Sieci komputerowe. D.E. Comer Sieci komputerowe i intersieci WNT,

Transkrypt

1 Sieci komputerowe D.E. Comer Sieci komputerowe i intersieci WNT,

2

3 Sieci - początki Lata 60e XX w. ARPANET - połączenie uniwersytetów oraz innych jednostek realizujących projekty dla armii. Wzajemny dostęp do mocy obliczeniowej. Rodzina protokołów TCP/IP (UNIX) - sieć ARPANET objęła lokalne sieci komputerowe zainstalowane w uniwersytetach stanowych. Na Uniwersytecie Hawajskim - protokół ETHERNET, który z czasem stał się niemal jedynym protokołem komunikacyjnym we wszystkich sieciach lokalnych.

4 Sieci - początki Komputery osobiste - lawinowy wzrost zapotrzebowania na stworzenie metody komunikacji. Duże ośrodki - komunikacja na niewielkim obszarze, a łączność między centrami pojedyncze i stosunkowo drogie łącza telekomunikacyjne. Latach 80tych XX w. - łączność modemowa wykorzystująca łącza klasycznej sieci telefonicznej.

5 BBS Stworzono specjalne centra zwane BBS ami (Bulletin Boards) - punkty kontaktowe, za pomocą których można było wymieniać wiadomości i pliki. Niski koszt instalacji i utrzymania oraz tani dostępu (wiadomości tekstowe krótki czas połączenia). Jednocześnie z BBS em mogło połączyć się tylu użytkowników ile było linii telefonicznych; każde połączenie = modem; numer był z innej strefy - większy koszt.

6

7 Sieci lokalne Standardy sieci lokalnych - gwarancje kompatybilności sprzętowej i chroniło inwestycje; sieciowy system operacyjny z centralnym serwerem plików (centralne zarządzenie siecią i jej zasobami). Mniejsze firmy - sieci równorzędne, wszystkie komputery były serwerami i klientami. W obu przypadkach medium łączącym wszystkie elementy systemu w całość była ta sama sieć komputerowa.

8

9 Internet Latach 80tych XX w. opracowywano podstawowe standardy dotyczące lokalnych sieci komputerowych w Stanach Zjednoczonych istniała już rozbudowana, ogólnokrajowa struktura. Różne technologie, w zależności od momentu powstania danego fragmentu sieci. Pojęcie internet - zbiór połączonych sieci komputerowych. W 1990 roku, gdy sieć ARPANET zaczęła się gwałtownie rozrastać zmieniono jej nazwę na Internet.

10

11

12 WAN Sieci rozległe (WAN) - długie połączenia zlokalizowane na dużym obszarze (województwo, kraj) Realizacja połączeń na ogół związana jest z niską przepustowością i stosowaniem interfejsów szeregowych. Łączność w pełnym lub ograniczonym wymiarze czasowym.

13 LAN Sieci lokalne (LAN) - zlokalizowane na stosunkowo niewielkim obszarze np. jeden budynek lub piętra. Krótkie łącza (do ok. 100m) o wysokiej przepustowości lub rozwiązania oparte na technice radiowej. Wysoka niezawodność działania.

14 Sieci kampusowe Uniwersytety - łączenie poszczególnych, wewnętrznych sieci lokalnych łączami charakterystycznymi dla technik stosowanych w budowie lokalnych sieci. Względy praktyczne i ekonomiczne - sieci lokalne zwykle znajdują się na stosunkowo niewielkim obszarze o bardzo rozwiniętej infrastrukturze technicznej; charakter działalności (potrzeby i rygory bezpieczeństwa) pozwalają, z drugiej wymagają dużej swobody w konfiguracji sieci.

15 MAN Sieci metropolitalne (MAN) przypominają budową zarówno sieci kampusowe jak i sieci rozległe. Sieć szkieletowa łączy wiele sieci lokalnych znajdujących się w obrębie aglomeracji miejskiej za pomocą łączy typowych dla sieci rozległych; łączenie indywidualnych komputerów do Internetu. Względy formalne oraz względy bezpieczeństwa sprawiają, że połączenia te mają na ogół charakter typowy dla sieci rozległych.

16

17 PAN Sieci prywatne (PAN) - stosowane głównie w domach i niewielkich biurach; niewielki zasięg (do ok. 10m) i duża różnorodność mediów: Skrętka; komunikacja bezprzewodowa; WLAN; BlueTooth; podczerwień Główny cel istnienia takiej sieci, to komunikacja pojedynczego komputera z Internetem, łączenie do komputera urządzeń peryferyjnych, urządzeń typu laptop, palmtop, telefon komórkowy, telefony VoIP.

18

19

20 Topologia magistrali Topologia magistrali - wszystkie urządzenia podłączone są do jednego, współdzielonego medium fizycznego (zazwyczaj kabel koncentryczny). Lokalne sieci komputerowe. Niska cena - małe zużycie kabli i brak urządzeń pośredniczących; łatwość instalacji. Wadą są ograniczenia związane z rozbudową sieci i wrażliwość na awarię. Przerwanie magistrali w jednym miejscu oznacza awarię całej sieci.

21

22 Topologia pierścienia Bezpośrednie łączenie urządzeń. Głównie do budowy lokalnych sieci komputerowych. Przekazywanie żetonu dostępu. Oprócz tego, każde urządzenie pełni rolę regeneratora sygnału. Niska cena; różne media transmisyjne. Wady - ograniczenia i utrudnienia związane z rozbudową i konserwacją sieci. Uszkodzenie jednego z urządzeń lub łączy oznacza przerwę w pracy całej sieci.

23

24 Topologia podwójnego pierścienia. Urządzenia połączone są podwójnymi łączami, co pozwala na zachowanie transmisji w obszarach ograniczonych punktami awarii. Uszkodzenie w jednym punkcie - sieć zachowuje możliwość działania w pełnym zakresie. Sieci szkieletowe, sieci kampusowe i metropolitalne.

25

26 Topologia gwiazdy Wszystkie urządzenia połączone są w jednym wspólnym punkcie - urządzenie pośredniczące (koncentrator). Zaleta - przejrzystość konstrukcji i odporność całej sieci na awarię zarówno urządzeń jak i łączy. Wada - wysoki koszt okablowania oraz dodatkowy koszt związany z obecnością koncentratora. Podstawowa topologia LAN - zalety okazały się silniejsze od wad, a rosnąca popularność spowodowała obniżenie kosztów.

27

28 Topologia rozszerzonej gwiazdy. Zalety i wady jak w topologii gwiazdy. Stosowana jest głównie w przypadku rozbudowanych sieci lokalnych oraz sieci kampusowych.

29

30 Topologia hierarchiczna Podobna do topologii rozszerzonej gwiazdy jednak różni się co do sposobu działania. Urządzenia aktywne oprócz regeneracji sygnału pełnią rolę urządzeń sterujących dostępem do sieci.

31

32 Topologia siatki Typowa dla sieci metropolitalnych i sieci rozległych. Każde urządzenie połączone jest z więcej niż jednym urządzeniem. Stosowane w celu zapewnienia redundantnych połączeń między wszystkimi urządzeniami.

33

34 Model warstwowy (Open System Interconnection) Dla każdej warstwy zdefiniowano interfejsy do warstw sąsiednich. Porządkuje reguły konstrukcji i upraszcza proces projektowania sieci, który w pewnym sensie także uległ rozbiciu na warstwy. Zalety: podział procesu komunikacji sieciowej na mniejsze elementy; utworzenie standardów składników sieci; wyeliminowanie wpływu zmian wprowadzonych w jednej warstwie na inne; podział procesu komunikacji na mniejsze składowe, co pozwala na łatwiejsze jego zrozumienie.

35

36 Warstwa fizyczna Zadaniem warstwy fizycznej jest transmitowanie sygnałów cyfrowych pomiędzy urządzeniami sieciowymi. Jednostka informacji - bit. Parametry to właściwości fizyczne łącza takie jak częstotliwości, napięcia, opóźnienie, długość, zniekształcenia, poziom zakłóceń, itp.

37

38 Warstwa łącza danych Główne zadanie - sterowanie dostępem do medium. Jednostka informacji - ramka składająca się z bitów o ściśle określonej strukturze zawierająca adresy nadawcy i adresata. Adresacja urządzeń dowolna. Warstwa wyposażona jest w mechanizm kontroli poprawności transmisji.

39

40 Warstwa sieci Komunikacja pomiędzy hostami znajdującymi się w różnych sieciach lokalnych. Dwa mechanizmy: jednolita adresacja urządzeń w całej sieci oraz routing. Jednostka informacji - pakiet o ściśle określonej strukturze zawierający oprócz danych, adresy: nadawcy i odbiorcy pakietu. Nie gwarantuje niezawodności; wyposażona jest w mechanizmy monitorowania transmisji, co pozwala na identyfikację przyczyn uniemożliwiających komunikację.

41

42 Warstwa transportowa Odpowiedzialna jest za niezawodne przesyłanie danych między urządzeniami. Posiada mechanizmy umożliwiające inicjację, utrzymanie i zamykanie połączenia między urządzeniami, sterowanie przepływem danych oraz wykrywanie błędów transmisji.

43

44 Warstwa sesji Zarządza komunikacją między aplikacjami działającymi na danym hoście, a aplikacjami działającymi na innych hostach. Zawsze występuje sytuacja, gdy liczba aplikacji korzystających z sieci jest większa od liczby fizycznych interfejsów sieciowych.

45

46 Warstwa prezentacji Konwertuje dane pod względem formatu oraz struktury aby interpretacja tych danych była jednakowa na urządzeniu wysyłającym i odbierającym. Różnice między platformami sprzętowymi, na których działają komunikujące się aplikacje.

47

48 Warstwa aplikacji Zapewnienia dostęp do usług sieciowych procesom aplikacyjnym, działającym na danym urządzeniu.

49

50 Model komunikacji Model komunikacji - komunikacja równorzędna (peer-to-peer). W procesie przesyłania danych między dwoma hostami, każda warstwa sieciowa jednego hosta komunikuje się z odpowiadającą jej warstwą drugiego hosta. Komunikacja odbywa się poprzez wymianę jednostek informacji PDU (Protocol Data Unit).

51

52

53 Enkapsulacja Wędrówce danych między warstwami towarzyszy proces enkapsulacji (opakowania) jeżeli dane przekazywane są w dół stosu oraz proces dekapsulacji (rozpakowania), gdy dane przekazywane są w kierunku przeciwnym.

54 Protokół Zestaw reguł opisujący procesy związane z komunikacją (między warstwami komunikujących się urządzeń i warstwami sąsiednimi danego urządzenia). Protokoły określają wszystkie aspekty komunikacji w sieci: budowę sieci fizycznej, sposoby łączenia komputerów z siecią, sposoby formatowania danych do transmisji, sposoby wysyłania danych, sposoby obsługi błędów; Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) i inne.

55

56 TCP/IP Rodziny protokołów TCP/IP zaimplementowane zostały w sieci ARPANET oraz w systemach UNIX owych. Z czasem, w celu zachowania jednolitego modelu komunikacji w całym Internecie rodzina protokołów TCP/IP stała się także podstawowym standardem wykorzystywanym w sieciach lokalnych.

57

58 TCP/IP Model TCP/IP składa się z czterech warstw: TCP/IP zapewnia interfejs do warstwy dostępu do sieci traktując ją jako monolit (odpowiada warstwie fizycznej oraz łącza danych) Warstwa internetu odpowiada warstwie sieci w pełnym zakresie funkcjonalności. Warstwa transportowa - dodatkowo zajmuje się podstawowymi aspektami związanymi z zarządzaniem sesjami aplikacyjnymi.

59 Urządzenia sieciowe Urządzenia bierne: kable, koncentratory bierne. Elementy aktywne: huby, mosty, przełączniki routery, konwertery, modemy, punkty dostępowe sieci bezprzewodowych. Urządzenia końcowe: stacje robocze, serwery, drukarki, terminale, inne sieciowe urządzenia peryferyjne.

60

61 Urządzenia aktywne Regeneracja sygnału lub łączenie różnych rodzajów mediów (huby, konwertery, modemy). Bardziej skomplikowane urządzenia (mosty, przełączniki, routery) posiadają znacznie więcej funkcjonalności (separacja, sterowanie, monitorowanie czy filtrowanie). Obecnie wykorzystywane są przełączniki wyposażone w moduł routera; natomiast routery stosuje się głównie na styku sieć wewnętrzna/internet. Sieci bezprzewodowe - urządzenia pełniące rolę punktów dostępowych.

62

63

64 Modem DSL Zewnętrzny modem DSL (Digital Subscriber Line), stosowany do podłączania domowych lub firmowych sieci komputerowych do Internetu. Dzierżawione linie telefoniczne lub sieć telewizji kablowej.

65

66 Konwerter Mediakonwerter umożliwiający łączenie dwóch urządzeń, wyposażonych w interfejsy sieciowe dostosowane do różnego rodzaju mediów: skrętka/światłowód, kabel koncentryczny/skrętka, kabel koncentryczny/światłowód, złącze AUI (Attachment Unit Interface, 15 pinów)/ (skrętka albo kabel koncentryczny, albo światłowód). Mediakonwertery stosowane są najczęściej do łączenia dwóch odległych urządzeń za pomocą linii światłowodowych.

67

68 Koncentrator Koncentrator (hub) - urządzenie łączące wiele urządzeń sieciowych w sieci komputerowej o topologii gwiazdy. Koncentrator najczęściej podłączany jest do routera jako rozgałęziacz, do niego zaś dopiero podłączane są pozostałe urządzenia sieciowe: komputery pełniące rolę stacji roboczych, serwerów, drukarki sieciowe i inne.

69

70 Router Router (ruter, trasownik) pracuje w trzeciej warstwie modelu OSI (sieciowej), węzeł komunikacyjnego, służącego do rozdzielenia sygnału i rozgałęzienia połączeń sieciowych. W roli routerów można używać zwykłych komputerów; nowoczesne modele są wysoce wyspecjalizowanymi urządzeniami, w których interfejsy sieciowe połączone są bardzo szybką magistralą wewnętrzną.

71

72 Przełącznik Przełącznik (przełącznica, komutator, switch) pracuje w drugiej warstwie modelu OSI (łącza danych), przełączanie między komputerami.

73

74

75 Sktętki STP (Shielded Twisted Pair) skrętka ekranowana miedziane medium transportowe; dwa skręcone przewody z ekranem w postaci oplotu. Bardziej odporna na zakłócenia niż skrętka UTP.

76

77 Skrętki FTP (Foiled Twisted Pair) skrętka foliowana skrętka miedziana ekranowana za pomocą folii wraz z przewodem uziemiającym. Do budowy sieci o długości nawet kilku kilometrów. Również na krótszych dystansach w sieciach standardu Gigabit Ethernet (1 Gb/s). Przepływność (szybkość transmisji, szybkość przesyłu, bit rate) - częstość z jaką informacja przepływa przez pewien punkt; miara natężenia strumienia informacji.

78 Kabel koncentryczny Składa się z dwóch przewodów koncentrycznie umieszczonych jeden wewnątrz drugiego. Duża odporność na zakłócenia. Jeden z nich wykonany jest w postaci drutu, zaś drugi (ekran) stanowi oplot. Tańszy niż ekranowany kabel skręcany, obecnie kabel współosiowy jest stosowany tylko w bardzo małych sieciach (do 3-4 komputerów) stawianych możliwie najniższym kosztem.

79

80

81

82 Panel krosowniczy Panel krosowniczy (patch panel) - pasywny element sieci komputerowych; przyłączane są przewody prowadzące do gniazdek RJ-45, przy pomocy tzw. patch cordów gniazda te (a przez to urządzenia będące na drugim końcu kabla) przyłączane są do urządzeń sieciowych. Łatwe zarządzanie architekturą sieci.

83

84 Światłowody Włókna dielektryczne (najczęściej szklanych) z otuliną z tworzywa sztucznego o mniejszym współczynniku załamania światła. Promień światła rozchodzi się w światłowodzie po drodze będącej łamaną. Znikome tłumienie, odporność na zewnętrzne pola elektromagnetyczne, brak emisji energii poza tor światłowodowy - obecnie najlepsze medium transmisyjne. Zewnętrzną warstwa - bufor (akrylon) poprawiający elastyczność światłowodu i zabezpieczający go przed uszkodzeniami.

85