Хорактеристика компютерних мереж

1. Лекція №1
з навчальної дисципліни
„Комп’ютерні системи та мережі‖
Тема: Вступ. Класифікація і архітектура комп'ютерних мереж
Навчальні питання
1. Завдання та зміст дисципліни.
2. Стислий історичний огляд розвитку комп’ютерних мереж.
3. Загальна класифікація комп’ютерних мереж.
4. Архітектура комп’ютерних мереж.
Навчальна література:
1. Науменко М.І., Стасєв Ю.В., Рубан І.В. Технології комп’ютерних мереж АСУ
військами. Підручник. – Харків: МОУ, 2004. – C. 23-29.
2. Комп’ютерні мережі. Технології, протоколи та моделювання: Навч. посіб. / Ю.В.
Стасєв, І.В. Рубан, С.В. Дуденко , Д.В. Сумцов, О.І. Тимочко. – Харків: ХУ ПС, 2005. –
С. 9-15.
3. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколы. – С.-Пб.: Питер, 1999. – C. 87-90.
1. Завдання та зміст дисципліни
Дисципліна має на меті: надання курсантам базових теоретичних знань щодо
класифікації і принципів побудови комп’ютерних мереж, організації багаторівневого
управління; вивчення вимог стандартів щодо побудови комп’ютерних мереж; вивчення
організації фізичного рівня управління мережею, характеристик та структур
використованих середовищ для передачі, застосованих кодів, структур мереж та їх
застосування; вивчення організації канального рівня управління, протоколів канального
рівня, форматів кадрів; вивчення архітектури та організації роботи базових технологій
локальних комп’ютерних мереж (ЛКМ) Ethernet, Fast Ethernet, FDDI; вивчення стеку
протоколів TCP/IP як засобу об'єднання мереж; знайомство з програмним забезпеченням
комп’ютерних мереж; виробку вміння розробляти структуру мережі згідно технічного
завдання; виробку вміння розробляти імітаційні моделі мереж та виконувати за їх
допомогою дослідження по вибору параметрів, які забезпечать ефективну роботу мережі,
що проектується; виробку вміння вибирати потрібне апаратне та програмне забезпечення і
настроювати ЛКМ; ознайомлення з тенденцією розвитку телекомунікаційних та
комп’ютерних мереж.
У результаті вивчення дисципліни курсант повинен:
ЗНАТИ:
1. Класифікацію і загальні принципи побудови комп’ютерних мереж та тенденції їх
розвитку (ОО);
2. Існуючі стандарти побудови комп’ютерних мереж та їх вимоги (ПА);
3. Організацію фізичного рівня управління мережею, характеристики та структури
використованих середовищ для передачі, застосованих кодів (ПС);
4. Організацію канального рівня управління мережею, формати кадрів найбільш
розповсюджених канальних технологій, їх параметри (ПС);
5. Особливості архітектури та організації роботи базових технологій ЛКМ Ethernet,
Fast Ethernet, FDDI (ПА);
6. Можливості об’єднання різнорідних комп’ютерних мереж за допомогою стеку
протоколів TCP/IP (ПА);

2. 7. Склад і структуру типового програмного забезпечення ЛКМ, засоби її
адміністрування (ПС).
УМІТИ:
1. Розробляти структуру комп’ютерної мережі згідно технічного завдання (ПР.О);
2. Розробляти імітаційні моделі мереж та виконувати за їх допомогою дослідження
по вибору параметрів, які забезпечать ефективну роботу мережі, що проектується згідно з
встановленими вимогами (ЗР.О);
3. Вибирати потрібне апаратне та програмне забезпечення, запускати в роботу
локальну комп’ютерну мережу і настроювати її конфігурацію (ПП.Р);
4. Брати участь в розробці мережних апаратних вузлів та прикладних програмних
засобів (ПР.Р).
БУТИ ОЗНАЙОМЛЕНИМ:
З основними напрямами розвитку та вдосконалення комп’ютерних мереж,
областями їх застосування.
Програма дисципліни містить вступ, три блоки змістових модулів та закінчення.
Навчальна дисципліна "Комп’ютерні мережі" забезпечує підготовку курсанта за
фахом у області побудови, дослідження і експлуатації комп’ютерних систем та мереж
АСУ.
Викладання дисципліни базується на знаннях основ комп’ютерної техніки та АСУ,
отриманих курсантом при вивченні дисциплін „Обчислювальна техніка‖, „АСУ
спеціального призначення‖, ―Системи та засоби зв'язку‖ та ―Системи передачі даних‖.
Дисципліна забезпечує вивчення дисциплін «Математичне та програмне
забезпечення АСУ спеціального призначення», «Комплекси засобів автоматизації КП
Повітряних Сил», «Бойове застосування КЗА КП Повітряних Сил».
Структура дисципліни:
Всього годин – 162.
З них:
- Під керівництвом викладача – 108;
- Самостійні зайняття – 54.
В тому числі по видах навчальних занять :
- Лекції – 40;
- Лабораторні заняття – 16;
- Практичні заняття – 40;
- Залік з оцінкою – 2;
- Екзамен – 4.
Поточний контроль з дисципліни здійснюється шляхом вибіркового опитування на
початку лекцій, проведення комп’ютерного тестування на практичних і лабораторних
заняттях.
Модульний контроль з дисципліни здійснюється шляхом тестування, а також
виконання розрахунково-графічного завдання. Контрольна робота проводиться у вигляді
комп’ютерного тестування.
Оцінка за перший кредитний модуль виставляється курсанту за результатами його
поточної успішності та виконання контрольної роботи за темами 1-2. Другий кредитний
модуль оцінюється за результатами поточної успішності та виконання розрахунково-
графічного завдання.
Курсанти, які на протязі триместру своєчасно і якісно розраховувались зі звітними
заходами, отримали позитивні оцінки за кредитними модулями, отримують оцінку за
залік. Під час рейтингового тижня курсант має право ліквідувати заборгованість за
кредитний модуль (якщо вона існує) та отримати оцінку за залік, або покращити свою
оцінку за залік, якщо вона отримана за результатами оцінок за кредитні модулі.
Залік з оцінкою проводиться шляхом комп’ютерного тестування з дисципліни.

3. 2. Стислий історичний огляд розвитку комп’ютерних мереж
Етапи розвитку комп'ютерних мереж (табл. 1).
Таблиця 1
Хронологія найважливіших подій на шляху появи перших комп’ютерних мереж
Етап Час
Перші глобальні зв’язки комп’ютерів, перші експерименти з
пакетними мережами
Кінець 60-х р.
Початок передач по телефонних мережах голосу в цифровій формі Кінець 60-х р.
Поява великих інтегральних схем, перші міні-комп’ютери. Перші
нестандартні локальні мережі
Початок 70-х р.
Створення мережної архітектури IBM SNA 1974 р.
Стандартизація технології Х.25 1974 р.
Поява персональних комп’ютерів, створення Інтернету у сучасному
вигляді, установка на всіх вузлах стеку TCP/IP
Початок 80-х р.
Поява стандартних технологій локальних мереж (Ethernet - 1980 г.,
Token Ring - 1985 г., FDDI — 1985 г)
Початок 80-х р.
Початок комерційного використання Інтернету Кінець 80-х р.
Винаходження Web 1991 р.
1964 р. - створення надживучої системи передачі мови та даних шляхом з'єднання
засобів дискретної обробки даних із національною мережею мікрохвильових передавачів,
що працювала у двоточковому режимі.
1965 р. – В Управлінні перспективних досліджень (DAPRA) Міністерства оборони
США була розроблена концепція створення інформаційно-обчислювальної мережі на базі
мережі передачі даних з використанням комутації пакетів.
1972 р. – В Вашингтоні відбулася знаменита демонстрація мережі ARPANET – яка
зараз існує як INTERNET.
1974 р. – Прийняття стандарту Х.25 – так звана «Біла книга» – «Інтерфейс між
кінцевим обладнанням даних и апаратурою передачі даних для терміналів, які працюють в
пакетному режимі в мережах передачі даних загального користування» комітетом CCITT.
В Європі хвиля розвитку комп'ютерних мереж розпочалася у 70-ті роки. У 1973
році французький Інститут досліджень з інформатики та автоматики (IRIA) розробив
проект експериментальної мережі CYCLADES, яка вперше реалізувала механізм
дейтаграмної передачі даних з проміжним накопичуванням пакетів. У 1977 році
Управління пошт та телеграфу Великобританії розробило експериментальну мережу з
комутацією пакетів (EPSS), що надавала послуги у сполученні термінальних та головних
ЕОМ з використанням протоколу віртуального з'єднання. Наприкінці 70-х років на замову
комісії ЄЕТ європейськими поштово-телеграфними і телефонними відомствами була
створена глобальна інтермережа EURONET.
У Канаді в 1977 році була створена мережа DATAPAC, яка використовує як
дейтаграмну підмережу передачі даних, так і службу віртуальних з'єднань. Ця мережа на
початку 80-тих років була сполучена із мережею EURONET.
Фірма ІВМ (США) у 1974 році розробила інформаційно-обчислювальну мережу
SNA, яка представляла собою сукупність систем телеобробки даних, об'єднаних через
канали передачі даних. Головне навантаження з організації комунікацій покладалося на
процесори телеобробки даних, сама ж мережа передачі даних мала відносно просту
структуру.
Фірма DEC (США) для об'єднання міні-комп'ютерів в мережі різної потужності та
призначення розробила три варіанти КМ: DECnet-I (1976 рік), DECnet-II (1978 рік) та
DECnet-ІІІ (1980 рік).

4. На початку 80-х років з’явилися стандартні технології локальних мереж (Ethernet -
1980 г., Token Ring - 1985 г., FDDI — 1985 г). На даний час більшість локальних мереж
побудовані з використанням цих технологій, або, вірніше, їх наступниць.
З початком комерційного використання Інтернету і винаходження Web темп
розвитку технологій комп’ютерних мереж суттєво зріс.
3. Загальна класифікація комп’ютерних мереж
Існує достатньо велика кількість різних ознак, за якими можна класифікувати КМ.
Вибір схеми класифікації полягає в тому, щоб виділити з цього різноманіття таку
сукупність ознак класифікації, яка дозволяла б забезпечити даній схемі такі обов’язкові
якості:
– можливість класифікації усіх, як існуючих, так і перспективних КМ;
– диференціація суттєво різних мереж;
– однозначність класифікації будь-якої комп’ютерної мережі;
– наочність, простота і практична доцільність класифікаційної схеми.
Певна суперечність цих вимог робить завдання вибору раціональної схеми
класифікації КМ надто складним, таким, що не знайшло до цього часу однозначного
розв’язання. Наведена нижче схема класифікації базується на ознаках структурної та
функціональної організації.
За призначенням КМ поділяються на обчислювальні, інформаційні та змішані
(інформаційно-обчислювальні). Обчислювальні мережі призначені головним чином для
вирішення завдань користувачів з обміном даними між їх абонентами. Інформаційні
мережі орієнтовані в основному на надання інформаційних послуг користувачам. Змішані
мережі об’єднують функції перших двох.
За типом комп’ютерів, з яких комплектуються КМ, розрізняють однорідні
комп’ютерні мережі, що складаються із програмно-сумісних ЕОМ, та неоднорідні, до
складу яких входять програмно-несумісні комп’ютери.
За розміром КМ можна поділити на такі класи:
1. Локальні мережі (Local Area Network – LAN) – мережі, які охоплюють відносно
невеликі території і характеризуються наявністю загального високошвидкісного
середовища передачі даних.
2. Глобальні мережі (Wide Area Network – WAN) – мережі, які охоплюють, як
правило, досить велику територію, і для передачі даних використовують різні середовища,
наприклад, виділені лінії зв’язку та лінії зв’язку, що комутуються, мережі передачі даних
різних країн.
3. Мережі кампусу – мережі, які об’єднують значно віддалені одна від одної
абонентські системи або локальні мережі, але не вимагають віддалених комунікацій через
телефонні лінії та модеми.
4. Корпоративні мережі (Enterprise Wide Network – EWN) – великі мережі, які
працюють з єдиною метою.
5. Персональні мережі – (Personal Area Network – PAN) – мережі, призначені для
взаємодії різних пристроїв, що належать одному власникові.
6. Мережі мегаполісу – (Metropolitan Area Network – MAN) – міські мережі між
установами в межах одного або кількох міст, що зв'язують багато локальних
комп’ютерних мереж.
7. Мережі контролерів – (Controller Area Network – CAN) – стандарт промислових
мереж, орієнтований перш за все на об'єднання в єдину мережу різних виконавчих
пристроїв і датчиків.
За типом функціональної взаємодії розрізняють мережі:
– клієнт-серверні;
– змішані;

5. – однорангові;
– багаторангові.
За організацією управління КМ можна поділити на:
1. Однорангові мережі (на основі робочих груп), в яких всі комп’ютери (робочі
станції) є рівноправними (рис. 1).
2. Мережі на основі сервера (доменні), в яких більшість комп’ютерів є клієнтськими
(робочі станції), але присутні і спеціально виділені комп’ютери – сервери – для надання
мережних послуг (служб, сервісів) клієнтам і управління мережею (контролери домену).
За типом організації передачі даних розрізняють мережі:
– з комутацією повідомлень;
– з комутацією пакетів;
– з комутацією каналів.
4. Архітектура комп’ютерних мереж
Комп’ютерна мережа (КМ) – це складна розподілена система, що включає широку
номенклатуру технологічних засобів (робочі станції, мережні адаптери, концентратори,
модеми, комунікаційне й інше устаткування).
Специфічним для КМ є поняття структури, що розкриває схему зв’язків і взаємодії
між елементами. Тут це поняття виявляється недостатнім для того, щоб однозначно
виділити складові частини мереж, оскільки структура їх є динамічною, що змінюється з
часом. Крім того, велика КМ представляє множину різних структур. У зв’язку з цим в
теорії мереж вводиться спеціальне поняття "архітектура мережі", що, з одного боку,
доповнює опис, обумовлений структурами, а з іншого є досить самостійним у тому
розумінні, що для тих самих структурних варіантів можуть бути запропоновані
найрізноманітніші рішення з інших питань побудови мереж.
Архітектура КМ – це принцип побудови мережі, що виражає єдність і
взаємозв’язок фізичної та логічної структур.
Фізична структура КМ – це схема зв’язків компонентів мережі, таких, як
середовище передачі даних, апаратура передачі даних, вузли мережі з комплексом
апаратури, обчислювальні комплекси, термінальні пристрої, робочі станції.
Логічна структура КМ – це принципи встановлення зв’язків, алгоритми організації
процесів і управління ними, що визначають логіку функціонування програмних і
апаратних засобів.
Фізична структура КМ. Фізичну структуру можна представити у вигляді схеми,
представленої на рис. 2.
Рис. 1. Види мереж за організацією управління
Однорангова мережа
Мережа на основі сервера

6. Вузли А, B, ..., М, зв’язані між собою каналами передачі даних, утворюють одну з
важливих складових частин КМ – мережу передачі даних (МПД). Кожен з вузлів через
апаратуру передачі даних (АПД) з’єднаний з одним із кінцевих абонентських пунктів. За
призначенням і складом технічних засобів кінцеві пункти дуже відрізняються один від
одного, ними можуть бути як локальні мережі, так і робочі станції, термінальні пристрої і
т.д.
У принципі, можлива і більш докладна конкретизація фізичної структури, що
застосовується, наприклад, при технічному проектуванні КМ.
У фізичну структуру мережі входять:
 фізичне середовище передачі (кабельні системи, канали зв’язку); комутаційне
устаткування (концентратори, комутатори, маршрутизатори);
 робочі станції (персональні обчислювальні машини з мережними адаптерами);
 спеціалізовані комп’ютери (сервери, шлюзи і т.д.).
Фізична структура дозволяє визначити кількість комутаційного устаткування
(наприклад, 1 комутатор, 3 концентратори) кількість користувачів, що підключаються,
управляючі станції, і т.д.
Логічна структура КМ. Спрощено в загальному вигляді вона визначає з’єднання і
взаємодію двох принципово різних за призначенням і функціями складових частин
архітектури КМ: множини автономних інформаційних підсистем {Nt} (визначених вище
як множина інформаційних вузлів) і множини {Li} засобів їх зв’язку та взаємодії (фізичні
засоби з’єднань) (рис. 3.)
Статья XXVI. АСтатья XXV. B
Статья XXIV. CСтатья XXIII. D
Статья XXII. E
Статья XXI. F
Статья XX. G
Статья XIX. K
1
Статья XVIII. K
3
Статья XVII. K
2
Статья XVI. І
С
Статья XV. 1
Статья XIV. 2Статья XIII. 3Статья XII. i
Статья XI. N
G
Статья X. 1
Статья IX. 2
Статья VIII. N
F
Статья VII. І
С
Статья VI. І
С
Статья V. 1
Статья IV. 2
Статья III. 3
Статья II. k
Статья I. N
C
Рис. 2. Приклад фізичної структури КМ
N1
N2
Ni
Nj
Nn
L12
L1n
Lni
Lji
Ljn

7. Рис. 3. Приклад логічної структури КМ
Ця особливість враховується при проектуванні мереж дотриманням спеціальних
рекомендацій і угод між різними країнами. Можливість функціонування різнотипних
комп’ютерів у складі КМ може бути забезпечена тільки в тому випадку, якщо при
існуючій відмінності в архітектурі, програмному й апаратному забезпеченні всі ці ЕОМ
відповідають деяким єдиним системним стандартам, або існує стик, що забезпечує єдність
інтерфейсів і правил взаємного з’єднання. При розробці проектів мереж враховуються
також вимоги міжнародних організацій і комітетів, що мають відношення до
інформаційних систем. Інтенсивні роботи в даному напрямку вже декілька десятиліть
ведуться рядом міжнародних організацій, таких як Міжнародна організація стандартів
(МОС – ISO), Міжнародна спілка з телекомунікацій (МСТ – ITU), раніше відома як
Міжнародний консультативний комітет з телефонії і телеграфії (МККТТ – CCITT),
Європейська асоціація виробників комп’ютерів (ЄАВК – ЕСМА) та ін.
У межах тієї або іншої архітектури КМ повинна забезпечуватись погоджена
взаємодія різних її структур. Так, при деякій логічній структурі, яка відповідає прийнятій
архітектурі КМ, може бути побудована множина фізичних структур, що впливають на
властивості та можливості мережі. У свою чергу, наприклад, логічна структура КМ у
достатній мірі визначає властивості архітектури КМ у цілому. Логічна структура визначає
порядок дій, правил і умов, у яких повинні виконуватися дії, обумовлені мережними
протоколами. Вони являють собою узагальнений алгоритм інформаційного процесу, що
протікає в КМ. У мережі можуть мати місце практично всі складові КМ і такі відповідні
ним процедури, як формування повідомлень, що надходять від різних джерел інформації,
введення їх по відповідних каналах, попереднє опрацювання, організація і виконання при
необхідності комутаційних процедур, безпосередньо передача, прийом і т.д.
Однією з основних складових КМ є інформаційний вузол. Будь-який
інформаційний вузол – це технічна або організаційно-технічна людино-машинна система
визначеної складності, що здійснює ті або інші задані процеси.
Стосовно до локальних комп’ютерних мереж вузол – це пристрій, що підключений
до мережі, має адресу і здатний обмінюватися інформацією з іншими мережними
пристроями. Вузлом можуть служити комп’ютер, термінал або інші периферійні пристрої.
Наприклад, у вузлі можуть виконуватися опрацювання інформації, приведення
інформації, що надходить у вузол, до вигляду, зручного для подальших перетворень у
мережі (редагування), опрацювання з метою стиску, скорочення надмірності та
управління потоками вхідної і вихідної інформації. У вузлі відбувається також розподіл
інформації з каналів без додаткового опрацювання, причому можливі різні варіанти такої
процедури. Наприклад, в одному варіанті вузол може працювати як концентратор
інформації, в іншому – як комутатор каналів.
Особливу роль у КМ відіграють вузли, по яких проходить межа мережі, тобто така
умовна лінія або переріз, через який інформація може вийти з мережі або, навпаки,
надійти до неї. Такі вузли прийнято називати кінцевими пунктами. Це не обмежує КМ
територіально. Часто мається на увазі логічне обмеження в розумінні функціональної або
предметної приналежності до тієї або іншої підсистеми і зв’язку її з КМ. Кінцевий пункт
характеризується ще тим, що саме тут користувач має можливість підключитися до
мережі та взаємодіяти з нею.
Крім кінцевих у будь-якій мережі є один або декілька внутрішніх мережних вузлів.
Звичайно це транзитні (проміжні) або в загальному випадку комунікаційні зв’язкові вузли.
Будь-який мережний вузол – це досить складна інформаційна система. У вузол надходить
по одному або декількох каналах вхідна інформація, а з вузла знімається і розподіляється
по інших каналах вихідна інформація. У самому вузлі можуть здійснюватися:
накопичення вхідної інформації, логічне опрацювання, розподіл по каналах і деякі інші
процедури.

8. Інформаційний вузол часто відіграє роль буфера, що при великому потоку вхідної
інформації, яка надходить до нього, концентрує її на внутрішніх ресурсах, тобто поміщає
в запам’ятовуючі пристрої і зберігає доти, поки не вдасться передати далі за
призначенням. Відповідно до основного змісту інформаційного процесу даний вид
мережних вузлів одержав назву "вузли з проміжним накопиченням інформації".
Алгоритми проміжного накопичення інформації застосовуються з метою побудови на їх
основі вузлів, що реалізують ефективні способи комутації, а також розподіл інформації
при комутації повідомлень.
З’єднання окремих інформаційних вузлів у КМ здійснюються за допомогою різних
фізичних середовищ (каналів зв’язку), що являють собою матерію, у якій поширюються
сигнали – носії інформації. З метою поліпшення якості передачі та прийому
застосовуються додаткові технічні засоби (підсилювачі, фільтри, ретранслятори і т.п.), що
включаються в середовище.
У КМ використовуються такі канали зв’язку.
1. Провідні канали зв’язку. Це телефонні кабелі (кручені пари), застосовувані,
наприклад, у мережах телефонії і телеграфії; коаксіальний кабель, що дозволяє
забезпечити високі швидкості передачі аналогової і цифрової інформації. Він
використовується, головним чином, у телебаченні, а також у локальних КМ. До провідних
каналів відносяться також і оптоволоконні лінії, що представляють перспективну
технологію передачі, ефективну з економічної точки зору і характеризовану низьким
рівнем перешкод.
2. Безпровідні канали зв’язку. Ці канали використовують фізичне середовище,
що має проникаючу спроможність для тих або інших носіїв інформації (хвиль, часток
тощо). У техніці передачі інформації в КМ широко застосовуються такі носії, як
електромагнітні хвилі (радіозв’язок, лазерний зв’язок), ультразвук тощо.
3. Комбіновані канали зв’язку. Це найбільш поширений тип, що складається з
першого і другого їх різновиду.
Прикладом каналів даного типу є канали радіотелефонного зв’язку. На одних
ділянках вони провідні, на інших – безпровідні. До числа комбінованих каналів зв’язку
відносяться супутникові канали, де зв’язок із Землею здійснюється по радіоканалу, а між
станціями на Землі – по кабелю.
Методи комутації в комп'ютерних мережах
Принцип побудови дейтаграмних та віртуальних мереж визначає способи комутації
каналів в транспортній мережі. Інформаційний зв’язок між абонентами може
встановлюватися трьома способами: комутацією каналів, повідомлень та пакетів.
Комутація каналів забезпечує виділення фізичного каналу для прямої передачі
даних між вузлами абонентів мережі. Це досягається посилкою відправником
спеціального сигнального повідомлення ("виклику"), яке передається через мережу
передачі даних від одного вузла комутації каналів (ВКК) до іншого і управляє комутацією
каналів зв’язку, немов прокладає шлях від відправника до отримувача. Коли необхідний
маршрут намічений (сигнал "виклик" прийшов на вузол-отримувач), на вузол-відправник
посилається відповідний сигнал про дозвіл передачі інформації.
Усі ділянки скомутованого шляху вважаються зайнятими з того моменту, коли
вони були відібрані сигнальним повідомленням "виклику", і до того, як остання передана
інформаційна посилка досягне вузла-отримувача. Після завершення передачі відправник
інформації посилає відповідне сигнальне повідомлення, яке роз’єднує складений канал та
інформує вузол-отримувач про завершення сеансу обміну інформацією.
На рис. 4 показані процедури передачі та часові затримки у мережі з комутацією
каналів. Загальний час сеансу зв’язку складається із часу комутації, часу передачі та часу
завершення сеансу.

9. Основною особливістю способу комутації каналів є те, що скомутований шлях
залишається незмінним на весь час передачі даних. У залежності від системи управління
комутацією у вузлах розрізняють такі способи обслуговування заявок:
– з відмовами, коли джерело одержує відмову, зважаючи на зайнятість каналів, що
складають тракт передачі;
– з очікуванням, коли джерело очікує звільнення каналів потрібного напрямку;
– з обмеженим очікуванням, коли час очікування і кількість викликів від джерел
обмежені;
– комбінований, коли для різних категорій викликів джерел приймаються
різноманітні способи обслуговування.
Реалізуються ці способи на основі математичного апарата теорії масового
обслуговування.
Позитивними якостями способу комутації каналів є:
– забезпечення малих затримок при передачі повідомлень між відправником і
отримувачем (забезпечується висока швидкість передачі повідомлень, що важливо
при передачі відео- і аудіоінформації);
– немає небезпеки виникнення перевантаження або блокування лінії, оскільки
користувач має гарантований доступ до транспортного з’єднання.
Однак ці позитивні якості мають місце, коли тракт вже скомутований. Звідси
випливають істотні недоліки способу:
– неефективне використання ресурсів мережі (під час перерв в передачі даних
протягом сеансу зв’язку скомутовані транзитні ділянки не можуть бути
використані для передачі даних між іншими абонентами мережі);
– зниження пропускної спроможності всієї мережі передачі даних через монопольне
виділення каналів зв’язку;
– порівняно великий час встановлення зв’язку між абонентами;
– необхідність однакової пропускної спроможності для всіх каналів зв’язку.
Спосіб комутації каналів широко застосовується для низькошвидкісних,
вузькосмугових каналів, а також для широкосмугових каналів з імпульсно-кодовою
модуляцією. У межах мереж комутації каналів можуть організовуватися так звані виділені
канали, що комутуються у певні, заздалегідь задані інтервали часу, на протязі яких тільки
і допускається передача інформації.
Комутація повідомлень здійснюється шляхом передачі повідомлення, яке містить
заголовок і дані за маршрутом, що визначається кожним вузлом мережі. Маршрутом
називається шлях руху повідомлення між вузлами, включаючи його переприйом (прийом,
запам’ятовування і зберігання з наступною передачею) та вибір напряму для передачі
згідно з адресою отримувача цього повідомлення.
Принцип комутації повідомлень реалізується при будь-якій формі передачі
інформації: аналоговій або цифровій, якщо забезпечується можливість запам’ятати і
зберегти повідомлення під час його переприйому.
1
2
2
3 4 5
Передача
даних
Рис. 4. Процедура передачі даних при комутації каналів:
1 – затримка підключення; 2 – розповсюдження сигналу;
3 – комутація; 4 – передача даних; 5 – роз’єднання каналу
Відправник
ВКК1
ВКК2
Отримувач

10. Для проходження повідомлень по мережі дані вводяться в певному форматі.
Формат повідомлення і процедура його застосування визначаються мережними
протоколами. Формат обов’язково містить:
– ознаку початку повідомлення;
– заголовок;
– ознаку початку даних;
– дані;
– ознаку кінця даних;
– контроль правильності передачі.
Принцип реалізації способу показаний на рис. 5.
У заголовку повідомлення вказується адреса абонента-отримувача повідомлення.
Повідомлення, що генерується абонентом-відправником, приймається суміжним вузлом і
зберігається в його пам’яті. Вузол обробляє заголовок повідомлення і визначає маршрут
передачі повідомлення, що веде до наступного вузла. Процес прийому, обробки і передачі
повідомлення повторюється послідовно всіма вузлами на маршруті від абонента-
відправника до абонента-отримувача.
Основні особливості мережі з комутацією повідомлень:
– окремі канали діють незалежно (після прийняття повідомлення проміжним вузлом
канал зв’язку відразу ж звільняється);
– у кожному проміжному вузлі повідомлення зберігається на час очікування, а після
цього передається далі (для цього в кожному вузлі повинна бути буферна пам’ять
для тимчасового зберігання повідомлень).
Позитивні якості способу:
– можливість використання на різних етапах каналів зв’язку з різними швидкостями
передачі;
– незалежні дії окремих каналів мережі, наявність черг, можливість очікування при
переприйомах забезпечує високе використання каналів, а наявність буферної
пам’яті робить мережу витривалою до перевантажень;
– послідовна передача повідомлень з переприйомом і контролем правильності на
кожній ділянці зменшують імовірність доставки повідомлень не за адресою;
– у мережі можливо введення різноманітних категорій терміновості повідомлень,
причому для кожної категорії визначається певний контрольний термін доставки
повідомлення.
Основним недоліком способу комутації повідомлень є неможливість ведення
діалогу між абонентами в режимі реального часу.
Комутація пакетів реалізується шляхом розбивки повідомлення на пакети і
наступної їх передачі за маршрутом, визначеним вузлами мережі. Передача даних при
комутації пакетів відбувається так само, як і при комутації повідомлень, але дані
поділяються на послідовності пакетів (рис. 6).
Відправник
1
3
2
ВКП1
ВКП2
Одержувач
Рис. 5. Діаграми передачі даних при комутації повідомлень:
ВКП – вузол комутації повідомлень; 1 – затримка у вузлі;
2 – час передачі інформації між суміжними вузлами;
3 – час передачі повідомлення адресату

11. Великі масиви даних уповільнюють роботу, перешкоджають взаємодії основних
мережних компонентів. Так при виникненні помилок повторна передача меншого блока, а
не всього файлу даних, займає менше часу. При розбивці даних на пакети (основна
одиниця інформації в комп’ютерних мережах) швидкість передачі збільшується настільки,
що кожний комп’ютер в мережі одержує можливість приймати і передавати дані
практично водночас з іншими комп’ютерами.
Загальна структура пакета надана на рис. 7.
Заголовок включає:
– сигнал, що повідомляє про передачу пакета;
– адресу відправника;
– адресу отримувача;
– інформацію, що синхронізує передачу.
Рис. 7. Структура пакета
Дані – розмір від 128 байтів до 8 Кб в залежності від типу мережі.
Трейлер – вміст залежить від засобу зв’язку або протоколу. Частіше – це циклічний
надлишковий код CRC.
На приймаючому комп’ютері розрахунок CRC повторюється, при збігу
контрольної суми робиться висновок, що пакет прийнятий без помилок, інакше
ініціюється повторення передачі пакета.
Формування пакета починається на транспортному рівні моделі OSI. На кожному
нижчому рівні комп’ютера-відправника до блока даних додається інформація для
відповідного рівня комп’ютера-отримувача.
Транспортний рівень розбиває блок даних на пакети. Структура пакетів
визначається протоколом, який використовують обидва комп’ютери – отримувач і
відправник. На транспортному рівні до пакета додається ще інформація, яка допоможе
отримувачу відновити дані з послідовності пакетів.
Адресація пакета використовується для пересилання даних конкретному
комп’ютеру. Кожна плата мережного адаптера аналізує адреси всіх пакетів, що
передаються по сегменту кабелю, але тільки при збігу адреси пакета з адресою мережного
адаптера пакет читається даним комп’ютером.
Використовується також широкомовна адресація. На пакет з таким типом адреси
водночас реагує декілька комп’ютерів у мережі.
У великомасштабних мережах пропонується кілька можливих маршрутів для
передачі даних. Комутуючі і з’єднуючі мережні компоненти використовують адресну
інформацію пакетів для визначення найкращого з маршрутів, для направлення пакета за
місцем призначення, не пропускаючи їх в ті області мережі, до яких вони не відносяться.
Заголовок Дані Трейлер
Рис. 6 – Діаграми передачі даних при комутації пакетів:
ВКП – вузол комутації пакетів; П – пакет; 1 – затримка у вузлі;
2 – час передачі інформації між суміжними вузлами;
3 – час передачі повідомлення адресату
Відправник
1
3
ВКП1
ВКП2
Отримувач
2
П3
П3
П2
П1 П3
П2
П1
П1
П2

12. У правильній розсилці пакетів ключову роль відіграють дві функції: просування
пакетів (комп’ютер може відправити пакет до наступного мережного вузла на основі
адреси із заголовка) і фільтрація пакетів (комп’ютер може відбирати певні пакети на
основі деяких критеріїв, наприклад, адреси).
Загальний час передачі пакета складається з часу підключення та часу передачі
даних.
Основною особливістю цього способу є передача пакетів незалежно один від
одного на основі непрямого фізичного з'єднання двох кінцевих абонентів, а передача
пакетів з інформацією з кінця в кінець мережі – шляхом встановлення віртуальних
поєднань (Virtual Circuit – VC).
Кожнен пакет містить не тільки дані користувача, але і адресну інформацію.
Мережа складається з певної кількості зв’язаних між собою вузлів, що формують
магістральну мережу пакетної комутації, відповідаючи за маршрутизацію пакета від
відправника до отримувача.
На відміну від мережі з комутацією каналів, тут фізичний канал не виділяється під
індивідуальне поєднання. Ресурси мережі використовуються всіма учасниками передачі
інформації: пакети, призначені різноманітним користувачам, змішуються в одній фізичній
лінії, що і показано на рис. 8.
Рис. 8. Мережа з комутацією пакетів
Фізична лінія між вузлами 3 і 4 водночас використовується віртуальними
поєднаннями VC1 і VC2. Таким чином, в способі комутації пакетів створюються
віртуальні канали, що забезпечують логічне поєднання вузлів через різноманітні фізичні
канали.
ВИСНОВКИ:
1. В ході лекції вивчені завдання та зміст дисципліни „Комп’ютерні системи та
мережі‖, визначене місце дисципліни у підготовці фахівців у галузі АСУ.
2. Вивчена історія розвитку комп’ютерних мереж.
3. Вивчена класифікацію комп'ютерних мереж за призначенням, типом комп’ютерів,
розміром, організацією управління, типом організації передачі даних тощо.
4. Вивчені основні поняття та визначення: комп’ютерна мережа, архітектура, фізична
і логічна структура; типи використовуваних каналів зв’язку.
5. Вивчені методи комутації, які використовуються в комп'ютерних мережах:
повідомлень, пакетів та каналів.
2
1
6
3
5
Абонент 1 Абонент 2
Абонент 3 Абонент 4
4
VC1 – через вузли: 1, 3, 4, 5
VC2 – через вузли: 2, 3, 4, 6