SIECI KOPMPUTEROWE I TECHNOLOGIE INTERNETOWE (SKiTI) Wprowadzenie, historia, podstawowe pojęcia

Transkrypt

1 SIECI KOPMPUTEROWE I TECHNOLOGIE INTERNETOWE (SKiTI) Wykład 2 Wprowadzenie, historia, podstawowe pojęcia Opracowanie: dr inż. Jarosław Tarnawski dr inż. Tomasz Rutkowski Katedra Inżynierii Systemów Sterowania Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Kierunek: Automatyka i Robotyka Studia stacjonarne I stopnia: rok I, semestr II 1

2 Plan Wykładu Wprowadzenie do tematyki sieci komputerowych: o społeczeństwo informacyjne, o czym jest sieć komputerowa, o historia i tempo rozwoju sieci komputerowych, Podstawowy podział sieci komputerowych ze względu na: o ośrodek transmisji (przewodowe, bezprzewodowe), o dostępność (Internet, Intranet), o rozległość sieci (LAN, WAN, MAN), Topologie sieci komputerowych: o przykładowe topologie fizyczne, o przykładowe topologie logiczne.. 2

3 Społeczeństwo informacyjne 3

4 Społeczeństwo informacyjne terminem tym określa się społeczeństwo, w którym towarem staje się informacja traktowana jako szczególne dobro niematerialne, równoważne lub cenniejsze nawet od klasycznych dóbr materialnych. Przewiduje się rozwój usług związanych z 3xP: przechowywanie, przesyłanie, przetwarzanie informacji. 4

5 Rozwój społeczeństwa informacyjnego obejmuje: pełną liberalizację rynku, rozległą infrastrukturę telekomunikacyjną, spójne i przejrzyste prawodawstwo, nakłady finansowe na badania i rozwój, nieskrępowany dostęp do sieci wszystkich operatorów, szeroki i tani dostęp do Internetu, publiczny dostęp do informacji, umiejętność wymiany danych bez względu na odległość, wysoki odsetek zatrudnienia w usługach. 5

6 Sieć Komputerowa 6

7 Sieci Drogowe, Lotnicze, Kolejowe Komórkowe (telefoniczne), Pocztowe, Kurierskie Wodociągowe, Kanalizacyjne, Energetyczne Stacje paliw, serwis, obsługi klienta Handlowe, Spożywcze, Hotelarskie Prasowe, Radiowe, TV Rybackie, na motyle, biologiczne - pająki Sieci umożliwiają: przemieszczać się, wymieniać informacje, przedmioty, zaopatrywać i odprowadzać, pozyskiwać, integrować, standaryzować, łapać, pokrywać pewien obszar ;) Zasięg sieci: lokalne, krajowe ale również ponadnarodowe, ponadkulturowe, ponadreligijne globalne i uniwersalne, powszechnie znane 7

8 Sieć Komputerowa Sieć komputerowa to połączone ze sobą dwa lub większa liczba urządzeń mikroprocesorowych (hostów/komputerów) w celu wymiany danych i współdzielenia zasobów (wzajemne komunikowanie się) 8

9 Sieć Komputerowa Zasoby współdzielone w sieci komputerowej to np.: oprogramowanie sprzęt: drukarki sieciowe, skanery magazyny dyskowe centralne lub rozproszone bazy danych moce obliczeniowe Możliwości sieci komputerowej to np.: wymiana danych, informacji udostępnianie zasobów wielodostęp praca grupowa praca zdalna 9

10 Podstawowe usługi sieciowe Witryny internetowe (ang. WWW-World Wide Web) informacja, reklama, bankowość, etc. Poczta elektroniczna (ang. ) prywatna, korporacyjna Komunikatory (ang. messengers) przeznaczone do krótkich rozmów tekstowych Grupy dyskusyjne (ang. newsgroups), fora internetowe i serwisy społecznościowe (ang. social networking service) uporządkowane tematycznie formy dyskusji, wymiany opinii, wiadomości, zdjęć Transmisje strumieniowe (ang. Stream media) dźwięk, obraz, ciągłe relacje tekstowe Udostępnianie plików dokumentacja, ebooki, muzyka, filmy, grafika Udostępnianie przestrzeni dyskowych archiwizacja, dokumentacja Wynajmowanie mocy obliczeniowych 10

11 Historia - sieci komputerowe, Internet, Ethernet 11

12 Historia sieci komputerowe, Internet, Ethernet Lata 40te XX wieku powstają pierwsze komputery, bezpośredni dostęp do nich mają programiści w specjalnych budynkach, pomieszczeniach gdzie znajdują się te komputery Lata 50te XX wieku powstaje pierwszy układ scalony, postępująca miniaturyzacja, rozwój systemów operacyjnych i języków programowania wysokiego poziomu Lata 60te XX wieku, wzrasta liczba komputerów, komputery znajdują się nadal w specjalnych budynkach, możliwy jest jednak do nich dostęp poprzez terminale tekstowe 12

13 Historia sieci komputerowe, Internet, Ethernet Powstanie w 1958 roku ARPA (ang. Advanced Research Project Agency), której zadaniem było obserwowanie i wspieranie inicjatyw powstających na uczelniach w USA, które miały szczególne znaczenie dla obronności USA Lata 70te XX wieku rozwój wielu technologii firmowych, rozwój branży komputerów osobistych (niepewny) Lata , na Uniwersytecie Hawajskim powstaje prekursor sieci Ethernet w postaci sieć komputerowej Aloha opartej o komunikację radiowa Lata prace nad Ethernetem zakończone patentem numer w 1977 pod nazwą: Multipoint Data Communication System With Collision Detection Rok 1980 powstaje specyfikacja Ethernetu v1.0 (Digital-Intel-Xerox Ethernet - 10Mbps ) Rok 1982 powstaje specyfikacja Ethernetu v2.0 Lata 80te w USA istnieje już rozbudowana struktura łącząca sieci uczelniane 13

14 Historia sieci komputerowe, Internet, Ethernet Rok 1985 komisja bazując na DIX opublikowała standard IEEE pod nazwą: IEEE Carrier Sense Multiple Access witch Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Lata 90te pojawia się pojęcie Internet, oznaczające połączone sieci uczelniane wykonane w różnych technologiach, co wynikało z ich różnego rozwoju w czasie Lata 90te opracowano całą gamę standardów uwzględniających bieżący stan rozwoju technologii w zakresie przesyłania sygnałów, wprowadzenie skrętki, światłowodu (rozwój Ethernet: 100Mb, 1Gb, 10Gb i 100Gb) W 1990 roku gdy ARPA Net zaczęła się gwałtownie rozrastać zmieniono jej nazwę na INTERNET Sieć ARPA Net jest bezpośrednim przodkiem Internetu obecnie jest oddzielona od cywilnego Internetu 14

15 Sieci Komputerowe historia Jeden z pierwszych rysunków przedstawiających ideę działania sieci Ethernet wykonany w 1976 roku przez dra Roberta M. Metcalfe a. 15

16 Rozwój Sieci Komputerowych 16

22 Podstawowy podział sieci komputerowych 22

23 Podział sieci ze względu na...ośrodek transmisji: przewodowe bezprzewodowe 23

24 Podział sieci ze względu na ośrodek transmisji przewodowe kabel miedziany koncentryczny skrętka światłowód 24

25 Podział sieci ze względu na ośrodek transmisji bezprzewodowe fale radiowe mikrofale podczerwień ultradźwięki światło laserowe 25

26 Podział sieci ze względu na dostępność : Internet Nazywana siecią wszystkich sieci łączy wiele sieci różnego typu (sieci heterogeniczne) Intranet Sieci korporacyjne, często odłączone od innych sieci (Internetu), rozległość determinowana przez organizację, korporację użytkownika intranetu 26

27 Podział sieci ze względu na rozległość: WAN (ang. Wide Area Network) Sieci rozległe łączące miasta, kraje, kontynenty MAN (ang. Metropolitan Area Network) Sieci miejskie, aglomeracyjne LAN (ang. Local Area Network) Sieć lokalna najczęściej ograniczona do jednego budynku lub grupy budynków (kampusu) PAN (ang. Personal Area Network) Sieci osobiste, domy, niewielkie biura 27

28 Wizualizacja części światowej sieci szkieletowej Mapa części Internetu oparta o stan z 15 stycznia 2005 ( opte.org). Każda linia wytyczona jest między dwoma węzłami, reprezentującymi dwa adresy IP. Długość linii wskazuje na opóźnienie między tymi węzłami. Wykres reprezentuje niecałe 30% sieci klasy C osiągalnej przez programy zbierające dane na początku 2005 roku. 28

29 Orientacyjna mapa pierwszej europejskiej sieci szkieletowej Ebone Pierwsza w Europie światłowodowa sieć szkieletowa IP. Stan 2001 rok. Sieć działała od 1992 do 2002 roku. 29

30 GÉANT, superszybka ogólnoeuropejska komputerowa sieć badawczo-naukowa Stan:

34 Sieć NASK w Polsce pionier sieci WAN w Polsce Sieć NASK-WAN ma 43 węzły, dzięki którym klienci z całego kraju mogą dołączyć się do Internetu oraz skorzystać z oferowanych przez NASK usług. Sieć połączona jest z zagranicą przez Szwecję łączem o maksymalnej przepustowości 155 Mb/s (przy czym całe to pasmo nie jest wykorzystywane), zaś wewnątrz kraju możliwe są transmisje do 34 Mb/s. Stan na 1999r 34

35 Sieć NASK w Polsce pionier sieci WAN w Polsce Sieć rozległa NASK-WAN to kilkadziesiąt węzłów rozlokowanych w miastach całej Polski. Jej połączenie z sieciami globalnymi zapewniają między innymi dwa łącza międzynarodowe o sumarycznej przepustowości 2 Gbps. Sieć NASK-WAN zapewnia prędkość transmisji danych do 1 Gbps, co gwarantuje brak ograniczeń wewnętrznych. Stan na 2013r 35

36 Sieć PIONIER Sieć PIONIER to ogólnopolska szerokopasmowa sieć optyczna stanowiąca bazę dla badań naukowych i prac rozwojowych w obszarze informatyki i telekomunikacji, nauk obliczeniowych (gridy, itp.), aplikacji oraz usług dla społeczeństwa informacyjnego. Wybudowana w całości ze środków KBN, w chwili obecnej łączy 21 ośrodków Miejskich Sieci Akademickich i 5 Centrów Komputerów Dużej Mocy za pomocą własnych łączy światłowodowych. PIONIER jest pierwszą w Europie krajową siecią akademicką wykorzystującą własne światłowody z technologią DWDM i transmisją 10GE. 36

37 Sieć TASK 37

38 Topologie sieci komputerowych 38

39 Topologia sieci to: zbiór zasad fizycznego łączenia elementów sieci oraz reguł komunikacji poprzez medium transmisyjne w zależności od zastosowanej topologii sieci stosuje się konkretne specyfikacje dotyczące kabli, złączy oraz standardów komunikacji 39

40 Topologia fizyczna: to opis sposobów fizycznego łączenia (np. elektrycznego) ze sobą elementów sieci (np. komputerów) Topologia logiczna: to definicje standardów komunikacji, które umożliwiają bezbłędną wymianę danych pomiędzy elementami sieci topologia fizyczna jest bezpośrednio powiązana z topologią logiczna 40

41 Przykładowe topologia fizyczne: topologia magistrali topologia pierścienia topologia gwiazdy topologia podwójnego pierścienia topologia siatki topologia hierarchiczna 41

42 Topologia magistrali inaczej szynowa (ang. bus) Wszystkie komputery podłączone są do jednej magistrali - zazwyczaj kabla koncentrycznego. Zalety: małe użycie kabla brak dodatkowych urządzeń (koncentratory, przełączniki) niska cena sieci łatwość instalacji awaria pojedynczego komputera nie powoduje unieruchomienia całej sieci Wady: trudna lokalizacja usterek tylko jedna możliwa transmisja w danym momencie potencjalnie duża ilość kolizji awaria głównego kabla powoduje unieruchomienie całej sieci słaba skalowalność niskie bezpieczeństwo 42

43 Topologia pierścienia (ang. ring) Komputery połączone są za pomocą jednego nośnika informacji w układzie zamkniętym - okablowanie nie ma żadnych zakończeń (tworzy krąg). Sygnał wędruje w pętli od komputera do komputera, który pełni rolę wzmacniacza regenerującego sygnał i wysyłającego go do następnego komputera. Metoda transmisji danych w pętli nazywana jest przekazywaniem żetonu dostępu. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci na transmisję danych w sieci. Każda sieć posiada tylko jeden żeton dostępu. Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony komputer adresat pakietu. Następnie komputer odbierający wysyła komunikat do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci. Zalety: małe zużycie przewodów możliwe wysokie osiągi determinizm dostępu do łącza Wady: awaria pojedynczego przewodu lub komputera powoduje przerwanie pracy całej sieci złożona diagnostyka sieci trudna lokalizacja uszkodzenia 43 trudna rozbudowa

44 Topologia gwiazdy (ang. star) Komputery połączone są w jednym wspólnym punkcie, w którym znajduje się koncentrator lub przełącznik. Topologia gwiazdy zawiera serwer i łączący do niego pozostałe elementy sieci hub (koncentrator). Większość zasobów znajduje się na serwerze, którego zadaniem jest przetwarzać dane i zarządzać siecią. Pozostałe elementy tej sieci nazywamy terminalami korzystają one z zasobów zgromadzonych na serwerze. Same zazwyczaj mają małe możliwości obliczeniowe. Zadaniem huba jest nie tylko łączyć elementy sieci, ale także rozsyłać sygnały, a także wykrywać kolizje w sieci. Nadawane przez hub sygnały samoczynnie znikają. Zalety: Duża skalowalność Łatwa rozbudowa Uszkodzenie jednej stacji lub jednego kabla nie przerywa pracy całej sieci HUB/SWITCH Wady: Potrzeba dodatkowego sprzętu sieciowego (hub) Uszkodzenie koncentratora 44 unieruchamia całą sieć

45 Topologia podwójnego pierścienia Topologia podwójnego pierścienia - składa się z dwóch pierścieni o wspólnym środku (dwa pierścienie nie są połączone ze sobą). Topologia podwójnego pierścienia jest tym samym co topologia pierścienia, z tym wyjątkiem, że drugi zapasowy pierścień łączy te same urządzenia. Innymi słowy w celu zapewnienia niezawodności i elastyczności w sieci, każde urządzenie sieciowe jest częścią dwóch niezależnych topologii pierścienia. Dzięki funkcjom tolerancji na uszkodzenia i odtwarzania, pierścienie można przekonfigurować tak, żeby tworzyły jeden większy pierścień, a sieć mogła funkcjonować w przypadku uszkodzenia medium. Jest to topologia NADMIAROWA. 45

46 Topologia siatki Używana jest wtedy, gdy zapewniona jest komunikacja bez żadnych przerwań. W topologii siatki każdy host ma własne połączenia z wszystkimi pozostałymi hostami. Siatka częściowa jest zastosowana w schemacie Internetu, gdzie istnieje wiele ścieżek do dowolnego miejsca, chociaż nie ma tu połączeń miedzy wszystkimi hostami. Topologia NADMIAROWA Zalety: wiele ścieżek połączeń Wady: duża ilość kabla 46

47 Topologia hierarchiczna (drzewa) Urządzenia aktywne określają dostęp do sieci i jej usług. HUB/SWITCH Zaletami topologii drzewa są: łatwość rozbudowy oraz ułatwienie lokalizacji HUB/SWITCH HUB/SWITCH HUB/SWITCH uszkodzeń. Wadą jest zależność pracy sieci od głównej magistrali. 47

48 Przykładowe topologia logiczne (zdefiniowane przez IEEE): IEEE Mb Ethernet IEEE 802.3u 100 Mb Ethernet IEEE 802.3x Full Duplex Ethernet IEEE 802.3z 1 Gb Ethernet IEEE Token Ring IEEE Wireless LAN IEEE VG-AnyLAN IEEE Cable Modem IEEE Wireless PAN IEEE Broadband Wireless Access (WiMAX) 48

49 Bibliografia [1] Sieci komputerowe i intersieci, Douglas E. Comer, WNT, 2000 [2] Sieci komputerowe, Andrew S. Tanenbaum, Helion, 2004 [3] Wydanie specjalne miesięcznika NetWorld Vademecum Teleinformatyka - Sieci komputerowe, Indeks ; ISSN , Czerwiec 1998 [4] Ethernet sieci, mechanizmy, Krzysztof Nowicki, Infotech,

50 Dziękuję za uwagę 50