Co nazywamy siecią komputerową?

Definicja sieci komputerowej powinna naświetlać dwa zagadnienia.

Sieć komputerowa składa się z pewnej liczby komputerów.

Komentarza wymaga stwierdzenie "pewna liczba". Otóż moglibyśmy postarać się określić jaka to minimalna liczba komputerów tworzy sieć komputerową. Może nas kusić by napisać conajmniej dwa komputery. Moim zdaniem nie wnosi to nic ważnego do tej definicji z prostego powodu: w trakcie zajęć będziemy starali się wyjaśnić działanie sieci Internet, która składa się z kilku milionów komputerów.

Zauważmy jeszcze, że pełnoprawnymi członkami sieci komputerowej mogą być np. drukarki. Więc być może należałoby mówić o "urządzeniach cyfrowych" czy "urządzeniach cyfrowego przetwarzania danych"? Jeśli narawdę chcemy powyższe sformułowanie uściślić to należałoby rozpocząć od zdefiniowania czym jest komputer.

Komputery tworzące sieć są ze sobą połączone.

Stwierdzenie "połączone ze sobą" też wymaga sprecyzowania, gdyż pralka z lodówką są połączone siecią energetyczną. Otóż od połączenia komuterów w sieci komputerowej wymagamy, by umożliwiało ono wymianę danych pomiędzy komputerami.

Definicja sieci komputerowej

Siecią komputerową nazywamy pewną ilość sprzętu komputerowego (komputery, drukarki) połączonego ze sobą w sposób umożliwiający wymianę danych.

Przykładowa sieć mogłaby wyglądać następująco:

Przykładowe zastosowania

Sieci komputerowe spotykamy właściwie na każdym kroku. W supermarketach, w bankach, w szkołach, w biurach.... Właściwie wszędzie tam gdzie znajdują zastosowanie komputery pojawiają się i sieci komputerowe.

Zamiast zastanawiać się do czego być może używają sieci w banku (piszę być może bo nigdy nie zaglądałem za kulisy) wymieńmy raczej przykładowe zastosowania sieci komputerowej w szkole:

·         bez względu na prowadzony przedmiot nauczyciel może udostępniać wszystkim uczniom w klasie materiały z jednego komputera (bez noszenia dyskietek)

·         bez względu na prowadzony przedmiot możemy korzystać z wirtualnych bibliotek dostępnych w Internecie (biblioteki dostepne w Internecie zawierają kasiężki, oprogramowanie, zdjęcia, słowniki dostępne online, encyklopedie itd)

·         nauczyciel języka obcego może poprowadzić lekcję, na której uczniowie nawiązują kontakt z rówieśnikami z całego świata (pisanie listów i konwersacje-klawiaturowe)

·         możemy zachęcić uczniów do publikowania swoich prac (wierszy, książek, zdjęć, obrazów, piosenek) w Internecie

·         możemy zachęcić uczniów do poszerzania swoich zainteresowań przez dyskusje i działania w wąskich gronach miłośników

·         możemy przedstawić uczniom różnego rodzaju testy sprawdzające np. znajomość gramatyki języka angielskiego

Charakterystyka sieci komputerowych


Sieć komputerowa (angielskie computer network), układ komputerów i urządzeń końcowych (np.drukarka) połączonych między sobą szeregowymi łączami komunikacyjnymi, umożliwiającymi wymianę komunikatów między poszczególnymi stanowiskami. Sieć komputerowa zapewnia bezpieczny dostęp użytkowników do wspólnych zasobów takich jak dane lub urządzenia peryferyjne.
Dostęp komputera do sieci komputerowej odbywa się za pośrednictwem interfejsu sieciowego. Niektóre z komputerów działających w sieci mogą pełnić specjalne funkcje, np. bram, mostów lub ruterów, inne po prostu korzystają z udogodnień tworzonych przez sieć, np. dzielenia zasobów.
W zależności od odległości między komputerami rozróżnia się sieci lokalne, miejskie i rozległe. Szybkości przesyłania danych w sieciach wahają się w granicach od 56 Kb/s (i mniejszych – w przypadku zagęszczenia) do megabitów na sekundę (sieci ATM).
Początki sieci komputerowej sięgają połowy lat sześćdziesiątych XX w. (sieć ARPANET).
Sieci komputerowe mają olbrzymie znaczenie na każdym szczeblu komunikacji: od wymiany informacji między dwoma sąsiednimi biurkami w sali giełdy, poprzez skomputeryzowane usługi telefoniczne, radiowe i telewizyjne, aż po globalną, wielofunkcyjną sieć internet łączącą dziesiątki milionów użytkowników na całym świecie.
Siecią komputerową nazywamy strukturę składającą się ze stacji sieciowych (tzw. HOSTów) i łączącego je kabla sieciowego, ogólnie zwanego medium transmisyjnym. Inaczej mówiąc, jedna sieć ma jeden wspólny dla wszystkich stacji kabel sieciowy, służący do transmisji informacji między nimi. W praktyce oznacza to, że w tym samym momencie, gdy w sieci odbywa się przesyłanie informacji między dwiema stacjami sieciowymi, nie może się odbywać transmisja między dwiema innymi stacjami. Aby w tak rozumianej sieci informacje wysyłane przez określona stację nadawczą trafiły do określonej stacji odbiorczej, każda z nich musi mieć swój adres odróżniający ją spośród innych stacji zainstalowanych w sieci.


rysunek_ramka



Sieć komputerowa składa się zarówno za sprzętu jak i oprogramowania. Na sprzęt składa się kabel sieciowy łączący karty sieciowe z urządzeniami sieci, karty sieciowe i urządzenia sieci. Na oprogramowanie składa się system operacyjny, drivery kart sieciowych oraz oprogramowanie pomocnicze do monitorowania sieci i zapewnienia jej bezpieczeństwa.
Głównym komputerem w sieci jest serwer. Spełnia on takie zadania jak: przechowywanie i odzyskiwanie plików, współdzielenie urządzeń sieciowych np.: drukarek, ploterów i innych, oraz zarządzanie całą siecią.
Serwery ze względu na spełnianą funkcję można podzielić na:
- serwer plików – wypełnia zadania przechowywania i odzyskiwania plików, uwzględniając bezpieczeństwo i kontrolę praw dostępu do plików i katalogów
- serwer poczty elektronicznej – zapewnia usługi wymiany poczty elektronicznej między użytkownikami sieci oraz jej translację pomiędzy różnymi systemami
- serwer komunikacyjny – zapewnia usługi połączeń z systemami minikomputerowymi, mainframe oraz odległymi sieciami lub systemami poprzez łącza sieci rozległej
- serwer bazy danych – dedykowany serwer do przechowywania bazy danych i obsługi zapytań i odpowiedzi do i od tej bazy
- serwer archiwizujący – serwer dedykowany do tworzenia kopii bezpieczeństwa oraz archiwizowania plików

Sieci komputerowe można podzielić ze względu na:
a) ich zasięg:
· lokalne (LAN - Local Area Network) - sieci o najmniejszym zasięgu, obejmujące zwykle budynek lub grupę sąsiednich budynków, zwane również okablowaniem strukturalnym;
· sieci kampusowe - sieci obejmujące wiele grup budynków np. budynki wydziałów, domy studenckie i laboratoria jednej uczelni;
· metropolitalne inaczej: miejskie (MAN - Metropolitan Area Network) - sieci obejmujące swym zasięgiem miasto (np. w Białymstoku działa sieć BIAMAN);
· zdalne (WAN - Wide Area Network) - sieci o dużym zasięgu, przekraczającym obszar jednego miasta - np. sieć globalna czy sieć łącząca rozsiane po kraju lub świecie oddziały przedsiębiorstwa.
b) medium transmisyjne:

Technologie sieci komputerowych

Poprzednio omówiony model komunikacji nazwany komutacją pakietów jest pewnym ogólnym rozwiązaniem stosowanym w wielu sieciach komputerowych. Dane w sieciach pakietowych przed wysłaniem dzielimy na małe pakiety. Takie stwierdzenie jest oczywiście bardzo ogólne i nie mówi nic o szczegółach transmisji: jak duże są pakiety, jakiego rodzaju okablowanie może być użyte, jak należy interpretować impulsy elektrycze pojawiające się w sieci itd. W tym rozdziale przyjrzymy się bliżej dwóm konkretnym sieciom komputerowym: sieci ethernet oraz sieci token ring.

Każda sieć jest wykonana zgodnie z pewną technologią. Przykładowymi technologiami są Ethernet, TokenRing, FDDI, ARCNet, ATM. Technologie te różnią się w bardzo wielu szczegółach i nie są ze sobą zgodne w tym sensie, że urządzenia (np. HUB czy okablowanie) wykonane w technologii ethernet nie będzie pasował do żadnej innej sieci poza ethernet.

Gdy mówimy sieć ethernet to tak naprawdę określamy całe mnóstwo szczegółów dotyczących sieci. Technologie różnią się między sobą:

·         ADRESOWANIEM
Pakiety w sieciach pakietowych zazwyczaj wędrują po sieci zawierając w sobie informacje identyfikujące nadawcę oraz odbiorcę. W różnych technologiach adresy komputerów w sieci są różne.

·         STRUKTURĄ PAKIETU
długości i zawartość pakietów (szczególnie nagłówków) w różnych technologiach są różne

·         TOPOLOGIĄ SIECI
Termin topologia sieci oznacza strukturę grafu reprezentującego naszą sieć.

·         MEDIAMI
Media są kanałem przekazywania informacji np. rodzajem kabla. Istnieją technologie, stosujące różnego rodzaju kable miedziane, światłowody a także technologie przekazujące dane w postaci fal radiowych.

·         URZĄDZENIAMI POŁĄCZENIOWYMI
Przykładami takich urządzeń są karty sieciowe oraz różnego rodzaju sieciowe "złodziejki" (HUB) i "wzmacniacze" (repeatery)

·         PRZEPUSTOWOŚCIĄ
czyli wydajnością ile danych możemy w sieci przekazać. Jednostką jest liczba bitów na sekundę lub liczba bajtów na sekundę.

·         METODĄ DOSTĘPU DO MEDIÓW
Który z komputerów, kiedy i w jakich okolicznościach może nadawać, a kiedy powinien odbierać?

Technologia ethernet

Jedną z najważniejszych rzeczy, które należy zrozumieć po lekturze tego rozdziału jest fakt, że w sieci ethernet wszystkie dane jakie wysyłamy i odbieramy docierają do naszego komputera w pakietach ethernetowych na podstawie adresu ethernetowego. Urządzenia wykonane w technologii ethernet nie mają możliwości nadawania czy odbierania innych pakietów.

Cechy technologii ethernet:

·         ADRESOWANIE

Każde urządzenie (np. karata sieciowa) nadające/odbierające dane w sieci ethernet ma unikalny (na świecie) adres będący liczbą sześcio bajtową. Liczba ta jest na stałe "zaszyta" w urządzeniu awaria urządzenia (np. wymiana zepsutej karty sieciowej) powoduje, że adres ethernetowy naszego komputera ulegnie zmianie. Adresem specjalnym jest adres składający się z samych jedynek (w reprezentacji binarnej) 1111....1111 (czterdzieści osiem sztuk). Adres ten, nazywamy adresem rozgłoszeniowym (broadcast). Umożliwia on nadawanie do wszystkich komputerów w sieci na raz. Zapewnieniem unikalności adresów ethernetowych zajmuje się organizacja IEEE: każdy producent sprzętu ethernetowego uzuskuje od IEEE swój trzybajtowy kod. Adresy ethernetowe sprzętu rozoczynają się kodem producenta. Dla przykładu: adresy sprzętu ethernetowego produkowanego przez firmę Intel rozpoczynają się od 00AA00. Tutaj znajdziesz listę kodów producentów. Polecenie

          ipconfig/all

systemu NT4 podaje adres sprzętowy (ethernetowy) komputera.

·         STRUKTURA PAKIETU

W ethernecie można stosować kilka rodzajów pakietów na raz. My ograniczymy się do przedstawienia jednego z nich (Tutaj znajdziesz pełniejsze informacje na ten temat) o nazwie ETHERNET_II:

Preambuła i CRC sa polami niewidocznymi dla programisty: to karta sieciowa analizuje i obcina te pola przed przekazaniem pakietu do oprogramowania (tj. do sterowników karty sieciowej). Pole preambuła służy synchronizacji nadawcy z odbioracą zaś CRC to suma kontrolna zapewniająca poprawność pakietu. Nagłówek pakietu stanowią pola Adres odbiorcy, adres nadawcy oraz typ:

Zauważmy, że maksymalna wielkość pakietu wynosi 12000b czyli 1500B. Zatem przekopiowanie dyskietki wymaga około 1000 pakietów!

·         MEDIA

W technologii sthernet dopuszczone są trzy rodzaje kabli:

o        10BASE-5: gruby ethernet (jeden segment do 500 m, max 100 urządzeń na jednym segmencie)

o        10BASE-2: cienki ethernet (kabel koncentryczny, BNC) (jeden segment do 185 m, max 30 urządzeń na jednym segmencie)

o        10BASE-T: skrętka (UTP) (jeden segment do 100 m, max 2 urządzenia na jednym segmencie.

·         TOPOLOGIA

o        Szyna (topologia liniowa). Stosowanie topologii liniowej wymusza użycie kabli koncentrycznych: cienki ethernet (kabel koncenteryczny BNC) lub gruby ethernet. Nie ma możliwości stosowania topologii liniowej i okablowania "skrętka". Jedynymi elementami sprzętowymi oprócz kabli są karty sieciowe.

o        Gwiazda. Stosując topologie gwieździstą korzystamy wyłącznie z okablowania skrętka (UTP). Oprócz kart sieciowych i okablowania konieczny jest koncentrator (HUB). Jest to rodzaj "złodziejki" sieciowej.

·         PRZEPUSTOWOŚĆ

Przepustowość sieci ethernet wynosi 10 Mbps (Mega bits per second - mega bitów na sekundę). Czyli około jednej dyskietki na sekundę (1.2 MBps). Wart odnotowania jest fakt że jest to górna granica wydajności naszej sieci. Osiągnięcie transferu (przy przegrywaniu plików) rzędu 800 kB/s jest już bardzo dobrym wynikiem.

Wiemy już, że jedna dyskieta to około 1000 paietów ethernetowych. Ponieważ przepustowość sieci wynosi w przybliżeniu jedna dyskietka na sekundę zatem możemy zauważyć, że wydajność sieci mierzona liczbą wysłanych pakietów wynosi około 1000 paietów na sekundę.

·         URZĄDZENIA POŁĄCZENIOWE

o        Repeater (wzmacniak) - urządzenie pracujące w warstwie fizycznej. Wzmacnia sygnały elektryczne. Wraz z sygnałami wzmacnia błędy. Pomiędzy dwoma dowolnymi stacjami mogą znajdować się co najwyżej dwa repeatery

o        Hub (koncentrator) - odpowiednik repeatera realizujący funkcję „złodziejki”. Działa w warstwie fizycznej.

o        Bridge (pomost, zwany rówież koncentratorem) - urządzenie pracujące w warstwie łącza danych. Odbiera pełne ramki z jednego segmentu i przekazuje je do drugiego. Odmiana zwana Addoptive bridge (lub learning bridge) w trakcie pracy uczy się topologii.

o        Switch (przełącznik) - urządzenie podobne do huba ale pracujące w warstwie łącza danych. Ponadto Zwiększa pasmo dostępne na każdym segmencie poprzez zastosowanie multiplexingu.

·         METODA DOSTĘPU DO MEDIÓW

Badanie stanu medium z wykrywaniem kolizji (Carrier Sense Multiple Access Collision Detect). Każde urządzenie w sieci (każdy komputer) nasłuchuje jakie pakiety są wysyłane. Każdy z pakietów odbieramy (realizuje to karta sieciowa) i sprawdzamy: czy adres odbiorcy to nie jest mój adres (czyli: czy ten pakiet nie jest do mnie)? Może ten pakiet jest do wszystkich (pakiet, w którym adres odbiorcy to adres rozgłoszeniowy). Jeśli pakiet nie jest do mnie to mnie on nic nie obchodzi. Jeśli pakiet jest do mnie (taką decyzję podejmuje karta sieciowa) to przekazuje go do oprogramowania. W ten sosób odbieramy dane. Jeśli chcemy nadawać, to czekamy: czy kabel jest wolny? Jeśli tak to nadajemy. Jeśli nie to musimy chwilę poczekać, po czym ponawiamy próbę.

Ponieważ metoda dostępu do mediów przypomina nieco rozmowę krótkofalówkami stąd nazwa: ethernet. Cechy:

o        domyślnie: urządzenie odbiera tylko ramki adresowane do siebie oraz ramki typu broadcast

o        rozproszone sterowanie dostępem (nie ma komputera, który mówi: teraz ty możesz nadawać. Każdy komputer - dokładniej karta sieciowa-podejmuje decyzję sam.)

o        po nadaniu ramki nadawca musi poczekać chwilę w celu umożliwienia nadawania innym

o        umożliwienie wykrywania kolizji jest przyczyną ograniczenia długości segmentu

o        urządzenia mogą się znajdować w tzw. promiscuous mode: odbierają wszelkie ramki pojawiające się "na kablu"

o        Nie wiadomo czy nadaną ramkę ktoś odebrał

o        w przypadku kolizji czekamy:

§         za pierwszym razem liczba losowa z zakresu (0;t)

§         za drugim razem: (0;2t)

§         za trzecim razem: (0;4t)

§         za czwartym razem (0;8t)

§         prób co najwyżej 16.

Termin urządzenie pracuje w warstwie fizycznej oznacza, że urządzenie nie rozumie przekazywanych danych. W szczególności nie ma możliwości kontroli poprawności. Odbiera sygnał elektryczny i nadaje sygnał elektryczny (sygnał analogowy).

Termin urządzenie pracuje w warstwie łącza danych oznacza, że urządzenie operuje ramkami jako jednostkami przekazywanej informacji. Odbiera pełne ramki i wysyła pełne ramki. Ramki błędne są ignorowane.

Dla użytkownika/programisty dowolna liczba segmentów ethernetu połączona repeaterami, hubami, switchami oraz bridgami zachowuje się jak pojedynczy segment ethernetu.

Do śledzenia natężenia ruchu, kto do kogo nadaje itd. służą różnego rodzaju programy monitorujące. Jednym z nich jest ETHBOY. Technologia Token ring

Charakterystyka sieci komputerowych

Sieć komputerowa (angielskie computer network), układ komputerów i urządzeń końcowych (np.drukarka) połączonych między sobą szeregowymi łączami komunikacyjnymi, umożliwiającymi wymianę komunikatów między poszczególnymi stanowiskami. Sieć komputerowa zapewnia bezpieczny dostęp użytkowników do wspólnych zasobów takich jak dane lub urządzenia peryferyjne.

Dostęp komputera do sieci komputerowej odbywa się za pośrednictwem interfejsu sieciowego. Niektóre z komputerów działających w sieci mogą pełnić specjalne funkcje, np. bram, mostów lub ruterów, inne po prostu korzystają z udogodnień tworzonych przez sieć, np. dzielenia zasobów.

W zależności od odległości między komputerami rozróżnia się sieci lokalne, miejskie i rozległe. Szybkości przesyłania danych w sieciach wahają się w granicach od 56 Kb/s (i mniejszych – w przypadku zagęszczenia) do megabitów na sekundę (sieci ATM).

Początki sieci komputerowej sięgają połowy lat sześćdziesiątych XX w. (sieć ARPANET).

Sieci komputerowe mają olbrzymie znaczenie na każdym szczeblu komunikacji: od wymiany informacji między dwoma sąsiednimi biurkami w sali giełdy, poprzez skomputeryzowane usługi telefoniczne, radiowe i telewizyjne, aż po globalną, wielofunkcyjną sieć internet łączącą dziesiątki milionów użytkowników na całym świecie.

Siecią komputerową nazywamy strukturę  składającą się ze stacji sieciowych (tzw. HOSTów) i łączącego je kabla sieciowego, ogólnie zwanego medium transmisyjnym. Inaczej mówiąc, jedna sieć ma jeden wspólny dla wszystkich stacji kabel sieciowy, służący do transmisji informacji między nimi. W praktyce oznacza to, że w tym samym momencie, gdy w sieci odbywa się przesyłanie informacji między dwiema stacjami sieciowymi, nie może się odbywać transmisja między dwiema innymi stacjami. Aby w tak rozumianej sieci informacje wysyłane przez określona stację nadawczą trafiły do określonej stacji odbiorczej, każda z nich musi mieć swój adres odróżniający ją spośród innych stacji zainstalowanych w sieci.