Sieci komputerowe – podstawowe pojęcia
Definicja sieci komputerowej mówi, że jest to połączenie przynajmniej dwóch komputerów w celu wymiany danych. Urządzenia komunikują się ze sobą za pomocą mediów transmisyjnych wykorzystując odpowiednie protokoły komunikacyjne.
Obecnie definicję tą trzeba rozszerzyć, ponieważ zwiększyła się liczba urządzeń podłączanych do sieci i korzystających z niej. Dziś do sieci komputerowej podłączamy nie tylko komputery czy serwery, ale również telefony komórkowe, tablety, telewizory, a nawet pralki, lodówki oraz inne urządzenia AGD. Oczywiście podstawa działania sieci komputerowych się nie zmieniła, dalej tworzy się sieci aby udostępniać dane (pliki, strony WWW, usługi sieciowe) oraz zasoby sprzętowe (drukarki, dyski, skanery, napędy optyczne), natomiast różnica polega na tym, że korzysta z niej o wiele urządzeń niż kiedyś.
Pojęcia związane z siecią komputerową:
Host – urządzenie końcowe sieci komputerowej, stanowiące źródło lub celu przesyłania danych w sieci. Hostem jest każde urządzenie w sieci, któremu przypisano adres IP.
Serwer – komputer, na którym zainstalowane jest specjalistyczne oprogramowanie, oferujący usługi innym komputerom (WWW, poczta elektroniczna, zasoby plikowe).
Klient – komputer korzystający z usług udostępnianych przez serwery.
Klient – Serwer – architektura sieci komputerowej, w której występuje komputer udostępniający usługi (serwer) oraz komputery korzystające z tych usług (klienci).
Peer to Peer (P2P) – architektura sieci komputerowej, w której nie występuje jeden komputer udostępniający usługi, wszystkie komputery w tej sieci działają na równorzędnych prawach.
Medium transmisyjne – element sieci komputerowej, za pomocą którego wzajemnie komunikują się urządzenia, może nim być kabel miedziany, światłowodowy, jak również fale radiowe (WiFi).
Protokół komunikacyjny – określony sposób (język) komunikacji, dzięki któremu możliwa jest wymiana danych pomiędzy urządzeniami w sieci.
PAN (Personal Area Network) - niewielka osobista sieć, służąca do przesyłu danych na najniższym poziomie, która może pracować niezależnie od połączenia internetowego. Poszczególne urządzenia łączą się w niej w większości przypadków za pomocą modułu Bluetooth. obecnie najczęściej bezprzewodowa sieć, używana w biurach, urzędach lub domach, w skład której wchodzi zazwyczaj komputer, drukarka i urządzenia mobilne.
LAN (ang. Local Area Netwok) – lokalna sieć komputerowa, obejmująca swoim zasięgiem pomieszczenie, piętro, budynek lub zbiór budynków.
MAN (ang. Metropolitan Area Netwok) – miejska sieć komputerowa, obejmująca swoim zasięgiem miasto lub aglomerację miejską.
WAN (ang. Wide Area Netwok) – rozległa sieć komputerowa, komunikująca ze sobą odległe sieci LAN.
WLAN - Bezprzewodowa sieć lokalna (skr. WLAN, od ang. Wireless Local Area Network) – sieć lokalna, w której połączenia między urządzeniami sieciowymi zrealizowano bez użycia przewodów.
Topologia fizyczna sieci – określa sposób połączenia ze sobą komputerów w sieci.
Topologia logiczna sieci – określa sposób komunikowania ze sobą komputerów w sieci.
Karta sieciowa (ang. NIC – Network Interface Card) – adapter instalowany w urządzaniach (komputerach, telefonach, itp.), dzięki któremu możliwe jest podłączenie tego urządzenie do sieci komputerowej.
Ruter (ang. Router) – urządzenie sieciowe, którego głównych zadaniem jest łączenie ze sobą różnych sieci, w celu umożliwienia im wzajemnej komunikacji oraz określanie ścieżki przepływu danych pomiędzy sieciami na podstawie adresu IP (ang. Routing).
Przełącznik (ang. Switch) – urządzenie sieciowe, które łączy urządzenia w sieci lokalnej oraz decyduje o przesyle danych pomiędzy urządzaniami na podstawie adresu MAC.
Adres IP – logiczny adres interfejsu urządzenia w sieci komputerowej.
Adres MAC – fizyczny (sprzętowy) adres karty sieciowej urządzenia, nadawany przez producenta na etapie produkcji.
Internet (Intersieć)– siatka połączonych ze sobą sieci rozległych.
Intranet – prywatna sieć, wykorzystująca w komunikacji standardy sieci Internet, takie jak WWW, FTP czy POP3 i SMTP, do której dostęp mają tylko upoważnieni użytkownicy (np. do Intranetu w firmie XYZ mają dostęp tylko pracownicy tej firmy)
Extranet – rozszerzenie sieci prywatnej (Intranet), umożliwiające dostęp do jej zasobów również dla innych użytkowników.
VPN – prywatna sieć, do zasobów której możemy się dostać przez sieć Internet, wykorzystując tzw. tunelowy kanał transmisji danych.
DNS (ang. Domain Name System) – system zmieniający nazwę mnemoniczną (zrozumiałą dla człowieka), np. onet.pl na odpowiadający jej adres IP w sieci.
Symbole graficzne sieci komputerowej
Projektując sieć komputerową, czy to na papierze czy z wykorzystaniem odpowiedniego oprogramowania, uwzględnić należy rozmieszczenie urządzeń wchodzących w skład naszej sieci. Aby orientować się jakie urządzenie znajduje się w określonym położeniu powinniśmy poznać ich graficzne oznaczenie. Poniżej przedstawiam Wam zatem symbole graficzne najczęściej wykorzystywanych urządzeń sieciowych.
Zestaw symboli graficznych w sieciach komputerowych
Znajomość tych symboli będzie Wam pomocna podczas projektowania i symulacji działania sieci w programach komputerowych, takich, jak np. Cisco Pacet Tracert.
Jednostki przesyłu danych w sieciach komputerowych
Sieć komputerowa jest to połączenie ze sobą komputerów (oraz innych urządzeń) w celu wymiany informacji. Wymiana ta odbywa się z daną prędkością, która określa ilość przesłanych danych w jednostce czasu. Podstawową jednostką służącą w informatyce do zapisu danych jest 1 bit[b], zatem w zapisie prędkości, z jaką dane w sieci są przesyłane, stosuję się określenie bity na sekundę (b/s lub też bps – bit peer second).
Oczywiście 1 bit informacji to bardzo mało, dlatego też w określaniu prędkości stosuje się jego wielokrotności. Powinny one być już Wam znane z określania np. pojemności dysków czy pamięci operacyjnych, są nimi Kilo, Mega, Giga, Tera, Peta. Pierwsze 3 przeliczniki przedstawiają się w liczbach następująco:
1 Kilobit (1 Kb/s lub 1 Kbps) – 1024 bity/s (210)
1 Megabit (1 Mb/s lub 1 Mbps) – 1024 Kb/s – 1 048 576 bity/s (210*210)
1 Gigabit (1 Gb/s lub 1 Gbps) – 1024 Mb/s – 1 048 576 Kb/s – 1073741824 bity/s (210*210*210)
Zamiana jednostek
Jak już wiemy, prędkość przesyłu danych w sieciach komputerowych określa się w bitach na sekundę. Inaczej niż w przypadku wielkości plików czy pojemności dysków, gdzie zamiast bitów [b] stosuję się bajty [B]. 1 bajt [B] to 8 bitów [b] dlatego też, jeśli chcielibyśmy obliczyć jaką ilość danych jesteśmy w stanie przesłać w jednostce czasu musimy dokonać zamiany jednostek. Proces ten wyjaśnię Wam na przykładach.
Zadanie 1
Obliczymy ile danych pobierzemy z Internetu w czasie jednej godziny przy założeniu, że przepustowość naszego łącza jest stała i wynosi 60 Mb/s.
Dane:
· Czas: 1 godzina
· Przepustowość łącza: 60 Mb/s
Obliczenia:
· Zamieniamy jednostkę czasu z godziny na sekundy: 1 godzina to 3600 sekund (60 sekund*60 minut).
· Zamieniamy jednostkę przesyłu danych z megabitów na megabajty na sekundę: 60 megabitów to 7,5 megabajtów na sekundę (60 Mb dzielimy przez 8, ponieważ 1 bajt to 8 bitów).
· Mnożymy przepustowość przez czas: 7,5 MB/s * 3600 sekund, co daje 27000 MB (ok. 26,3 GB danych)
Odpowiedź: ok. 26,3 GB.
Zadanie 2
Obliczmy, w jakim czasie pobierzemy plik w wielkości 1 GB przy założeniu, że przepustowość naszego łącza jest stała i wynosi 10 Mb/s.
· wielkość pliku: 1 GB
· prędkość łącza: 10 Mb/s
· Zamieniamy jednostkę przesyłu danych z megabitów na megabajty na sekundę: 10 megabitów to 1,25 megabajtów na sekundę (10 Mb dzielimy przez 8, ponieważ 1 bajt to 8 bitów).
· Zamieniamy jednostkę zapisu pliku z gigabajta na megabajty: 1 GB to 1024 MB.
· Obliczamy czas przesłania pliku: 1024 MB / 1,25 Mb/s = 819,2 sekundy, co daje ok. 13 minut 39 sekund.
Odpowiedź: 13 minut 39 sekund.
Zadanie do samodzielnego rozwiązania:
Oblicz prędkość przesłania 10 plików o łącznej wielkości 16,2 GB przez łącze o stałej prędkości 12 Mb/s.
· 10 plików o łącznej wielkości 16,2 GB
· łącze o stałej prędkości 12 Mb/s
Zamieniamy jednostkę przesyłu danych z megabitów na megabajty na sekundę (12 Mb/s / 8 =1,5 MB/s)
Zamieniamy jednostkę zapisu z gigabajtów na gigabity (16,2 * 1024 = 16588,8 MB)
Obliczamy prędkość przesłania danych o wielkości 16588,9 MB / 1,5 Mb/s = 11059,2 sek = 184,32 min. = 3 godz. 4 min 32 sek.).
Odpowiedź: 3 godz. 4 min 32 sek.
Standardy sieci komputerowych
IEEE 802 jest to grupa standardów stosowanych w sieciach komputerowych. Najpopularniejsze standardy to:
IEEE 802.1D – standard opisujący pracę protokołu drzewa rozpinającego STP (ang. Spanning Tree Protocol), który implementowany jest w przełączkach sieciowych (ang. Switch). Jego podstawową funkcją jest zapobieganie powstawaniu pętli w lokalnych sieciach komputerowych.
IEEE 802.p – standard opisujący działanie usługi QoS na przełącznikach sieciowych.
IEEE 802.s – standard opisujący mechanizm działania protokołu MSTP (ang. Multiple Spanning Tree Protocol), stosowanego w wirtualnych sieciach lokalnych (VLAN).
IEEE 802.1w – standard opisujący pracę rozszerzonego protokołu drzewa rozpinającego RSTP (ang. Rapid Spanning Tree Protocol).
IEEE 802.1Q – standard opisujący działanie wirtualnych sieci LAN (VLAN).
IEEE 802.2 – standard opisujący działanie podwarstwy LLC w warstwie łącza danych (2 warstwa modelu ISO/OSI).
IEEE 802.3 – 10BASE5 – ETHERNET – standard lokalnych sieci komputerowych.
Poszczególne wersje standardu ETHERNET:
· IEEE 802.3a – 10BASE2 – standard wykorzystujący cienki kabel koncentryczny jako nośnik danych);
· IEEE 802.3d – Fiber Optic – standard wykorzystujący światłowód jako nośnik danych);
· IEEE 802.3i – 10BASE-T – standard Ethernet wykorzystujący skrętkę jako nośnik danych;
· IEEE 802.3j – 10BASE-F – standard Ethernet wykorzystujący światłowód jako nośnik danych;
· IEEE 802.3u – 100BASE-TX, 100BASE-FX – standard Fast Ethernet oparty na skrętce (Tx), oraz na światłowodzie (FX);
· IEEE 802.3z – 1000BASE-X – standard Gigabit Ethernet oparty na światłowodzie;
· IEEE 802.3ab – 1000BASE-T – standard Gigabit Ethernet oparty na skrętce;
· IEEE 802.3ac – standard zwiększający maksymalną wielkość ramki Ethernetowej do 1522 B, pozwalający obsługiwać „tagowane” ramki z sieci VLAN;
· IEEE 802.3ac – Link Aggregation – standard umożliwiający agregację portów przełącznika;
· IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet – Standard oparty na kablu światłowodowym;
· IEEE 802.3af – Power over Ethernet (PoE) – Standard umożliwiający korzystanie z urządzeń sieciowych takich jak Access Point’y bez konieczności podłączenia go do zewnętrznego zasilania. Urządzenie zasilane jest poprzez port przełącznika. Maksymalnie do 15,4W;
· IEEE 802.3an – 10 Gigabit Ethernet – standard oparty na skrętce;
· IEEE 802.3aq – 10 Gigabit Ethernet – standard oparty na kablu światłowodowym wielomodowym;
· IEEE 802.3at – Power over Ethernet (PoE) – Standard umożliwiający korzystanie z urządzeń sieciowych takich jak Access Point’y bez konieczności podłączenia go do zewnętrznego zasilania. Urządzenie zasilane jest poprzez port przełącznika. Zapewnia moc powyżej 25,5W, dla skrętki cat. 5.
· IEEE 802.5 – Token Ring – standard sieci LAN, alternatywny dla standardu Ethernet.
· IEEE 802.11 – WiFi – standard sieci bezprzewodowych.
Topologie sieci komputerowych
Topologia sieci komputerowej określa relację pomiędzy urządzeniami w sieci, połączenia między nimi oraz sposób przepływu danych. Topologię należy rozpatrywać w dwojaki sposób, w sposób fizyczny (zwany topologią fizyczną) oraz logiczny (zwany topologią logiczną).
Topologie fizyczne odzwierciedlają fizyczne rozmieszczenie urządzeń w sieci oraz połączenia między nimi:
Topologia magistrali
W tej topologii wszystkie urządzenia podłącza się do wspólnego medium transmisyjnego. Powszechnie stosowanym w tej topologii medium był kabel koncentryczny, zarówno cienki, jak i gruby. Zastosowanie „koncentryka” jako fizyczne medium stanowiło jedną z wad tej topologii, a mianowicie niewielką przepustowość (maksymalnie do 10 Mb/s). Topologia ta stosowana była do budowy lokalny sieci komputerowych, „była” jest tutaj słowem właściwym ponieważ nie jest już powszechnie stosowana. Poza niską przepustowością, charakteryzowała ją również duża podatność na awarię sieci. W momencie przerwania kabla koncentrycznego cała sieć przestawała działać. Niewątpliwą zaletą w zastosowaniu tej topologii był niewielki koszt jej wdrożenia, ponieważ nie trzeba było stosować setek metrów kabla ani żadnych urządzeń pośredniczących.
Topologia gwiazdy
W tej topologii wszystkie urządzenia podłączone są do centralnego punktu, stanowiącego punkt dostępu do sieci. Dawniej punkt ten stanowiły koncentratory (ang. hub), obecnie natomiast stosuje się przełączniki (ang. switch). W lokalnych sieciach jest to najczęściej spotykana topologia, ponieważ jest prosta w zaprojektowaniu, budowie oraz rozbudowie, odporna na awaria i łatwo zarządzalna. Dodatkowym plusem jest fakt, iż można przy jej budowie wykorzystać różne media transmisyjne, takie jak miedziana skrętka, kabel światłowodowy czy fale radiowe (WLAN). Istotną wadę stanowić może natomiast koszt budowy, ponieważ wymagane jest zastosowanie dodatkowych urządzeń (switch’y) oraz wiele metrów okablowania.
Topologia gwiazdy rozszerzonej
Rozwinięcie topologii gwiazdy stosowane w dużych sieciach LAN oraz w sieciach kampusowych.
Topologia pierścienia
W tej topologii każde urządzenie podłączone jest z dwoma sąsiadami, tworząc zamknięty krąg. Podobnie jak w przypadku topologii magistrali, przy budowie nie stosuję się dużej ilości okablowania oraz brak jest konieczności stosowania dodatkowych urządzeń.
Ponadto można wykorzystać różne media transmisyjne, począwszy od kabla koncentrycznego, po skrętkę miedzianą, aż do kabli światłowodowych. Wadą tego rodzaju topologii jest fakt, iż przerwanie medium lub awaria jednego z komputerów powoduje przerwę w działaniu całej sieci.
Topologia podwójnego pierścienia
Bliźniacza do topologii pierścienia, różnicą się od pierwowzoru zastosowaniem podwójnego połączenia urządzeń, tak aby zabezpieczyć prawidłowe działanie sieci, w momencie awarii jednego łącza. Stosowana w budowie dużych sieci szkieletowych.
Topologia siatki
Topologia stosowana przy budowie rozległych sieci, polegająca stosowaniu nadmiarowych połączeń pomiędzy urządzeniami w celu zapewnienia najwyższego stopnia bezpieczeństwa i niezawodności działania sieci.
Topologie logiczne określają sposób przepływu danych w sieci:
Topologia punkt-punkt – w tej topologii przesył danych odbywa się tylko pomiędzy dwoma urządzeniami w sieci, które mogą być do siebie podłączone bezpośrednio, jak również z wykorzystaniem urządzeń pośredniczących (np. switch’y).
Topologia wielodostępowa – w tej topologii przesył danych odbywa się poprzez jedno medium transmisyjne (np. kabel koncentryczny), które współdzielone jest przez wiele urządzeń. Urządzenie transmitujące dane wysyła je do wszystkich (ang. broadcasting), ale tylko urządzenie, do którego dane były adresowane odczytuje je, pozostałe urządzenia je ignorują.
Topologia pierścienia – podobnie jak w topologii wielodostępowej również tutaj dane wysyłane są do wszystkich urządzeń, a tylko urządzenie, do którego były adresowane je odczytuje. W pierścieniu umieszczony jest „żeton” (ang. token), który „krąży” pomiędzy urządzeniami. To urządzenie, które chce nadawać „przechwytuje” go i rozpoczyna transmisję.
Warstwy sieci komputerowych – model OSI i TCP/IP
Komunikacja pomiędzy urządzeniami w sieciach komputerowych, jak każdy inny typ komunikacji rządzi się określonymi prawami i regułami. Reguły te określa się mianem protokołów komunikacyjnych. Różnią się one pomiędzy sobą w zależności od rodzaju komunikacji. Dokładnie tak samo jak w życiu codziennym, inny rodzaj zasad rządzi przy połączeniach telefonicznych, inny przy przekazywaniu informacji poprzez popularne komunikatory.
Aby w sieciach komputerowych komunikacja przebiegała we właściwy sposób wymagane jest współdziałanie wielu protokołów, które określa się mianem zestawu protokołów. Na zestaw taki składają się zarówno składniki programowe, jak również urządzenia sieciowe. Najbardziej efektywną metodą wizualizacji współdziałania protokołów jest postrzeganie ich jako nałożone na siebie warstwy stanowiące swojego rodzaju stos.
Stosowanie takiej metody pozwala na rozbicie skomplikowanego zagadnienia jakim jest komunikacja w sieci na mniejsze elementy, w celu prostszego ich opisania i zrozumienia. Ponadto stosowanie modelu warstwowego niesie za sobą szereg innych korzyści, takich jak łatwiejsze projektowanie protokołów czy możliwość współdziałania urządzeń sieciowych rożnych producentów.
Istnieją dwa podstawowe modele odniesienia: model OSI oraz model TCP/IP.
Model TCP/IP powstał w latach siedemdziesiątych XX wieku wieku i określany jest mianem modelu sieci Internet. Składa się z czterech warstw:
· warstwy aplikacji, zajmującej się reprezentacją danych dla użytkownika oraz ich kodowaniem,
· warstwy transportowej, zapewniającej komunikację pomiędzy różnymi urządzeniami w sieci,
· internet, zapewniający najlepszą trasę dla przepływu pakietów,
· warstwy dostępu do sieci kontrolującej urządzenia fizyczne i media.
...
tebulaj