, з'явилися в кінці 1940-х років - тобто фактично відразу після винаходу комп'ютерів. Для порівняння: модеми з'явилися тільки на початку 1980-х.

В кінці 60-х років почали створюватися перші локальні комп’ютерні мережі. Проте кожна із фірм розробляла їх по власному стандарту і на базі власних розробок.

Але оскільки у кожної фірми техніки різні, а виробників комп'ютерів за тих часів можна було перерахувати по пальцях, знадобилося якось систематизувати всі ці мережі і способи передачі даних по них. Введення стандартів - справа великих грошей, тому що та фірма, стандарти якої будуть прийняті, вже відразу може продавати сумісне із стандартами устаткування, тоді як її конкуренти повинні будуть перебудовувати все виробництво на новий лад. Ще один приклад з світу модемів: в результаті ухвалення запропонованого фірмою Rockwell стандарту v.34+ для передачі даних із швидкістю 33600 біт в секунду фірма Rockwell одержала прибуток в півтора мільярда доларів.
З цього маленького прикладу зрозуміло, які неабиякі пристрасті бушували в світі комп'ютерних мереж. Але основні бої розвернулися між двома гігантами: в 1976 році фірми Xerox, Intel і DEC запропонували стандарт комп'ютерних мереж невеликих розмірів під назвою Ethernet. У відповідь IBM запропонувала стандарт під назвою Token Ring. Бої між прихильниками тієї і іншої технології були схожі на описані Джонатаном Свіфтом бої тупо кінцевих і гостро кінцевих: Ethernet - більш швидкий, більш простий і більш легкий в настройці. З другого боку, Ethernet-мережа виявиться нездатною передавати дані вже при 50% навантаження. Token Ring надійний і працюватиме навіть при 98% завантаженості мережі, але його складніше налаштувати і використати. Зрозуміло, між собою вони несумісні.
Врешті-решт, через те, що дуже мало мереж використовуються у всю потужність, Ethernet переміг, і зараз абсолютна більшість маленьких мереж (до 200 комп'ютерів) працює в стандарті Ethernet.

Першою датою створення глобальних мереж вважається 1968 рік, коли по замовленню міністерства оборони США управління передових досліджень (Advanced Research Projects Agency) почало створення спеціальної мережі для зв'язку віддалених комп'ютерів міністерства між собою. Мережа також повинна була сприяти науковим дослідженням у військово-промисловій області і служити об'єктом досліджень для побудови мереж, здатних надійно функціонувати при отриманні часткових пошкоджень в результаті військових дій із застосуванням ядерної зброї. Така мережа була створена до 1973 року і одержала назву ARPAnet.

Приблизно через 10 років, після початку розробки ARPAnet у зв'язку з розповсюдженням персональних комп'ютерів стали інтенсивно розвиватися локальні обчислювальні мережі (ЛВС), які працювали по аналогічних принципах і на тих самих протоколах, що і ARPAnet.. Деякі крупні організації, такі, як агентство космічних досліджень NASA сталі розробляти власні комп'ютерні мережі (у тому числі і для зв'язку своїх ЛВС) на тих же принципах, що і ARPAnet, застосовуючи комунікаційні протоколи, схожі з IP. Схожість протоколів дозволяла об'єднувати ці мережі між собою, використовую єдиний адресний простір. Таке об'єднання мереж, що використовують загальні протоколи, одержало назву Internet. В 1982 році була проведена уніфікація сімейства протоколів, що використалися, і воно одержало назву протоколи TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – Протокол управління передачей/Internet протокол), а мережа ARPAnet була переіменована в Internet. При цьому в мережі могли використовуватися комп'ютери будь-яких типів, якщо на них встановлювалося програмне забезпечення для роботи по цих протоколах.

Локальні мережі, які використовують ті самі принципи побудови, що і Internet та базуються на протоколі TCP/IP називають Intranet мережами.

Міжнародні організації з стандартизації.

CCITT – Consultative Committee for International Telegraph and Telephone - міжнародна група, що розробляє стандарти для телефонного та телеграфного зв’язку. В 1993 році перетворена в ITU (International Telecommunication Unit).

EIA – Electronic Industries Associations – Асоціація електронної промисловості

TIA – Telecommunications Industry Association - Асоціація телекомунікаційної промисловості.

ETSI - European Telecommunications Standards Institute - Європейський інститут телекомунікаційних стандартів.

IETF – Internet Engineering Task Force – Підрозділ інженерних розробок Інтернет.

IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers – інститут інженерів електрики та електроніки. Описують стандарти для локальних мереж, зокрема 802.хх

 

Комітети IEEE, які формують стандарти мереж:

Комітет	Галузь діяльності
802.1	Взаємодія
802.2	LLC
802.3	CSMA/CD Ethernet
802.4	Шина з передачею маркера
802.5	Кільце з передачею маркера
802.6	Муніципальні мережі
802.7	Широкомовна технологія
802.8	Волоконно-оптична технологія
802.9	Поєднання голосу і даних
802.10	Захист локальних мереж
802.11	Бездротовий зв’язок
802.12	100VG-AnyLAN

 

Модель OSI

У зв’язку з бурхливим розвитком комп’ютерних мереж міжнародною організацією із стандартизації було проведено дослідні роботи, в основі яких лежали різні типи мереж, що існували на той час. В результаті досліджень було сформовано реферативну (описову) модель між мережевих з’єднань (Open System Interconnect) – OSI, відому також як стандарт 7498 ISO. В даній моделі було сформовано сім рівнів. Кожен із рівнів виділений таким чином, щоб найкраще описати відповідні функції. В реальному житті існуючі моделі відрізняються кількістю рівнів, функціями окремих рівнів, але в цілому вони використовують описи рівнів моделі OSI групуючи їх у відповідності з потребами.

Рівні моделі OSI номеруються знизу вверх.
7. Аррlication - прикладний рівень
6. Presentasion - рівень відображення
5. Session - сесійний рівень
4. Transport - транспортний рівень
3. Network - мережевий рівень
2. Data Link - рівень передачі даних
1. Physical - фізичний рівень

Інформація рухається від прикладного рівня до фізичного, послідовно перетворюючись, на кожному рівні до інформації добавляється заголовок та хвіст, які дозволяють ідентифікувати інформацію рухаючись у зворотному напрямку.

На кожному із рівнів інформації працюють відповідні протоколи.

Протокол - це набір правил, який визначає поведінку об'єктів під час їхньої взаємодії. Об'єкти сумісних рівнів взаємодіють один з одним через спільну межу, яку називають інтерфейсом.

Інтерфейс (в даному випадку) - це межа між двома рівнями, яка має певні функціональні можливості. Для локалізації цих місць використовують поняття сервісного пункту доступу.

Взаємодія можлива тільки із сумісними рівнями і ніколи через рівень.
Рівні 5-7 - рівні прикладних програм.
Рівні 1-4 - рівні мережі.

В рамках моделі OSI взаємодія двох систем представляється фактично у вигляді двох моделей - горизонтальної і вертикальної:

· в рамках горизонтальної моделі розглядається пряма взаємодія (обмін даними) однакових рівнів в двох кінцевих вузлах; для організації такої взаємодії в кожній з кінцевих точок повинні підтримуватися однакові протоколи для даного рівня;

· у вертикальній моделі розглядається обмін інформацією (взаємодія) між сусідніми рівнями однієї системи з використанням інтерфейсів API; в цій моделі кожний рівень може надавати свої послуги вище розміщеному рівню і користуватися послугами нижче лежачого рівня (крайні рівні моделі в цьому значенні представляють виключення - прикладний рівень надає свої послуги користувачу, а мережний рівень не користується сервісом інших рівнів)

Application (Прикладний рівень) - забезпечує різні форми взаємодії прикладних програм. Взаємодія програми також виконується за допомогою протоколів, вибір протоколу виконується динамічно за допомогою спеціального протоколу, який називається протоколом керування текстом.
До числа найпоширеніших протоколів прикладного рівня відносяться:

· FTP - протокол копіювання файлів

· TFTP - спрощений протокол копіювання файлів

· X.400 - електронна пошта

· Telnet - віддалений доступ в мережу

· SMTP - простий протокол поштового обміну

· CMIP - загальний протокол управління інформацією

· SNMP - простий протокол управління мережею

· NFS - мережна файлова система

· FTAM - метод доступу для копіювання файлів

Presentation (Презентаційний рівень) - даний рівень забезпечує перетворення інформації в загально прийнятий вигляд. Це пов'язано з тим, що різні програми на ПК можуть подавати інформацію в різних форматах. В такому випадку приймаючий ПК: програми на ньому можуть не зрозуміти прийняту інформацію.

Люба інформація, яка формується для передавання рівнем представлення має 2 аспекти: семантику і синтаксис. Семантика описує зміст повідомлення і є незмінною, а синтаксис може змінюватись.
Функції протоколів рівня:

o вибір потрібної форми відображення даних;

o перетворення даних;

o шифрування інформації.

На рівні представляения вам найбільш часто зустрічатимуться протоколи:

· DNS

· LDAP

· NetBIOS/IP

Session (Сесійний рівень) - організовує діалогові сеанси між прикладними процесами. Ініціатором сеансу є прикладна програма, яка породжує запит. Сесійний рівень ініціює сеанс зв'язку.
Функції протоколів рівня:

o налагодження сполучення;

o обмін даними;

o керування взаємодією;

o повідомлення про надзвичайні ситуації;

o відображення сесійного зображення на транспортне;

o завершення сесійного сполучення.

При роботі можливий випадок коли декілька сесій працюють через один транспортний рівень і навпаки. Окрім того відслідковується успішність передачі інформації рівня представлення.

Transport (Транспортний рівень) - надає прикладним програмам сполучення через усі фізичні засоби мережі незалежно від реальної конфігурації цього сполучення. Таке сполучення називають наскрізним, воно також має бути прозорим, тобто незалежним від вищих рівнів.
Сервіси транспортного рівня відрізняються наступними параметрами:

o пропускна здатність

o час передавання

o час налагодження сполучень

o допустима ймовірність помилок

Функції транспортного рівня:

o налагодження та розірвання транспортних сполучень;

o керування послідовністю блоків;

o забезпечення цілісності даних;

o зчеплення блоків та сегментування;

o виявлення та виправлення помилок;

o вибір класу сервісу;

o передавання даних;

o мультиплексування та розщеплення сполучень.

Транспортний рівень передбачає налагодження транспортного сполучення (вибір класу, потреби мультиплексування), передача даних, завершення сполучення.

Найпоширеніші протоколи транспортного рівня включають:

· TCP - протокол управління передачею

· NCP - Netware Core Protocol

· SPX - впорядкований обмін пакетами

· TP4 - протокол передачі класу 4

Network (Мережений рівень) - виконує ретрансляцію даних через одну або декілька систем, забезпечує вибір кращого маршруту у фізичних засобах сполучення (маршрутизація – дані перетворюються в пакети і переправляються через середовища передачі даних оптимальним шляхом).
Функції протоколів:

o організація мережевих сполучень

o ідентифікація кінцевих точок сполучення

o передача пакетів даних

o виявлення помилок

o ліквідація мережевих сполучень

Найбільш часто на мережному рівні використовуються протоколи:

· IP - протокол Internet

· IPX - протокол міжмережевого обміну

· X.25 (частково цей протокол реалізований на рівні 2)

· CLNP - мережний протокол без організації з'єднань

Data Link (Рівень каналу даних) - призначений для передавання кадрів даних через одне сполучення. Тому на мережевому рівні типи фізичних сполучень, що розміщені нижче невідомі.
Функції протоколів:

o передавання блоків даних

o організація послідовності блоків

o виявлення та виправлення помилок

o керування потоком

o налагодження та розривання канальних сполучень

Канальний рівень забезпечує формування, передачу і прийом кадрів даних. Також на цьому рівні відбувається селекція, тобто серед прийнятих відбираються тільки ті кадри, які адресуються в конкретні системи.

Якщо ви, знаходячись в юрбі, хочете поговорити з певною людиною, ви повинні назвати її по імені, щоби привернути її увагу. Інакше ви ризикуєте бути просто не почутим. Те ж саме відбувається і мережі. Тільки замість імен для позначення комп’ютерів використовуються фізичні адреси. Фізична адреса - це унікальне шістнадцяткове або десяткове число, призначене для того, щоби відрізняти один вузол від іншого. Адреси даного типу розрізняються саме на рівні каналу даних.

Цей рівень обслуговує запити мережного рівня і використовує сервіс фізичного рівня для прийому і передачі пакетів. Специфікації IEEE 802.x ділять канальний рівень на два підрівні: управління логічним каналом (LLC) і управління доступом до середовища (MAC). LLC забезпечує обслуговування мережного рівня, а підрівень MAC регулює доступ до фізичного середовища.

Найбільш часто на канальному рівні використовуються протоколи:

• HDLC для послідовних з'єднань
• IEEE 802.2 LLC (тип I і тип II) забезпечують управління доступом (MAC) для середовищ 802.x
• Ethernet
• FDDI
• X.25
• Frame relay
• PPP

Physical (Фізичний рівень) - призначений для сполучення систем з фізичним середовищем. Він визначає механічні елементи, функціональні та процедурні характеристики, які описують доступ до фізичних сполучень.
Фізичне сполучення забезпечує прозорість, тобто передавання довільної послідовності біт. Є два типи фізичних сполучень: 1- двопунктове; 2- багатопунктове.
Функції фізичного рівня:

o налаштування постійних або тимчасових сполучень

o ідентифікація фізичних сполучень

o організація послідовного передавання

o повідомлення про розриви та збої

Фізичний рівень відповідає за підключення до фізичного середовища передачі (мідь, оптика. радіо). Цей рівень одержує кадри даних від канального рівня і перетворить їх в оптичні або електричні сигнали, відповідні значенням бітів в потоці даних. Ці сигнали посилаються через середовище передачі на приймальний вузол. На фізичному рівні визначаються властивості середовища передачі, включаючи:

· типи кабелів і роз'ємів

· розводку контактів в роз'ємах

· схему кодування сигналів для значень 0 і 1 (модуляція).

До числа найпоширеніших специфікацій фізичного рівня відносяться:

· EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - механічні/електричні характеристики незбалансованого послідовного інтерфейсу.

· EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - механічні, електричні і оптичні характеристики збалансованого послідовного інтерфейсу.

· IEEE 802.3 -- CSMA/CD (Ethernet)

· IEEE 802.5 -- Token Ring

Література:

1. Буров Є. Комп’ютерні мережі. Львів: БаК, 1999.-468с.

2. Гук М. Аппаратние средства локальних сетей. Енциклопедия – СПб: Издательство “Питер”, 2000. – 576 с.

3. Тхір І.Л., Калушка В.П., Юзьків А.В. Посібник користувача ПК.- Тернопіль: Технічний коледж ТДТУ, 1999- с.564.

4. Олтри Терри Модернизация и ремонт сетей, 2-е изд.: Пер с англ.: Уч.пос. – М.:Издательский дом “Вильямс”, 2000. – 928с.

5. Крейг Хант Персональние компьютери в сетях ТСР/ІР: Пер. с англ. – К.: Издательская група BHV, 1997 – 384с.

 

Лекція 1.2