Sieć komputerowa.
Sieć komputerową tworzą co najmniej dwa komputery połączone w taki sposób, że mogą wymieniać między sobą dane, takie jak pliki, komunikaty tekstowe czy poczta elektroniczna lub korzystać ze wspólnych zasobów i usług sieciowych. Dzięki sieciom można m. in. współdzielić urządzenia, zasoby dyskowe, wydruki, dostęp do Internetu oraz różnych mechanizmów zabezpieczeń i organizacji sieci. Wymagane jest jednak spełnienie kilku warunków związanych z zastosowaniem urządzeń dostępu i standardów komunikacji oraz przesyłu, o których dokładniej napiszę później.
Ze względu na rozmiar wyróżniamy następujące typy sieci:
LAN – (Ang. Local Area Network – lokalna sieć komputerowa) rodzaj sieci komputerowej, która jest zlokalizowana na małym obszarze geograficznym – jeden lub kilka budynków. LAN pozwala użytkownikom korzystać z tych samych zasobów – współdzielone są najczęściej drukarki, pliki oraz programy znajdujące się na serwerze. Sieć LAN korzysta z okablowania typu skrętka lub kabel koncentryczny, rzadziej medium transmisyjnym jest podczerwień, światłowód lub łącze radiowe. Sieci LAN przesyłają dane z szybkością 10 lub 100 Mb/s, choć znane są i szybsze rozwiązania (1Gb/s Ethernet).
WAN – (Ang. Wide Area Network – rozległa sieć komputerowa) rodzaj sieci komputerowej, która jest zlokalizowana na dużym obszarze geograficznym – krajów czy kontynentów. WAN łączy ze sobą sieci LAN, wykorzystując w tym celu linie telefoniczne, łącza dzierżawione, światłowody lub łącza satelitarne. Sieci WAN charakteryzują się różnymi szybkościami transmisji danych, mierzonymi w kb/s, Mb/s, a nawet w Gb/s. Najbardziej znaną siecią WAN jest Internet,
MAN – (Ang. Metropolitan Area Network – miejska sieć komputerowa) sieć komputerowa, która jest bardziej rozległa niż LAN, ale obejmująca mniejszy obszar niż sieci WAN. Sieci MAN to zwykle kilka lub kilkanaście sieci LAN połączonych ze sobą przy użyciu mediów transmisyjnych o bardzo dużej przepustowości, takich jak np. światłowody. Sieci MAN istnieją we wszystkich większych miastach, łączą np. uczelnie lub dostawców usług internetowych między sobą.
Często stosujemy również podział sieci komputerowych ze względu na sposób udostępniania zasobów:
· Równorzędne – wszystkie komputery są zarówno serwerami jak i klientami i w ten sposób są sobie równorzędne. Inne określenia tego typu sieci to każdy-z-każdym, peer-to-peer (p2p). W kolejnych częściach kursu przedstawię, jak powinien być przygotowany kabel „krosowany” do takich połączeń.
· Klient–Serwer – istnieje jeden (lub więcej) serwer udostępniający swoje zasoby pozostałym komputerom w sieci, czyli klientom. Jest to obecnie standardowy sposób łączenia komputerów w szkolnych pracowniach komputerowych.
Sieci składają się z wielu elementów, które ogólnie można podzielić na sprzęt i oprogramowanie.
Urządzenia techniczne „same z siebie” nic nie wykonają. Muszą pracować pod kontrolą odpowiedniego oprogramowania. Zarówno urządzenia techniczne wchodzące w skład zestawu komputerowego jak i oprogramowanie, w tym systemy operacyjne, były omówione podczas realizacji przedmiotów wprowadzających.
W ramach obecnego szkolenia przedstawię specjalne oprogramowanie sieciowe oraz polecenia systemu operacyjnego służące do obsługi sieci, a także elementy składowe sieci poczynając od medium transmisyjnego po zaawansowane sterowniki transmisji danych.
Komputery oraz urządzenia sieciowe podczas pracy wykonują niezliczoną ilość operacji związanych z nawiązywaniem połączeń i przesyłaniem komunikatów oraz danych. Sygnały rozchodzą się w środowisku zwanym medium transmisyjnym.
Medium transmisyjne jest nośnikiem używanym do transmisji sygnałów w telekomunikacji i jest podstawowym elementem systemów telekomunikacyjnych. Możliwości transmisji zależą od parametrów użytego medium. Wyróżnia się media przewodowe i bezprzewodowe.
W kolejnej części kursu zapoznasz się z mediami przewodowymi, w tym kablami koncentrycznymi i skrętkami.
Zanim przejdziesz do kolejnej części szkolenia, proponuję samodzielne powtórzenie pojęć zaznaczonych w kursie pogrubioną czcionką.
Pierwsze lokalne sieci komputerowe zakładane w polskich szkołach bazowały na kablu koncentrycznym i specjalnych złączkach.
Kabel koncentryczny, często nazywany “koncentrykiem”, składa się z dwóch koncentrycznych (czyli współosiowych) przewodów. Kabel ten jest dosłownie współosiowy, gdyż przewody dzielą wspólną oś. Najczęściej spotykany rodzaj kabla koncentrycznego składa się z pojedynczego przewodu miedzianego, znajdującego się w materiale izolacyjnym. Izolator (lub inaczej dielektryk) jest okolony innym cylindrycznie biegnącym przewodnikiem, którym może być przewód lity lub pleciony, otoczony z kolei następną warstwą izolacyjną. Całość osłonięta jest koszulką ochronną z polichlorku winylu (PCW) lub teflonu.
Fot. 1. Kabel koncentryczny
Zalety kabla koncentrycznego
Potrafi obsługiwać komunikację w pasmach o dużej szerokości bez potrzeby instalowania wzmacniaków. Kabel koncentryczny był pierwotnym nośnikiem sieci Ethernet.
Wady kabla koncentrycznego
Kabel koncentryczny jest dość wrażliwą strukturą. Nie znosi ostrych zakrętów ani nawet łagodnie przykładanej siły gniotącej. Jego struktura łatwo ulega uszkodzeniu, co powoduje bezpośrednie pogorszenie transmisji sygnału.
Fot. 2, 3,4. Elementy BNC – złączka, trójnik, terminator
Urządzenia sieciowe łączy się za pomocą elementów BNC (ang. Bayonet Neill-Concelman) :
złączek i trójników. Złączki BNC obsadzane są w odpowiedni sposób na kablu koncentrycznym, natomiast za pomocą trójników łączy się karty sieciowe ze strukturą sieci (magistralą, która zostanie opisana w kolejnym kursie). Na zakończeniu sieci podłącza się terminatory, pomiędzy którymi odbija się sygnał.
Dodatkowymi czynnikami zniechęcającymi do stosowania kabli koncentrycznych są ich koszt i rozmiar. Okablowanie koncentryczne jest droższe aniżeli skrętka dwużyłowa ze względu na jego bardziej złożoną budowę. Każdy kabel koncentryczny ma co najmniej 1 cm średnicy. Zużywa on dużo miejsca w kanałach i torowiskach kablowych, którymi prowadzone są przewody. Niewielka nawet koncentracja urządzeń przyłączonych za pomocą kabli koncentrycznych zużywa całe miejsce, którym przewody mogą być prowadzone.
Obecnie najbardziej popularnym medium do przenoszenia danych w sieciach szkolnych pracowni komputerowych jest kabel zwany skrętką dwużyłową.
Fot. 5. Kabel skrętka dwużyłowa
W sieciach LAN najczęściej stosowane są cztery pary przewodów połączone razem w wiązki, które osłonięte są wspólną koszulką z PCW lub teflonu. Teflon jest dużo droższy i sztywniejszy, ale nie wydziela trujących oparów podczas spalania (w razie ewentualnego pożaru). Ze względu na to kable kładzione we wszelkich kanałach dostarczających powietrze do pomieszczeń, w których znajdują się ludzie, muszą mieć osłonę z teflonu.
Zalety skrętki
Do zalet można zaliczyć przede wszystkim dużą prędkość transmisji (do 1000 Mb/s), łatwe diagnozowanie uszkodzeń oraz odporność sieci na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden komputer).
Wady skrętki
Wada skrętki to mniejsza długość kabla łączącego najodleglejsze maszyny pracujące w sieci, niż jest to możliwe w innych mediach stosowanych w Ethernecie. Nieekranowanej skrętki nie należy ponadto stosować w miejscach występowania dużych zakłóceń elektromagnetycznych. Kabel ten ma także bardzo niską odporność na uszkodzenia mechaniczne.
Na skrętce za pomocą specjalnych zaciskarek obsadza się wtyczki standardu RJ45.
Fot. 6. Zaciskarka do kabli
Fot. 7. Wtyczki RJ45 osadzone na kablu
Standardowo stosujemy dwa rodzaje obsadzania kabla RJ45.
Gdy chcemy połączyć dwa komputery równorzędnie (peer-to-peer) stosujemy tzw. kabel krosowany.
Dla wyjaśnienia sposobu łączenia stosujemy następujące oznaczenie wtyków (pinów).
Rys. 1. Oznaczenia wtyków RJ45.
Odpowiednie kolory przewodów łączymy następująco.
Rys. 2. Oznaczenia wtyków RJ45 – kabel krosowany.
W szkolnych pracowniach komputerowych stosujemy sieć klient-serwer z następującymi połączeniami.
Rys. 3. Oznaczenia wtyków RJ45 – kabel standardowy.
Kabel światłowodowy
Do łączenia sieci komputerowych używa się również giętkich włókien szklanych, przez które dane są przesyłane z wykorzystaniem światła. Cienkie włókna szklane zamykane są w plastikowe osłony, co umożliwia ich zginanie nie powodując łamania. Nadajnik na jednym końcu światłowodu wyposażony jest w diodę świecącą lub laser, które służą do generowania impulsów świetlnych przesyłanych włóknem szklanym. Odbiornik na drugim końcu używa światłoczułego tranzystora do wykrywania tych impulsów.
Kable światłowodowe najczęściej stosowane są w sieciach miejskich służących do szybkiego przesyłania dużych ilości danych.
Fot. 8. Kabel światłowodowy.
Zalety kabla światłowodu
Nie powodują interferencji elektrycznej w innych kablach, ani też nie są na nią podatne.
Impulsy świetlne mogą docierać znacznie dalej niż w przypadku sygnału w kablu miedzianym.
Światłowody mogą przenosić więcej informacji niż za pomocą sygnałów elektrycznych.
Inaczej niż w przypadku prądu elektrycznego, gdzie zawsze musi być para przewodów połączona w pełen obwód, światło przemieszcza się z jednego komputera do drugiego poprzez pojedyncze włókno
Wady kabla światłowodu
Przy instalowaniu światłowodów konieczny jest specjalny sprzęt do ich łączenia, który wygładza końce włókien w celu umożliwienia przechodzenia przez nie światła.
Gdy włókno zostanie złamane wewnątrz plastikowej osłony, znalezienie miejsca zaistniałego problemu jest trudne.
Naprawa złamanego włókna jest trudna ze względu na konieczność użycia specjalnego sprzętu do łączenia dwu włókien tak, aby światło mogło przechodzić przez miejsce łączenia.
W szkołach coraz częściej obok mediów przewodowych stosuje się media bezprzewodowe. Wśród nich największą rolę odgrywają fale radiowe. Dzięki nim uczniowie i nauczyciele mogą podłączyć swoje notebooki lub telefony komórkowe do serwera udostępniającego Internet.
W ramach tego kursu przedstawię podstawowe informacje o mediach bezprzewodowych i podam przykłady ich wykorzystania. Zaczniemy od wyjaśnienia właściwości i podziału wszechotaczających nas fal elektromagnetycznych. Informacje na ten temat są dostępne np. w WIKIPEDII pod adresem:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_elektromagnetyczne .
Jedną z podstawowych wielkości, za pomocą której dokonujemy podziału ze względu na właściwości i zastosowania tych fal są częstotliwość i odpowiadająca jej długość fali. W teleinformatyce największe znaczenie mają fale radiowe, które mogą być wykorzystywane nie tylko do nadawania programów telewizyjnych i radiowych, ale i do transmisji danych komputerowych. Nieformalnie o sieci, która korzysta z elektromagnetycznych fal radiowych, mówi się, że działa na falach radiowych, a transmisję określa się jako transmisję radiową. Sieci takie nie wymagają bezpośredniego fizycznego połączenia między komputerami. W zamian za to każdy uczestniczący w łączności komputer jest podłączony do anteny, która zarówno nadaje, jak i odbiera fale.
Anteny używane w sieciach mogą być duże lub małe w zależności od żądanego zasięgu. Antena zaprojektowana na przykład do nadawania sygnałów na kilka kilometrów przez miasto może składać się z metalowego słupka o długości 2 m zainstalowanego na dachu. Antena umożliwiająca komunikację wewnątrz budynku może być tak mała, że zmieści się wewnątrz przenośnego komputera (tzn. mniejsza niż 20 cm).
Fot. 9. Karta sieciowa z anteną radiową do komputera stacjonarnego.
Do przekazywania informacji może być również używane promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach spoza zakresu wykorzystywanego w radio i telewizji. W telefonii komórkowej używa się fal elektromagnetycznych o długości od 1 mm do 1 m zwanych mikrofalami.
Mikrofale dają możliwość ukierunkowania transmisji, co zabezpiecza przed odebraniem sygnału przez innych. Dodatkowo za pomocą transmisji mikrofalowej można przenosić więcej informacji, niż za pomocą transmisji radiowej o mniejszej częstotliwości. Jednak, ponieważ mikrofale nie przechodzą przez struktury metalowe, transmisja taka działa najlepiej, gdy między nadajnikiem a odbiornikiem nie ma przeszkód w postaci zabudowań, drzew lub przeszkód w postaci niekorzystnego ukształtowania terenu.
Przykładem wykorzystania fal mikrofalowych są również urządzenia zwane fotoradarami.
W technologiach informatycznych duże znaczenie odgrywają fale podczerwone. Za ich pomocą mogą się komunikować z komputerem np. myszy i klawiatury bezprzewodowe. Są one również powszechnie wykorzystywane w tzw. pilotach telewizorów czy wież stereo. Transmisja podczerwona jest ograniczona do małej przestrzeni i zwykle wymaga, aby nadajnik był nakierowany na odbiornik. Sprzęt wykorzystujący podczerwień jest w porównaniu z innymi urządzeniami niedrogi i nie wymaga anteny. Transmisja w podczerwieni może być użyta również w sieciach komputerowych do przenoszenia danych.
Szczególne właściwości posiadają fale elektromagnetyczne spolaryzowane. Mogą przenosić dużą energię w sposób ukierunkowany. Taką wiązkę nazywaną światłem laserowym można przenosić pomiędzy punktami, w których znajdują się nadajnik i odbiornik. Sprzęt optoelektroniczny jest zamontowany w stałej pozycji, zwykle na wieży i ustawiony tak, że nadajnik w jednym miejscu wysyła promień światła dokładnie do odbiornika w drugim. Nadajnik wykorzystuje laser do generowania promienia świetlnego, gdyż jego światło pozostaje skupione na długich dystansach.
Warstwowy model sieci
