Uniwersytet Łódzki
Wydział Matematyki i Informatyki,
Katedra Analizy Nieliniowej

Sieci komputerowe

Architektura Systemów Komputerowych

mgr inż. Michał Misiak

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Sieć komputerowa



Sieć komputerowa to medium
umożliwiające połączenie grupy
komputerów lub innych urządzeń ze
sobą w celu wymiany danych i/lub
współdzielenia różnych zasobów.

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Początki sieci



Początkowo dostęp do komputerów wyłączenie dla małej grupy

osób programistów i obsługi



Rozwój techniki spowodował upowszechnienie komputerów, co

spowodowało, że w latach 60 zdalny dostęp pracy z komputerem

był standardem przy użyciu terminala



Terminale znajdowały się jedynie w centrach obliczeniowych lub

miejscach z specjalnie podpiętą linią telefoniczną



W latach 60 Departament Obrony Stanów Zjednoczonych

rozpoczyna tworzenie sieci komputerowych ARPANET. Celem

ARPANET było połączenie uniwersytetów.



Opracowanie i implementacja protokołu TCP/IP w Unix pozwoliła na

zwiększenie liczby komunikujących się komputerów w ramach

uniwersytetów



Protokół ETHERNET powstała na bazie prac związanych z

odbiornikami krótkofalarskimi. Protokół ten stał się wyznacznikiem

standardu sieci lokalnych.

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

BBS



W latach 80 opracowano sposób komunikacji

punkt-punkt z wykorzystaniem modemów



Modemy pozwalały na osiągnięcie szybkości na

poziomie 1200/2400 bps



Z wykorzystaniem modemów stworzono tzw. BBS

(Bulletin Boards), które pełniły rolę punktów

kontaktowych do wymiany wiadomości i plików



Minusem BBS było:



ograniczenie związane ilością modemów, które mogą się

podłączyć do danego BBS



konieczność znania numeru, na który trzeba się zadzwonić

uwzględniając koszty przy połączeniach międzystrefowych

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Sieci lokalne



Szybki rozwój sprzętu i komputerów powodował

trudności w podejmowaniu decyzji związanych z

zakupem wyposażenia komputerowego



Rozwiązanie: standaryzacja sieci lokalnych



Dwa podejścia w zależności od wielkości firmy:



Duże firmy: wprowadzenie centralnego serwera

biurowego z serwerem plików, wydruków, poczty

elektronicznej z autoryzacją i autentykacją

użytkowników



Małe firmy: budowa sieci równorzędnie połączonych

komputerów

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Internet



W USA rozwiano sieć w ramach projektów

rządowych, tak że w latach 80 lokalne sieci

ośrodków badawczych były połączone

pomiędzy sobą



Problemem był fakt, że sieci były

budowane z wykorzystaniem różnych

technologii w miarę rozwoju



W 1990 gdy sieć ARPANET zaczęła się

dynamicznie rozwijać zmieniono jej nazwę

na Internet

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Rodzaje sieci



Cechą fizycznej konstrukcji sieci jest jej typ:



WAN (ang Wide Area Network) – łączyły uczelnie ośrodki

obliczeniowe i placówki naukowo-badawcze



MAN (ang Metropolitan Area Network) – miejskie sieci

łączące uczelnie, instytucje administracyjne, firmy



LAN (ang Local Area Network) – wykorzystywane do

łączenia komputerów w poszczególnych ośrodkach

badawczych



PAN (ang Private Area Network) – sieci instalowane w

domach lub w ramach kilku stanowisk pracy

znajdujących się w niedalekiej odległości

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia sieci



Topologia sieci to fizyczny sposób
łączenia poszczególnych urządzeń:



Magistrala



Pierścień



Gwiazda



Hierarchiczna



Siatka

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia magistrali



Wszystkie urządzenia podłączone do jednego

współdzielonego medium fizycznego



Medium stanowi kabel z zakończeniami w postaci

oporników dopasowanych do rodzaju kabla



Wykorzystywana do budowy lokalnych sieci



Zaleta: niska cena wynikająca z małego zużycia

kabli oraz braku urządzeń pośredniczących,

łatwość instalacji



Wady: wrażliwość na rozbudowę sieci oraz awarie

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia pierścienia



Bezpośrednie łączenie urządzeń – każde

połączone jest z dwoma sąsiednimi

stanowiąc w ten sposób pierścień



Stosowana do budowy lokalnych sieci

komputerowych



Zasada działania opiera się na

przekazywaniu żetonu dostępu. Przejęcie

żetonu umożliwia urządzeniu transmisję



Każde urządzenie pełni rolę wzmacniacza

regenerującego sygnału

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia pierścienia



Zalety:



Małe zużycie przewodów

oraz braku aktywnych

urządzeń



Możliwa duża wydajność

ponieważ, każdy kabel

łączy dwa komputery



Wada:



Utrudnienia związane z

konserwacją i rozbudową

sieci



Awaryjność: uszkodzenie

jednego węzła powoduje

wyłącznie sieci

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia: podwójny
pierścień



Topologia analogiczna do pojedynczego

pierścienia z tą różnicą, że urządzenia

połączone są podwójnymi przewodami



Duża bezawaryjność. Wypadnięcie

jednego węzła nie powoduje wyłączenia

sieci



Stosowane do budowy sieci

szkieletowych lub lokalnych

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia gwiazdy



Urządzenia podłączone do jednego wspólnego punktu,

którym jest urządzenie aktywne pośredniczące

(koncentrator) pełniące rolę regeneratora sygnału



Urządzenia mogą być łączone z wykorzystaniem różnych

mediów transmisyjnych



Zalety: przejrzystość konstrukcji i odporność na awarie

zarówno łączy jak i urządzeń



Wada: wysoki koszt okablowania oraz koszt dodatkowego

urządzenia



Aktualnie topologia gwiazdy jest praktycznie standardem w

konstrukcji sieci lokalnych



Istnieje również pojęcie Topologii rozszerzonej gwiazdy

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia hierarchiczna



Podobna do topologii gwiazdy jednak
urządzenie koncentratora pełni
funkcję sterującą dostępem do sieci

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Topologia siatki



Typowa dla sieci

metropolitalnych i

rozległych



Każdy host ma

połączenie z

wszystkimi pozostałymi



Częściowe

zastosowanie siatki jest

w Internecie, gdzie

każde dwa punkty

łączy klika scieżek

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Rodzaje urządzeń
sieciowych



Urządzenia końcowe:



stacje robocze, serwery, drukarki,

terminale, etc …



Urządzenia sieciowe



Bierne: kable, koncentratory bierne,



Aktywne: huby, mosty, przełączniki,

routery, konwertery, modemy, punkty

dostępowe sieci bezprzewodowych

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Oznaczenia graficzne
urządzeń

Źródło: http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=Sieci_komputerowe

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Urządzenia bierne



Głównie kable oraz koncentratory bierne



Rodzaje kabli:



Koncentryczny



Skrętka



Światłowód



Koncentrator bierny



urządzenie do rozdzielenia sygnału w LAN



nie wzmacniał sygnału.

passive hub

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Urządzenia aktywne



Zadanie:



Regeneracja sygnału



Łączenie różnego rodzaju mediów (przetwarzanie sygnału)



Inne zadania: monitorowanie sieci, sterowanie, filtrowanie



Wybór urządzeń aktywny zależy od potrzeb:



Duże odległości



Określona funkcjonalność



Aktualnie stosowane są najczęściej w sieci lokalnej

przełączniki oraz routery na styku sieci oraz Internetu



Dla sieci przewodowych stosowanie punktów dostępu

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Rodzaje modemów



Modemy używają połączeń komutowanych,

dokonują modulacji sygnału



Rodzaj modemów ze względu na budowę:



zewnętrzny – wykorzystywany do łączenia

punkt-punkt.



Wewnętrzny



Modem DSL – podłączanie po sieci

telefonicznej lub kablowej do Internetu



Modem ADSL, HDSL, SDSL

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Modemy

Modem na PCMCIA

Modem na ISA

Modem zewnętrzny DSL

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Koncentrator



Urządzenie łączące

wiele urządzeń w sieci o

topologii gwiazdy



Koncentrator jest

podłączany do routera

jako rozgałęziacz



Obecnie urządzenia

wyparte przez

przełączniki



Zaleta: brak opóźnień.



Hub przenosi cały sygnał



Przełącznik przenosi ramki

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Punkt dostępowy



Zapewnia stacjom
bezprzewodowym
dostęp do zasobów
sieci w paśmie
częstotliwości
radiowych



Pełni również funkcję
mostu pomiędzy siecią
bezprzewodową, a a
przewodową

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Media konwerter



Urządzenie pozwalające

na łączenie sieci

pracujących na różnych

mediach:



Skrętka/światłowód



Skrętka/kabel

koncentryczny



etc …



Najczęściej stosowane

do łączenia dwóch

odległych linii za

pomocą kabli

światłowodowych

Źródło: http://www.teleoptics.com.pl/gfx/km/media_konwerter_001.jpg

Pozwala na połączenie 10Base-T/10Base-FL

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Przełącznik



Urządzenie pracujące
w warstwie 2 modelu
OSI łączące segmenty
sieci



Realizuje
przekazywanie ramek
między segmentami
do adresacji
wykorzystywany jest
adres MAC

Źródło: http://www.purepc.pl/files/Image/news/2007/02/Netgear_gs724t.jpg

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Router



Pełni rolę węzła

komunikacyjnego

pomiędzy dwoma

podsieciami



Pracuje w warstwie 3

modelu OSI wykorzystuje

najczęściej adres IP do

przesyłania pakietów



Najczęściej kojarzony z

protokołem IP, natomiast

może obsługiwać inne

protokoły np. IPX

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Model ISO OSI



Problem: wielość rozwiązań przy budowie sieci

opartych na różnych specyfikacjach (DECnet Digital

Equipment Corporation net, TCP/IP, SNA Systems

Network Architecture ) utrudniała ich łączenie



Rozwiązanie: stworzenie globalnego standardu sieci



W wyniku analizy różnych rozwiązań organizacja ISO

(International Organization for Standardization)

opracowała model odniesienia specyfikujący zasady

współpracy sieci tzw. model OSI Open System

Interconnection

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Model OSI

Źródło: http://www.3mfuture.com/images/osi-model-7-layers.png

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Model OSI



Definiuje jakie zadania oraz rodzaje danych mogą

być przesyłane między warstwami abstrakcji (nie

patrzymy przez aspekty fizyczne, czy też

algorytmiczne)



Warstwy abstrakcji odnoszą się do: aplikacji,

sprzętu oraz mediów



Każda warstwa ma przypisany specyficzny protokół

i świadczy usługi na rzecz warstwy wyższej



Model OSI separuje na tyle funkcjonalność

poszczególnych warstw, iż jest możliwość budowy

warstwy w oderwaniu od pozostałych warstw

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008

Praktyczne znaczenie modelu
OSI

Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika:UrzadzeniaWojnar.png