archkomp_08

Uniwersytet Łódzki
Wydział Matematyki i Informatyki,
Katedra Analizy Nieliniowej
Sieci komputerowe
Architektura Systemów Komputerowych
mgr inż. Michał Misiak
Sieć komputerowa

Sieć komputerowa to medium
umożliwiające połączenie grupy
komputerów lub innych urządzeń ze sobą
w celu wymiany danych i/lub
współdzielenia różnych zasobów.
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Początki sieci






Początkowo dostęp do komputerów wyłączenie dla małej grupy osób
programistów i obsługi
Rozwój techniki spowodował upowszechnienie komputerów, co
spowodowało, że w latach 60 zdalny dostęp pracy z komputerem był
standardem przy użyciu terminala
Terminale znajdowały się jedynie w centrach obliczeniowych lub miejscach
z specjalnie podpiętą linią telefoniczną
W latach 60 Departament Obrony Stanów Zjednoczonych rozpoczyna
tworzenie sieci komputerowych ARPANET. Celem ARPANET było
połączenie uniwersytetów.
Opracowanie i implementacja protokołu TCP/IP w Unix pozwoliła na
zwiększenie liczby komunikujących się komputerów w ramach
uniwersytetów
Protokół ETHERNET powstała na bazie prac związanych z odbiornikami
krótkofalarskimi. Protokół ten stał się wyznacznikiem standardu sieci
lokalnych.
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
BBS




W latach 80 opracowano sposób komunikacji punktpunkt z wykorzystaniem modemów
Modemy pozwalały na osiągnięcie szybkości na
poziomie 1200/2400 bps
Z wykorzystaniem modemów stworzono tzw. BBS
(Bulletin Boards), które pełniły rolę punktów
kontaktowych do wymiany wiadomości i plików
Minusem BBS było:


ograniczenie związane ilością modemów, które mogą się
podłączyć do danego BBS
konieczność znania numeru, na który trzeba się zadzwonić
uwzględniając koszty przy połączeniach międzystrefowych
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Sieci lokalne



Szybki rozwój sprzętu i komputerów powodował
trudności w podejmowaniu decyzji związanych z
zakupem wyposażenia komputerowego
Rozwiązanie: standaryzacja sieci lokalnych
Dwa podejścia w zależności od wielkości firmy:
 Duże
firmy: wprowadzenie centralnego serwera
biurowego z serwerem plików, wydruków, poczty
elektronicznej z autoryzacją i autentykacją
użytkowników
 Małe firmy: budowa sieci równorzędnie połączonych
komputerów
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Internet



W USA rozwiano sieć w ramach projektów
rządowych, tak że w latach 80 lokalne sieci
ośrodków badawczych były połączone pomiędzy
sobą
Problemem był fakt, że sieci były budowane z
wykorzystaniem różnych technologii w miarę
rozwoju
W 1990 gdy sieć ARPANET zaczęła się
dynamicznie rozwijać zmieniono jej nazwę na
Internet
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Rodzaje sieci

Cechą fizycznej konstrukcji sieci jest jej typ:




WAN (ang Wide Area Network) – łączyły uczelnie ośrodki
obliczeniowe i placówki naukowo-badawcze
MAN (ang Metropolitan Area Network) – miejskie sieci łączące
uczelnie, instytucje administracyjne, firmy
LAN (ang Local Area Network) – wykorzystywane do łączenia
komputerów w poszczególnych ośrodkach badawczych
PAN (ang Private Area Network) – sieci instalowane w domach
lub w ramach kilku stanowisk pracy znajdujących się w
niedalekiej odległości
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia sieci

Topologia sieci to fizyczny sposób łączenia
poszczególnych urządzeń:
 Magistrala
 Pierścień
 Gwiazda
 Hierarchiczna
 Siatka
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia magistrali





Wszystkie urządzenia podłączone do jednego
współdzielonego medium fizycznego
Medium stanowi kabel z zakończeniami w postaci
oporników dopasowanych do rodzaju kabla
Wykorzystywana do budowy lokalnych sieci
Zaleta: niska cena wynikająca z małego zużycia kabli
oraz braku urządzeń pośredniczących, łatwość instalacji
Wady: wrażliwość na rozbudowę sieci oraz awarie
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia pierścienia




Bezpośrednie łączenie urządzeń – każde
połączone jest z dwoma sąsiednimi stanowiąc w
ten sposób pierścień
Stosowana do budowy lokalnych sieci
komputerowych
Zasada działania opiera się na przekazywaniu
żetonu dostępu. Przejęcie żetonu umożliwia
urządzeniu transmisję
Każde urządzenie pełni rolę wzmacniacza
regenerującego sygnału
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia pierścienia

Zalety:
Małe zużycie przewodów oraz
braku aktywnych urządzeń
 Możliwa duża wydajność
ponieważ, każdy kabel łączy
dwa komputery


Wada:
Utrudnienia związane z
konserwacją i rozbudową sieci
 Awaryjność: uszkodzenie
jednego węzła powoduje
wyłącznie sieci

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia: podwójny pierścień
Topologia analogiczna do pojedynczego
pierścienia z tą różnicą, że urządzenia
połączone są podwójnymi przewodami
 Duża bezawaryjność. Wypadnięcie
jednego węzła nie powoduje wyłączenia
sieci
 Stosowane do budowy sieci szkieletowych
lub lokalnych

Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia gwiazdy






Urządzenia podłączone do jednego wspólnego punktu, którym jest
urządzenie aktywne pośredniczące (koncentrator) pełniące rolę
regeneratora sygnału
Urządzenia mogą być łączone z wykorzystaniem różnych mediów
transmisyjnych
Zalety: przejrzystość konstrukcji i odporność na awarie zarówno
łączy jak i urządzeń
Wada: wysoki koszt okablowania oraz koszt dodatkowego
urządzenia
Aktualnie topologia gwiazdy jest praktycznie standardem w
konstrukcji sieci lokalnych
Istnieje również pojęcie Topologii rozszerzonej gwiazdy
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia hierarchiczna

Podobna do topologii gwiazdy jednak
urządzenie koncentratora pełni funkcję
sterującą dostępem do sieci
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Topologia siatki



Typowa dla sieci
metropolitalnych i
rozległych
Każdy host ma
połączenie z wszystkimi
pozostałymi
Częściowe zastosowanie
siatki jest w Internecie,
gdzie każde dwa punkty
łączy klika scieżek
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Rodzaje urządzeń sieciowych

Urządzenia końcowe:
 stacje
etc …

robocze, serwery, drukarki, terminale,
Urządzenia sieciowe
 Bierne:
kable, koncentratory bierne,
 Aktywne: huby, mosty, przełączniki, routery,
konwertery, modemy, punkty dostępowe sieci
bezprzewodowych
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Oznaczenia graficzne urządzeń
Źródło: http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=Sieci_komputerowe
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Urządzenia bierne


Głównie kable oraz koncentratory bierne
Rodzaje kabli:
 Koncentryczny
 Skrętka
 Światłowód

Koncentrator bierny
passive hub
 urządzenie
do rozdzielenia sygnału w LAN
 nie wzmacniał sygnału.
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Urządzenia aktywne

Zadanie:




Wybór urządzeń aktywny zależy od potrzeb:




Regeneracja sygnału
Łączenie różnego rodzaju mediów (przetwarzanie sygnału)
Inne zadania: monitorowanie sieci, sterowanie, filtrowanie
Duże odległości
Określona funkcjonalność
Aktualnie stosowane są najczęściej w sieci lokalnej
przełączniki oraz routery na styku sieci oraz Internetu
Dla sieci przewodowych stosowanie punktów dostępu
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Rodzaje modemów


Modemy używają połączeń komutowanych,
dokonują modulacji sygnału
Rodzaj modemów ze względu na budowę:
 zewnętrzny
– wykorzystywany do łączenia punkt-
punkt.
 Wewnętrzny

Modem DSL – podłączanie po sieci telefonicznej
lub kablowej do Internetu
 Modem ADSL,
HDSL, SDSL
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Modemy
Modem na ISA
Modem na PCMCIA
Modem zewnętrzny DSL
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Koncentrator




Urządzenie łączące wiele
urządzeń w sieci o
topologii gwiazdy
Koncentrator jest
podłączany do routera
jako rozgałęziacz
Obecnie urządzenia
wyparte przez
przełączniki
Zaleta: brak opóźnień.


Hub przenosi cały sygnał
Przełącznik przenosi ramki
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Punkt dostępowy


Zapewnia stacjom
bezprzewodowym dostęp
do zasobów sieci w
paśmie częstotliwości
radiowych
Pełni również funkcję
mostu pomiędzy siecią
bezprzewodową, a a
przewodową
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Media konwerter

Urządzenie pozwalające
na łączenie sieci
pracujących na różnych
mediach:




Skrętka/światłowód
Skrętka/kabel
koncentryczny
etc …
Najczęściej stosowane do
łączenia dwóch odległych
linii za pomocą kabli
światłowodowych
Pozwala na połączenie 10Base-T/10Base-FL
Źródło: http://www.teleoptics.com.pl/gfx/km/media_konwerter_001.jpg
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Przełącznik


Urządzenie pracujące w
warstwie 2 modelu OSI
łączące segmenty sieci
Realizuje przekazywanie
ramek między
segmentami do adresacji
wykorzystywany jest
adres MAC
Źródło: http://www.purepc.pl/files/Image/news/2007/02/Netgear_gs724t.jpg
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Router



Pełni rolę węzła
komunikacyjnego
pomiędzy dwoma
podsieciami
Pracuje w warstwie 3
modelu OSI wykorzystuje
najczęściej adres IP do
przesyłania pakietów
Najczęściej kojarzony z
protokołem IP, natomiast
może obsługiwać inne
protokoły np. IPX
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Model ISO OSI



Problem: wielość rozwiązań przy budowie sieci opartych
na różnych specyfikacjach (DECnet Digital Equipment
Corporation net, TCP/IP, SNA Systems Network
Architecture ) utrudniała ich łączenie
Rozwiązanie: stworzenie globalnego standardu sieci
W wyniku analizy różnych rozwiązań organizacja ISO
(International Organization for Standardization)
opracowała model odniesienia specyfikujący zasady
współpracy sieci tzw. model OSI Open System
Interconnection
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Model OSI
Źródło: http://www.3mfuture.com/images/osi-model-7-layers.png
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Model OSI




Definiuje jakie zadania oraz rodzaje danych mogą być
przesyłane między warstwami abstrakcji (nie patrzymy
przez aspekty fizyczne, czy też algorytmiczne)
Warstwy abstrakcji odnoszą się do: aplikacji, sprzętu
oraz mediów
Każda warstwa ma przypisany specyficzny protokół i
świadczy usługi na rzecz warstwy wyższej
Model OSI separuje na tyle funkcjonalność
poszczególnych warstw, iż jest możliwość budowy
warstwy w oderwaniu od pozostałych warstw
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008
Praktyczne znaczenie modelu OSI
Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika:UrzadzeniaWojnar.png
Wydział Matematyki i Informatyki UŁ, Katedra Analizy Nieliniowej, M.Misiak © 2008