Spotkanie 13:Sieci komputerowe.

Lekcja 13

Temat:Sieci komputerowe.

1.Sieć komputerowa.

 

Sieć komputerowa (w skrócie: sieć) – zbiór komputerów i innych urządzeń połączonych ze sobą kanałami komunikacyjnymi. Sieć komputerowa umożliwia wzajemne przekazywanie informacji oraz udostępnianie zasobów własnych między podłączonymi do niej urządzeniami, tzw. "punktami sieci".

2.Główne zalety sieci komputerowych:

*szybka komunikacja z ludźmi na całym świecie
*szybkie przesyłanie informacji
* edukacja
* szybkie wyszukiwanie informacji
* możliwość korzystania ze swojego konta bankowego, przelewów pieniędzy, opłacania rachunków itp.
* zakupy przez internet, możliwość ściągania różnych programów (z odpowiednimi licencjami np. freeware, public domain)
* rozrywka
* anonimowość --> zwierzanie się,prośba o pomoc np. psychiczną bez ryzyka "zostania wyśmianym"
* rozwój zainteresowań m. in poprzez różnego rodzaju fora

3.Główne wady sieci komputerowych:

* wirusy
* hakerstwo
* spam
* anonimowość--> możliwość pedofilstwa
* treści pornograficzne dostępne dla dzieci
* piractwo komputerowe
* naruszanie praw autorskich
*uzależnienie i utrata poczucia czasu
*konkurencja dla bibliotek--> rozwój lenistwa

4.Urządzenia sieciowe:

Karta sieciowa (ang. NIC – Network Interface Card) – karta rozszerzenia, która służy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. Karty NIC pracują w określonym standardzie, np. Ethernet, Token Ring, FDDI, ArcNet, 100VGAnylan.

Zalety karty sieciowej z interfejsem USB

• Duża popularność portu USB wykorzystywana w większości komputerów PC i Laptopów.
• Nie wymaga ponownego uruchamiania komputera, po podłączeniu karty sieciowej oraz możliwość podłączenia karty w czasie, kiedy komputer jest uruchomiony. Ale są komputery gdzie karty można wymieniać bez wyłączania.
• Możliwość przesyłania danych, zarówno drogą przewodową jak i bezprzewodową .
• Można być pewnym że po jej rozłączeniu i zamknięciu w klatce Faradaya nie wysyła już informacji.

Koncentrator sieciowy (także z ang. hub) – urządzenie pozwalające na przyłączenie wielu urządzeń sieciowych do sieci komputerowej o topologii gwiazdy. Najczęściej spotykane w wersji 4-, 8-, 16- lub 24-portowej.

Działanie

Koncentrator pracuje w warstwie pierwszej modelu ISO/OSI (warstwie fizycznej), przesyłając sygnały elektryczne z jednego portu (gniazda) na wszystkie pozostałe. Taka metoda działania nie pozwala mu na analizowanie ramek pod kątem adresu MAC ani datagramów pod kątem adresu IP. Ponieważ koncentrator powiela każdy otrzymany sygnał elektroniczny, tworzy tak zwaną domenę kolizyjną - z tego wzglądu czasami koncentrator nazywany jest wieloportowym wzmacniakiem. W sieciach Ethernet najczęściej wykorzystywaną metodą detekcji powstania kolizji jest CSMA/CD. Koncentrator najczęściej podłączany jest do routera jako rozgałęziacz, do niego zaś dopiero podłączane są pozostałe urządzenia sieciowe: komputery pełniące rolę stacji roboczych, serwerów, drukarki sieciowe i inne.

Przełącznik (komutator, także z ang. switch) – urządzenie łączące segmenty sieci komputerowej pracujące głównie w drugiej warstwie modelu ISO/OSI (łącza danych), jego zadaniem jest przekazywanie ramki między segmentami sieci z doborem portu przełącznika, na który jest przekazywana.

Pierwszy przełącznik ethernetowy został wprowadzony przez firmę Kalpana w 1990 roku.

Mosty i koncentratory

Przełącznik określa się też jako wieloportowy most lub inteligentny koncentrator, gdyż:

• przekazuje ramki wyłącznie do docelowego segmentu sieci (podobnie do mostu, w przeciwieństwie do koncentratora),
• umożliwia połączenie wielu segmentów sieci w gwiazdę (podobnie do huba, w przeciwieństwie do mostu ograniczonego do dwóch segmentów),
• działa w trybie dupleks .

  

Router (po polsku - trasownik, IPA: /'rutɛr/) – urządzenie sieciowe pracujące w trzeciej warstwie modelu OSI. Służy do łączenia różnych sieci komputerowych (różnych w sensie informatycznym, czyli np. o różnych klasach, maskach itd.), pełni więc rolę węzła komunikacyjnego. Na podstawie informacji zawartych w pakietach TCP/IP jest w stanie przekazać pakiety z dołączonej do siebie sieci źródłowej do docelowej, rozróżniając ją spośród wielu dołączonych do siebie sieci. Proces kierowania ruchem nosi nazwę trasowania, routingu lub rutowania.

Punkt dostępu, punkt dostępowy (PD) (ang. access point, AP) – urządzenie zapewniające hostom dostęp do sieci komputerowej za pomocą bezprzewodowego nośnika transmisyjnego jakim są fale radiowe.
Punkt dostępowy jest zazwyczaj mostem łączącym bezprzewodową sieć lokalną (WLAN) z siecią lokalną (LAN). W związku z tym punkt dostępowy musi posiadać co najmniej dwa interfejsy sieciowe:

• bezprzewodowy działający w oparciu o standard IEEE 802.11 (Wi-Fi)
• przewodowy służący połączeniu PD z siecią standardu IEEE 802.3 (Ethernet) bądź modem standardu DSL

Większość współcześnie wytwarzanych punktów dostępowych wyposażonych jest w serwer DHCP, koncentrator sieciowy i router pełniący rolę bramy sieciowej. Niektóre modele wyposażone są dodatkowo w interfejs standardu USB, umożliwiając tym samym podłączenie i następnie współdzielenie np. drukarki.

 Schemat budowy

Rysunek 1. Ilustracja działania punktu dostępowego.

Regenerator, wzmacniak, wtórnik (ang. repeater) to urządzenie stosowane w telekomunikacji do regeneracji sygnału.
Zasięg transmisji sygnałów jest ograniczony na skutek zniekształceń, zakłóceń i pochłaniania energii w mediach transmisyjnych. Regeneracja przesyłanych sygnałów w trakcie transmisyjnym pozwala ten zasięg zwiększyć. Regeneratory działają w warstwie fizycznej sygnałów (pierwsza warstwa modelu OSI) i nie próbują interpretować transmitowanych przezeń danych pod kątem ich poprawności (spójności).
W telekomunikacji określenie regenerator może oznaczać:

1. Urządzenie analogowe, które jedynie wzmacnia sygnał do pożądanego poziomu, niezależnie od natury samego sygnału (analogowej lub cyfrowej).
2. Urządzenie cyfrowe, które nie tylko wzmacnia sygnały, ale także poprawia ich kształt oraz parametry czasowe.

W sieciach LAN regenerator obecnie rzadko występuje oddzielnie - częściej jego funkcje są zaimplementowane w bardziej rozbudowanych urządzeniach, takich jak koncentrator, router, przełącznik, most, które regenerują sygnał w każdym porcie. Regeneratory są stosowane w przypadku transmisji sygnałów cyfrowych przez wszystkie media oraz w przypadku różnych technologii, np. Ethernet.
Przykłady regeneratorów:

• Regenerator HDSL - służy do regeneracji sygnału liniowego, przez co zwiększa zasięg łącza HDSL maksymalnie o 70%. Nie jest popularny, gdyż jego koszt jest zbliżony do kosztu modemu.
• Regenerator ADSL - służy do regeneracji sygnału liniowego, przez co zwiększa zasięg łącza ADSL.
• Regenerator optyczny - stosowany w torach światłowodowych wzmacniacz optyczny np. EDFA.

Most lub mostek (ang. bridge) – urządzenie łączące dwie lub więcej sieci lub segmenty sieci dokonując filtrowania ruchu sieciowego. Sieci podłączone do mostu mogą korzystać z różnych fizycznych i logicznych protokołów łącza.
Most zasadniczo pracuje w 2. warstwie OSI w komputerowej sieci. Na podstawie adresu odbiorcy może decydować, gdzie zostaną przesłane dane, które do niego docierają. Może dobierać właściwą trasę i optymalizować przesył danych.

Rodzaje mostów

Można wyróżnić mosty przezroczyste (transparentne), LSB oraz realizujące trasowanie źródłowe.
Mosty przezroczyste (transparentne, ang. transparent bridges) zwane też uczącymi się lub inteligentnymi, stosowane są w sieciach typu Ethernet. Tuż po zainstalowaniu urządzenie rozpoczyna proces poznawania topologii sieci. Tablica mostu jest stale aktualizowana. Mosty przezroczyste w rozległych sieciach działają w oparciu o algorytm STA (ang. spanning tree algorithm). Polega on na wybieraniu odpowiednich tras pomiędzy węzłami sieci, trasy powodujące pętle są omijane. W razie awarii trasy, budowane jest nowe drzewo, wykorzystujące alternatywne trasy.
Mosty LSB (ang. load-sharing bridges) także stosowane są w sieciach Ethernet. Pozwalają na używanie tej rezerwowej linii, która jest niewykorzystana w bridge'ach przezroczystych. Są więc przez to najwydajniejsze.
Mosty realizujące trasowanie źródłowe działają w sieciach Token Ring. Poza informacją o miejscu docelowym pakietów, most w tym wypadku wie także którędy najlepiej je tam przesłać. Przy czym to nie urządzenie wybiera optymalną trasę, lecz odczytuje je z danych zawartych w samych pakietach.

5. Rodzaje medium transmisyjnego:

Skrętka (ang. twisted-pair cable) – rodzaj kabla sygnałowego służącego do przesyłania informacji, który zbudowany jest z jednej lub więcej par skręconych ze sobą żył w celu eliminacji wpływu zakłóceń elektromagnetycznych oraz zakłóceń wzajemnych, zwanych przesłuchami. Skręcenie żył powoduje równocześnie zawężenie pasma transmisyjnego. Wynalazcą tego rozwiązania jest Alexander Graham Bell.
Skrętki mają zastosowanie w łączach telekomunikacyjnych oraz sieciach komputerowych, obecnie najczęściej wykorzystywana jest w telefonii analogowej oraz w sieciach Ethernet. Skrętka ma zastosowanie przy przesyłaniu danych w postaci analogowej jak i cyfrowej.

• RJ 45 – typ złącza stosowany do podłączania modemów. Wtyczka jest podobna do 8P8C, ale jest wyposażona w dodatkową wypustkę, uniemożliwiającą włożenie jej do zwykłego gniazda.

• Kabel koncentryczny – przewód telekomunikacyjny, wykorzystywany do transmisji sygnałów zmiennych małej mocy.

• Światłowód – przezroczyste włókno (szklane lub wykonane z tworzyw sztucznych), w którym odbywa się propagacja światła. Dane przesyłane są na zasadzie impulsów świetlnych.

• Fale radiowe (promieniowanie radiowe) – promieniowanie elektromagnetyczne, które może być wytwarzane przez prąd przemienny płynący w antenie. Uznaje się, że falami radiowymi są fale o częstotliwości 3 kHz – 3 THz (3·10³ – 3·10¹² Hz). Według literatury zachodniej zakres częstotliwości obejmuje fale od 3 Hz. Zależnie od długości dzielą się na pasma radiowe.
  Źródła fal radiowych:
  
• naturalne: wyładowania atmosferyczne, zjawiska geologiczne we wnętrzu Ziemi, zorze polarne, gwiazdy, radiogalaktyki
• sztuczne
  • zamierzone: nadajnik radiowy,
  • zakłócenia/szumy: silniki komutatorowe, instalacje prądu przemiennego (50/60 Hz; 400 Hz), styczniki, komputery, kuchenka mikrofalowa, przetwornice zasilające, falowniki i regulatory tyrystorowe, piece indukcyjne i łukowe, spawarki, zapłon elektryczny (iskrowy) silników cieplnych, lampy wyładowcze, eksplozja nuklearna (impuls elektromagnetyczny).

Ze względu na środowisko propagacji wyróżnia się:

• falę przyziemną (powierzchniową i nadziemną),
• falę troposferyczną,
• falę jonosferyczną,
• falę w przestrzeni kosmicznej.

W zależności od długości fali radiowej jej propagacja zależy od różnorodnych zjawisk falowych np. dyfrakcji, refrakcji, odbicia np. od jonosfery itp.

Nadajnik radiowy sieci GSM

6. Podział sieci komputerowych ze względu na topologię:

szynowa (magistralowa) - wszystkie elementy sieci są podłączone do jednego kabla (magistrali); wymaga zastosowania tzw. terminatorów chroniących przed obijaniem sygnałów; przerwanie medium w jednym miejscu powoduje awarię całej sieci;

Zalety i wady

Zalety

• małe użycie kabla
• brak dodatkowych urządzeń (koncentratorów, switchów)
• niska cena sieci
• łatwość instalacji

Wady

• trudna lokalizacja usterek
• tylko jedna możliwa transmisja w danym momencie (wyjątek: 10Broad36)
• potencjalnie duża ilość kolizji
• awaria głównego kabla powoduje unieruchomienie całej domeny kolizyjnej
• słaba skalowalność
• niskie bezpieczeństwo

Topologia pierścienia

Topologia pierścienia – jedna z fizycznych topologii sieci komputerowych. Komputery połączone są za pomocą jednego nośnika informacji w układzie zamkniętym - okablowanie nie ma żadnych zakończeń (tworzy krąg). W ramach jednego pierścienia można stosować różnego rodzaju łącza. Długość jednego odcinka łącza dwupunktowego oraz liczba takich łączy są ograniczone. Sygnał wędruje w pętli od komputera do komputera, który pełni rolę wzmacniacza regenerującego sygnał i wysyłającego go do następnego komputera. W większej skali, sieci LAN mogą być połączone w topologii pierścienia za pomocą grubego przewodu koncentrycznego lub światłowodu. Metoda transmisji danych w pętli nazywana jest przekazywaniem żetonu dostępu. Żeton dostępu jest określoną sekwencją bitów zawierających informację kontrolną. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci na transmisję danych w sieci. Każda sieć posiada tylko jeden żeton dostępu. Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony komputer, do którego pakiet jest adresowany. Następnie komputer odbierający wysyła komunikat do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci.

Zalety

• małe zużycie przewodów
• możliwość zastosowania łącz optoelektronicznych, które wymagają bezpośredniego nadawania i odbierania transmitowanych sygnałów

Wady

• awaria pojedynczego przewodu lub komputera powoduje przerwanie pracy całej sieci jeśli nie jest zainstalowany dodatkowy sprzęt
• złożona diagnostyka sieci
• trudna lokalizacja uszkodzenia
• pracochłonna rekonfiguracja sieci
• wymagane specjalne procedury transmisyjne
• dołączenie nowych stacji jest utrudnione, jeśli w pierścieniu jest wiele stacji
• sygnał krąży tylko w jednym kierunku

   

Topologia gwiazdy (ang. star network) – sposób połączenia komputerów w sieci komputerowej, charakteryzujący się tym, że kable sieciowe połączone są w jednym wspólnym punkcie, w którym znajduje się koncentrator lub przełącznik.
Sieć o topologii gwiazdy zawiera przełącznik (switch) i koncentrator (hub) łączący do niego pozostałe elementy sieci. Większość zasobów znajduje się na serwerze, którego zadaniem jest przetwarzać dane i zarządzać siecią. Pozostałe elementy tej sieci nazywamy terminalami – korzystają one z zasobów zgromadzonych na serwerze. Same zazwyczaj mają małe możliwości obliczeniowe. Zadaniem huba jest nie tylko łączyć elementy sieci, ale także rozsyłać sygnały oraz wykrywać kolizje w sieci.

Zalety

• Większa przepustowość.
• Łatwa lokalizacja uszkodzeń ze względu na centralne sterowanie.
• Wydajność.
• Łatwa rozbudowa.
• Awaria komputera peryferyjnego nie blokuje sieci.

Wady

• Duża liczba połączeń (duże zużycie kabli).
• Gdy awarii ulegnie centralny punkt (koncentrator lub przełącznik), to nie działa cała sieć.

  7. Podział sieci ze względu na jej organizację:

 Klient-serwer ((ang.) client/server, client-server model) – architektura systemu komputerowego, w szczególności oprogramowania, umożliwiająca podział zadań (ról). Polega to na ustaleniu, że serwer zapewnia usługi dla klientów, zgłaszających do serwera żądania obsługi ((ang.) service request).

Zastosowanie

Podstawowe, najczęściej spotykane serwery działające w oparciu o architekturę klient-serwer to: serwer poczty elektronicznej, serwer WWW, serwer plików, serwer aplikacji. Z usług jednego serwera może zazwyczaj korzystać wiele klientów. Jeden klient, w ogólności, może korzystać jednocześnie z usług wielu serwerów. Według schematu klient-serwer działa też większość, obecnie spotykanych, systemów zarządzania bazą danych.

Podział zadań

W pewnym uproszczeniu, bez wdawania się w techniczne szczegóły realizacji, sposób komunikacji według architektury klient-serwer można scharakteryzować przez określenie zadań (wyznaczenie ról) obu stronom oraz zdefiniowanie ich trybów pracy.

Strona klienta

Jest to strona żądająca dostępu do danej usługi lub zasobu.

Tryb pracy klienta:

• aktywny,
• wysyła żądanie do serwera,
• oczekuje na odpowiedź od serwera.

Strona serwera

Jest to strona świadcząca usługę lub udostępniająca zasoby.

Tryb pracy serwera:

• pasywny,
• czeka na żądania od klientów,
• w momencie otrzymania żądania, przetwarza je, a następnie wysyła odpowiedź.

8.Podział sieci komputerowych ze względu na zasięg działania:

Sieć lokalna (ang. LAN – Local Area Network) – sieć komputerowa łącząca komputery na określonym obszarze takim jak blok, szkoła, laboratorium, czy też biuro. Główne różnice LAN, w porównaniu z siecią WAN, to m.in. wyższy wskaźnik transferu danych, czy też mniejszy obszar geograficzny.

 Miejska sieć komputerowa, MAN (ang. Metropolitan Area Network) – duża sieć komputerowa, której zasięg obejmuje aglomerację lub miasto. Tego typu sieci używają najczęściej połączeń światłowodowych do komunikacji pomiędzy wchodzącymi w jej skład rozrzuconymi sieciami LAN.

 Sieć WAN (z ang. Wide Area Network, rozległa sieć komputerowa) – sieć komputerowa znajdująca się na obszarze wykraczającym poza jedno miasto (bądź kompleks miejski).

 Internet (skrótowiec od ang. inter-network, dosłownie "między-sieć") – ogólnoświatowa sieć komputerowa, określana również jako sieć sieci. W znaczeniu informatycznym Internet to przestrzeń adresów IP przydzielonych hostom i serwerom połączonym za pomocą urządzeń sieciowych, takich jak karty sieciowe, modemy i koncentratory, komunikujących się za pomocą protokołu internetowego z wykorzystaniem infrastruktury telekomunikacyjnej.

9. Struktura sieci w Liceum