Podstawowe pojęcia dotyczące sieci komputerowych I Liceum Ogólnokształcące im. H. Sienkiewicza w Łańcucie Opracował: Adam Nazimek 1
Co to jest sieć komputerowa? Sieć komputerowa - jest to zespół urządzeń przetwarzających dane, które mogą wymieniać między sobą informacje za pośrednictwem mediów transmisyjnych. Urządzeniami działającymi w sieciach mogą być zarówno komputery, drukarki, skanery jak i inne urządzenia. Do transmisji danych między tymi urządzeniami stosowane są kable miedziane, światłowody, podczerwień lub fale radiowe. 2 Adam Nazimek
Podstawy sieci: Sieci są systemami tworzonymi poprzez łącza Ludzie korzystają z różnych typów sieci każdego dnia: - Sieci telefoniczne - Publiczny system komunikacji - Komputerowa sieci firmy - Internet Komputery mogą być połączone poprzez sieci do dzielenia danych i zasobów. Sieci mogą być tak proste jak dwa komputery połączone jednym kablem lub złożone z setek komputerów podłączonych do urządzenia, które kontroluje przepływ informacji. 3 Adam Nazimek
Urządzenia sieciowe: - Komputery - Drukarki i skanery - PDA / Smartphone - Serwery Zasoby dzielone poprzez sieć: - Usługi drukowania - Usługi przechowywania danych - Aplikacje (np. bazy danych) Typy medium sieciowego: - Okablowanie miedziane - Okablowanie światłowodowe - Łączność bezprzewodowa Sieci komputerowe: 4 Adam Nazimek
Korzyści: Mniej potrzebnych urządzeń peryferyjnych Zwiększenie możliwości komunikacji Unikanie powielania i uszkodzeń plików Niższy koszt licencji Scentralizowane zarządzanie Ochrona zasobów 5 Adam Nazimek
Typy sieci: Typy sieci identyfikujemy za pomocą: Rodzaju mediów służącego do podłączenia urządzeń Obszaru sieci (ich zasięg) Rodzaju urządzeń sieciowych Sposobu zarządzania zasobami Organizacji sieci Sposobu przechowywania danych 6 Adam Nazimek
Podział sieci komputerowych ze względu na obszar sieci (ich zasięg): segmentowe sieć obejmująca swym zasięgiem obszar nie większy niż kondygnacja budynku; 7 Adam Nazimek
Podział sieci komputerowych ze względu na obszar sieci (ich zasięg): Sieć LAN (ang. Local Area Network) Zaprojektowana do komunikacji między komputerami znajdującymi się w niedużych odległościach Cechy: - możliwość łatwej rozbudowy - niski koszt podłączenia nowych stacji - jednakowe medium transmisyjne 8 Adam Nazimek
Podział sieci komputerowych ze względu na obszar sieci (ich zasięg): sieci kampusowe sieci obejmujące wiele grup budynków np. budynki wydziałów, do-my studenckie i laboratoria jednej uczelni; 9 Adam Nazimek
Podział sieci komputerowych ze względu na obszar sieci (ich zasięg): Sieć MAN (ang. Metropolitan Area Network) Jest stosowana w dużych aglomeracjach miejskich. Podłącza się do niej sieci lokalne Cechy: -bardzo szybka -szkielet sieci i urządzenia mają dużą przepustowość 10 Adam Nazimek
Podział sieci komputerowych ze względu na obszar sieci (ich zasięg): Sieć WAN (ang. Wide Area Network) Obejmuje swoim zasięgiem miasta, państwa, a nawet kontynenty. Na taką sieć składają się tzw. węzły i łącza transmisyjne Cechy: - łączność pomiędzy węzłami może być realizowana przez łącza telefoniczne, kablowe, światłowodowe i satelitarne - do węzłów można podłączyć inne sieci lub użytkowników końcowych 11 Adam Nazimek
Wireless LAN (WLAN): Urządzenia bezprzewodowe są wykorzystywane do przesyłania i odbierania danych za pomocą fal radiowych. Urządzenia bezprzewodowe łączą się do punktów dostępowych w określonym obszarze. Punkt dostępu jest podłączony do sieci za pomocą okablowania miedzianego. Zasięg sieci WLAN może być ograniczony do obszaru pokoju lub może mieć większy zasięg. W sieci LAN można współdzielić zasoby. 12 Adam Nazimek
Sieci Peer-to-Peer: Współdzielenie plików, wysyłanie wiadomości i drukowanie na udostępnionej drukarce. Każdy komputer ma podobne możliwości i obowiązki. Każdy użytkownik decyduje, które dane urządzenia współdzieli. Bez centralnego punktu kontroli sieci. Rozwiązanie dobre dla 10 lub mniej komputerów. 13
Wady sieci Peer-to-Peer: Bez scentralizowane zarządzanie siecią, trudno jest określić, kto kontroluje zasoby sieciowe. Bez centralnego bezpieczeństwa, każdy komputer musi korzystać z odrębnych środków bezpieczeństwa dla ochrony danych. Bardziej złożone i trudne w zarządzaniu (przy większej liczbie maszyn). Bez scentralizowanego magazynu danych, tworzenie kopii zapasowych musi być wykonywane przez użytkowników. 14
Sieci Klient/Serwer: Model ten zapewnia bezpieczeństwo i kontrolę w sieci. Klient żąda informacji lub usługi od serwera. Serwer dostarcza tę informację lub usługę. Serwery są utrzymywane przed administratorów: - Kopie zapasowe i ochrona danych - Kontrola nad dostępem do sieci Centralny magazyn danych: - Dane przechowywane przez centralny serwer - Drukarki udostępniane przez serwer wydruku - Odpowiednie prawa dostępu do zasobów 15
Szerokość pasma (bandwidth): Ilość danych możliwa do przetransportowania w jednostce czasu. Mierzona w bitach na sekundę: b/s [bps] bitów na sekundę Kb/s [Kbps] kilobitów na sekundę Mb/s [Mbps] megabitów na sekundę 16
Modele transmisji: Dane przesyłane są w jednym z trzech trybów: 1. Simplex (transmisja jednokierunkowa) to pojedyncza transmisja w jednym kierunku. Przykład: Sygnał TV ze stacji nadawczej do odbiornika TV. 2. Half-duplex pozwala na przepływ danych w jednym kierunku w danej chwili. Równoczesna transmisja w dwóch kierunkach nie jest dozwolona. Przykład: Radiostacje policji lub służb ratunkowych. 3. Full-duplex pozwala na przepływ danych w obu kierunkach jednocześnie. Przepustowość mierzy się tylko w jednym kierunku. 100 Mbps fullduplex oznacza przepustowość 100 Mb/s w każdym kierunku. W technologiach szerokopasmowych, takich jak cyfrowa linia abonencka (DSL) i kablowej, sieć działa w trybie full-duplex. 17
Fizyczne komponenty sieci: Urządzenia sieciowe: - Komputery - Koncentratory (huby) - Przełączniki - Routery - Punkty dostępowe Network media: - Okablowanie miedziane - Okablowanie światłowodowe - Fale radiowe 18
Karta sieciowa (ang. NIC Network Interface Card to urządzenie odpowiedzialne za wysyłanie i odbieranie danych w sieciach LAN. Każdy komputer, który ma korzystać z dobrodziejstw sieci, powinien być wyposażony w taką kartę. Każda karta jest przystosowana tylko do jednego typu sieci (np. Ethernet) i posiada niepowtarzalny numer, który identyfikuje zawierający ją komputer. Adres ten jest nazywany również adresem sterowania dostępem do medium - Media Access Control (MAC). 19
Karta sieciowa - WLAN 20
Hub / Switch / Accespoint 21
Koncentratory Zwiększa zasięg sygnału poprzez regenerowanie go i przesyłanie do wszystkich portów. Cały ruch trafia do każdego z portów. Pozwalają na występowanie kolizji w sieci. 22
Routery Router to urządzenie, które łączy różne sieci: Wykorzystują adresu IP do przesyłanych pakietów do innych sieci. Może być nim komputer ze specjalnym oprogramowaniem. Może być nim dedykowane urządzenie sieciowe. Zawiera tablicę adresów IP z optymalnymi trasami do innych sieci (tablica routingu). 23
Urządzenia wielofunkcyjne Wykonują więcej niż jedną funkcję. Bardziej wygodne w zakupie i konfiguracji. Łączą w sobie funkcje przełącznika, routera i bezprzewodowego punktu dostępu w jednym urządzeniu. Linksys 300N jest przykładem takiego urządzenia. 24
Skrętka miedziana Pary skręconych kabli tworzą obwód transmisji danych. Skręcenie zapobiega przesłuchom (szumom elektrycznym). Pary przewodów miedzianych, są zamknięte w kolorowych izolacjach z tworzyw sztucznych i skręcone razem. Zewnętrzny płaszcz wykonany z PVC chroni wszystkie przewody. 25
Dwa podstawowe typy skrętki Skrętka nieekranowana (UTP) Dwa lub cztery pary przewodów Polega na efekcie zerowania przy redukcji interferencji elektromagnetycznej (EMI) i radiowej (RFI). Najpopularniejszy rodzaj skrętki Zasięg do 328 stóp (100 metrów) Skrętka ekranowana (STP) Każda para jest osłonięta folią, aby lepiej chronić przewody przed szumem. Cztery pary przewodów dodatkowo osłonięte foliowym oplotem. Redukuje interferencję wewnątrz kabla. Redukuje EMI oraz RFI podchodzące z zewnątrz przewodu. 26
Kategorie okablowania Kable UTP występują w kilka kategoriach podzielonych ze względu na: - Liczbę przewodów w kablu - Liczbę skręceń miedzy przewodami Kategoria 3 używana do połączeń telefonicznych. Kategoria 5 i 5e - najczęściej stosowana w kablach sieciowych. Kategoria 6 zapewnia wyższą prędkość transmisji od kategorii 5. 27
Kabel koncentryczny Rdzeń miedziany jest osłonięty przez mocny płaszcz. Typy kabli: Cienki Ethernet lub 10Base5 kabel koncentryczny dla sieci o maksymalnej przepustowości 10 Mbit/s i maksymalnych odległościach do 500 m. Cienki Ethernet lub 10Base2 kabel koncentryczny dla sieci o maksymalnej przepustowości 10 Mbit/s i maksymalnych odległościach do 185 m. RG-59 używany w telewizji kablowej w USA. RG-6 lepszej jakości nić RG-59. 28
Okablowanie światłowodowe Magistrala ze szkła lub plastiku, która przesyła informacje z użyciem światła. W jednym płaszczu znajduje się jedno lub wiele włókien światłowodowych.. Niepodatne na efekt interferencji. Sygnały są czyste, mają dłuższy zasięg i wyższą przepustowość niż w okablowaniu miedzianym. Zwykle droższe i trudniejsze w montażu. Typy: Wielomodowe oraz jednomodowe 29
Topologie fizyczne Topologia fizyczna określa sposób, w jaki komputery, drukarki i inne urządzenia są podłączone do sieci: Magistrala Pierścień Gwiazda Gwiazda hierarchiczna Pełne połączenia (siatka) 30
Topologia magistrali Każdy komputer jest podłączony do wspólnego kabla Kabel łączy jeden komputer do drugiego Końce kabla posiadają terminatory chroniące przed odbiciami sygnału i błędami. Tylko jeden komputer może nadawać w danym czasie. W innym przypadku występuje kolizja i ramki są niszczone. Topologia fizycznej magistrali jest obecnie rzadko wykorzystywana. 31
Topologia pierścienia Hosty połączone są w fizyczny pierścień lub okrąg. Pierścień nie ma początku ani końca i nie musi być zakończony terminatorem. Specjalna ramka (token) podróżuje po całym pierścieniu, zatrzymując się na każdym hostów. Zaletą jest brak występowania kolizji. Dwa typy sieci: Pojedynczy pierścień Podwójny pierścień 32
Topologia gwiazdy Posiada centralny punkt połączenia: koncentrator, przełącznik lub router. Drożna w realizacji niż magistrala. Łatwe rozwiązywanie problemów, gdyż każde urządzenia podłączone jest swoim kablem. 33
Topologia rozszerzonej gwiazdy Topologia gwiazdy z dodatkowym urządzeniem sieciowym podłączonym do urządzenia głównego. Używana w dużych sieciach. 34
Topologia pełnych połączeń (siatki) Każde urządzenie łączy się z każdym Awaria jednego połączenia nie wpływa na działanie sieci. Używana w sieciach WAN. Droga i trudna w montażu. Przykładem takiej sieci jest Internet. Często wykorzystywana przez rządy, gdy dane muszą być dostępne nawet w przypadku częściowej awarii sieci. 35
Architektura LAN Jest ogólna strukturą systemu komputerowego lub telekomunikacyjnego. Projektowana do specjalnych zadań i określonych specyfikacji. Obejmuje zarówno topologię fizyczną jak i logiczną. Najpopularniejsze topologie sieci LAN: Ethernet Token Ring Fiber-Distributed Data Interface (FDDI) 36
Ethernet Architektura oparta o standard IEEE 802.3, który określa działanie mechanizmu zarządzania dostępem do medium i wykrywaniem kolizji (CSMA/CD). Standardy: 10 Mb/s (Ethernet) 10Base-T 100 Mb/s (FastEthernet) 100Base-T 1000 Mb/s = 1 Gbps (Gigabit Ethernet) 1000Base-T 37
Standardy Ethernet Protokoły Ethernet opisują zasady kontrolujące komunikację w sieci Ethernet. Standard 802.2 definiuje adresowanie urządzeń w medium. Standard 802.3 definiuje metodę używania medium przez urządzenia. Standardy 802.11x określają działanie urządzeń bezprzewodowych. 38
Standardy Ethernetu przewodowego IEEE 802.3 określa implementacje mechanizmu kontroli dostępu do sieci CSMA/CD. Działanie CSMA/CD: Wszystkie stacje końcowe nasłuchują medium i oczekują na moment nadania danych. Kiedy stacje wykryją, że nikt inny nie nadaje, rozpoczynają nadawanie swoich danych. Jeśli żadna inna stacja nie rozpocznie nadawania dane dochodzą do swojego celu. Jeśli inna stacja zacznie nadawać w tym czasie występuje kolizja. Pierwsza stacja wykrywa kolizje i nadaje sygnał zakłócający, aby zmusić inne stacje do zaprzestania nadawania. Wszystkie stacje rozpoczynają retransmisję po losowym czasie. 39
10BASE-T 10BASE-T jest technologią wykorzystującą topologie gwiazdy. 10 oznacza prędkość do 10 Mb/s BASE oznacza pasmo podstawowe T oznacza użycie skrętki Zalety 10BASE-T: Niedroga instalacja Kable są cienkie, giętkie i łatwe do instalacji. Łatwa modernizacja. Wady 10BASE-T: Maksymalna długość segmentu to 328 stopy (100 m). Wrażliwość na interferencję elektromagnetyczną. 40
100BASE-TX FastEthernet Teoretyczna prędkość do 100 Mb/s. X oznacza, że można wykorzystać zarówno kabel miedziany jak i włókno światłowodowe. Zalety 100BASE-TX: Przepustowość 100BASE-TX dziesięć razy większa od 10BASE-T 100BASE-X łatwość instalacji i modernizacji Wady 100BASE-TX: Maksymalna długość segmentu to 329 stóp (100 m). Wrażliwość na interferencję elektromagnetyczną. 41
1000BASE-TX Gigabit Ethernet Zalety 1000BASE-T: 1 Gbps dziesięć razy szybszy od Fast Ethernet i sto razy szybszy od Ethernet. Możliwość obsługi aplikacji potrzebujących dużych przepustowości. Kompatybilność z 10BASE-T oraz 100BASE-TX. Wady 1000BASE-T: Maksymalna długość segmentu 328 stóp (100 m). Wrażliwość na interferencję elektromagnetyczną. Karty sieciowe i przełączniki są drogie. Wymagany jest dodatkowy sprzęt. 42
Standardy bezprzewodowe IEEE 802.11 to standard określający działanie sieci bezprzewodowych. Wi-Fi (wireless fidelity), to rodzina standardów 802.11 802.11 (oryginalna specyfikacja) 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n Protokoły określają częstotliwości prędkości i inne cechy standardu. 43
IEEE 802.11a Maksymalna przepustowość to 54 Mbps Urządzenia działają w zakresie częstotliwości 5 GHz Unika to problemów interferencji z 802.11b 802.11a nie nie jest kompatybilny z 802.11b Dostępne są karty sieciowe pracujące w dwóch trybach. Zasięg to 100 stóp (30 m) 44
IEEE 802.11b Urządzenia działają w zakresie częstotliwości 2.4 GHz Maksymalna teoretyczka przepustowość to 11 Mb/s (zwykle około 6.5 Mp/s) Średni zasięg to około 100 stóp (30 m) przy 11 Mb/s oraz 295 stóp (90 m) przy 1 Mb/ss Jakość sygnału wyznacza przepustowość 802.11b. Urządzenia Bluetooth, bezprzewodowe słuchawki, kuchenki mikrofalowe działają w zakresie 2.4 GHz powodując interferencję. 45
IEEE 802.11g oraz 802.11n 802.11g Przepustowość do 54 Mbps Urządzenia działają w zakresie częstotliwości 2.4 GHz 802.11g jest kompatybilny z 802.11b Istnieją urządzenia standardów a, b,g Zasięg 100 stóp (30 m) 802.11n Teoretyczna przepustowość to 540 Mb/s Pracuje zarówno w paśmie 5 GHz jak i 2.4 GHz Maksymalny zasięg 164 stóp (50 m) 46
Standardy Ethernetu bezprzewodowego Przepustowość Częstotliwość Zasięg Kompatybilność 802.11a Do 54 Mbps 5 GHz 100 stóp (30 m) Niekompatybilne z 802.11b, 802.11g, lub 802.11n 802.11b Do 11 Mbps 2.4 GHz 100 stóp (30 m) Kompatybilne z 802.11g 802.11g Do 54 Mbps 2.4 GHz 100 stóp (30 m) Kompatybilne z 802.11b 802.11n Do 540 Mbps 2.4 GHz 164 stóp (50 m) Kompatybilne z 802.11b oraz 802.11g 802.15.1 Bluetooth Do 2 Mbps 2.4 GHz lub 5 GHz 30 stóp (10 m) Niekompatybilne z żadnym innym 802.11 47
Koniec I Liceum Ogólnokształcące im. H. Sienkiewicza w Łańcucie Opracował: Adam Nazimek 1lo.anazimek@gmail.com 48 Adam Nazimek