Materiały dydaktyczne. Technologie informacyjne. Semestr VI. Wykłady

Transkrypt

1 Materiały dydaktyczne Technologie informacyjne Semestr VI Wykłady 1

2 Temat 1 (2 godziny): Sieci komputerowe. Wiadomości podstawowe. Zagadnienia tematyczne: A. Powstanie Internetu; B. Podstawowe elementy Internetu; C. Funkcje Internetu; D. Usługi informacyjne w Internecie; Zagadnienie: 1.A Powstanie Internetu Historia Internetu zaczyna się w końcu lat sześćdziesiątych, a dokładnie w roku 1967 gdy, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych rozpoczyna projekt badawczy realizowany przez agencję ARPA (Advanced Research Projects Agency), mający na celu stworzenie sieci komunikacyjnej dla celów wojskowych. Przewodnią ideą tej konferencji było ustalenie, czy możliwe jest za pomocą komputerów skonstruowanie takiej sieci łączności, która by nie posiadała central, lecz umożliwiała automatyczne wyszukiwanie połączeń między dowództwem i oddziałami polowymi nawet przy dużym stopniu zniszczenia infrastruktury telekomunikacyjnej kraju. Okazało się to potencjalnie możliwe. Najciekawsze rozwiązanie zaproponował Alex McKenize z Uniwersytetu Stanford, który zaproponował ideę pakietu informacji z przypisanym do niej adresem, który by automatycznie krążył po sieci "szukając" swojego odbiorcy tak, jak to się dzieje z listami pocztowymi. ARPA zdecydowała się wesprzeć projekt Alexa McKenzie, który stworzył kilkudziesięcioosobowy zespół, pracujący na Uniwersytecie Stanford, Uniwersytecie California, i Uniwersytecie Stanowym Utah. Zespół ten stworzył zręby protokołu TCP (pierwotnie nazwanego IMP) oraz w 1968 wykonał pokaz automatycznego routingu połączeń w sieci liczącej kilkanaście serwerów rozproszonych na tych trzech uniwersytetach. W roku 1969 powstaje sieć ARPAnet. W dwa lata później łączy piętnaście instytucji rządowych i akademickich. W roku 1973 stworzone zostają połączenia międzynarodowe, do Wielkiej Brytanii i Norwegii. Rok później Ray Tomlinson tworzy program do przesyłania elektronicznych wiadomości po sieci ( ). W roku 1979 powstają grupy dyskusyjne Usenet, drugi z filarów dzisiejszego Intenretu. Dla naukowców uniwersyteckich nie mających połączenia z ARPAnet stworzona zostaje w 1981 roku sieć CSNET (Computer Science NETwork). W 1982 roku ARPA wprowadza jako standard dla swej sieci protokół TCP/IP. W tym samym roku powstaje w Europie sieć EUnet, pozwalająca korzystać z usług poczty elektronicznej i Usenet. W 1983 roku stworzona zostaje brama (gateway) pomiędzy ARPAnet, a CSNET; fakt ten uważa się za początek istnienia Internetu, jaki dzisiaj znamy. Rozwój Internetu przedstawiono w tab. 1. Rozwój Internetu Tabela 1 Rok Rozwój Internetu Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych (DARPA Defense Advanced Research Projects Agency) sfinansowała prace badawcze i rozwojowe prowadzące do stworzenia sieci z komutacją pakietów (ARPANET). R.Tomlinson tworzy program do przesyłania poczty elektronicznej (adres: user@server ). Powstają sieci w W.Brytanii i Norwegii połączone z siecią ARPANET łączami satelitarnymi. 2

3 1979 Powstają pierwsze grupy dyskusyjne Usenet. Dla naukowców uniwersyteckich nie mających połączenia z ARPAnet stworzona 1981 zostaje w 1981 roku sieć CSNET (Computer Science NETwork). ARPA wprowadza jako standard dla swej sieci protokół TCP/IP. W tym samym 1982 roku powstaje w Europie sieć EUnet, pozwalająca korzystać z usług poczty elektronicznej i Usenet. Protokoły TCP/IP zostały przyjęte jako Standardy Wojskowe; 1983 implementacja TCP/IP w systemie operacyjnym UNIX BSD; ARPANET staje się siecią TCP/IP. ARPANET rozpada się na sieć MILNET (sieć Departamentu 1983 Obrony) oraz ARPANET (przestała istnieć w 1990 r.). Termin Internet służył do określenia obu tych sieci Powstaje EARN (European Academic and Research Network ). Wprowadzenie usługi DNS (Domain Name System); w sieci około serwerów. Powstaje NSFNET (National Science Foundation NET ), ame- rykańska sieć 1986 szkieletowa o przepustowości 56 kb/s Powstaje kanał IRC (Internet Relay Chat) Fizyk Tim Berners-Lee przedstawił projekt prezentacji informacji przy użyciu 1989 hipertekstu (HTML). Naukowcy z CERN-u (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) opracowali standard WWW, zniesiono zakaz używania Internetu do celów komercyjnych; kwiecień - powstaje protokół Gopher; 17 sierpnia 1991 r. Rafał Pietrak, fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego, nawiązał 1991 łączność w oparciu o protokół IP z Janem Sorensenem z Uniwersytetu w Kopenhadze; grudzień - w USA powstaje pierwszy serwer poza Europą zwany SLAC (Stanford Linear Accelerator Center); 20 grudnia - Polska zostaje przyłączona do Internetu Premiera przeglądarki Netscape Navigator. Powstaje pierwszy polski portal: Wirtualna Polska; 23 sierpnia - prezentacja nowej przeglądarki internetowej na bazie kodu Mosaica Internet Explorer; 3 września rusza ebay Powstaje pierwszy komunikator internetowy - ICQ. Oficjalna premiera PHP, powstaje JavaScript, domena Google.com zostaje 1997 zarejestrowana. 15/08/ powstaje polski komunikator Gadu-Gadu; 15/01/ powstaje Wikipedia; 26/09/ powstaje polska Wikipedia 10/10/ powstaje komunikator Tlen; powstaje pierwszy międzynarodowy program do - prowadzenia rozmów głosowych Skype; /02/ powstaje serwis Facebook; 17/02/ indeks Google przekroczył 6 miliardów elementów; 9/11/ powstaje przeglądarka Mozilla Firefox; 02/ powstaje serwis YouTube; 3

4 11/11/ powstaje serwis Nasza-klasa; 09/ powstaje przeglądarka Google Chrome. Zagadnienie: 1.B Podstawowe elementy Internetu Głównym założeniem Internetu jest, aby każdy komputer pracujący w dowolnej części Internetu mógł nawiązać łączność z dowolnym komputerem znajdującym się w sieci. Kształt współczesnych sieci komputerowych jest określony ze względu na potrzebę wspólnego użytkowania urządzeń wchodzących w ich skład, tj.: urządzeń transmisji, urządzeń dostępu, urządzeń wzmacniania i przesyłania sygnału. Oprócz połączonych sieci, opartych o protokoły TCP/IP, pozostałymi dwoma elementami składowymi Internetu jest społeczność, która używa i rozwija tą sieć oraz zbiór zasobów znajdujących się w tej sieci. Elementy te są ściśle ze sobą powiązane. Używanie Internetu to nic innego jak działanie członków społeczności przy pomocy sieci, mające na celu odnalezienie i wykorzystanie znajdujących się w niej zasobów informacyjnych. Wszystkie te elementy rozwijają się, podlegają ciągłym zmianom ilościowym i jakościowym. Sprzęt komputerowy i oprogramowanie wykorzystywane w Internecie rozwija się niezwykle szybko, stając się narzędziem coraz potężniejszym i zarazem coraz łatwiejszym w użyciu. Społeczność internetowa ma globalny zasięg i staje się nie tylko coraz liczniejsza, ale także coraz bardziej zaawansowana technicznie; pojawiają się w niej nowe specjalności i grupy skupione wokół rozmaitych usług informacyjnych tworzących Internet. Do końca roku 2009 liczbę użytkowników Internetu szacuje się na ponad jeden miliard osiemset milionów na całym świat (rys. 1). Rys. 1. Liczba użytkowników Internetu w ujęciu globalnym, dane na 31/12/2009r. W Polsce liczbę użytkowników szacuje się na około 20 milionów, co stanowi ponad 52% populacji kraju (rys. 2). 4

5 Rys. 2. Liczba użytkowników Internetu w Polsce, dane z 30 września 2009r. Zwiększa się także liczba zasobów informacyjnych, pojawiają się nowe ich kategorie, tak że prawdziwym problemem jest znalezienie nowości czy przegląd dostępnych informacji na dany temat. Rolę przewodnika w Internecie pełnią przeglądarki i wyszukiwarki internetowe. Zagadnienie: 1.C Funkcje Internetu Internet jest często opisywany pewną kombinacją terminów zaczynających się w języku angielskim na literę c: communication, commerce, community, content, i określają jego podstawowe funkcje. Porozumiewanie się (communication) to jedna z najbardziej podstawowych i najpopularniejszych funkcji Internetu, realizowana przez głównie przez usługę poczty elektronicznej, w mniejszym stopniu przez grupy dyskusyjne czy rozmaite formy pogawędek (Web-chat, ICQ, GG, Skype). Jej istotą jest przekazywanie informacji i kontakt dwojga lub większej liczby ludzi. Potrzebne są tu konta i serwery pocztowe, systemy pogawędek oraz oprogramowanie do nich. Jest to obszar działania dostawców usług internetowych i producentów oprogramowania. Handel i usługi (commerce) to obiecująca, stale rozwijająca się płaszczyzna Internetu. Istnieją tu ograniczenia techniczne i mentalne, tym większe w Polsce, skupiającej się jeszcze na prostym handlem za gotówkę. Internet jest miejscem działalności gospodarczej, zarówno handlowej (sprzedaży i aukcji), jak i usługowej (bankowość internetowa, ubezpieczenia). Sprzedaż przez Internet stanowi pewną specyficzną formę sprzedaży wysyłkowej. 5

6 Największym atutem sprzedaży przez Internet są mniejsze koszty operacyjne sklepu internetowego w porównaniu ze sklepem istniejącym fizycznie oraz większy asortyment towarów - idący na świecie w miliony, a w Polsce w dziesiątki tysięcy pozycji. Największym problemem jest promocja takiego sklepu, a także - jak można to zaobserwować w Polsce -) jakość prezentacji oferty. Ze sprzedażą przez Internet wiąże się oferowanie oprogramowania sklepów internetowych, zarówno gotowego, jak i przygotowywanego na zamówienie. Wspólnota (community) to coraz bardziej doceniana funkcja Internetu, polegająca na umożliwieniu grupie ludzi spotkania się w pewnym wirtualnym miejscu i wymianie poglądów, informacji czy odczuć. Może to być grupa dyskusyjna, lista dyskusyjna (oraz ich kombinacje, w tym z dostępem przez World Wide Web), rozmaicie rozwiązane miejsca pogawędek (kanał IRC i podobne). Zawartość albo po prostu informacja (content) to prawdopodobnie najszerzej wykorzystywana właściwość Internetu, w ostatnich latach wyprzedzająca pocztę elektroniczną. Jest realizowana głównie przez usługę World Wide Web oraz uzupełniające ją usługi multimedialne, takie jak Real Audio czy Microsoft NetShow. Internet stanowi bogate źródło informacji - o wydarzeniach, produktach, firmach, kursach akcji i walut, prognozach pogody. Można tu zamieszczać szybko zmieniające się dane takie jak kursy walut, najświeższe wiadomości, artykuły, hasła encyklopedyczne dotyczące opisów państw, pojęć czy biogramów. Co więcej, informacje te mogą być ze sobą połączone odnośnikami hipertekstowymi, tworząc niespotykany nigdzie indziej konglomerat. Na umieszczaniu zawartości zarabia dostawca usług internetowych, tworząc tak zwaną witrynę firmy. Czasem dokonuje tego we współpracy ze studiem graficznym specjalizującym się w projektowaniu stron World Wide Web (Web design). Drugą sferą tej działalności jest tworzenie serwisów informacyjnych w nadziei na zysk ze sprzedaży dostępu do nich, ich powierzchni reklamowej lub usług z nimi związanych. Tak właśnie postępują twórcy portali. Zagadnienie: 1.D Usługi informacyjne w Internecie Internet nie jest organizmem jednolitym. Istnieją w nim różne usługi informacyjne, sposoby korzystania z zasobów Internetu czy sposoby prezentowania informacji. Różnią się one wymaganiami technicznymi - oprogramowaniem, a czasem także sprzętem komputerowym koniecznym do korzystania z danej usługi, co wiąże się z pewnym wymaganym poziomem wiedzy użytkowników. Różnią się także ilością użytkowników, a przede wszystkim formą przekazu i celem, w jakim są wykorzystywane. Najważniejsze z nich to poczta elektroniczna, World Wide Web, grupy dyskusyjne Usenet, FTP. Poczta elektroniczna ( ) to usługa posiadająca najwięcej użytkowników, polegająca na wymianie elektronicznych listów ( messages) między dwoma osobami. Jest to odpowiednik wymiany listów na papierze. Przesyłanie sobie wiadomości w postaci elektronicznej ma wiele dobrych stron. Nie zmusza obu stron do podejmowania konwersacji w jednym czasie, jak to dzieje się z telefonem. List elektroniczny łatwiej jest wysłać: piszemy go na komputerze i jednym klawiszem wysyłamy, bez szukania koperty, znaczka i spacerów do skrzynki pocztowej. Jest to bardzo szybka forma komunikacji. Do otrzymywania i wysyłania listów elektronicznych potrzebny jest program poczty elektronicznej i to pracujący we właściwym standardzie wymiany poczty. W Internecie używany jest standard SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Jego rozszerzeniem jest MIME (Multipurpose 6

7 Internet Mail Extensions), pozwalające dołączać do listów pliki, zaznaczać tekst innym kolorem, wprowadzać do niego wytłuszczenie i pochylenie. Aby uczynić pocztę internetową bardziej bezpieczną wymyślono szereg najróżniejszych programów kodujących. Godnym polecenia jest PGP, który umożliwia przesyłanie poczty w specjalnym zakodowanym formacie. Dodatkowo pozwala na cyfrowy podpis, dzięki któremu adresat naszego listu będzie miał pewność, że list pochodzi od nas i nikt go nie modyfikował po naszym podpisie. World Wide Web to usługa równie popularna niż poczta elektroniczna, ale bardzo głośna dzięki środkom masowego przekazu, polegająca na zapoznawaniu się z treścią połączonych ze sobą multimedialnych stron (Web pages) oraz ich tworzeniu. Jej odpowiednikiem mogą być gazety i książki. World Wide Web jest używana do publikacji informacji w formie elektronicznej. Może przesadą jest stwierdzenie, że jest ona największą rewolucją w sposobach publikacji od czasu wynalezienia maszyny drukarskiej - ale tylko niewielką przesadą. Każdy, kto posiada połączenie z siecią może zapełnić kawałek miejsca w "pajęczynie", budując własną stronę (home page), zyskując przez to szansę, że jego punkt widzenia poznają tysiące ludzi z całego świata. Jest to sieć dokumentów powiązanych ze sobą odnośnikami hipertekstowymi, dokumentów multimedialnych, zawierających oprócz tekstu także grafikę, dźwięk, sekwencje wideo. Dokumenty te są umieszczone na serwerach HTTP (HyperText Transfer Protocol). Do odczytywania dokumentów czy też stron World-Wide Web przeznaczone są przeglądarki. Dokumenty World-Wide Web pisane są przy użyciu języka HTML, a najbardziej popularnym formatem graficznym jest GIF. Grupy dyskusyjne Usenet (newsgroups) to mająca mniejszy zasięg, choć szybko rozwijająca się usługa pozwalająca na publiczne dyskusje w grupach poświęconych różnym zagadnieniom, podobna w wykorzystaniu do poczty elektronicznej; pokrewną usługą są listy dystrybucyjne, różniące się od grup sposobem rozsyłania wiadomości i dostępnością. Za odpowiednik można by przyjąć kluby dyskusyjne czy też wszelkiego rodzaju uporządkowane dyskusje. Na świecie istnieje ponad dziesięć tysięcy grup dyskusyjnych na prawie każdy temat, zorganizowanych w całą hierarchię, widoczną w ich nazwach. W Polsce istnieje niemal dwieście grup dyskusyjnych i kilkanaście serwerów, na których są przechowywane. Zapis działania grupy dyskusyjnej ma postać zbioru listów, z których każdy posiada temat, nadawcę i datę wysłania. Odpowiedzi (replies) na poruszane tematy powiązane są z pierwszym listem na dany temat. Wypowiedzi w dyskusji przechowywane są tylko przez pewien czas, zwykle tydzień, inaczej uczestnicy dyskusji szybko utonęliby w powodzi informacji. Niektóre grupy mają swoje archiwa w postaci dokumentów World-Wide Web. Do korzystania z grup dyskusyjnych stworzono specjalne programy; można jednak i tu używać przeglądarek Netscape Navigator czy Internet Explorer; oba programy mają wbudowane moduły dyskusyjnych. Wystarczy znaleźć serwer grup dyskusyjnych blisko siebie i wybrać te grupy, które nas interesują. Biblioteki plików FTP (File Transfer Protocol) to możliwość uzyskania programów, plików z grafiką lub dźwiękiem z zorganizowanych tematycznie bibliotek plików komputerowych (FTP sites), często powiązana ze stronami World Wide Web. Jest to odpowiednik wszelakiego rodzaju składowisk, sklepów, wypożyczalni, gdzie można wyszukać i otrzymać potrzebne rzeczy. Wysyłanie plików razem z pocztą jest dobre dla porozumiewania się dwóch osób. Przy większej liczbie użytkowników lepiej jest stworzyć bibliotekę plików i uczynić ją dostępną dla wszystkich (lub tylko dla wybranych). Biblioteka plików jest zakładana na komputerze podłączonym do sieci, na którym pracuje program - serwer FTP. Całość - pliki, komputer i oprogramowanie, nazywana jest po prostu serwerem 7

8 FTP albo miejscem (site) FTP, czasem też biblioteką FTP. Użytkownik ma do dyspozycji inny program - klient FTP, który pozwala na połączenie się z danym komputerem, wędrówkę po katalogach i wybieranie plików do przegrania. Starsze programy FTP były obsługiwane w trybie tekstowym, podobnie jak ARJ czy ZIP, trzeba było znać tu sporo "zaklęć" - poleceń i ich opcji. Nowe - pracują w trybie graficznym, z plikami i katalogami postępujemy jak w środowiskach graficznych takich jak Microsoft Windows. Na świecie stworzono tysiące serwerów FTP. Na wielu z nich przechowywane są programy shareware. Producenci sprzętu i oprogramowania mają swoje własne serwery, gdzie dostępne są wersje demonstracyjne programów, najnowsze sterowniki (do kart wideo czy dźwiękowych, drukarek...) i materiały informacyjne. Do przeszukiwania bibliotek FTP i znajdowania konkretnych plików wraz z miejscami, skąd można je przegrać służy system Archie, który możemy używać przy pomocy specjalnego programu - klienta Archie. Za transmisję plików w Internecie odpowiedzialny jest protokół FTP (File Transfer Protocol), pozwala on na dwustronne przesyłanie plików pomiędzy połączonymi ze sobą maszynami i odpowiada za ich prawidłowe funkcjonowanie, np. formularze na internetowych stronach itp., których zawartość jest następnie wysyłana do serwera, dane te są przetwarzane przez odpowiedni program czy też skrypt na samym serwerze. Protokół FTP był zaprojektowany do następujących zastosowań: - do przesyłania, podtrzymania wspólnego używania plików (programy komputerowe lub dane); - do podtrzymania zdalnego używania komputerów; - do aktualizowania wersji programów na serwerach plików; - do dokładnej i skutecznej transmisji plików. Literatura 1. Krzysztof Pikoń, ABC Internetu, Helion, Maria Sokół, Internet. Przewodnik, Helion, INTERNET praktyczny przewodnik, Pascal,

9 Temat 2 (2 godziny): Sieci komputerowe. Typy i topologie sieci LAN. Zagadnienia tematyczne: A. Sprzęt sieciowy; B. Typy sieci; C. Topologie sieci LAN; Sieć lokalna (LAN Local Area Network) jest siecią przeznaczoną do łączenia ze sobą stanowisk komputerowych znajdujących się na małym obszarze. Umożliwia ona wymianę plików oraz komunikatów pomiędzy użytkownikami, współużytkowanie zasobów udostępnionych w sieci np. plików i drukarek, a także korzystanie z innych usług. Sieci, w których funkcje serwerów i stacji roboczych nie są sztywno rozdzielone, nazywane są sieciami peer-to-peer, co w pewnym stopniu określa równoważność współpracujących komputerów. Zagadnienie: 2.A Sprzęt sieciowy. W skład każdej dowolnej sieci komputerowej wchodzą, serwery, stacje robocze, karty sieciowe, kable oraz oprogramowanie sieciowe i użytkowe. Ponieważ współczesne produkty sprzętowe są zgodne z międzynarodowymi standardami, w tej samej sieci można wykorzystywać sprzęt różnych producentów. Serwery Serwery to urządzenia funkcjonalne i urządzenia fizyczne. Serwerem może być moduł oprogramowania działający na zwykłym komputerze biurowym, czarna skrzynka posiadająca na zewnątrz tylko gniazdko zasilające i gniazdko do sieci Ethernet, a także komputer wielkości sporej lodówki z wentylatorami i chłodzeniem cieczą. Serwery zazwyczaj wyspecjalizowane są w wykonywaniu określonych funkcji, na które wskazuje przymiotnik dołączany do ich nazwy. Wyróżnić więc można serwery plików, serwery wydruków, serwery aplikacji i inne. Jednym z podstawowych i dobrze znanych rodzajów serwerów jest serwer plików, który jest scentralizowanym mechanizmem składowania plików, z których korzystać mogą grupy użytkowników. Składowanie plików w jednym miejscu zamiast zapisywania ich w wielu różnych urządzeniach klienckich daje wiele korzyści, takich jak: - centralna lokalizacja -wszyscy użytkownicy korzystają z jednego, ustalonego magazynu współdzielonych plików, co nie wymusza wśród uzytkowników przeszukiwać wielu miejsc; - zabezpieczenie źródła zasilania - składowanie plików w centralnym serwerze umożliwia w celu utraty danych zastosowania urządzeń typu UPS" nieprzerywalnego podtrzymywania napięcia (ang. Uninterruptible. Power Supply); - zorganizowane archiwizowanie danych - składowanie udostępnianych plików w jednym, wspólnym miejscu znacznie ułatwia tworzenie ich kopii zapasowych; - szybkość - standardowy serwer stanowi dużo bardziej niż typowy komputerklient niezawodną i w pełni konfigurowalną platformę. Przekłada się to bezpośrednio na znaczną, w stosunku do sieci równorzędnej, poprawę wydajności odczytywania plików. Serwery wydruków to serwery używane do współdzielenia drukarek przez użytkowników sieci lokalnej. Za pośrednictwem serwera wydruków, można udostępnić jedna lub kilka drukarek każdemu użytkownikowi sieci. Każda drukarka przyłączona do serwera wydruków ma swoja własną listę kolejności, czyli kolejkę, która informuje o porządku, w jakim wszystkie żądania są tymczasowo zapisywane i czekają na wydrukowanie. Żądania zwykle przetwarzane 9

10 są w kolejności, w jakiej zostały otrzymane. Systemy operacyjne klientów, takie jak Windows 95 oraz Windows NT dla stacji roboczej (NT Workstation) firmy Microsoft umożliwiają udostępnianie (współdzielenie) drukarek. Równie często serwery służą jako centralne składy oprogramowania użytkowego, są to tzw. serwery aplikacji. Aby móc uruchomić określony program, klient musi nawiązać w sieci połączenie z takim serwerem. Aplikacja jest następnie uruchamiana, ale nie na komputerze-kliencie, lecz na rzeczonym serwerze. Serwery umożliwiające klientom pobieranie kopii programów do uruchomienia na komputerach lokalnych to serwery plików. Serwery aplikacji umożliwiają organizacji zmniejszenie kosztów zakupu oprogramowania użytkowego. Koszty nabycia i konserwacji jednej, wielodostępnej kopii programu są zwykle dużo niższe od kosztów nabycia i konserwacji kopii instalowanych na pojedynczych komputerach. Karty sieciowe Karta sieciowa, zwana także kartą adaptera LAN lub kartą interfejsu sieciowego (Network Interface Card NIC) instalowana jest w złączu rozszerzeń lub na płycie głównej (systemowej) komputera klasy PC. Każda karta NIC posiada własny, unikatowy w skali światowej adres fizyczny, znany jako adres MAC, przyporządkowany w momencie jej produkcji przez producenta, zazwyczaj umieszczony na stałe w jej pamięci ROM. Karta sieciowa dokonuje konwersji niskonapięciowego strumienia danych równoległych z komputera na mocniejszy strumień danych szeregowych w kablu sieciowym i odwrotnie (rys. 3). Rys. 3. Schemat karty sieciowej Do sterowania transmisją danych w kablu sieciowym karta sieciowa używa protokołów sterowania z dostępem do nośników. Wyróżniamy trzy rodzaje kart: wewnętrzne, zewnętrzne oraz PCMCIA. 10

11 Kable Skrętka nieekranowana (UTP Unshielded Twisted Pair). Kabel typu UTP (rys. 4) jest zbudowany ze skręconych z sobą par przewodów i tworzy linię zrównoważoną (symetryczną). Rys. 4. Nieekranowana skrętka dwużyłowa (Unshielded Twisted Pair UTP) Tego typu kabel jest powszechnie stosowany w sieciach informatycznych i telefonicznych, przy czym istnieją różne technologie splotu, a poszczególne skrętki mogą mieć inny skręt. Dla przesyłania sygnałów w sieciach komputerowych konieczne są skrętki kategorii 3 (10 Mb/s) i kategorii 5 (100 Mb/s), przy czym powszechnie stosuje się tylko tą ostatnią. Nieekranowana skrętka dwużyłowa to ekonomiczna alternatywa dla sieci Ethernet z kablem koncentrycznym i dla sieci Token-Ring. Skręcenie przewodów zapewnia ekranowanie od zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych. Nieekranowaną skrętkę dwużyłową zakańcza się zwykle modułowymi złączami RJ-45. Złącza używane ze skrętką UTP są tanie i przy odrobinie doświadczenia i odpowiedniej staranności łatwe w instalacji. W sieciach 10Base-T używa się tylko dwu par przewodów, pierwsza para wykorzystuje styki 1 i 2, a para druga styki 3 i 6. Nigdy nie ma tu potrzeby przekładania i krzyżowania par. W rzeczywistości należy uważać, aby nie pomieszać przewodów z różnych par, bo można w ten sposób utracić efekt ekranowania polem elektrycznym uzyskiwany przez skręcenie przewodów parami. Przy podłączaniu przewodów do wtyczki RJ-45 powszechnie używa się określonej kolejności ośmiu przewodów. Spośród kilku możliwych obecnie najbardziej popularne są: EIA/TIA (rys. 5), Lucent/AT&T 258A, 356A i standard 10Base-T. 11

12 Rys. 5. Standard EIA/TIA połączenia skrętki nieekranowanej UTP do wtyczki RJ-45 Skrętka foliowana (FTP Foiled Twisted Pair). Jest to skrętka ekranowana za pomocą folii z przewodem uziemiającym (rys. 6). Rys. 6. Ekranowana skrętka dwużyłowa (Shielded Twisted Pair STP) Przeznaczona jest głównie do budowy sieci komputerowych umiejscowionych w ośrodkach o dużych zakłóceniach elektromagnetycznych. Stosowana jest również w sieciach Gigabit Ethernet (1 Gb/s) przy wykorzystaniu wszystkich czterech par przewodów. Skrętka ekranowana STP różni się od skrętki FTP tym, że ekran jest wykonany w postaci oplotu i zewnętrznej koszulki ochronnej. Jej zastosowanie wzrasta w świetle nowych norm europejskich EMC w zakresie emisji EMI (ElectroMagnetic Interference). Poza wyżej wymienionymi można spotkać także hybrydy tych rozwiązań: FFTP każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel jest również pokryty folią. 12

13 SFTP każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel pokryty jest oplotem. Kabel współosiowy (koncentryczny). Składa się z dwóch przewodów koncentrycznie umieszczonych jeden wewnątrz drugiego, co zapewnia większą odporność na zakłócenia a tym samym wyższą jakość transmisji. Jeden z nich wykonany jest w postaci drutu lub linki miedzianej i umieszczony w osi kabla (czasami zwany jest przewodem gorącym), zaś drugi (ekran) stanowi oplot. Powszechnie stosuje się dwa rodzaje kabli koncentrycznych o impedancji falowej 50 i 75, przy czym te pierwsze stosuje się m.in. w sieciach komputerowych (rys. 7). Rys. 7. Kabel koncentryczny RG-8 Zastosowanie znalazły dwa rodzaje kabli koncentrycznych: - cienki Ethernet (Thin Ethernet) (sieć typu 10Base-2) kabel RG-58 o średnicy ¼ i dopuszczalnej długości segmentu sieci wynoszącej 185 m., stosowany nadal zwłaszcza tam, gdzie istnieje potrzeba połączenia na odległość większą niż 100 m. - gruby Ethernet (Thick Ethernet) (sieć typu 10Base-5) kable RG-8 i RG-11 o średnicy ½ i dopuszczalnej długości segmentu wynoszącej 500 m., nie stosowany obecnie, lecz można go spotkać jeszcze w bardzo starych sieciach. Oba kable mają impedancję falową 50. Należy dodać, że impedancja kabla jest ściśle związana z impedancją urządzeń do niego podłączonych. Nie można więc bezkarnie stosować w sieciach komputerowych np. telewizyjnego kabla antenowego (o impedancji falowej 75 ), gdyż wykonana w ten sposób sieć najprawdopodobniej nie będzie po prostu działać. Zalety kabla koncentrycznego: - jest mało wrażliwy na zakłócenia i szumy; - nadaje się do sieci z przesyłaniem modulowanym (szerokopasmowym); - jest tańszy niż ekranowany kabel skręcany. Obecnie kabel współosiowy jest stosowany tylko w bardzo małych sieciach (do 3-4 komputerów) stawianych możliwie najniższym kosztem. Wadą tego rozwiązania jest dosyć duża (w porównaniu z siecią na skrętce) awaryjność instalacji. Wykorzystywany jest również czasem do łączenia ze sobą skupisk stacji roboczych okablowanych w technologii gwiazdy zwłaszcza tam, gdzie odległość 13

14 koncentratorów od siebie przekracza 100 m i nie jest wymagane stosowanie prędkości wyższych niż 10 Mb/s. Kabel światłowodowy Transmisja światłowodowa polega na prowadzeniu przez włókno szklane promieni optycznych generowanych przez laserowe źródło światła. Ze względu na znikome zjawisko tłumienia, a także odporność na zewnętrzne pola elektromagnetyczne, przy braku emisji energii poza tor światłowodowy, światłowód stanowi obecnie najlepsze medium transmisyjne. Kabel światłowodowy składa się z jednego do kilkudziesięciu włókien światłowodowych. Medium transmisyjne światłowodu stanowi szkło krzemionkowe (światłowody kwarcowe) lub fluorkowe ewentualnie włókna plastikowe (światłowody polimerowe), wykonane z polimerów: PMMA (polimetakrylanu metylu), FP (fluoropolimerów) albo PS (polistyrenu). Rzadziej stosuje się światłowody ciekłokrystaliczne (fotoniczne) i półprzewodnikowe. Dla promieni świetlnych o częstotliwości w zakresie bliskim podczerwieni współczynnik załamania światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu, co powoduje całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna. Zewnętrzną warstwę światłowodu stanowi tzw. bufor wykonany zazwyczaj z akrylonu poprawiający elastyczność światłowodu i zabezpieczający go przed uszkodzeniami. Jest on tylko osłoną i nie ma wpływu na właściwości transmisyjne światłowodu (rys. 8). Rys. 8. Przekrój światłowodu Wyróżnia się światłowody jedno- oraz wielomodowe. Światłowody jednomodowe oferują większe pasmo przenoszenia oraz transmisję na większe odległości niż światłowody wielomodowe. Niestety koszt światłowodu jednomodowego jest wyższy. Zazwyczaj przy transmisji typu full-duplex stosuje się dwa włókna światłowodowe do oddzielnej transmisji w każdą stroną, choć spotykane są rozwiązania umożliwiające taką transmisję przy wykorzystaniu tylko jednego włókna. W porównaniu z przewodami miedzianymi kable światłowodowe mają wiele zalet, a w tym całkowitą niewrażliwość na zakłócenia elektryczne, małą średnicę, pozwalającą na bezproblemową instalację w kanałach budynku oraz możliwość szybkiej transmisji dużych ilości danych na znaczne odległości. Zagadnienie: 2.B Typy sieci. Typ sieci opisuje sposób, w jaki przyłączone do sieci zasoby są udostępniane. Zasobami mogą być klienci, serwery lub inne urządzenia, pliki itd.., które do klienta lub serwera są przyłączone Wśród sieci komputerowych rozróżnia się następujące typy sieci: - równorzędne (każdy-z-każdym); 14

15 - oparte na serwerach (klient-serwer); - mieszane. Sieć typu każdy-z-każdym obsługuje nieustrukturalizowany dostęp do zasobów sieci. Każde urządzenie w tego typu sieci może być jednocześnie zarówno klientem, jak i serwerem. Wszystkie urządzenia takiej sieci są zdolne do bezpośredniego pobierania danych, programów i innych zasobów. Innymi słowy, każdy komputer pracujący w takiej sieci jest równorzędny w stosunku do każdego innego - w sieciach tego typu nie ma hierarchii (rys. 9). Rys. 9. Typ sieci każdy-z-każdym Korzystanie z sieci równorzędnej daje wiele, przedstawionych poniżej korzyści: 1. Sieci typu każdy-z-każdym są w miarę łatwe do wdrożenia i w obsłudze. Są bowiem niczym więcej jak tylko zbiorem komputerów- klientów, obsługiwanych przez sieciowy system operacyjny umożliwiający udostępnianie równorzędne. Tworzenie sieci każdy-z-każdym wymaga jedynie dostarczenia i zainstalowania koncentratora (lub koncentratorów) sieci LAN, komputerów, okablowania oraz systemu operacyjnego pozwalającego na korzystanie z tej metody dostępu do zasobów. 2. Sieci typu każdy-z-każdym są bardzo tanie w eksploatacji. Nie wymagają one drogich i skomplikowanych serwerów dedykowanych, nad którymi należy roztaczać administracyjną opiekę i które trzeba klimatyzować. 3. Brak dedykowanych serwerów eliminuje również towarzyszące im wydatki związane z zatrudnianiem i szkoleniem pracowników, jak również z dodatkowymi kosztami tworzenia pomieszczeń klimatyzowanych wyłącznie dla serwerów. 4. Sieci typu każdy-z-każdym mogą być ustanawiane przy wykorzystaniu prostych systemów operacyjnych, takich jak Windows for Workgroups, Windows98 czy Windows NT. 5. Brak hierarchicznej zależności sprawia, że sieci każdy-z-każdym są dużo odporniejsze na błędy aniżeli sieci oparte na serwerach. Teoretycznie w sieci typu klient-serwer serwer jest pojedynczym punktem defektu. Pojedyncze punkty defektu są miejscami, których niesprawność spowodować może awarię całej sieci. W sieciach typu każdy-z-każdym uszkodzenie jednego komputera powoduje niedostępność jedynie przyłączonej do niego części zasobów sieci. Sieci każdy-z-każdym niosą ze sobą również ryzyko i ograniczenia. Niektóre z nich dotyczą sfer bezpieczeństwa, wydajności i administracji. Sieć każdy-z-każdym charakteryzuje się następującymi słabościami z zakresu bezpieczeństwa: 1. Użytkownicy muszą pamiętać wiele haseł, zwykle po jednym dla każdego komputera wchodzącego w skład sieci. 15

16 2. Brak centralnego składu udostępnianych zasobów zmusza użytkownika do samodzielnego wyszukiwania informacji. Niedogodność ta może być ominięta za pomocą metod i procedur składowania, przy założeniu jednak, że każdy członek grupy roboczej będzie się do nich stosować. 3. Bezpieczeństwo całej sieci jest tak chronione jej najsłabiej zabezpieczony w niej komputer. 4. Obciążenie czynnościami administracyjnymi w sieci każdy-z-każdym jest mniejsze niż w sieci klient-serwer, to jest ono rozłożone na wszystkich członków grupy. Jest to przyczyną powstawania niektórych problemów logistycznych. Najpoważniejszym jest nieskoordynowane i niekonsekwentne tworzenie kopii zapasowych danych oraz oprogramowania; Sieci typu każdy-z-każdym mają dwa główne zastosowania. Pierwsze - są one idealne dla małych instytucji z ograniczonym budżetem technologii informacyjnych i ograniczonymi potrzebami współdzielenia informacji. Drugie - to zastosowanie tego rodzaju sieci do ściślejszego współdzielenia informacji w ramach grup roboczych wchodzących w skład większych organizacji. Sieci oparte na serwerach wprowadzają hierarchię, która ma na celu zwiększenie sterowalności różnych funkcji obsługiwanych przez sieć w miarę, jak zwiększa się jej skala. Często sieci oparte na serwerach nazywa się sieciami typu klient-serwer (rys. 10). Rys. 10. Typ sieci klient-serwer W sieciach klient-serwer zasoby często udostępniane gromadzone są w komputerach odrębnej warstwy zwanych serwerami. Serwery zwykle nie mają użytkowników bezpośrednich. Są one raczej komputerami wielodostępnymi, które regulują udostępnianie swoich zasobów szerokiej rzeszy klientów. Sieci oparte na serwerach są dużo bezpieczniejsze niż sieci równorzędne, charakteryzują się większą wydajnością. Zwykle serwer cechuje się większą mocą przetwarzania, większą ilością pamięci i większym, szybszym dyskiem twardym niż komputer-klient. Dzięki temu żądania komputerów-klientów mogą być obsłużone lepiej i szybciej. Sieć serwerowa ma jedno tylko ograniczenie: zainstalowanie i obsługa tego rodzaju sieci kosztuje dużo więcej niż sieci typu każdy-z- każdym. Owa różnica w cenie wynika przede wszystkim z kosztów sprzętu i oprogramowania oraz kosztów obsługi sieci (potrzeba zatrudnienia wyszkolonego 16

17 pracownika specjalnie do administrowania i obsługi sieci). Ostatnią przyczyną wyższych kosztów sieci serwerowej jest większy koszt ewentualnego czasu przestoju. W sieci każdy-z-każdym wyłączenie lub uszkodzenie jednego komputera powoduje niewielkie jedynie zmniejszenie dostępnych zasobów sieci lokalnej. Natomiast w sieci lokalnej opartej na serwerze, uszkodzenie serwera może mieć znaczny i bezpośredni wpływ na praktycznie każdego uczestnika sieci. Powoduje to zwiększenie potencjalnego ryzyka użytkowego sieci serwerowej. Sieci mieszane to sieci będące mieszanką sieci równorzędnych (każdy-z-każdym) i serwerowych (opartych na serwerze). Przykładem tego rodzaju sieci jest sieć o architekturze serwerowej grupującej centralnie zasoby, które powinny być ogólnodostępne. W ramach takiej organizacji sieci, udostępnianie zasobów wewnątrz lokalnych grup roboczych może nadal odbywać się na zasadzie dostępu równorzędnego. Zagadnienie: 2.C Topologie sieci LAN. Topologia LAN określa sposób wzajemnego połączenia stacji w sieci. Rozróżnia się topologie fizyczne i logiczne. Topologia fizyczna określa sposób fizycznego połączenia stacji i urządzeń sieciowych. Topologia logiczna zaś sposób ich komunikacji między sobą. Wyróżnia się następujące najczęściej stosowane fizyczne topologie LAN: - magistrali (bus) wszystkie stacje robocze w sieci dołączone są do jednej wspólnej szyny (rys. 11), - pierścienia (ring) stacje sieciowe podłączone są do okablowania tworzącego pierścień. Topologię pierścienia stosuje się w technologiach Token Ring/IEEE i FDDI (rys. 12), - gwiazdy (star) kable sieciowe połączone są w jednym wspólnym punkcie, w którym znajduje się koncentrator lub przełącznik (rys. 13), - drzewiasta (tree) (hierarchiczna gwiazda) jest strukturą podobną do topologii gwiazdy z tą różnicą, że są tu możliwe gałęzie z wieloma węzłami, - mieszana stanowi połączenie sieci o różnych topologiach. Sieci LAN typu magistrala (Ethernet 10Base-2) Zbudowane są z wykorzystaniem kabla koncentrycznego o impedancji 50 RG-58 (tzw. cienki koncentryk). Długość jednego segmentu sieci (czyli od jednego końca do drugiego) nie powinna dla cienkiego koncentryka przekraczać 185 m (w pewnych warunkach zastosowanie dobrych kart sieciowych, dobrej jakości kabla oraz małym poziomie zakłóceń zewnętrznych możliwe jest osiągnięcie połączenia nawet na odległość do 300 m, lecz nie jest to zalecane, a tym bardziej objęte normami). Komputery są dołączone do kabla za pomocą trójników. Każdy segment sieci musi być ponadto na końcach wyposażony w terminatory o oporności przystosowanej do impedancji falowej kabla (powszechnie jest to 50 ). Prędkość połączenia jest ograniczona do 10 Mb/s zaś minimalna długość segmentu wynosi 0,5 m. Jeden segment nie powinien zawierać więcej, niż 30 komputerów ze względu na duży spadek wydajności sieci przy dalszym ich zwiększaniu. Zalety: - stosunkowo niski koszt instalacji w porównaniu z siecią zbudowaną w oparciu o skrętkę. Wady: - trudności w lokalizowaniu usterki zwłaszcza przy większej liczbie komputerów; - podłączenie nowego stanowiska wymaga rozpięcia kabla; - awaria lub rozpięcie kabla skutkuje unieruchomieniem całego segmentu sieci; - niezawodność jest niższa, niż sieci opartych na skrętce; - prędkość przesyłu danych ograniczona do 10 Mb/s. 17

18 S D Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Rys. 11. Topologia magistrali Sieci LAN typu pierścień Pierwszą topologią pierścieniową była topologia prostej sieci równorzędnej. Każda przyłączona do sieci stacja robocza ma w ramach takiej topologii dwa połączenia: po jednym do każdego ze swoich najbliższych sąsiadów. Połączenie takie musiało tworzyć fizyczną pętlę, czyli pierścień. Dane przesyłane były wokół pierścienia w jednym kierunku. Każda stacja robocza działała podobnie jak wzmacniak, pobierając i odpowiadając na pakiety do niej zaadresowane, a także przesyłając dalej pozostałe pakiety do następnej stacji roboczej wchodzącej w skład sieci. Pierwotna, pierścieniowa topologia sieci LAN umożliwiała tworzenie połączeń równorzędnych między stacjami roboczymi. Połączenia te musiały być zamknięte; czyli musiały tworzyć pierścień. Korzyść płynąca z takich sieci LAN polegała na tym, że czas odpowiedzi był możliwy do ustalenia. Im więcej urządzeń przyłączonych było do pierścienia, tym dłuższy był ów czas. Ujemna strona tego rozwiązania polegała na tym, że uszkodzenie jednej stacji roboczej najczęściej unieruchamiało całą sieć pierścieniową. Rys. 12. Topologia pierścienia 18

19 SD Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Sieci LAN typu gwiazda (Ethernet - 10Base-T, Fast Ethernet - 100Base-TX) Jest powszechnie stosowana ze względu na dużo mniejszą awaryjność, niż sieć zbudowana w oparciu o kabel koncentryczny. Długość kabla od koncentratora do komputera nie powinna przekraczać 100 m. Praktyka dowodzi jednak, że sieć 10Base-T działa w sprzyjających warunkach do około 150 metrów zaś 100Base-TX do około 120 metrów (przy zastosowaniu dobrej jakości kart sieciowych i dobrego kabla, jego ekranowania oraz niskich zakłóceniach zewnętrznych). Należy jednak pamiętać, że w obu przypadkach przekroczona jest norma długości i nie należy robić takich rzeczy w zastosowaniach profesjonalnych. Zalety: - łatwa instalacja (standardowo instalowane w nowych budynkach); - duża niezawodność; - awaria bądź rozpięcie kabla powoduje tylko odcięcie jednego stanowiska; - stosunkowa łatwość lokalizacji usterki. Wady: - ograniczona długość odcinków kabla z uwagi na małą odporność na zakłócenia; - większy koszt instalacji niż w przypadku kabla koncentrycznego. Sieć 100Base-TX jest (podobnie, jak 10Base-T) oparta o transmisję przy wykorzystaniu dwóch par skrętki. Pozostałe dwie nie są wykorzystywane aczkolwiek nie zaleca się ich stosowania do innych celów (np. podłączenia jeszcze jednego komputera) ze względu na możliwość powstania zakłóceń pomiędzy liniami. W 1999 roku został ostatecznie zdefiniowany przez normę IEEE 802.3ab standard 1000Base-T umożliwia on transmisję z szybkością 1000 Mb/s przez skrętkę kategorii 5 na odległość do 100 m. Rys. 13. Topologia gwiazdy Połączenia w sieci LAN o małych rozmiarach i topologii gwiazdy rozchodzą się z jednego wspólnego punktu. Każde urządzenie przyłączone do takiej sieci może inicjować dostęp do nośnika niezależnie od innych przyłączonych urządzeń. Topologie gwiazdy stały się dominującym we współczesnych sieciach LAN rodzajem topologii. Są one elastyczne, skalowalne i stosunkowo tanie w porównaniu z bardziej skomplikowanymi sieciami LAN o ściśle regulowanych metodach dostępu. 19

20 Gwiazdy przyczyniły się do dezaktualizacji magistral i pierścieni, formując tym samym podstawy pod ostateczną (obecnie przynajmniej) topologię sieci LAN -topologię przełączaną. Literatura 1. Mark Sportach, Sieci komputerowe. Księga Eksperta, Helion, Andrew S. Tanenbaum, Sieci komputerowe, Helion, Peter Kuo, John Pence, Sieci komputerowe oparte na Windows NT i 98, Helion,