Temat: Sieci komputerowe
Terminologia sieciowa (sieć komputerowa, zasoby sieciowe, klient, serwer, karta sieciowa, protokół sieciowy np. TCP/IP, adres IP, host)
Historia sieci
Najważniejsze daty i wydarzenia dotyczące historii Internetu
Początek internetu w Polsce
17-sierpnia-1991 Początek internetu w Polsce
Rysunek przedstawiający ideę działania sieci Ethernet wykonany w 1976 roku przez Roberta M. Metcalfea http://www.ethermanage.com/metcalfe-drawing.html
Korzyści z łączenia komputerów w sieć (organizacyjne i ekonomiczne):
1) wymiana danych
2) udostępnianie zasobów (pliki, drukarki)
3) wspólne korzystanie z baz danych
4) praca wielostanowiskowa (zespołowa)
5) obniżenie kosztów organizacji pracy
6) zdalny dostęp (korzystanie z zasobów sieciowych z dowolnego miejsca na świecie)
7) możliwość łatwej rozbudowy struktury (dołączanie nowych użytkowników z przydziałem odpowiednich uprawnień; dołączanie nowych urządzeń jak komputer, smartfon, tablet)
Podział sieci
1) ze względu na wielkość
a) sieci lokalne (LAN) – obejmuje komputery połączone na niewielkim obszarze np. pracownia szkolna, firma, jeden lub kilka budynków
b) sieci miejskie (MAN) – łączy sieci lokalne na większym obszarze (np. osiedle, miasto)
c) sieci rozległe (WAN) – łączy sieci na dużym obszarze (np. sieć NASK, Internet)
2) ze względu na nadrzędność komputerów (typy, klasy sieci)
a) sieć typu każdy z każdym (P2P – peer to peer, sieć każdy z każdym, sieć równorzędna) – każdy komputer ma takie same prawa, może udostępniać i korzystać z zasobów innego komputera
b) sieć typu klient-serwer - występuje tu przynajmniej jeden wyróżniony komputer pełniący rolę serwera i udostępniający swoje zasoby innym komputerom (np. Novell Netware)
Sposoby łączenia komputerów w sieć (fizyczne topologie sieciowe):
1) szyna (magistrala)
• komputery podłączone do jednego kabla transmisyjnego (kabla koncentrycznego)
• komputery podłączone są do sieci za pomocą specjalnych elementów sieciowych – trójników
• na obu końcach kabla znajduje się terminator
Topologia magistrali źródło: http://sieci-lan.w.lodz.pl/
Zalety:
- łatwa instalacja
- niewielka ilość kabla
- brak innych urządzeń sieciowych
- awaria jednego komputera nie blokuje dostępu do sieci innym komputerom
- niskie koszty
Wady:
- awaria głównego kabla oznacza awarię całej sieci
- trudność w wykrywaniu usterek
- mały poziom bezpieczeństwa
- częste problemy w funkcjonowaniu sieci (kolizje)
- ograniczona przepustowość
- mała ilość podłączonych komputerów
2) gwiazda
• komputery podłączone do jednego urządzenia centralnego (np. switch/przełącznika lub hub/koncentrator)
• każdy komputer podłączony niezależnym kablem
Topologia gwiazdy źródło: http://apgar.w.interiowo.pl/tgwiazda.htm/
Jedną z ważniejszych zalet topologii typu gwiazda jest łatwa rozbudowa.
Dodawanie kolejnych przełączników a do nich kolejnych stacji roboczych pozwala tworzyć dodatkowe segmenty sieci – w ten sposób powstaje topologia rozszerzonej gwiazdy.
Topologia rozszerzonej gwiazdy źródło: http://student.pwsz.elblag.pl/~stefan/Dydaktyka/2011-2012/SemDypl/Raporty/Pikula/2012-01-11/
Zalety:
- łatwa lokalizacja uszkodzeń
- awaria jednego komputera lub kabla nie ma wpływu na funkcjonowanie całej sieci
- prosta rozbudowa i modernizacja sieci (dodawanie i usuwanie urządzeń)
Wady:
- konieczność zastosowania dodatkowego urządzenia sieciowego (tzw. punktu centralnego)
- duże zużycie kabla (każdy komputer podłączony osobnym kablem)
- awaria urządzenia centralnego oznacza awarię całej sieci
3) pierścień (pojedynczy lub podwójny)
• kabel główny w sieci tworzy obwód zamknięty
• przesyłanie danych w sieci odbywa się w jednym kierunku (każde urządzenie czeka na swoją kolej aby przesłać dane)
• każde urządzenie połączone z kablem głównym (pierścieniem) za pomocą osobnego krótkiego kabla
Topologia pierścienia źródło: http://student.pwsz.elblag.pl/~stefan/Dydaktyka/2011-2012/SemDypl/Raporty/Pikula/2012-01-11/
Zalety:
- małe zużycie kabla
- duża niezawodność (w pierścieniu podwójnym w razie awarii – drugi (rezerwowy) kabel przejmuje funkcję pierścienia głównego
Wady:
- uszkodzenie dowolnego kabla powoduje awarię całej sieci
- trudna lokalizacja uszkodzeń
Protokoły sieciowe (np. IPX/SPX, TCP/IP, NetBEUI) to zbiory reguł, którym podlegają komunikujące się w sieci komputery. Protokoły określają sposób adresowania, transportu i kontrolę poprawności transmisji
TCP/IP – protokół transmisji/protokół internetowy – zwany protokołem pakietowym jest niezbędny w Internecie. Protokół TCP nadzoruje transmisję pakietów w sieci, zabezpiecza przed zagubieniem oraz sprawdza czy docierają w całości do adresata. Protokół IP zapewnia przesyłanie pakietów do właściwego adresata. Każdy pracujący w sieci komputer ma swój adres IP (nadany przez administratora lub serwer DHCP).
Adres IP jest 32-bitową liczbą zapisywaną w czterech oktetach oddzielonych kropkami (np. 192.168.1.1). Każdy komputer pracujący w sieci i wykorzystujący protokół TCP/IP nazywa się węzłem (hostem).
- DNS (Domain Name System) – wykorzystywany do zmiany nazw symbolicznych (domenowych) na adresy IP (i na odwrót) => w przeglądarce można wpisać adres IP, ale nie korzysta się z tego powszechnie bo adresy IP są trudne do zapamiętania (np. zamiast wp.pl można wpisać 212.77.100.101)
DNS ma strukturę hierarchiczną i zdecentralizowaną czego potwierdzeniem jest struktura adresu domenowego, gdzie każda część adresu oddzielona jest kropką przy czym im wyższa w hierarchii część adresu tym bardziej z prawej strony adresu występuje
W Polsce rejestracją i nazewnictwem domen krajowych, funkcjonalnych i regionalnych zajmuje się NASK
W krajowym rejestrze domen https://www.dns.pl/ można sprawdzić czy domena o podanym adresie jest wolna.
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – służy do automatycznego konfigurowania hostów w sieci; pozwala uzyskać dane konfiguracyjne komputera takie jak adres IP, brama, maska; serwer DHCP często jest elementem oprogramowania routerów czy punktów dostępowych; jeżeli komputer pobiera adres z serwera DHCP to ma dostęp do Internetu ale nie może być serwerem sieciowym, bo jego adres nie jest stały
- ICMP (Internet Control Message Protocol) – stosowany przy diagnostyce połączeń; pełni funkcję kontroli transmisji w sieci; jest wykorzystywany w programach ping oraz tracert; ICMP jest protokołem serwisowym, który zgłasza błędy łączności między hostami
Praca w sieci
- Logowanie – podanie identyfikatora(loginu) i hasła dostępu
- Udostępnianie danych – zezwolenie na korzystanie z zasobów komputera lokalnego przez innych użytkowników sieci
- Sprawdzanie adresu IP (w systemie WINDOWS XP) => START/Uruchom/cmd
i wpisać polecenie ipconfig lub ipconfig /all - Sprawdzenie połączenia sieciowego (w systemie WINDOWS XP) START/Uruchom/cmd i wpisać polecenie ping adres_celu np. ping www.wp.pl
gdzie adres_celu to adres IP lub adres domenowy, z którym sprawdza się połączenie; program ping używany jest do diagnozowania połączeń sieciowych, pozwala na sprawdzenie czy istnieje połączenie pomiędzy hostami testującym i testowanym. - Sprawdzenie szybkości łącza www.speedtest.pl, ping-test.pl
========================================
Temat: Budowa sieci domowej z dostępem do internetu
Urządzenia sieciowe *)
1) hub (koncentrator) – umożliwia połączenie ze sobą wielu komputerów; jego zadaniem jest odbieranie sygnału od jednego komputera i przekazywanie do innych; za pomocą hubów można łatwo rozbudować sieć przy czym odległość między koncentratorami lub koncentratorem a komputerem wynosi do 100 m; ma zastosowanie głównie w topologiach typu gwiazda z zastosowaniem kabli typu skręta; ponadto hub pełni funkcję wzmacniacza sygnału;
obecnie huby nie są stosowane, zostały zastąpione przez switch-e
2) switch (przełącznik) – to tzw. „inteligentny” hub; pełni podobne funkcje jak hub jednak sprawniej i lepiej kieruje przepływem danych w sieci niż koncentrator;
switch podobnie jak hub ma wiele portów, do których przyłączane są urządzenia pracujące w sieci np. komputery, drukarki, TV – ilość portów wynosi np. 8, 16, 24
Switch 8-portowy
3) router – to urządzenie lub komputer ze specjalnym oprogramowaniem; służy do łączenia sieci komputerowych, na przykład sieci Internet z siecią lokalną; jego zadaniem jest kierowanie ruchem danych w sieci – przesyłanie pakietów danych to proces trasowania (ang. routing) i stąd pochodzi nazwa urządzenia;
routery w małych sieciach często posiadają zintegrowany przełącznik (switch) i punkt dostępowy Wi-Fi
Router z wbudowanym switchem 4-portowym
4) repeater – jest urządzeniem wzmacniającym i regenerującym sygnały, repeater odbiera sygnały, wzmacnia je i przekazuje dalej; przy dużych odległościach sygnał w transmisji kablowej ulega osłabieniu i zniekształceniu; funkcje repeatera pełni hub lub switch; w sieciach bezprzewodowych funkcje repeatera pełni access point
5) gateway (brama) – urządzenie sieciowe umożliwiające przesyłanie danych między sieciami różnego typu (pracujące w oparciu o różne protokoły)
6) access point (punkt dostępowy) – urządzenie umożliwiające bezprzewodowy dostęp do zasobów sieci za pomocą WiFi i łatwej rozbudowy sieci
Punkt dostępowy
7) konwerter urządzenie umożliwiające łączenie różnych mediów transmisyjnych ze sobą, np. światłowodu i skrętki
Konwerter
8) karta sieciowa - to urządzenie łączące komputer z siecią komputerową odpowiedzialne za wysyłanie i odbieranie danych w sieciach; każdy komputer, który ma korzystać z sieci, powinien być wyposażony w taką kartę; karta posiada niepowtarzalny numer, który identyfikuje zawierający ją komputer; przydziela go międzynarodowa instytucja pod nazwą IEEE; producent tworzy niepowtarzalny adres o długości 48-bitów, zwany często adresem sprzętowym lub adresem fizycznym – Media Access Control (MAC).
Sprawdzenie nr MAC karty (Windows)=> ipconfig /all
Nowoczesne karty wyposażone są w szereg rozwiązań, zwiększających wydajność i ułatwiających pracę administratorów. Można tu wymienić funkcję Remote Wake-On, umożliwiającą zdalne włączenie komputera przez sieć.
Inne urządzenia sieciowe:
Kamera IP – urządzenie sieciowe stosowane w systemach monitoringu, łączy w sobie funkcje kamery i komputera (posiada swój adres IP); kamera rejestruje i przesyła obraz na żywo przez sieć, ponadto może zarządzać alarmami; ponieważ takie kamery nie muszą być podłączone do komputera (tylko do sieci) więc mogą być rozmieszczane w wielu miejscach, przez co można dosyć swobodnie zwiększać zasięg kontrolowanego terenu
UWAGA Kamera IP to nie to samo co kamera internetowa
Kamera IP
Bramka VoIP – urządzenie sieciowe, które służy do wykonywania połączeń telekomunikacyjnych za pomocą tradycyjnego aparatu telefonicznego za pośrednictwem internetu z wykorzystaniem protokołu VoIP;
najprostsza bramka VoIP posiada 2 złącza: port RJ-11 do którego podłącza się tradycyjny aparat telefoniczny i port RJ-45 do z dostępem do internetu
Bramka VoIP
Łącza w sieci (media transmisyjne):
https://pasja-informatyki.pl/sieci-komputerowe/media-transmisyjne/
1) łącza przewodowe
a) kabel symetryczny – tzw. skrętka (8 żył połączonych w 4 pary); maksymalna odległość pomiędzy urządzeniami połączonymi skrętką nie powinna przekraczać 100 metrów; najczęściej stosowane w sieciach LAN
b) kabel współosiowy – koncentryczny – składa się z dwóch przewodników – wewnętrznego (żyły podstawowej) i zewnętrznego (ekranu), które są oddzielone ochronną warstwą izolacyjną (dielektrykiem); ekran chroni przewód wewnętrzny przed zakłóceniami; kable koncentryczne są rzadko stosowane i tylko w małych sieciach
c) światłowód – składa się z cienkiego włókna szklanego, które przenosi informację w postaci światła; umożliwia przesyłanie danych na duże odległości; działanie polega na zamianie sygnału elektrycznego na sygnał świetlny, który przesyłany jest światłowodem i zamianie na sygnał elektryczny przy odbiorze; zalety: odporność na zakłócenia, duża przepustowość, duży zasięg (do 90 km)
2) łącza bezprzewodowe
a) fale radiowe – nośnikiem są fale elektromagnetyczne o określonej częstotliwości; konieczne są specjalne anteny nadawczo-odbiorcze; zasięg nawet do kilkudziesięciu km;
b) łącza satelitarne – wykorzystują fale radiowe; połączenie odbywa się dzięki specjalnej stacji przekaźnikowowej (zwanej transponderem), umieszczonej na sztucznym satelicie co pozwala przekazywać sygnały radiowe i telewizyjne, a także dane komputerowe;
zastosowane są satelity geostacjonarne, które poruszają się po orbicie geostcjonarnej w kierunku obrotu Ziemi czyli z zachodu na wschód z prędkością ok. 3,08 km/s; czas obrotu satelity wynosi 24 godz. co oznacza, że dla obserwatora na Ziemi satelita pozostaje pozornie nieruchomy
c) fale podczerwone (fale elektromagnetyczne w zakresie podczerwieni IR – InfraRed) – jako źródło promieniowania wykorzystuje się np. diody LED; nadajniki i odbiorniki muszą się „widzieć” (np. pilot do TV)
Zalety medium bezprzewodowego:
- łatwość dostępu
- mobilność
- niski koszt instalacji
Wady medium bezprzewodowego:
- wrażliwość na zakłócenia: przedmioty znajdujące się na drodze fali (np. ptaki) oraz warunki atmosferyczne (np. deszcz, śnieg, mgła)
- odbicie sygnału od płaskich powierzchni (np. woda, metal)
- łatwość „podsłuchiwania” transmisji
Przesyłanie informacji i przepustowość łącza
Informacje wysyłane przez sieć są zamieniane na postać binarną (zero-jedynkową) i za pośrednictwem karty sieciowej, medium transmisyjnego i routerów kierowane do konkretnego odbiorcy (hosta), tam zamieniane są z postaci binarnej na postać zrozumiałą dla człowieka (np. odczytanie pliku programem Word, przeglądanie zawartości pliku pdf, oglądanie zdjęć jpg, odtwarzanie muzyki mp3, itd.).
Ważnym parametrem łącza jest jego przepustowość (szerokość) czyli ilość informacji jaką można przesłać przez sieć w jednostce czasu.Szerokość jest pojęciem teoretycznym i oznacza maksymalną ilości informacji, które można przesłać siecią w jednostce czasu. Przepustowość natomiast jest miara rzeczywistej ilości informacji, które można przesłać siecią w jednostce czasu.
Przepustowość zależy od:
- rodzaju medium trasmisyjnego (skrętka, światłowód, fale magnetyczne)
- rodzaju zastosowanych urządzeń sieciowych i ich parametrów (karty sieciowe, switche, routery)
- ilości użytkowników w sieci
- topologii sieciowej
- parametrów serwera i parametrów komputera użytkownika
- rodzaju przesyłanych danych
Przepustowość podawana jest osobno dla pobieranych danych – download i osobno dla wysyłanych danych – upload.
Przepustowość mierzona jest w bitach na sekundę (bps czyli bits per second), ale w praktyce używa się wielokrotności tej jednostki: kbps, Mbps, Gbps. Można też spotkać się z jednostką bajt na sekundę (Bps lub B/s), gdzie 1Bajt = 8bitów.
Aby obliczyć przybliżony czas pobrania pliku należy znać wielkość i pliku i średnią przepustowość łącza.
t = R/P
t -czas pobrania
R- rozmiar (wielkość) pliku
P – przepustowość łącza
Ćwiczenie
1. Jaki będzie przybliżony czas pobrania zdjęcia o rozmiarze 9,2 MB jeżeli średnia przepustowość łącza
wynosi 11,32 Mbps ?
Odpowiedź: ok. 6,5 s
2. Jaki będzie przybliżony czas pobrania filmu o rozmiarze 1,8 GB jeżeli średnia przepustowość łącza
wynosi 29,5 Mbps ?
Odpowiedź: ok. 8 min 20 s
Rozwiązania ćwiczeń: zobacz
Oblicz ile danych zostanie pobranych z Internetu w czasie jednej godziny przy założeniu, że przepustowość łącza jest stała i wynosi 50 Mb/s. Wynik podaj w GB.
Obliczenia - dodatkowe przykłady
Warstwowy model sieci (OSI)
Pod koniec lat 80-tych XX wieku zaczęły powstawać sieci komputerowe budowane w oparciu o różne rozwiązania sprzętowe i programowe. Wielu producentów próbowało wprowadzać nowe standardy. Efektem tego była bardzo utrudniona komunikacja między sieciami. Dla zapewnienia współpracy wszystkich składników sieci stworzony został model warstwowy OSI (Open Systems Interconnection).
Proces przemieszczania się informacji między komputerami jest podzielony na siedem etapów. Każda z siedmiu części reprezentowana jest za pomocą własnej warstwy w modelu OSI.
Warstwa 7: Warstwa aplikacji;
Warstwa 6: Warstwa prezentacji;
Warstwa 5: Warstwa sesji;
Warstwa 4: Warstwa transportu;
Warstwa 3: Warstwa sieci;
Warstwa 2: Warstwa łącza danych;
Warstwa 1: Warstwa fizyczna
Warstwy wyższe Trzy wyższe warstwy modelu OSI nazywane są warstwami aplikacji.
Warstwy niższe Cztery niższe warstwy modelu OSI definiują sposób przesyłania danych fizycznym kablem przez urządzenia sieci rozległych do końcowej stacji, i ostatecznie do aplikacji.
Domowa sieć komputerowa
Schemat sieci domowej
Źródło: www.komputerswiat.pl/poradniki/sprzet/siec-domowa/2009/02/domowa-siec-komputerowa-od-czego-zaczac.aspx
Mając sygnał internetowy w domu (światłowód, kablówka) można niewielkim nakładem środków zbudować siec domową. Urządzeniem niezbędnym do zbudowania sieci domowej jest router. Jest to przeważnie urządzenia wielofunkcyjne wyposażone między innymi w przełącznik sieciowy oraz punkt dostępowy sieci Wi-Fi. Można więc zbudować sieć kablową, bezprzewodową lub rozesłać sygnał kablowy i bezprzewodowy. Sygnał kablowy jest szybki i odporny na zakłócenia – wymaga jednak układania kabla wzdłuż ścian i wiercenia otworów. Sygnał bezprzewodowy jest wolny i podatny na zakłócenia ale jego atutem jest mobilność i możliwość korzystania w zasadzie w dowolnym miejscu.
Tam gdzie można położyć kabel należy korzystać z sieci LAN a tam gdzie nie ma takiej możliwości należy korzystać z WiFi (tablet, laptop, smartfon, TV, drukarka bezprzewodowa).
Konfiguracja routera w sieci domowej
*) Zdjęcia urządzeń sieciowych pochodzą ze strony sklepu internetowego mediamarkt.pl