Co to sieć komputerowa? Kilka (kilka milionów) komputerów połączonych ze sobą.

I. Po co? II. W jaki sposób?

Ad. I

• Wymiana informacji (dzielenie i przesyłanie informacji)

1. dzielenie plików (NFS - Network File System, SMB -Server Message Block, DFS -Distributed File System)

2. e-mail (SMTP - Simple Mail Transfer Protokol)

3. grupy dyskusyjne (NNTP - Network News Transfer Protokol)

4. przesyłanie plików (FTP - File Transfer Protokol)

5. rozmowy bezpośrednie (Netmeeting, ICQ, IRC, Chat)

6. przesyłanie wiadomości

7. wyszukiwanie (dostarczanie) informacji: WWW - World Wide Web, dostęp do baz danych

8. operacje (zakupy, transakcje) (e-Commerce)

9. współużytkowanie danych (np. dane magazynowe, księgowe, banki)

10. telekonferencje (Netmeeting)

• Usługi (dzielenie zasobów sprzętowych i programowych)

1. Drukarki, skanery, zasoby dyskowe, faxy, modemy, plotery

2. Moce obliczeniowe (obliczenia równoległe)

3. współużytkowanie oprogramowania, systemy licencjonowania

4. zdalne wykonywanie programów (telnet, rlogin)

5. Systemy klient / serwer (role komputerów w sieci: klient, serwer - plików, drukarek, faksów, baz danych, usług katalogowych, WWW, ...)

• Scentralizowanie administracji i obsługi (obniżenie całkowitego kosztu posiadania)

1. grupy robocze

2. domeny, Active Directory, NDS (NetWare Directory Services)

Warstwowa architektura sieci:

Np. przesyłka fabryki z USA do Afryki:

USA Afryka

Fabryka do demontażu <<>> Fabryka zmontowana

Znakowanie części i <<>> Montaż wg dokumentacji

Demontaż wg dokumentacji

Paczkowanie <<>> Rozpakowywanie

Numeracja paczek <<>> Magazynowanie na podstawie

numerów paczek

Wysyłka <<>> Odbiór

<<Transport koleją, statkami, samolotami, samochodami>>

Model odniesienia OSI:

Stacja A Stacja B

^Warstwa Aplikacji p.w.a. Warstwa Aplikacji ^

| |

|Warstwa Prezentacji p.w.p. Warstwa Prezentacji |

| |

|Warstwa Sesji p.w.s. Warstwa Sesji |

| |

|Warstwa Transportowa p.w.t. Warstwa Transportowa |

| |

|Warstwa Sieciowa p.w.s. Warstwa Sieciowa |

| |

|Warstwa Łącza Danych p.w.ł. Warstwa Łącza Danych |

| |

|Warstwa Fizyczna p.w.f. Warstwa Fizyczna |

| |

---------------------------------Komunikacja (połączenie)--------------------------------

Fizyczne środki łączności

Role komputerów w sieci: serwer / klient typy sieci: partnerska / domenowa

Lokalna (LAN) / rozległa (WAN) - pośrednia (Metropolitalna MAN) - ze względu na geografię i protokoły (Protokół - formalne reguły postępowania, zestawy reguł dot. wymiany danych, protokół komunikacyjny (protocol) - zbiór reguł sterujących wymianą wiadomości między urządzeniami w sieci)

Technika transmisji danych

a\ Przekształcenie wiadomości w ciąg sygnałów (litery, hieroglify, impulsy prądowe);b\ skorzystanie z fizycznych środków łączności (goniec pocztowy, przewód elektr., fale itd.);

transmisja sygnałów cyfrowych: napięcie + `0', napięcie - `1' bity informacji, zatem: przesłanie wiadomościciągu bitówodp. zmiana napięcia w przewodzie (stałe tempo zmian napięcia, szybkość przesyłania sygnałów cyfrowych określamy na podstawie najkrótszego odstępu czasu między kolejnymi zmianami stanu elektrycznego w przewodzie (odstęp jednostkowy); szybkość modulacji = liczba odstępów jedn. na sek. (body), gdy tylko 2 poziomy napięcia każdemu impulsowi odpowiada 1 bit.

Najprostszy wariant komunikacji.

Jeśli przesłanie sygnału to zmiana napięcia w przewodzie, to odbiorca musi wiedzieć, jak długo na 1bit i kiedy początek (bo nie powinno być napięcie zero dla braku transmisji, bo wtedy nie wiadomo, czy jest połączenie)

Transmisja synchroniczna / asynchroniczna:

Asynchroniczna: przesyłanie pojedynczych znaków (ciągów 8bitów), każdy poprzedzony bitem startu, bity końca; czas przerwy między kolejnymi znakami dowolny; nadejście bitu startusygnał dla odbiornika (wcześniej uzgodnienia protokołu komunikacyjnego: z ilu bitów znak, jaka prędkość nadawania). Teoretycznie bardzo nieefektywne, ale w praktyce każda stacja ma własny niedokładny zegar (np. 10Mbit/sek, 1bit100ns, przy spóźnianiu się o 1sek na 30 lat, błąd to 100bitach)

Synchroniczna: transmisja wielkich porcji danych; początek sygnał synchronizacyjny, koniecsygnał stopu; zegary muszą zgodnie odmierzać czasspecjalny przewód synchronizujący albo specjalne kodowanie sygnałów.

Sposób przekazywania bitów informacji: transmisja w paśmie podstawowym (baseband) / szerokopasmowa (broadband). Szerokość pasmaokreśla przedział częstotliwości, w którym zachodzi transmisja.

Kodowanie sygnałów: Transmisja w paśmie podstawowymprzesyłanie informacji jako ciągu prostokątnych impulsów bez modulacji (zmiany częstotliwości); napięcie - '1', + `0'. Cała szerokość pasma przenoszenia zajęta dla pojedynczej transmisji trzeba szybko przesyłać, techniki zwielokrotnienia czasowego; proste i tanie. Ale problem odróżnienia w którym miejscu granica między dwoma bitami problem synchronizacji, kod Manchester (Manchester encoding): zmiana napięcia w przewodzie w środku przesyłanego bitu: od wyższego do niższego `1', odwrotnie `0'. Różnicowy kod Manchester itp.

Transmisja szerokopasmowaprzenoszony sygnał nakładany na podstawowy sygnał nośny (fala sinusoidalna o stałej częstotliwościnośnej); modulacja: na wyjściu ze stacji: przebieg prostokątny, przed wejściem do sieci modyfikacja: nałożenie na sygnał podstawowy (kolejnym impulsom odp. zmiana jednego z parametrów sygnału podstawowego: amplitudy, częstotliwości, fazy) do modulacji / demodulacji służy modem. Skomplikowane: natężenie sygnału powinno być jednakowe, kosztowne, szkielet sieci, podwójne okablowanie, przydział częstotliwości do nadawania dla modemów.

Połączenia Point- to Point (Punkt z Punktem) między komputerami - dużo trzeba kabli! - sieci rozległe WAN, w sieciach lokalnych LAN inna filozofia

Połączenia Punkt - Punkt (WAN, MAN ) wspólne medium, kanał (LAN)

Zestawianie połączeń w sieciach: podstawowa zasada sieci komputerowych komutacja (commutatio - przemiana) informacji, zestawianie połączeń. Węzeł komutacyjny (switch) - urządzenie umożliwiające komunikację między stacjami. W większości LAN nie ma węzłów komunikacyjnych, bo każdy sygnał dociera do wszystkich (w danym segmencie!)

• Komutacja łączy - przydzielanie połączeniu fizycznych kabli pomiędzy stacjami (fazy: zestawienie połączenia, przesłanie danych, zamknięcie połączenia), rezerwowane wszystkie kable między rozmawiającymi, stacja nie odróżnia połączenia sieciowego i bezpośredniego przewodem (sieć telefoniczna)

• Komutacja wiadomości - wiadomość zaopatrzyć w adres odbiorcy i wysłać do najbliższego węzła komutacyjnego, który podejmie decyzję do którego dalej przekazać... (jak zwykłe listy pocztowe)

• Komutacja pakietów - jak wiadomości, ale max. rozmiar przesyłanej wiadomości odgraniczony większe trzeba porcjować na mniejsze (jak paczki pocztowe)

Fizyczne środki transmisji danych:

• Skrętka (twisted pair): 4 pary izolowanych drutów miedzianych umieszczonych we wspólnej osłonie i spiralnie skręconych (zmniejszenie oddziaływania e-m między drutami i z otoczeniem); ekranowane STP / nieekranowane UTP; ograniczenia: 100m długości (bo tłumienie, czas propagacji, przekłamania, itd.). Wtyczki RJ-45 (podobne do telefonicznych RJ-11), 10BaseT, 100BaseT4, 100BaseTX. Są różne kategorie skrętki (jakość tłumienie), obecnie kat. 5

• Kabel koncentryczny (coaxial cable): dwa przewody: jeden wewnątrz drugiego (podobne do kabla antenowego) odporność na zakłócenia; przeszłość!

• Światłowód: b. cienkie, giętkie włókno ze szkła lub tworzywa sztucznego, wokół warstwa ze szkła o większej gęstości optycznej. Światło rozchodzi się wzdłuż włókna odbijając się od jego wewnętrznych ścianek; przesyłanie danych modulacja częstotliwości fali świetlnej. Bardzo wysoka częstotliwość impulsów, niewrażliwe na zakłócenia, niskie tłumienie przesyłanie na duże odległości bez przekłamań; Bezpieczeństwo transmisji; wady: problemy z instalacją (kładzenie, podłączanie). Jedno- i wielomodowe zależy od tego, ile fal świetlnych: jednomodowe są najszybsze; wielomodowe 2, 3 fale, ale większe tłumienie, zaletą są mniejsze wymagania na dokładność wykonania instalacji. Zasięg do kilku km (kilkunastu / kilkudziesięciu)

• Inne: radiowe, mikrofale, podczerwień, przez instalację elektryczną, inne.

Topologia sieci LAN: określa rozmieszczenie łączy pomiędzy stacjami (które stacje są bezpośrednio połączone przewodami). Topologia określa sposób komunikacji, rozbudowę sieci, koszty instalacji.

• Topologia pełna - najprościej, każdy z każdym, rzadko stosowana (automatyka)

• Gwiazda: niezawodność (ale gdy awaria centralnego, to koniec), łatwo rozbudowywać

Pierścień

Magistrala: wszystkie do jednego liniowego kawałka przewodu, dane do wszystkich; niewrażliwe na uszkodzenie jednej stacji, łatwo dołączyć nową, terminatory na końcach mają wytłumić sygnał aby się nie odbijał i nie interferował

• Drzewo

• Mieszane: gwiazda gwiazd - dla większych sieci nieuniknione; magistrala gwiazd, gwiazdy z magistralami itd.

Okablowanie różnymi metodami: a) gruby Ethernet, b) cienki Ethernet, c) skrętka

Zadania karty sieciowej (warstwa 2 OSI - łącza danych):

-ustalenie warunków łączności: prędkości transmisji, rozmiaru przesyłanej ramki, czasu oczekiwania na potwierdzenie

-przesyłanie sygnałów: przekształcanie bitów na impulsy (elektr., świetlne), kodowanie / dekodowanie

-przesyłanie informacji do / z pamięci operacyjnej

Adres sieciowy: na poziomie sprzętowym (Ethernet unikalny w skali świata w EPROM'ie, Arcnet - na przełącznikach, może być dynamiczny) - po nim karta poznaje, że ta ramka to do niej, musi być unikalny w danej sieci

Metody dostępu do sieci: fizyczne środki transmisji dzielone między wszystkich, sygnały docierają wszędzie, wszyscy mogą jednocześnie nadawać. Odczyt prosty: gdy stacja stwierdzi, że do niej, to czyta bit po bicie cały pakiet. Ale gdy chce nadawać, to mogą być problemy konflikty.

CSMA/CD (Collision Detect) - przed nadawaniem nasłuchuje, czy można, nadając dalej nasłuchuje, czy w kablu nie ma nieoczekiwanych zmian (kolizja!) - ta, która pierwsza wykryje kolizję, przestaje nadawać i wysyła specjalny sygnał; te które nadawały, przestają na losowo długi czas, a potem próbują znowu;

Topologia logiczna: np. Ethernet na skrętce: fizycznie gwiazda, logicznie magistrala, bo dany sygnał dzięki koncentratorowi (symulujący magistralę) pojawia się na wszystkich gałęziach jednocześnie (prawie)

Ethernet - popularna technologia (ponad 90% LAN w Polsce) stosowana w sieciach LAN, używająca CSMA/CD i różnego rodzaju okablowania, można stosować różne protokoły warstw wyższych, Ethernet działa na poziomie 1,2 warstwy OSI. Szybkości transferu zależą od okablowania:

10BaseT - 10Mbit/s

100BaseT4, 100BaseTX - 100Mbit/s

Gigabit Ethernet - 1Gbps

Są inne technologie sieciowe.

Urządzenia sieciowe:

Koncentrator (hub) - do gwiazdy, Ethernet na skrętce

Most (bridge) - podział sieci na segmenty: aby zmniejszyć ruch, zwiększyć przepustowość, przerzuca pakiety z jednego segmentu do drugiego tylko wtedy, gdy trzeba

sieć segmentowana z mostami z redundancją połączeń (uwaga na sztormy bradcastowe - gdy komputer wysyła do wszystkich w sieci, mosty przerzucają te pakiety i one się dublują zatykając pasmo)

switch (przełącznik) - inteligentniejszy niż hub, logicznie tak jakby miał mosty - ramka z jednego portu trafia tylko do jednego portu przeznaczenia, inne mogą w tym samym czasie równolegle się komunikować - znacznie droższy!

---