Параметри-значення

Формальний параметр-значення обробляється, як локальна стосовно процедури чи функції перемінна, за винятком того, що він одержує своє початкове значення з відповідного фактичного параметра при активізації процедури чи функції. Зміни, що перетерплює формальний параметр-значення, не впливають на значення фактичного параметра. Відповідне фактичне значення параметра-значення повинне бути відомим і його значення не повинне мати файловий тип.

Фактичний параметр повинен мати тип, сумісний по присвоюванню з типом формального параметра-значення

Параметр-перемінні

Параметр-перемінна використовується, коли значення повинне передаватися з процедури зовнішній (викликаючій процедуру) програмі. Відповідний фактичний параметр в операторі виклику процедури повинен бути посиланням на переміну. При активізації процедури формальний параметр-перемінна заміщається фактичною перемінну, будь-які зміни значенні формального параметра-перемінної відбиваються на фактичному параметрі.

Усередині процедури будь-яке посилання на формальний параметр-перемінну приводить до доступу до самого фактичного параметру. Тип фактичного параметра повинний збігатися з типом формального параметра-перемінної (можливо обійти це обмеження за допомогою не типізованого параметру-перемінної).

5.6. Стандартні процедурі і функції

В даній главі описуються стандартні (вистроєні) процедури і функції Pascal і предописані перемінні визначені в модулі System.Стандартні процедури і функції є предописаними- записи з їх попередніми описами вже нібито описані в програмі. До цих предпрограм відносяться:

- Процедури керування програмою

- Функції перетворення

- Арифметичні функції

- Порядкові процедури і функції

- Строкові процедури і функції

- Інші процедури і функції

Процедури керування програмою – це процедури що керують логікою виконання програми.

Таблиця 5.6.1 Процедури керування роботою програм

Таблиця 5.6.2 Функції перетворення

Наступні функції доцільно використовувати для виконання арифметичних операцій.

Таблиця 5.6.3. Арифметичні функції

Таблиця 5.6.4 Порядкові процедури і функції

Наступні процедури і функції використовуються для роботи зі строками Паскаля:

Таблиця 5.6.5 Строкові процедури і функції

Таблиця 5.6.6 Інші процедури і функції

Процедури вводу і виводу.

У даному розділі коротко описуються стандартні процедури вводу-виводу Pascal. Ці процедури визначені у модулі System і доступні у всіх програмах.

Read (x1, x2, x3, ….xn) зчитує введені з клавіатури данні в перемінні.

Read ln (x1, x2, x3, ….xn) зчитує введені з клавіатури данні в перемінні і виконує пропуск до початку наступного рядка, якщо введено даних більше, ніж перемінних, ті значення, що залишилися, пропадають.

Write1 (x1, x2, x3, ….xn)виводить на екран значення перемінних.

Write ln (x1, x2, x3, ….xn) виводить на екран значення перемінних і переводить курсор у початок наступного рядка.

При виводі числових даних можна вказувати число позиції, що відводяться під перемінну. Для цього після імені змінної через двокрапку вказується скільки символів приділяється під змінну, так само через двокрапку можна вказати скільки символів буде виведено після коми.

Наведено приклади використання процедур вводу-виводу:

Read (i); {зчитує з клавіатури значення змінною}

Read (i, N, k) {зчитує три перемінні - i, N, k}

Read ln (f) {зчитує перемінну f і переводить курсор на наступний рядок}

Write (‘ це строкова константа’); {вводить на екран слова в лапках; Це строкова константа}

Write (i); {вводить значення перемінної і}

Write (i, n) { вводить значення перемінної і, n}

Write (‘лічильник і=’, i); { вводить строку і значення перемінної і;

лічильник і=25}

Write ln (k); {вводить значення перемінної і переводить курсор на наступний рядок}

Write (k; 10); {вводить значення перемінної в десятьох позиціях}

Write ln (‘k=’, k: 6: 2); { вводить значення: k=567, 34}

Тема 6. Комп’ютерні мережі та телекомунікації

6.1. Основні поняття, програмні та апаратні компоненти мережі

6.1.1. Основні поняття

Комп’ютерна мережа — це сукупність комп’ютерів, кабелів, мережевих адаптерів, вони об’єднані технічними засобами передавання інформації і працюють під керуванням мережної операційної системи та прикладного програмного забезпечення.

За допомогою ПК, об’єднаних у локальну мережу, розв’язуються такі задачі:

1. Розділення файлів. Локальна мережа дає можливість багатьом користувачам одночасно працювати з одним файлом, який зберігається на центральному файл-сервері.

2. Передавання файлів. Комп’ютерна мережа дає можливість швидко копіювати файли будь-якого розміру з одного комп’ютера на інший без використання дискет.

3. Доступ до інформації та файлів. Комп’ютерна мережа дає можливість завантажувати прикладні програми з будь-якої робочої станції, байдуже, де вона розташована.

4. Розділення прикладних програм. Комп’ютерна мережа дає можливість двом користувачам використовувати одну копію програми, наприклад текстового редактора MS Word. Проте два користувачі не можуть одночасно редагувати один і той самий документ.

5. Одночасне введення даних у прикладні програми. Мережеві прикладні програми дають змогу кільком користувачам одночасно вводити дані, необхідні для роботи цих програм. Наприклад, вести записи в бухгалтерській книзі так, що вони не заважають один одному. Проте тільки спеціальні мережеві програми дозволяють одночасно вводити інформацію.

6. Розподіл принтера. Комп’ютерна мережадає можливість кільком користувачам на різних робочих станціях спільно використовувати один або кілька принтерів.

7. Електронна пошта. Можна використовувати комп’ютерну мережу як поштову службу та розсилати службові записки, доповіді, повідомлення іншим користувачам.

1. Глобальна мережа може включати інші глобальні мережі, локальні мережі, окремі віддалені комп’ютери. Глобальні мережі підрозділяються на міські, регіональні, національні, транснаціональні. Елементи таких мереж можуть бути розташовані на значній відстані один від одного.

6.1.2. Основні програмні та апаратні компоненти мережі

Обчислювальна мережа — це складний комплекс взаємозалежних програмних і апаратних компонентів, що узгоджено функціонують. Вивчення мережі в цілому потребує знання принципів роботи її окремих елементів:

· комп’ютерів;

· комунікаційного устаткування;

· операційних систем;

· мережних додатків.

Весь комплекс програмно-апаратних засобів мережі може бути описаний багаторівневою моделлю. В основі будь-якої мережі — апаратний рівень стандартизованих комп’ютерних платформ. Нині у мережах широко й успішно застосовуються комп’ютери різних класів. Набір комп’ютерів у мережі повинен відповідати набору різноманітних задач, розв’язуваних мережею.

Другий рівень — це комунікаційне устаткування. Хоча комп’ютери і є центральними елементами обробки даних у мережах, останнім часом не менш важливу роль почали відігравати комунікаційні пристрої. Кабельні системи, мости, комутатори, маршрутизатори і модульні концентратори з допоміжних компонентів мережі перетворилися в основні поряд з комп’ютерами й системним програмним забезпеченням як за впливом на характеристики мережі, так і за вартістю. Нині комунікаційний пристрій може являти собою складний спеціалізований мультипроцесор, який потрібно конфігурувати, оптимізувати й адмініструвати. Вивчення принципів роботи комунікаційного устаткування вимагає ознайомлення з великою кількістю протоколів, використовуваних як у локальних, так і в глобальних мережах.

Третім шаром, що утворює програмну платформу мережі, є операційні системи (ОС). Від того, які концепції керування локальними та розподіленими ресурсами покладені в основу мережної ОС, залежить ефективність роботи всієї мережі. Під час проектування мережі важливо враховувати, наскільки просто дана операційна система може взаємодіяти з іншими ОС мережі, наскільки вона забезпечує безпеку та захищеність даних, до якого ступеня вона дозволяє нарощувати число користувачів, чи можна перенести її на комп’ютер іншого типу і ще багато інших факторів.

Найвищим рівнем мережних засобів є різні мережні додатки — такі, як мережні бази даних, поштові системи, засоби архівації даних, системи автоматизації колективної роботи й ін. Дуже важливо представляти діапазон можливостей, наданих додатками для різних галузей застосування, а також знати, наскільки вони сумісні з іншими мережними додатками й операційними системами.

У локальній обчислювальній мережі (ЛОМ) кожен ПК називається робочою станцією, за винятком одного чи кількох комп’ютерів, призначених для виконання функцій файл-серверів. Кожна робоча станція і файл-сервер містять карти адаптерів, що за допомогою мережних кабелів з’єднуються між собою. На додаток до локальної операційної системи на кожній робочій станції активізується мережне програмне забезпечення, що дає можливість станції взаємодіяти з файловим сервером. Аналогічно, на файловому сервері запускається мережне програмне забезпечення, що дає йому можливість взаємодіяти з робочою станцією та забезпечувати їй доступ до своїх файлів. Мережні прикладні програми на кожній робочій станції взаємодіють з файловим сервером для читання чи запису файлів.

Комп’ютери, що входять у ЛОМ, поділяються на два типи: робочі станції, призначені для користувачів, і файлові сервери, що, як правило, недоступні для звичайних користувачів. З робочою станцією працює тільки користувач, у той час як файловий сервер дає можливість багатьом користувачам розділяти його ресурси. Для ролі робочої станції, як правило, застосовується середнього класу персональний комп’ютер.

Коли ви користуєтеся робочою станцією, вона майже в усіх відношеннях поводиться як автономний ПК. Однак, якщо ви придивитеся до неї уважніше, то знайдете чотири відмінності від звичайного ПК:

· на екрані під час завантаження операційної системи з’являються додаткові повідомлення, які інформують вас про те, що мережна операційна система завантажується в робочу станцію;

· ви повинні повідомити мережному програмному забезпеченню ім’я користувача (чи ідентифікаційний номер ID) і пароль перед початком роботи. Це називається процедурою входження в систему;

· після підімкнення до ЛОМ ви бачите додаткові літери (на комп’ютері Macintosh — додаткові папки, у системі UNIX — додаткові файлові системи), що позначають додаткові дискові накопичувачі, які стали вам доступні;

· коли ви роздруковуєте службові записки чи повідомлення, вони друкуються на принтері, що може стояти далеко від вашого робочого місця.

На противагу робочій станції файловий сервер — це комп’ютер, що обслуговує всі робочі станції. Він здійснює спільне використання файлів, розташовуваних на його дисках. Файлові сервери — це, звичайно, швидкодіючі комп’ютери. Файлові сервери часто забезпечені тільки монохромним монітором, тому що вони, як правило, не використовуються інтерактивно користувачами. Однак файловий сервер майже завжди містить не менше двох накопичувачів на жорстких дисках.

Сервери мають бути високоякісними та високонадійними, адже при обслуговуванні всієї комп’ютерної мережі вони багаторазово виконують роботу звичайної робочої станції.

Мережний адаптер — це електронна плата до якої під’єднується мережний кабель.

Мережні адаптери розраховані, як правило, на роботу з певним типом кабеля — коаксіальним, «крученою парою», оптичним волокном. Кожен тип має певні електричні характеристики, що впливають на спосіб використання даного середовища, і визначають швидкість передавання сигналів, спосіб їх кодування та деякі інші параметри.

6.1.3. Топологія локальних мереж

Топологія — це спосіб організації фізичних зв’язків персональних комп’ютерів у мережі.

Під топологією обчислювальної мережі розуміють конфігурацію графа, вершинам якого відповідають комп’ютери мережі (іноді й інше устаткування, наприклад концентратори), а ребрам — фізичні зв’язки між ними. Комп’ютери, підімкнуті до мережі, часто називають вузлами мережі.

Конфігурація фізичних зв’язків визначається електричними з’єднаннями комп’ютерів між собою і може відрізнятися від конфігурації логічних зв’язків між вузлами мережі. Логічні зв’язки являють собою маршрути передавання даних між вузлами мережі й утворюються шляхом відповідного настроювання комунікаційного устаткування.

Вибір топології електричних зв’язків істотно впливає на чимало характеристик мережі. Наприклад, наявність резервних зв’язків підвищує надійність мережі й уможливлює балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологіям, робить мережу легко розширюваною. Економічні міркування часто-густо призводять до вибору топологій, яким притаманна мінімальна сумарна довжина ліній зв’язку.

Розглянемо топології, що зустрічаються досить часто.

Повнопов’язана топологія відповідає мережі, у якій усі комп’ютери зв’язані між собою. Незважаючи на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Справді, кожен комп’ютер у мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв’язку з будь-яким іншим комп’ютером мережі. Для кожної пари комп’ютерів має бути виділена окрема електрична лінія зв’язку. Повнопов’язані топології застосовуються зрідка, тому що не задовольняють жодну з наведених вище вимог. Частіше цей вид топології використовується в багатомашинних комплексах чи глобальних мережах за невеликої кількості комп’ютерів.

Усі інші варіанти ґрунтуються на неповнопов’язаних топологіях, коли для обміну даними між двома комп’ютерами може знадобитися проміжне передавання даних через інші вузли мережі.

Спільна шина є вельми розповсюдженою топологією для локальних мереж (рис.6.1.1). У цьому випадку комп’ютери підключаються до одного коаксіального кабелю. Передана інформація може поширюватися в обидва боки. Застосування спільної шини знижує вартість проводки, уніфікує підімкнення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звернення до всіх станцій мережі. Таким чином, основними перевагами такої схеми є невелика вартість і простота розведення кабелю по приміщеннях. Найсерйозніший недолік загальної шини в її низькій надійності: будь-який дефект кабелю або якого-небудь із численних роз’ємів цілком паралізує всю мережу. На жаль, дефект коаксіального роз’єму не є рідкістю. Іншим недоліком спільної шини є її невисока продуктивність, тому що за такого способу підімкнення в кожен момент часу тільки один комп’ютер може передавати дані в мережу. Тому пропускна здатність каналу зв’язку завжди розподіляється тут між усіма вузлами мережі.

Рис. 6.1.1. Шина

Топологія зірка (рис.6.1.2). У цьому разі кожен комп’ютер підмикається окремим кабелем до загального пристрою, який має назву концентратор та розташовується в центрі мережі. У функції концентратора входить спрямування переданої комп’ютером інформації одному чи всім іншим комп’ютерам мережі. Головна перевага цієї топології перед спільною шиною — значна надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише того комп’ютера, до якого цей кабель приєднаний, і лише зіпсованість концентратора може вивести з ладу цілу мережу. Крім того, концентратор може відігравати роль інтелектуального фільтра інформації, що надходить від вузлів у мережу, і за необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

Рис. 6.1.2. Зірка

До недоліків топології типу зірка відноситься більш висока вартість мережного устаткування через необхідність придбання концентратора. Крім того, можливості з нарощування кількості вузлів у мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Часом має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно з’єднаних між собою зв’язками типу зірка. В даний час ієрархічна зірка є найпоширенішим типом топології зв’язків як у локальних, так і в глобальних мережах.

У мережах з кільцевою конфігурацією дані передаються по колу від одного комп’ютера до іншого — як правило, в одному напрямку (рис.6.1.3). Якщо комп’ютер розпізнає дані як «свої», то він копіює їх собі у внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією необхідно вживати спеціальних заходів, щоб у разі виходу з ладу чи відключення якоїсь станції не перервався канал зв’язку між іншими станціями. Кільце являє собою дуже зручну конфігурацію для організації зворотного зв’язку — дані, зробивши повний оберт, повертаються до вузла-джерела. Тому цей вузол може контролювати процес доставки даних адресату. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв’язності мережі та пошуку вузла, що працює некоректно. Для цього в мережу посилаються спеціальні тестові повідомлення.

Рис. 6.1.3. Кільце

У той час, як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію — зірка, кільце чи спільна шина, для великих мереж характерна наявність довільних зв’язків між комп’ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільно зв’язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаною топологією.

6.1.4. Протоколи, інтерфейси мереж

Протокол – це набір правил обміну інформацією між комп’ютерами, встановлених за взаємною домовленістю.

ТСР/ІР – це гнучкий стек протоколів, створений для глобальних комп’ютерних мереж, що легко адаптується до широкого спектру обладнання.

Рівні протоколу ТСР/ІР: прикладний, транспортний, міжмережний, мережний.

Ще однією новою проблемою, яку потрібно враховувати під час об’єднання трьох і більше комп’ютерів, є проблема їх адресації. До адреси вузла мережі та схеми його призначення можна висунути кілька вимог:

· адреса повинна унікально ідентифікувати комп’ютер у мережі будь-якого масштабу;

· схема призначення адрес має зводити до мінімуму ручну працю адміністратора й імовірність дублювання адрес;

· адреса повинна мати ієрархічну структуру, зручну для побудови великих мереж. Цю проблему добре ілюструють міжнародні поштові адреси, які дають змогу поштовій службі, що організує доставку листів між країнами, скористатися лише назвою країни адресата і не враховувати назву його міста, а тим паче вулиці;

· адреса має бути зручна для користувачів мережі, а це означає, що вона повинна мати символьне подання наприклад, www.gu.net;

· адреса повинна мати якомога компактніше подання, щоб не перевантажувати пам’ять комунікаційної апаратури — мережних адаптерів, маршрутизаторів і т. ін.

На практиці звичайно використовується відразу кілька схем, тож комп’ютер одночасно має кілька адрес-імен. Кожна адреса використовується в тій ситуації, коли відповідний вид адресації є найзручнішим. А щоб не виникало плутанини і комп’ютер завжди однозначно вирізнявся своєю адресою, використовуються спеціальні допоміжні протоколи, що за адресою одного типу можуть визначити адреси інших типів.

Найбільше поширення одержали три схеми адресації вузлів:

· Апаратні адреси. Ці адреси призначені для мережі невеликого чи середнього розміру, тому вони не мають ієрархічної структури. Типовим представником адреси такого типу є адреса мережного адаптера локальної мережі. Така адреса звичайно використовується тільки апаратурою, тому її намагаються зробити якомога компактнішою і записують у вигляді двійкового чи шістнадцяткового значення, наприклад 0081005е24а8. У процесі завдання апаратних адрес звичайно не потрібне виконання ручної роботи, адже вони або вбудовуються в апаратуру, або генеруються автоматично під час кожного нового запуску устаткування, причому унікальність адреси в межах мережі забезпечує устаткування. Крім відсутності ієрархії, використання апаратних адрес пов’язане ще з одним недоліком — у випадку заміни апаратури, наприклад мережного адаптера, змінюється й адреса комп’ютера. Більше того, якщо встановити кілька мережних адаптерів, у комп’ютера з’являється кілька адрес, що не дуже зручно для користувачів.

· Символьні адреси чи імена. Ці адреси призначені для запам’ятовування людьми і тому зазвичай несуть значеннєве навантаження. Символьні адреси легко використовувати як у невеликих, так і у великих мережах. Для роботи у великих мережах символьне ім’я може мати складну ієрархічну структуру, наприклад ftp-archl.ucl.ac.uk. Ця адреса говорить про те, що даний комп’ютер підтримує ftp-архів у мережі одного з коледжів Лондонського університету (University College London — ucl) і ця мережа належить до академічної галузі (ас) Internet Великобританії (United Kingdom — uk). Під час роботи в межах мережі Лондонського університету таке довге символьне ім’я явно надмірне, і замість нього зручно користуватися коротким символьним ім’ям, на роль якого добре підходить наймолодша частина складового повного імені, тобто ім’я ftp-archl.

· Числові складені адреси. Символьні імена зручні для людей, але через перемінний формат і потенційно велику довжину їх передавання мережею не є надто економним. Тож у багатьох випадках для роботи у великих мережах як адреси вузлів використовують числові складені адреси фіксованого та компактного форматів. Типовими представниками адрес цього типу є IP- та IPX-адреси. У них підтримується дворівнева ієрархія, адреса поділяється на старшу частину — номер мережі — і молодшу — номер вузла. Такий розподіл дає можливість передавати повідомлення між мережами лише на підставі номера мережі, а номер вузла використовується тільки після доставки повідомлення в потрібну мережу; так само, як назва вулиці використовується листоношею лише після того, як лист доставлений у потрібне місто. Віднедавна, щоб зробити маршрутизацію у великих мережах ефективнішою, пропонуються складніші варіанти числової адресації, відповідно до яких адреса має три і більше складових. Такий підхід, зокрема, реалізований у новій версії протоколу IPv6, призначеного для роботи в мережі Internet.

У сучасних мережах для адресації вузлів застосовуються, як правило, одночасно всі три наведені вище схеми. Користувачі адресують комп’ютери символьними іменами, що автоматично заміняються в повідомленнях, переданих по мережі, на числові номери. За допомогою цих числових номерів повідомлення передаються з однієї мережі в іншу, а після доставки повідомлення в мережу призначення замість числового номера використовується апаратна адреса комп’ютера. Нині така схема характерна навіть для невеликих автономних мереж, де, здавалося б, вона явно надлишкова, — це робиться для того, щоб під час включення цієї мережі у велику мережу не потрібно було змінювати склад операційної системи.

Проблема встановлення відповідності між адресами різних типів, якою опікується служба дозволу імен, може розв’язуватися як цілком централізованими, так і розподіленими засобами.

У випадку централізованого підходу в мережі виділяється один комп’ютер (сервер імен), у якому зберігається таблиця відповідності одне одному імен різних типів, наприклад, символьних імен і числових номерів. Усі інші комп’ютери звертаються до сервера імен, щоб за символьним ім’ям знайти числовий номер комп’ютера, з яким необхідно обмінятися даними.

За іншого, розподіленого підходу, кожен комп’ютер сам встановлює відповідність між іменами. Наприклад, якщо користувач указав для вузла призначення числовий номер, то перед початком передавання даних комп’ютер-відправник посилає всім комп’ютерам мережі повідомлення (таке повідомлення називається широкомовним) із проханням упізнати це числове ім’я. Усі комп’ютери після одержання цього повідомлення порівнюють заданий номер зі своїм власним. Той комп’ютер, у якого вони збіглися, посилає відповідь, що містить його апаратну адресу, після чого стає можливим відправлення повідомлень локальною мережею.

Для взаємодії між об’єктами, що працюють у мережі, застосовуються протоколи. На практиці в процесі реалізації мереж прагнуть використовувати стандартні протоколи. Це можуть бути фірмові, національні чи міжнародні стандарти.

На початку 80-х років низка міжнародних організацій зі стандартизації — ISO, ITU-T та деякі інші — розробили модель, що відіграла значну роль у розвитку мереж. Ця модель називається моделлю взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection, OSI) чи моделлю OSI. Модель OSI визначає різні рівні взаємодії систем, дає їм стандартні імена та вказує, які функції має виконувати кожен рівень. Модель OSI була розроблена на підставі великого досвіду, отриманого в процесі створення комп’ютерних мереж, переважно глобальних, у 70-ті роки. У моделі OSI засоби взаємодії поділяються на сім рівнів: прикладний, представницький, сеансовий, транспортний, мережний, канальний і фізичний. Кожен рівень має справу з одним певним аспектом взаємодії мережних пристроїв.

Дана модель описує тільки системні засоби взаємодії, реалізовані операційною системою, системними утилітами, системними апаратними засобами. Вона не включає засоби взаємодії додатків кінцевих користувачів.

Фізичний рівень призначений для передавання бітів фізичними каналами зв’язку, такими, наприклад, як коаксіальний кабель, кручена пара, оптичноволоконний кабель або цифровий територіальний канал. До цього рівня мають відношення характеристики фізичних середовищ передавання даних такі, як смуга пропущення, перешкодозахищеність, хвильовий опір тощо. На цьому ж рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, наприклад, крутість фронтів імпульсів, рівні чи напруги струму переданого сигналу, тип кодування, швидкість передавання сигналів. Крім цього, тут стандартизуються типи рознімань і призначення кожного контакту.

Функції фізичного рівня реалізуються в усіх пристроях, підімкнутих до мережі. З боку комп’ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером чи послідовним портом.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 10Base-T технології Ethernet, що визначає як використовуваний кабель неекрановану кручену пару категорії 3 із хвильовим опором 100 Ом, роз’ємом BJ-45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, манчестерський код для подання даних у кабелі, а також деякі інші характеристики середовища й електричних сигналів.

На фізичному рівні просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в деяких мережах, у яких лінії зв’язку використовуються (розділяються) поперемінно кількома парами взаємодіючих комп’ютерів, фізичне середовище передання може бути зайнято. Тому одним із завдань канального рівня є перевірка доступності середовища передавання. Іншим завданням канального рівня є реалізація механізмів виявлення та корекції помилок. Для цього на канальному рівні біти групуються в набори, які називаються кадрами. Канальний рівень забезпечує коректність передавання кожного кадру, поміщаючи спеціальну послідовність бітів у початок і кінець кожного кадру, для його виділення, а також обчислює контрольну суму, обробляючи всі байти певним способом і додаючи контрольну суму до кадру. Коли кадр надходить по мережі, одержувач знову обчислює контрольну суму отриманих даних і порівнює результат з контрольною сумою з кадру. Якщо вони збігаються, кадр вважається правильним і приймається. Якщо ж контрольні суми не збігаються, то фіксується помилка. Канальний рівень може не лише виявляти помилки, а й виправляти їх за рахунок повторного передавання ушкоджених кадрів. Необхідно зазначити, що функція виправлення помилок не є обов’язковою для канального рівня, тому в деяких протоколах цього рівня вона відсутня, наприклад, у Ethernet.

У протоколах канального рівня, використовуваних у локальних мережах, закладена певна структура зв’язків між комп’ютерами і способи їх адресації. Хоча канальний рівень і забезпечує доставку кадру між будь-якими двома вузлами локальної мережі, він це робить тільки в мережі з цілком певною топологією зв’язків — саме тією топологією, для якої він був розроблений. До таких типових топологій, підтримуваних протоколами канального рівня локальних мереж, належать спільна шина, кільце і зірка, а також структури, отримані з них за допомогою мостів і комутаторів. Прикладами протоколів канального рівня є протоколи Ethernet, Token Ring, FDDI.

У локальних мережах протоколи канального рівня використовуються комп’ютерами, мостами, комутаторами та маршрутизаторами. У комп’ютерах функції канального рівня реалізуються спільними зусиллями мережних адаптерів і їх драйверів.

У глобальних мережах, що рідко коли мають регулярну топологію, канальний рівень часто забезпечує обмін повідомленнями лише між двома сусідніми комп’ютерами, з’єднаними індивідуальною лінією зв’язку. Прикладами таких протоколів можуть служити широко розповсюджені протоколи РРР і LAP-B. У таких випадках для доставки повідомлень між кінцевими вузлами через усю мережу використовуються засоби мережного рівня. Іноді в глобальних мережах функції канального рівня в чистому вигляді виділити важко, тому що в тому самому протоколі вони поєднуються з функціями мережного рівня. Прикладами такого підходу можуть бути протоколи технологій ATM.

У цілому канальний рівень являє собою вельми могутній і викінчений набір функцій з пересилання повідомлень між вузлами мережі. У деяких випадках протоколи канального рівня виявляються самодостатніми транспортними засобами і можуть допускати роботу поверх них безпосередньо протоколів прикладного рівня чи додатків, без залучення засобів мережного й транспортного рівнів. Наприклад, існує реалізація протоколу керування мережею SNMP безпосередньо поверх Ethernet, хоча стандартно цей протокол працює поверх мережного протоколу IP і транспортного протоколу UDP. Природно, що застосування такої реалізації буде обмеженим — вона не підходить для складених мереж різних технологій, наприклад, Ethernet і Х.25, і навіть для такої мережі, в якій у всіх сегментах застосовується Ethernet. А для двосегментної мережі Ethernet, об’єднаної мостом, реалізація SNMP над канальним рівнем буде цілком можлива.

Проте для забезпечення якісного транспортування повідомлень у мережах будь-яких топологій і технологій функцій канального рівня виявляється недостатньо, тому в моделі OSI виконання цього завдання покладається на два наступні рівні — мережний і транспортний.

Мережний рівень служить для утворення єдиної транспортної системи, що поєднує кілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати різні принципи передавання повідомлень між кінцевими вузлами та мати довільну структуру зв’язків. Функції мережного рівня досить різноманітні. Почнемо їх розгляд на прикладі об’єднання локальних мереж.

Протоколи канального рівня локальних мереж забезпечують доставку даних між будь-якими вузлами лише в мережі з відповідною типовою топологією, наприклад топологією ієрархічної зірки. Це суворе обмеження, що не дає змоги будувати мережі з розвинутою структурою, наприклад, мережі, що поєднують кілька мереж підприємства в єдину мережу, чи високонадійні мережі, в яких існують надлишкові зв’язки між вузлами. Можна було б ускладнювати протоколи канального рівня для підтримки петлеподібних надлишкових зв’язків, але принцип поділу обов’язків між рівнями приводить до іншого рішення. Щоб, з одного боку, зберегти простоту процедури передавання даних для типових топологій, а з іншого допустити використання довільних топологій, уводиться додатковий мережний рівень.

На мережному рівні сам термін мережа наділяється специфічним значенням. У даному разі під мережею розуміють сукупність комп’ютерів, з’єднаних між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і таких, що використовують для передавання даних один із протоколів канального рівня, визначений для цієї топології.

Усередині мережі доставка даних забезпечується відповідним канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережний рівень, що й підтримує можливість правильного вибору маршруту передавання повідомлення навіть у тому разі, коли структура зв’язків між складовими мережами має характер, відмінний від прийнятого в протоколах канального рівня.

Мережі з’єднуються між собою спеціальними пристроями, що їх називають маршрутизаторами. Маршрутизатор — це пристрій, що збирає інформацію про топологію міжмережевих з’єднань і на її підставі пересилає пакети мережного рівня в мережу призначення. Щоб передати повідомлення від відправника, який перебуває в одній мережі, одержувачу в іншій мережі, потрібно зробити кілька транзитних передач між мережами. Таким чином, маршрут являє собою послідовність маршрутизаторів, через які проходить пакет.

Проблема вибору найкращого шляху називається маршрутизацією, і її розв’язання є одним з головних завдань мережного рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм під час вибору маршруту є час передавання даних цим маршрутом; він залежить від пропускної здатності каналів зв’язку й інтенсивності графіка, що може змінюватися з часом. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, тоді як інші приймають рішення на основі середніх показників за тривалий час. Вибір маршруту може здійснюватися і за іншими критеріями, наприклад, надійністю передавання.

В усякому разі функції мережного рівня ширші, ніж функції передавання повідомлень по зв’язках з нестандартною структурою. Мережний рівень вирішує також питання узгодження різних технологій, спрощення адресації у великих мережах і створення надійних та гнучких бар’єрів на шляху небажаного графіка між мережами.

Повідомлення мережного рівня називають пакетами. В процесі організації доставки пакетів на мережному рівні використовується поняття «номер мережі». У цьому разі адреса одержувача складається зі старшої частини — номера мережі та молодшої — номера вузла в цій мережі. Усі вузли однієї мережі повинні мати ту саму старшу частину адреси, тому терміну «мережа» на мережному рівні можна дати й інше, формальніше визначення: мережа — це сукупність вузлів, мережна адреса яких містить один і той самий номер мережі.

На мережному рівні визначаються два види протоколів. Перший вид — мережні протоколи — реалізують проходження пакетів через мережу. Саме ці протоколи звичайно мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Проте часто до мережного рівня відносять і інший вид протоколів, названих протоколами обміну маршрутною інформацією чи просто протоколами маршрутизації. За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з’єднань. Протоколи мережного рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними й апаратними засобами маршрутизаторів.

На мережному рівні працюють протоколи ще одного типу, що відповідають за відображення адреси вузла, використовуваного на мережному рівні, у локальній адресі мережі. Такі протоколи часто називають протоколами дозволу адрес — Address Resolution Protocol, ARP. Іноді їх відносять не до мережного рівня, а до канального, хоча тонкощі класифікації не змінюють їх суті.

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

На шляху від відправника до одержувача пакети можуть бути перекручені чи загублені. Хоча деякі додатки мають власні засоби обробки помилок, існують і такі, котрі відразу можуть мати справу з надійним з’єднанням.

Транспортний рівень забезпечує додаткам — прикладному та сеансовому — передання даних з тим ступенем надійності, що їм потрібно. Модель OSI визначає п’ять класів сервісу, наданих транспортним рівнем. Ці види сервісу вирізняються якістю наданих послуг: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв’язку, наявністю засобів мультиплексування кількох з’єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне — здатністю до виявлення та виправлення помилок передавання — таких, як перекручування, втрата і дублювання пакетів.

Вибір класу сервісу транспортного рівня визначається, з одного боку, тим, якою мірою завдання забезпечення надійності виконується самими додатками і протоколами вищих, ніж транспортний, рівнів, а з іншого боку, цей вибір залежить від того, наскільки надійною є система транспортування даних у мережі, забезпечувана рівнями, розташованими нижче транспортного — мережним, канальним і фізичним. Так, наприклад, якщо якість каналів передавання дуже висока й імовірність виникнення помилок, не виявлених протоколами нижчих рівнів, невелика, то розумно скористатися одним з полегшених сервісів транспортного рівня, не обтяжених численними перевірками та іншими прийомами підвищення надійності. Якщо ж транспортні засоби нижніх рівнів справді дуже ненадійні, то доцільно звернутися до найрозвинутішого сервісу транспортного рівня, що працює, використовуючи максимум засобів для виявлення й усунення помилок, — за допомогою попереднього встановлення логічного з’єднання, контролю доставки повідомлень щодо контрольних сум і циклічної нумерації пакетів тощо.

Як правило, усі протоколи, починаючи з транспортного рівня і вище, реалізуються програмними засобами кінцевих вузлів мережі — компонентами їх мережних операційних систем. Як приклад транспортних протоколів можна навести протоколи TCP і UDP стека TCP/IP і протокол SPX стека Novell.

Протоколи нижніх чотирьох рівнів узагальнено називають мережним транспортом або транспортною підсистемою, тому що вони повністю виконують завдання транспортування повідомлень із заданим рівнем якості в складених мережах з довільною топологією і різними технологіями. Інші три верхні рівні виконують завдання надання прикладних сервісів на підставі наявної транспортної підсистеми.

Сеансовий рівень забезпечує керування діалогом: фіксує, яка зі сторін є активною на даний момент, надає засоби синхронізації. Останні дають змогу встановлювати контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки, а не починати все від початку. На практиці деякі додатки використовують сеансовий рівень, і він рідко коли реалізується у вигляді окремих протоколів, хоча функції цього рівня часто поєднують з функціями прикладного рівня та реалізують в одному протоколі.

Представницький рівень має справу з формою подання інформації, що передається по мережі, не змінюючи при цьому її змісту. За рахунок рівня подання інформація, що передається прикладним рівнем однієї системи, завжди зрозуміла прикладному рівню іншої системи. За допомогою засобів даного рівня протоколи прикладних рівнів можуть подолати синтаксичні відмінності в поданні даних або ж відмінності в кодах символів, наприклад кодів ASCII та EBCDIC. На цьому рівні може виконуватися шифрування та дешифрування даних, завдяки якому секретність обміну даними забезпечується відразу для всіх прикладних служб. Прикладом такого протоколу є протокол Secure Socket Layer (SSL), який забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP.

Прикладний рівень — це насправді просто набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі отримують доступ до ресурсів, що розділяються, — таких, як файли, принтери чи гіпертекстові Web-сторінки, а також організують свою спільну роботу, наприклад, за допомогою протоколу електронної пошти. Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, звичайно називається повідомленням(message).

Існує чимало різноманітних служб прикладного рівня: NCP в операційній системі Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP і TFTP, що входять в стек TCP/IP.

Рівні протоколів

І рівень Прикладний Протоколи передачі даних

НТТР Hyper Text Transfer Protocol Протокол передачі гіпертексту

FTP File Transfer Protocol Протокол пересилання бінарних та текстових файлів

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Протокол відправлення електронної пошти

РОР Post Office Protocol Протокол збереження та отримання електронної пошти

NNTP Net News Transfer Protocol Протокол для роботи з телеконференціями

TelNet проста емуляція терміналів для віддаленої роботи з сервером

II рівень Транспортний Протоколи зв’язку серверів

ТСР Transmission Control Protocol Протокол управління передачею інформації між серверами

UDP User Datagram Protocol Альтернативний протокол, аналогічний по призначенню ТСР

III рівень Між мережний Протоколи міжмережного зв’язку

ІР Інтернет протокол Розрахунок оптимального шляху транспортування пакетів протоколу ТСР, розділених на датаграми, та доставка їх за призначенням

IV рівень Мережний Протоколи локальних мереж

SPX / IPX внутрішній протокол мережі Novell

IPX протокол фірми NetWare для передачі пакетів

6.2. Глобальна комп’ютерна мережа Internet

6.2.1. Основні поняття

Internet — це мережа комп’ютерів та комп’ютерних мереж. Internet — це джерело інформації, яка постійно змінюється та розширюється. З часу створення в 60-х роках кількість комп’ютерів, підключених до Internet, неухильно зростає, і тепер «павутина» використовується мільйонами людей як у комерційних і державних організаціях, так і індивідуально.

Головною ознакою Internet є використання протоколу TCP/IP. Internet має декілька опорних мереж, що надають магістральний, базовий сервіс.

Для роботи в мережі Internet використовують спеціальні програми (броузери). Найчастіше використовуються броузери Internet Explorer, Netscape Communicator та ін.

Для передавання Wеb-документів використовують протокол НТТР (Нурегtехt Transfer Pгоtосоl). Wеb-технологія має уніфікований механізм зображення адреси мережного ресурсу URL (Uniform Resource Locator), фактично це адреса Wеb-сторінки.

Зв’язок комп’ютерів у «павутині» здійснюється через телефонні лінії за допомогою модема. Модем перетворює цифрові сигнали комп’ютера в аналогові сигнали телефонної лінії, і навпаки. Характеризується модем швидкістю передання інформації, яка вимірюється в бодах та обсягом цифрової інформації в одному аналоговому сигналі (біт). Добуток цих параметрів утворює величину пропускної спроможності модема, яка вимірюється в bps (біт/сек). Сучасні модеми забезпечують швидкість передавання 56 Кбіт/сек.

Кожному Internet-комп’ютеру присвоюється унікальна мережна адреса — ІР-адреса, що складається із цифр завдовжки 32 біта і яка для зручності користувача перетворюється в доменні імена.

ІР-адреса – унікальна числова адреса (ім’я) комп’ютера в мережі; представлена 4-байтним числом, байти розділені крапкою, кожен байт набуває значення від 0 до 255.

Доменне ім’я (domain name) – ім’я комп’ютера в мережі, складене із скорочень слів

DNS-сервери – для переведення (трансляції) буквених адрес в цифрові та навпаки.

Для всіх країн існують дволітерні коди. Наприклад:

– by - Бєларусь,

– de - Німеччина,

– jp - Японія,

– ua - Україна,

– uk - Великобританія,

– us - США.

Приклади декількох доменів верхнього рівня, що використовуються у США:

– COM - комерційні організації і бізнес;

– EDU - освітні установи;

– NET - структурні організації системи;

– ORG - неприбуткові організації;

– INT - міжнародний домен.

Адреса користувача складається з двох частин: ідентифікатора користувача та назви домена, які розділяються символом @. У свою чергу назва домена може складатися з кількох частин, відокремлених крапкою. Ці частини утворюють ієрархічну структуру, починаючи з найнижчого рівня. Наприклад, адреса Іваненко@kneu.kiev.ua означає:

Іваненко — назва комп’ютера користувача;

kneu — назва організації;

kiev — назва міста;

ua — скорочена назва країни.

В Інтернеті можна також використовувати й такі можливості, як:

— електронна пошта (e-mail) — обмін електронними листами з іншими користувачами, до яких можна додати, за необхідності, й файли;

— групи новин або телеконференція (UseNet);

— пошук і передавання файлів між двома віддаленими комп’ютерами (FTP);

— віддалене управління комп’ютером (TelNet);

— пошук і передання текстових файлів за допомогою гіперпосилань (WWW).