|
Sieć komputerowa – zbiór komputerów i innych urządzeń połączonych z sobą kanałami komunikacyjnymi oraz oprogramowanie wykorzystywane w tej sieci.Umożliwia ona wzajemne przekazywanie informacji oraz udostępnianie zasobów własnych między podłączonymi do niej urządzeniami, zwanymi punktami sieci. Przeznaczenie Głównym przeznaczeniem sieci komputerowej – ideą, dla której została stworzona – jest ułatwienie komunikacji między ludźmi (będącymi faktycznymi użytkownikami sieci). Sieć umożliwia łatwy i szybki dostęp do publikowanych danych, jak również otwiera techniczną możliwość tworzenia i korzystania ze wspólnych zasobów informacji i zasobów danych. W sensie prawnym, i w pewnym przybliżeniu, użytkownicy sieci komputerowej są również jej beneficjentami. Cechy użytkowe Poniżej wyszczególniono niektóre użytkowe cechy sieci komputerowej: - ułatwienie komunikacji między ludźmi. Korzystając z sieci, ludzie mogą komunikować się szybko i łatwo przy wykorzystaniu odpowiednich programów komputerowych i oferowanych w danej sieci usług sieciowych. W odniesieniu do sieci Internet należy wyróżnić dwa rodzaje programów i skojarzone z nimi usługi: 1. klient poczty elektronicznej – poczta elektroniczna 2. przeglądarka internetowa – World Wide Web - udostępnianie plików, danych i informacji W środowisku sieciowym, upoważnieni użytkownicy mogą uzyskiwać zdalny dostęp do danych i informacji przechowywanych na innych komputerach w sieci, jak również sami mogą udostępniać posiadane zasoby - udostępnianie zasobów sprzętowych W środowisku sieciowym każdy podłączony do sieci komputer może uzyskać dostęp do urządzeń peryferyjnych uprzednio udostępnionych do wykorzystania sieciowego, na przykład drukarek sieciowych, pamięci masowych - uruchamianie programów na komputerach zdalnych Użytkownicy mający dostęp do sieci użytkownicy zdalni mogą uruchamiać na swoich komputerach programy zainstalowane na komputerach zdalnych - rozpowszechnianie wolnego i otwartego oprogramowania Sieć komputerowa, a w szczególności Internet, stymuluje rozwój i upowszechnianie oprogramowania tworzonego i udostępnianego na zasadach licencji GPL Składniki Wśród składników sieci komputerowej można wyróżnić następujące główne grupy: - hosty – czyli komputery sieciowe, dzięki którym użytkownicy mają dostęp do sieci - serwery – stale włączone komputery o dużej mocy obliczeniowej, wyposażone w pojemną i wydajną pamięć operacyjną i pamięć masową - medium transmisyjne – nośnik informacji realizujący funkcję kanału komunikacyjnego. Są to kable miedziane i światłowodowe oraz fale radiowe. - sprzęt sieciowy – koncentratory, przełączniki, routery, karty sieciowe, modemy, punkty dostępu - oprogramowanie – programy komputerowe zainstalowane na hostach, serwerach i innych urządzeniach sieciowych. Topologia Topologia fizyczna opisuje fizyczną realizację sieci komputerowej przez układ mediów transmisyjnych. Wyróżnia się następujące podstawowe układy: - gwiazda – komputery są podłączone do centralnego punktu, zwanego koncentratorem lub przełącznikiem - gwiazda rozszerzona – posiada punkt centralny i punkty poboczne; często spotykana dla sieci standardu Ethernet - hierarchiczna – struktura podobna do drzewa binarnego; - magistrala – komputery współdzielą jeden nośnik kablowy; - pierścień – komputery są połączone między sobą odcinkami kabla, tworząc zamknięty pierścień, na przykład token ring - pierścień podwójny – komputery są połączone dwoma odcinkami kabla, na przykład FDDI - siatka – sieć rozszerzona o połączenia nadmiarowe; rozwiązanie stosowane w sieciach, w których jest wymagana wysoka niezawodność działania. Rozległa sieć komputerowa, WAN (od ang. wide area network) – sieć komputerowa znajdująca się na obszarze wykraczającym poza miasto, kraj lub kontynent.Internet jest obecnie największą istniejącą siecią WAN. Główne cechy sieci WAN - Łączą ze sobą urządzenia rozmieszczone na dużych obszarach geograficznych (kraju, kontynentu). - W celu zestawienia połączenia między dwoma miejscami korzystają z usług operatorów telekomunikacyjnych. - Wykorzystują różne odmiany transmisji szeregowej. Sieć WAN działa w warstwie fizycznej oraz warstwie łącza danych modelu odniesienia OSI. Łączy ona ze sobą lokalne sieci komputerowe, które są zazwyczaj rozproszone na dużych obszarach geograficznych. Sieci WAN umożliwiają wymianę ramek i pakietów danych między routerami i przełącznikami oraz obsługiwanymi sieciami lokalnymi. Standardy sieci WAN są opracowywane przez: - Sektor Normalizacji Telekomunikacji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU-T, ang. International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector), dawniej International Telegraph and Telephone Consultative Committee (CCITT) - Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO, International Organization for Standardization) - Grupa Robocza ds. Technicznych Internetu (IETF, Internet Engineering Task Force) - Sojusz Przemysłu Elektronicznego (Electronic Industries Alliance, EIA). Protokoły WAN Połączenie z siecią WAN może zostać utworzone w oparciu o następujące protokoły: ADSL, ATM, DSL, Frame Relay, HDLC, ISDN, PPP, SMDS, X.25[3]. Można je podzielić na następujące grupy technik łączenia: - komutacja kanałów (ang. circuit-switched) – PPP, ISDN - łącza dzierżawione (trwałe, dedykowane, ang. dedicated-switched) - komutacja komórek (ang. cell-switched) – ATM, SMDS - komutacja pakietów (ang. packet-switched) – Frame Relay, X.25. Miejska sieć komputerowa, MAN (od ang. metropolitan area network) – duża sieć komputerowa, której zasięg obejmuje aglomerację lub miasto.Tego typu sieci używają najczęściej połączeń światłowodowych do komunikacji między wchodzącymi w jej skład rozproszonymi sieciami LAN. Sieci miejskie są budowane przede wszystkim przez duże organizacje rządowe, edukacyjne lub prywatne, które potrzebują szybkiej i pewnej wymiany danych między punktami w ramach miejscowości, bez udziału stron trzecich. Przykładem sieci miejskich są sieci budowane przez ośrodki akademickie, które oprócz łączenia budynków uniwersyteckich w ramach kampusu muszą także połączyć ośrodki poza głównymi zabudowaniami. Takie sieci mają też połączenia WAN do innych uniwersytetów oraz często do Internetu. Do technologii używanych przy budowaniu takich sieci należą ATM, FDDI, SMDS oraz Gigabit Ethernet. Tam, gdzie niemożliwe jest użycie połączeń światłowodowych, często stosuje się bezprzewodowe połączenia radiowe, laserowe lub podczerwone. Wiele dużych sieci rozpoczęło swoją działalność jako sieci miejskie. Lokalna sieć komputerowa, LAN (ang. local area network) – sieć komputerowa łącząca komputery na określonym obszarze (blok, szkoła, laboratorium, biuro).Sieć LAN może być wydzielona zarówno fizycznie, jak i logicznie w ramach innej sieci. Główne różnice LAN w porównaniu z WAN to wyższy wskaźnik transferu danych i mniejszy obszar geograficzny. W przeszłości używane były ARCNet, token ring i inne standardy, ale obecnie najpopularniejszymi technologiami używanymi do budowy sieci LAN są Ethernet oraz Wi-Fi. Historia Wzrastające zapotrzebowanie i używanie komputerów na wyższych uczelniach oraz laboratoriach pod koniec lat 60. stworzyło konieczność zapewnienia łączy między komputerami o dużej szybkości. Dobrym wyznacznikiem sytuacji był raport z 1970 roku z Laboratorium Berkeley, w którym opisano rozwój sieci nazwanej Octopus. Sieć Cambridge Ring została stworzona na Uniwersytecie w Cambridge w 1974, nigdy jednak nie została pomyślnie ukończona jako produkt komercyjny. Ethernet został stworzony w ośrodku Xerox PARC w latach 1973–1975. ARCNet stworzony został przez korporację Datapoint w 1976, ogłoszono to w 1977. Jego pierwsza komercjalna instalacja miała miejsce w grudniu 1977 w jednym z banków w Nowym Jorku, na Manhattanie. Ewolucja standardów Rozwój oraz zwiększanie ilości komputerów z systemem CP/M pod koniec lat 70., a później komputerów z systemem DOS na początku 1981 sprawił, że do wielu sieci należały dziesiątki, a nawet setki komputerów. Głównym motywem do tworzenia sieci była zazwyczaj chęć udostępniania drukarek, które w tamtych czasach były drogie. Pomysł spotkał się z ogromnym entuzjazmem, więc przez kilka lat, od około 1983, eksperci branży komputerowej regularnie deklarowali, iż następny rok będzie "rokiem sieci LAN". W praktyce pomysł ciągle borykał się z problemami w postaci niekompatybilnych warstw fizycznych oraz implementacji protokołów sieciowych, a także z nadmiarem metod udostępniania zasobów. Zazwyczaj były różne typy kart sieciowych, kabli, protokołów oraz systemów operacyjnych sieci. Rozwiązanie pojawiło się wraz z nadejściem Novell NetWare, który zapewniał równomierne wsparcie dla różnych typów kart/kabli, a także znacznie bardziej dopracowany system operacyjny w porównaniu do większości jego konkurentów. NetWare zdominował rynek sieci LAN dla komputerów osobistych zaraz po jego wprowadzeniu w 1983, co trwało aż do połowy lat dziewięćdziesiątych, kiedy to Microsoft wprowadził system Windows NT Advanced Server. Wśród konkurencji NetWare jedynie Banyan Vines miał porównywalny potencjał technologiczny. Microsoft oraz 3Com pracowały razem nad stworzeniem prostego systemu operacyjnego sieci, który stanowił podstawę 3+Share, LAN Managera oraz LAN Servera, jednak żaden z nich nie odniósł sukcesu. W tym samym okresie komputery Sun Microsystems, Hewlett-Packard, Silicon Graphics, Intergraph, NeXT i Apollo, na których był system Unix, używały protokołu TCP/IP. Obecnie protokół TCP/IP praktycznie w całości zastąpił IPX, AppleTalk, NBF i inne protokoły używane przez pierwsze sieci typu LAN. Kable Pierwsze okablowanie w sieciach LAN zawsze bazowało na różnych typach kabla współosiowego. Jednak skrętka ekranowana była używana w implementacjach token ring w IBM, a w 1984 StarLAN ukazał możliwości prostej skrętki nieekranowanej, używając kabla Cat3. To doprowadziło do rozwoju modelu 10Base-T oraz okablowania, które do tej pory jest podstawą większości dzisiejszych sieci LAN. Coraz częściej używa się także światłowodów. Ponieważ nie zawsze możliwe jest zastosowanie kabla, używa się najpopularniejszej technologii sieci bezprzewodowej wi-fi. Aspekty techniczne Topologia sieci określa wzór układu połączeń między urządzeniami i segmentów sieci. Switched Ethernet był przez pewien czas najpopularniejszą warstwą łącza danych i warstwą fizycznej realizacji dla sieci lokalnych. W wyższych warstwach standardem był protokół TCP/IP. Mniejsze LAN-y zwykle zawierały jeden lub więcej switchów, które były między sobą połączone. Często co najmniej jeden z nich jest podłączony do routera, modemu lub modemu ADSL. Większe sieci LAN charakteryzują się stosowaniem nadmiarowych połączeń z przełączników protokołu drzewa rozpinającego, aby zapobiec pętli, ich zdolności zarządzania różnymi rodzajami ruchu poprzez jakość usługi (QoS), a także stosują segregowanie ruchu za pomocą wirtualnych sieci lokalnych (VLAN). Większe sieci LAN ponadto zawierają szeroki zakres urządzeń sieciowych, w tym przełączniki sieciowe, zapory sieciowe, routery oraz sensory. Sieci LAN mogą mieć połączenia z innymi sieciami LAN poprzez łącza dzierżawione, usługi dzierżawione lub poprzez użycie technologii wirtualnych prywatnych sieci. W zależności od zabezpieczenia i ulokowania połączeń w sieci LAN oraz dystansu między nimi, LAN może zostać sklasyfikowana jako miejska sieć komputerowa (MAN) lub rozległa sieć komputerowa (WAN). Bezprzewodowa sieć lokalna, WLAN (ang. wireless local area network) – sieć lokalna, w której połączenia między urządzeniami sieciowymi zrealizowano bez użycia przewodów.W Polsce termin Wi-Fi (chociaż pierwotnie był nazwą tylko jednego produktu używającego określonego standardu WLAN) używany jest jako synonim określenia WLAN. Charakterystyka Sieci tego typu wykonywane są najczęściej z wykorzystaniem mikrofal jako medium przenoszącego sygnały, ale również z użyciem podczerwieni. Są one projektowane w oparciu o standard IEEE 802.11, który opisuje warstwę fizyczną i MAC. Do komunikacji za pomocą mikrofal wykorzystuje się pasmo 2,4 GHz [w standardach: 802.11, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac oraz 802.15.1(bluetooth)] lub 5 GHz (w standardzie 802.11a, 802.11n, 802.11ac). W Europie pasmo 2,4 GHz jest podzielone na 13 kanałów w zakresie 2400–2483,5 MHz z krokiem 5 MHz (częstotliwość środkowa pierwszego kanału to 2412 MHz). Jednak pasmo zajmowane przez jedną sieć wynosi około 20 MHz, a więc w praktyce mogą pracować jedynie trzy sieci bez wzajemnych zakłóceń, ponieważ kanały zachodzą na siebie. Każdy kanał ma swoją częstotliwość nośną, która jest modulowana przy przesyłaniu informacji. Szybkość przesyłania danych zależna jest od użytego standardu oraz odległości pomiędzy użytymi urządzeniami i wynosi najczęściej 11 (802.11b) lub 54, 108 (802.11a/g) Mb/s. Na całość infrastruktury sieci bezprzewodowych składają się następujące elementy: - karty sieciowe – najczęściej typu PCI, USB lub PCMCIA - punkty dostępowe - anteny - kable, złącza, przejściówki, rozdzielacze antenowe, terminatory Bezpieczeństwo Szyfrowanie WEP było stosowane jako standardowa ochrona danych w sieciach bezprzewodowych. Długość klucza od 40 do 104 bitów powoduje spowolnienie transmisji. Użytkownik musi znać hasło, na podstawie którego zostanie wygenerowany klucz. Bez klucza użytkownik nie połączy się z siecią bezprzewodową. Z powodu znanych słabości szyfrowania WEP obecnie stosuje się metodę WPA lub WPA2. Zgodność sieci bezprzewodowych i przewodowych Sieci kablowe i bezprzewodowe mogą być wykorzystywane razem (np. dwie sieci kablowe połączone z sobą bezprzewodowo, komputer podłączony bezprzewodowo do sieci przewodowej lub na odwrót). Jest to możliwe dzięki zewnętrznym bezprzewodowym kartom sieciowym, podłączanym na złącze RJ-45 (mogą być podłączone do jakiegokolwiek urządzenia, nie tylko komputera), routera bezprzewodowego ze złączami RJ-45 itp. Zalety - mobilność – terminale mogą się przemieszczać - łatwość instalacji – nie trzeba kłaść przewodów - elastyczność – łatwe dokładanie nowych terminali - zasięg – od kilku metrów (w budynkach) do kilkudziesięciu kilometrów - szybka rozbudowa i modyfikacja struktury sieci Wady - częsta niekompatybilność rozwiązań różnych producentów - poziom bezpieczeństwa niższy od rozwiązań przewodowych - niska prędkość przesyłu danych do czasu standardu 802.11n - zakłócenia sygnału sieci - mniejsza stabilność połączenia Zastosowania Miejsca coraz powszechniejszych instalacji sieci bezprzewodowych: - transport – wymiana informacji przy transporcie towarów, przemieszczaniu ładunków, uaktualnianie znaków drogowych itp. - handel – szybkie zmiany w organizacji wnętrz - opieka zdrowotna – możliwość uzyskiwania przez lekarzy i personel szybkiego dostępu do danych pacjenta oraz korzystania z konsultacji, a także zdalnego używania komputerowo sterowanego sprzętu medycznego - usługi finansowe – łatwa organizacja usług bankowych i operacji handlowych - edukacja – dostępność uniwersyteckich komputerów z różnych punktów uczelni - produkcja – możliwość zdalnego sterowania pracą robotów Topologia sieci bezprzewodowych Sieć bezprzewodowa to rozwiązanie do zastosowania w domach i małych biurach, gdzie istnieje potrzeba połączenia z sobą komputerów, drukarek, urządzeń multimedialnych, konsol do gier czy modemów. Urządzenia bezprzewodowe eliminują konieczność instalowania okablowania. Obecnie wśród sieci bezprzewodowych możemy wyodrębnić dwa główne typy topologii, a są to: Topologia gwiazdy Najszerzej wykorzystywaną topologią (w sieciach bezprzewodowych) obecnie, jest topologia gwiazdy. W celu komunikacji wykorzystuje jedną centralną bazę (punkt dostępowy). Pakiet informacji, wysyłany jest z węzła sieciowego, a odbierany w stacji centralnej i kierowany przez nią do odpowiedniego węzła. Sieci budowane w tej topologii mają duże możliwości i są wydajne. Zastosowanie punktu dostępowego zwiększa maksymalną odległość między stacjami (komputerami), umożliwia także dołączenie przewodowej sieci lokalnej do bezprzewodowej sieci lokalnej. Sieć zbudowaną w oparciu o tę topologię można praktycznie do woli powiększać poprzez dołączanie kolejnych punktów dostępowych. Topologia kraty Topologia kraty różni się od topologii gwiazdy i prezentuje trochę inny typ architektury sieciowej. W sieciach kratowych poszczególne węzły (punkty dostępu) nie komunikują się z innymi węzłami za pośrednictwem centralnych punktów przełączania, ale wymieniają z nimi dane bezpośrednio lub przez inne węzły wchodzące w skład kraty. W sieciach kratowych nie trzeba instalować przełączników, ponieważ decyzje o sposobie przekazywania pakietów podejmują same punkty dostępu, dysponując specjalnym oprogramowaniem. W sieciach kratowych pierwszoplanową rolę odgrywają protokoły, które automatycznie wykrywają węzły i definiują topologię całego środowiska. Kratowe sieci LAN są najczęściej oparte na technologii 802.11 (a, b lub g), ale równie dobrze mogą wykorzystywać dowolną technologię radiową, taką jak UltraWideband czy 802.15.4. Ważne jest aby w tej sytuacji protokoły nie absorbowały zbyt dużej części przepustowości sieci (max. 2 procent). Wszystkie zadania związane z definiowaniem topologii i wyborem ścieżek są realizowane w tle i każdy węzeł buduje swoją własną listę, na której znajdują się sąsiednie węzły i inne informacje niezbędne do ekspediowania pakietów. Jeśli konfiguracja sieci ulega zmianie, tzn. przybywa nowy węzeł lub istniejący węzeł "wypada" z topologii, lista jest samoczynnie modyfikowana, odzwierciedlając zawsze aktualny stan sieci. Zaletą sieci kratowych jest to, że można je w miarę szybko i bez większego trudu rozbudowywać. Wystarczy po prostu dokładać kolejne węzły, a resztę automatycznie wykonują specjalne programy, które znajdują się w punktach dostępowych. Rodzaje sieci bezprzewodowych Tryb ad-hoc (zwany także IBSS – ang. Independent Basic Service Set) – w tym przypadku wszystkie urządzenia sieci komunikują się ze sobą bezpośrednio (jeśli pozwala na to zasięg radiowy) – nie wykorzystuje punktów dostępowych. Tryb infrastruktury (zwany również stacjonarnym) – wykorzystuje punkty dostępowe (Access Pointy - AP); wszystkie urządzenia komunikują się tylko z AP, który spełnia funkcję bramy (do sieci przewodowej) i pośredniczy w komunikacji pomiędzy urządzeniami sieci bezprzewodowej. Uznanie patentu na WLAN 2 kwietnia 2012 roku CSIRO, australijska agencja rządowa do spraw badań naukowych, wygrała w Stanach Zjednoczonych sprawę o uznanie patentu na sieci WLAN. Sieć szkieletowa (ang. backbone network) – sieć telekomunikacyjna, w tym sieć komputerowa, przez którą przesyłana jest największa liczba informacji.Łączy zwykle mniejsze sieci (sieci lokalne), grupy robocze, przełączniki, sieci rozległe. Urządzenia wchodzące w strukturę sieci szkieletowej z reguły odpowiedzialne są za funkcjonowanie całej sieci na określonym obszarze. |
|