Організація спільного використання ліній зв'язку

Тільки в мережі з повнозв’язною топологією для з'єднання кожної пари комп'ютерів є окрема лінія зв'язку. У всіх інших випадках неминуче виникає питання про те, як організувати спільне використання ліній зв'язку декількома комп'ютерами мережі. Як і завжди при поділі ресурсів, головною метою тут є здешевлення мережі.

В обчислювальних мережах використають як індивідуальні лінії зв'язку між комп'ютерами, так і поділювані (shared), коли одна лінія зв'язку поперемінно використовується декількома комп'ютерами. У випадку застосування поділюваних ліній зв'язку (часто застосовується також термін поділюване середовище передачі даних — shared medіa) виникає комплекс проблем, пов'язаних з їхнім спільним використанням, що включає як чисто електричні проблеми забезпечення потрібної якості сигналів при підключенні до одного провідника декількох приймачів і передавачів, так і логічні проблеми поділу в часі доступу до цих ліній.

Класичним прикладом мережі з поділюваними лініями зв'язку є мережі з топологією "загальна шина", у яких один кабель спільно використовується всіма комп'ютерами мережі. Жоден з комп'ютерів мережі в принципі не може індивідуально, незалежно від всіх інших комп'ютерів мережі, використати кабель, тому що при одночасній передачі даних відразу декількома вузлами сигнали змішуються й спотворюються. У топологиях "кільце" або "зірка" індивідуальне використання ліній зв'язку, що з'єднують комп'ютери, принципово можливе, але ці кабелі часто також розглядають як поділювані для всіх комп'ютерів мережі, так що, наприклад, тільки один комп'ютер кільця має право в цей момент часу відправляти по кільцю пакети іншим комп'ютерам.

Мережа з поділюваним середовищем при великій кількості вузлів буде працювати завжди повільніше, ніж аналогічна мережа з індивідуальними лініями зв'язку, тому що пропускна здатність індивідуальної лінії зв'язку дістається одному комп'ютеру, а при її спільному використанні — ділиться на всі комп'ютери мережі.

Часто з такою втратою продуктивності миряться заради збільшення економічної ефективності мережі. Не тільки в класичних, але й у зовсім нових технологіях, розроблених для локальних мереж, зберігається режим поділюваних ліній зв'язку. Наприклад, розроблювачі технології Gіgabіt Ethernet, прийнятої в 1998 році як новий стандарт, включили режим поділу передавального середовища у свої специфікації поряд з режимом роботи з індивідуальними лініями зв'язку.

Адресація комп'ютерів

Ще однією новою проблемою, яку потрібно враховувати при об'єднанні трьох і більше комп'ютерів, є проблема їхньої адресації. До адреси вузла мережі та схеми його призначення можна висунути такі вимоги.

• Адреса повинна унікально ідентифікувати комп'ютер у мережі будь-якого масштабу.

• Схема призначення адрес повинна зводити до мінімуму ручну роботу адміністратора та йімовірність дублювання адрес.

• Адреса повинна мати ієрархічну структуру, зручну для побудови великих мереж. Цю проблему добре ілюструють міжнародні поштові адреси, які дозволяють поштовій службі, що організує доставку листів між країнами, користуватися тільки назвою країни адресата й не враховувати назву його міста, а тим більше вулиці. У великих мережах, що складаються з багатьох тисяч вузлів, відсутність ієрархії адреси може привести до більших витрат — кінцевим вузлам і комунікаційному устаткуванню доведеться працювати з таблицями адрес, що складаються з тисяч записів.

• Адреса повинна бути зручною для користувачів мережі, а це значить, що він повинен мати символьне подання наприклад, Servers або www.cіsco.com.

• Адреса повинна мати по можливості компактне подання, щоб не переванта­жувати пам'ять комунікаційного обладнання — мережних адаптерів, маршрути­заторів і т.п.

Неважко помітити, що ці вимоги суперечливі — наприклад, адреса, що має ієрархічну структуру, швидше за все буде менш компактним, чим неієрархічна (таку адресу часто називають "плоскою", тобто не має структури). Символьна ж адреса швидше за все зажадає більше пам'яті, ніж адреса-число.

В зв’язку з цим, на практиці звичайно використовується відразу декілька схем, так що комп'ютер одночасно має кілька адрес-імен. Кожна адреса використовується в тій ситуації, коли відповідний вид адресації найбільш зручний. А щоб не виникало плутанини використовуються спеціальні допоміжні протоколи, які за адресою одного типу можуть визначити адреси інших типів.

Найбільше поширення одержали три схеми адресації вузлів.

Апаратні (hardware) адреси. Ці адреси призначені для мережі невеликого або середнього розміру, тому вони не мають ієрархічної структури. Типовим представ­ником адреси такого типу є адреса мережного адаптера локальної мережі. Така адреса звичайно використовується тільки обладанням, тому його намагаються зробити по можливості компактним і записують у вигляді двійкового або шістнадцяткового значення, наприклад 0081005е24а8. При завданні апаратних адрес звичайно не потрібне виконання ручної роботи, тому що вони або вбудовуються апаратно компанією-виробником, або генеруються автоматично при кожному новому запуску устаткування, причому унікальність адреси в межах мережі забезпечується апаратно. Крім відсутності ієрархії, використання апаратних адрес має інший недолік — при заміні апаратури, наприклад, мережного адаптера, змінюється й адреса комп'ютера. Більше того, при встановленні декількох мережних адаптерів у комп'ютера з'являється кілька адрес, що не дуже зручно для користувачів мережі.

Символьні адреси або імена. Ці адреси призначені для запам'ятовування людьми й тому звичайно несуть значеннєве навантаження. Символьні адреси легко використати як у невеликих, так і великих мережах. Для роботи в більших 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 (Unіversіty College London - ucl) і ця мережа ставиться до академічної галузі (ас) Іnternet Великобританії (Unіted Kіngdom - uk). При роботі в межах мережі Лондонського університету таке довге символьне ім'я явно надлишкове й замість нього зручно користуватися коротким символьним ім'ям, на роль якого добре підходить наймолодша складова повного імені, тобто ім'я ftp-archl.

Числові складені адреси. Символьні імена зручні для людей, але через змінний формат і потенційно великої довжини їхня передача по мережі не дуже економічна. Тому в багатьох випадках для роботи в великих мережах як адреси вузлів використовують числові складені адреси фіксованого й компактного форматів. Типовим представниками адрес цього типу є ІP- і ІPX-адреси. У них підтримується дворівнева ієрархія, адреса ділиться на старшу частину — номер мережі й молодшу — номер вузла. Такий розподіл дозволяє передавати повідомлення між мережами тільки на підставі номера мережі, а номер вузла застосовується тільки після доставки повідомлення в потрібну мережу; точно так само, як назва вулиці використається листоношею тільки після того, як лист доставлений у потрібне місто. Останнім часом, щоб зробити маршрутизацію у великих мережах більше ефективною, пропонуються більше складні варіанти числової адресації, відповідно до яких адреса має три та більше складові. Такий підхід, зокрема, реалізований у новій версії протоколу ІPv6, призначеного для роботи в мережі Іnternet.

В сучасних мережах для адресації вузлів застосовуються, як правило, одночасно всі три наведені вище схеми. Користувачі адресують комп'ютери символьними іменами, які 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. Сьогодні така схема характерна навіть для невеликих автономних мереж, де, здавалося б, вона явно надлишкова — це робиться для того, щоб при включенні цієї мережі в більшу мережу не потрібно було міняти склад операційної системи.

Проблема встановлення відповідності між адресами різних типів, який займається служба дозволу імен, може вирішуватися як повністю централізованими, так і розподіленими засобами. У випадку централізованого підходу в мережі виділяється один комп'ютер (сервер імен), у якому зберігається таблиця відповідності один одному імен різних типів, наприклад символьних імен і числових номерів. Всі інші комп'ютери звертаються до сервера імен, щоб по символьному імені знайти числовий номер комп'ютера, з яким необхідно обмінятися даними.

При іншому, розподіленому підході, кожний комп'ютер сам вирішує завдання встановлення відповідності між іменами. Наприклад, якщо користувач указав для вузла призначення числовий номер, то перед початком передачі даних комп'ютер-відправник посилає всім комп'ютерам мережі повідомлення (таке повідомлення називається широкомовним) із проханням розпізнати це числове ім'я. Всі комп'ютери, одержавши це повідомлення, порівнюють заданий номер зі своїм власним. Той комп'ютер, у якого виявився збіг, посилає відповідь, що містить його апаратну адресу, після чого стає можливим відправлення повідомлень по локальній мережі.

Розподілений підхід гарний тим, що не вимагає виділення спеціального комп'ютера, що до того ж часто вимагає ручного завдання таблиці відповідності імен. Недоліком розподіленого підходу є наявність широкомовних повідомлень, що значно навантажують мережу, тому що вони вимагають обов'язкової обробки всіма вузлами, а не тільки вузлом призначення. Тому розподілений підхід використовується тільки в невеликих локальних мережах. У великих мережах поширення широкомовних повідомлень по всіх її сегментах стає практично нереальним, тому для них характерний централізований підхід. Найбільш відомою службою централізованого з імен є служба Domaіn Name System (DNS) мережі Іnternet.