PODSTAWY TRANSMISJI DANYCH, URZĄDZENIA I SIECI KOMPUTEROWE

TEMAT 2/1: STRUKTURA I CHARAKTERYSTYKA SIECI KOMPUTEROWYCH

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.

Aplikacja klienta		Aplikacja klienta		Aplikacja klienta
Oprogramowanie komunikacyjne		Oprogramowanie komunikacyjne		Oprogramowanie komunikacyjne
Sprzęt sieciowy		Sprzęt sieciowy		Sprzęt sieciowy
↑ ↓		↑ ↓		↑ ↓
Platforma sieci

Rys Model komunikacji w sieci

KILKA POWODÓW DLA KTÓRYCH BUDUJE SIĘ
SIECI KOMPUTEROWE

1. Współużytkowanie programów i plików. Program i jego pliki danych przechowywane są w serwerze plików, a dostęp do nich ma wielu użytkowników sieci.

2. Współużytkowanie zasobów sieci: - zasoby sieci to drukarki, plotery oraz urządzenia pamięci masowych - do których mają dostęp użytkownicy sieci.

3. Współużytkowanie baz danych - system zarządzania bazami danych jest idealną aplikacją dla sieci. Możliwość blokowania rekordów pozwala wielu użytkownikom na jednoczesny dostęp do pliku bez niszczenia danych. Blokowanie rekordów umożliwia jednoczesną edycję rekordu wyłącznie jednemu użytkownikowi.

4. Ograniczenie wydatków na zakup komputerów - sieci umożliwiają wykorzystanie bezdyskowych stacji roboczych, które do przechowywania danych wykorzystują napędy dysków twardych serwera.

5. Grupy robocze - sieć pozwala na tworzenie grup użytkowników, niekoniecznie pracujących w tym samym wydziale. Umożliwia to tworzenie nowych struktur poziomych, w którym ludzie z różnych i odległych wydziałów uczestniczą w tym samym projekcie.

6. Wymiana informacji i wiadomości – Poczta elektroniczna (E-mail) pozwala użytkownikowi na łatwe komunikowanie się. Wiadomości umieszczone są w "skrzynkach pocztowych", umożliwiając ich odczyt w do­wolnym czasie

7. Ułatwienie zarządzania zasobami: Sieć umożliwia zgrupowanie serwerów oraz ich danych z zasobami. Udoskonalenie sprzętu, archiwizacja danych, utrzymanie systemu i jego ochrona są łatwiejsze w reali­zacji, gdy urządzenia zgrupowane są w jednym miejscu.

8. Rozwój organizacji. Sieci mogą zmieniać strukturę organizacyjną firmy i sposób jej zarządzania Użytkownicy pracujący w określonych wydziałach nie muszą przebywać w jednym miejscu Ich biura mogą być ulokowane tam, gdzie jest to najbardziej uzasadnione. Sieć łączy ich ze współpracownikami z te­go samego wydziału. Takie rozwiązanie jest użyteczne w specjalnych projektach, gdzie konieczna jest ścisła współpraca osób z różnych wydziałów np. przy badaniach, produkcji i marketingu.

TYPY SIECI

Ze względu na zasięg terytorialny sieci komputerowych dokonano ich podziału na:

1. Sieć lokalna LAN (Local Area Network) – sieć obejmująca swoim zasięgiem budynek lub kilka sąsiadujących budynków na maksymalnym obszarze do 10 km charakteryzująca się dużą szybkością transmisji dochodzącą nawet do 1000 Mbit/sek. o stosunkowo średniej niezawodności.

2. Sieć metropolitalna (miejska) MAN (Metropolitan Area Network) – sieć obejmująca całe miasto na obszarze od 10 – 100 km i więcej wykorzystująca do połączeń gotową infrastrukturę telekomunikacyjną na terenie danego miasta. Sieć o dużej niezawodności i średnich prędkościach transmisji maksymalnie około 100Mbit/sek.

3. Sieć rozległa WAN (Wide Area Network) – sieć o zasięgu ogólnoświatowym, przekraczająca granice miast, państw i kontynentów. Wykorzystuje istniejące rozwiązania telekomunikacyjne włącznie z systemem satelitarnym. Sieć o dość małej szybkości transmisji maksymalnie około 10 Mbit/sek, ale o bardzo dużej niezawodności przez stosowanie wielu dróg komunikacyjnych (rezerwowych).

4. Sieć korporacyjna (Enterprise Network) – sieć łącząca systemy komputerowe wewnątrz organizacji bez względu na położenie geograficzne, sprzęt komputerowy, system operacyjny i protokoły komunikacyjne. Może to być sieć LAN, MAN jak i WAN

SKŁAD SIECI KOMPUTEROWYCH

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

TOPOLOGIE SIECI

Ze względu na system połączeń urządzeń w sieci dokonano systematyzacji rodzajów tych połączeń. Fizyczne rozmieszczenie urządzeń w sieci opisuje topologia.

1. Topologia sieci rozgłaszeniowych

WS – WorkStation (Stacja robocza) lub urządzenie sieciowe

Cechy:

• współdzielone medium transmisyjne

• stacja centralna zawsze pośredniczy w komunikacji pomiędzy stacjami

• możliwa do realizacji przez operatora telekomunikacyjnego

(+) tanie medium transmisyjne

(+) możliwość „dowolnej” lokalizacji stacji

(–) współdzielenie medium powoduje konflikty przy dużym ruchu informacji

(–) powszechnie dostępny sygnał transmisyjny – możliwość podsłuchania

(–) niska odporność na zakłócenia zewnętrzne

1. Topologia magistrali

terminator trójnik

• wszystkie stacje są w identyczny sposób podłączone do medium transmisyjnego i są równoprawne

• istnieje standardowy sposób dołączenia stacji do medium

• każdy słyszy wszystko (każdego)

• zjawiska w medium mają charakter falowy

(+) tanie medium

(+) standardowe złącza, sterowniki i medium

(+) identyczne sterowniki w stacjach roboczych

(+) tania realizacja sprzętowa

(–) duża podatność złącz na mechaniczne i elektryczne uszkodzenia

(–) awaria jednego ze złącz dzieli sieć na dwie niezależne podsieci

(–) współdzielenie medium wymaga jednoczesnego nadawania i nasłuchu sygnału w medium wykrywanie kolizji

(–) skomplikowane algorytmy komunikacji implementowane w sterownikach

(–) technologia nakłada ograniczenia na maksymalną rozpiętość jednego segmentu medium

1. Topologia gwiazdy

• jeden punkt centralny, w którym mieści się większość sprzętu i oprogramowania

• scentralizowane zarządzanie systemem

• każda stacja posiada dokładnie zdefiniowany i jedyny styk z centrum

(+) istnieje możliwość skoncentrowania drogiej technologii tylko w jednym punkcie

(+) uproszczone centralne zarządzanie

(+) awaria pojedynczej stacji nie wpływa na pracę pozostałych stacji

(–) awaria centrum powoduje zapaść całej sieci

(–) „piekielnie” drogi sprzęt centrum

(–) brak możliwości podziału sieci na kawałki, o różnym stopniu zaawansowania technologicznego

1. hierarchiczna topologia gwiazdy (lub topologia drzewiasta)

(+) możliwość realizacji sieci „bez” ograniczeń technologicznych, geometrycznych

(+) możliwość realizacji każdego poziomu hierarchii w innej technologii

(+) możliwość „statycznej” agregacji ruchu

(+) względnie niższa cena

(+) możliwość stosowania urządzeń o względnie niższej liczbie portów

(–) rozproszone zarządzanie

(–) różnorodność sprzętu powoduje konieczność utrzymywania dużego zapasu części

5) Topologia pierścienia

• wspólne medium

• potencjalna możliwość dojścia do każdej stacji z dwóch kierunków

• „równoprawność” stacji

• możliwość realizacji połączeń wieloprzewodowych

(+) istnienie zamkniętej pętli pozwala na realizację połączenia zapasowego w przypadku przerwania medium

(+) istnieje centralne następstwo stacji

(+) możliwość zorganizowania komunikacji między stacjami w trybie przekazywania tokenu

(–) skomplikowany mechanizm obsługi tokenu

(–) średnio skomplikowany hardware

6) Topologia podwójnego pierścienia

(+) istnienie dwóch niezależnych dróg transmisji

pracują oba pierścienie lecz w przeciwnych kierunkach

pracuje tylko jeden pierścień, a drugi stanowi „gorącą” rezerwę

(+) sieć odporna na uszkodzenia medium

(+) przejęcie funkcji przez pierścień rezerwowy

(+) realizacja bypass’u

(+) realizacja rekonfiguracji

MEDIA TRANSMISYJNE

Linia transmisyjna może być zrównoważona (symetryczna) lub niezrównoważona (niesy­me­tryczna).

Linia symetryczna składa się z dwóch przewodów, którymi połączony jest nadajnik i od­bior­nik, w których płynie prąd o takim samym natężeniu w przeciwnych kierunkach.

Linia niesymetryczna tworzona jest najczęściej przez kabel koncentryczny, w którym prąd płynie przewodem sygnałowym i powraca poprzez uziemieniem

TYPY KABLI:

1. Kabel prosty,

1. Skrętka,

2. Kabel współosiowy – koncentryczny,

3. Kabel światłowodowy.

Ad.1. Kabel składa się z przewodu miedzianego otoczonego izolacją. Produkowane są kable będące parą prostych przewodów oraz kable wieloprzewodowe, mające postać wiązek lub płaskich taśm, pasm. Służą do krótkich połączeń z urządzeniami zewnętrznymi pracującymi niewielkimi szybkościami transmisji - połączenia modemów, drukarek. Wadą takich kabli są duże przesłuchy między żyłami kabli.

Ad.2. Skręcenie przewodów kabla chroni przed przesłuchami z zewnątrz. Skrętka jest powszechnie stosowana w sieci telefonicznych i komputerowych. Istnieje możliwość przesyłania danych z szyb­kościami do 100Mbit/s - kable kategorii. Skrętka może być ekranowana i nieekranowana oraz może być w postaci skrętki wieloparowej.

Ad.3. Składa się z rdzenia miedzianego otoczonego izolacją, przewodu ekranującego i uzie­miającego, wykonanego w postaci oplotu oraz zewnętrznej koszulki ochronnej. Kablem współosiowym można przesyłać dane z dużą szybkością, chociaż dorównują im pod tym względem skrętki. Wciąż dopuszczalna długość połączenia jest większa dla kabla koncentrycznego niż skrętki.

Ad.4. Kabel zapewnia transmisję fotonową w rdzeniu, który otoczony jest płaszczem odbijającym wewnętrzne światło rdzenia. Całość otoczona jest grubą koszulką zawierającą specjalne włókna wzmacniające. Może być wyposażony w rdzeń metalowy, wzmacniający kabel tak, aby mógł być rozwieszany. Światłowód nie jest podatny na zakłócenia interferencyjne i nie wypromieniowuje sy­gnału, który mógłby być monitorowany. Długość połączenia światłowodowego jest większa niż dokonana kablem miedzianym.

Zgodnie ze standardem IEEE 802.3 (Institute of Electrical and Electronic Engineers - stowarzyszenie inżynierów elektryków i elektroników) stosowane są następujące oznaczenia:

10 Base-5. Przewód koncentryczny (żółty kabel) o maksymalnej długości połączenia do 500m; wyko­rzystuje metodę transmisji w paśmie podstawowym (gruby koncentryk).

10 Base-2. Przewód koncentryczny (RG-58A/U) o maksymalnej długości segmentu 185m; wykorzystuje metodę transmisji w paśmie podstawowym. (cienki koncentryk).

10 Base-T. Skrętka nieekranowana o maksymalnej długości segmentu 100m. (UTP).

10 Brooad-36. Przewód koncentryczny RG-59/A/U/CATV) o maksymalnej długości segmentu 3600m; wykorzystuje metodę transmisji w paśmie rozszerzonym.

10 Base-F. Obsługuje sieć szkieletową ze światłowodów, o długości do 4 km i prędkości transmisji 10Mbit/sek. Proponowany jest do połączeń pomiędzy budynkami

100 Base-X. Standard zapewniający przepustowość 100Mbit/sek z wykorzystaniem skrętki.

100 VG-Any LAN - Standard zapewniający przepustowość 100Mbit/sek z wykorzystaniem skrętki.

Oznaczenie 10 Base-5 oznacza, że kabel pracuje z prędkością transmisji 10Mbit/sek, base oznacza, że kabel jest używany do transmisji w paśmie podstawowym. Cyfra 5 w 10 Base-5 oznacza maksymalną długość segmentu 500m; w 10 Base-2 200m, czyli około 185m, w 10 Base-T oznacza skrętkę nieekranowaną. Skrętka ekranowana oznaczona jest również STP.

KATEGORIE SKRĘTKI

Organizacja EIA/TIA (Stowarzyszenie Elektroniki Przemysłowej, Stowarzyszenie Telekomunikacji Prze­my­słowej opracowała specyfikację 568, definiującą standard okablowania budynków i otoczenia w której zdefiniowane zostały kategorie kabli:

Kategoria 1: Nieekranowana skrętka telefoniczna nieprzystosowana do transmisji danych. Oznaczenie

Kategoria 2: Nieekranowana skrętka do przesyłania danych z szybkością transmisji do 4Mbit /sek. Oznaczenie .

Kategoria 3: Kable zawierające 4 pary przewodów skręconych z jednym zwojem na 10m. Zapewniają transmisję z szybkością 10Mbit/sek i powinny być stosowane w sieciach Token Ring (4Mbit/sek) oraz Ethernet 10 Base-T (10Mbit/sek.) Oznaczenie .

Kategoria 4: Kabel zawiera 4 pary przewodów. Zapewnia maksymalną szybkość transmisji 16Mbit/sek. Oznaczenie .

Kategoria 5: Kabel skrętka miedziana o rezystancji 100Ω, pozwalająca na przesyłanie danych z szybkością 100Mbit/sek. Wykorzystywany w sieciach Ethernet i ATM (Asynchronans Transfer Mode). Oznaczenie .

Stosowane są także skrętki w kategoriach 6 i 7 , ale jest to mało stosowane ze względu na dużą dokładność wykonania takiego kabla, prędkości transmisji dochodzą do 1000Mb/s

Uzyskanie prędkości transmisji danych rzędu setek Mbit/sek uzyskano dzięki ciasnemu skręceniu przewodów miedzianych ulepszonym materiałom, nowoczesnym rozwiązaniom konstrukcyjnym i nowym metodom dostępu. Wyeliminowania przesłuchów pomiędzy parami przewodów możliwe jest tylko wtedy, gdy wszystkie kable, krosownice i terminatory wykonane są zgodnie ze specyfikacją.