Sieci komputerowe

 Sieci można klasyfikować na wiele różnych sposobów. Tutaj przedstawimy najbardziej podstawowe informacje o sieciach komputerowych oraz o ich konfiguracjach, składnikach i sposobach pracy. Zainteresowanych odsyłamy do bogatej literatury na ten temat.

 

Terminologia stosowana w sieciach komputerowych

Sieć komputerowa (ang. computer network)

Zbiór komputerów rozmieszczonych na pewnym obszarze i połączonych ze sobą kanałami transmisyjnymi w celu wymiany informacji.

Serwer sieciowy (ang. network server)

Wydzielony w sieci komputer, zwykle o dużej mocy obliczeniowej i pojemnych dyskach twardych, który steruje pracą sieci i udostępnia różne usługi - pocztę elektroniczną, składowanie plików i programów, dostęp do Internetu, komunikację i wymianę danych w obrębie sieci, itp.

Administrator sieci, admin (ang. network administrator)

Odpowiednio przeszkolona osoba, której zadaniem jest nadzorowanie sieci. Zgodnie z obrazkiem po lewej stronie, praca administratora jest bardzo wyczerpująca i wymaga dużych kwalifikacji.

Administrator pracuje na serwerze.

Zapamiętaj:

Nie zadzieraj z adminem, bo ma on zawsze rację, nawet gdyby jej nie miał!

Stacja robocza, terminal sieciowy (ang. workstation)

Komputer podłączony do sieci, korzystający z jej zasobów. Na terminalu pracuje użytkownik sieci (ang. network user). Użytkownicy posiadają w sieci różne prawa (np. dostępu do wybranych usług lub zasobów). Użytkownik o największych prawach jest awatarem (ang. avatar).

 

Podział sieci komputerowych ze względu na wielkość

LAN (ang. Local Area Network) - sieć lokalna:

Jest to mała sieć komputerowa zawierająca do kilkuset komputerów zgrupowanych fizycznie na niedużym obszarze, takim jak szkoła, biuro firmy, lotnisko, szpital, fabryka, instytut naukowy, itp. Kanały transmisyjne realizowane są zwykle za pomocą kabli elektrycznych lub radia (przykładem jest standard Ethernet).

 

MAN (ang. Metropolitan Area Network) - sieć miejska:

Jest to duża sieć komputerowa zawierająca dziesiątki tysięcy komputerów, która rozprzestrzenia się na większym obszarze, obejmującym od kilku budynków do granic strefy miejskiej. Cechuje się szybką transmisją danych. Zwykle sieć posiada kilkunastu różnych właścicieli, którzy zarządzają jej fragmentami. Kanały transmisyjne realizowane są zwykle za pomocą światłowodów o dużej przepustowości lub techniką radiową.

 

WAN (ang. Wide Area Network) - sieć rozległa:

Jest to sieć komputerowa pokrywająca rozległy obszar wykraczający poza granice miast, regionów, a nawet państw. Przykładem największej sieci WAN jest Internet oplatający całą Ziemię, a wkrótce również obecny w kosmosie. Ilość komputerów wchodzących w skład tej sieci zwykle nie jest ograniczona i liczy się ją milionami sztuk. Typowymi kanałami komunikacyjnymi w sieciach WAN są linie telefoniczne, połączenia krótkofalowe oraz kanały satelitarne. Sieci WAN często łączą ze sobą sieci LAN i MAN w większe grupy.

 

Podział sieci LAN ze względu na topologię

Topologia sieci komputerowej określa sposób połączenia jej węzłów i wynikające stąd własności. Zasadniczo rozróżniamy następujące topologie sieci LAN (S - serwer, W - stacja robocza):

Gwiazda (ang. star)

Stacje robocze połączone są z serwerem (lub innym urządzeniem sieciowym - np. hubem) sieci za pomocą osobnych kanałów transmisyjnych. Sieci tego typu są obecnie bardzo popularne ze względu na swoją niezawodność.

Zalety:

Duża szybkość i niezawodność działania.
Uszkodzenie terminala nie powoduje awarii całej sieci.

Wady:

Skomplikowane okablowanie.
Dosyć wysoki koszt wykonania sieci.
Awaria serwera lub huba unieruchamia całą sieć.

Pierścień (ang. ring)

Sieć posiada pojedynczy kanał transmisyjny w kształcie pierścienia, w którym krążą dane wymieniane w sieci przez sąsiednie stacje robocze. Serwer nie posiada tutaj pełnej kontroli nad siecią. W sieci typu pierścień występuje problem synchronizacji przesyłu danych. Rozwiązano go wprowadzając mały pakiet TOKEN, który cyklicznie krąży w pierścieniu. Komputer chcący transmitować dane przechwytuje pakiet TOKEN, przesyła dane i zwraca pakiet TOKEN do pierścienia, aby inne komputery też mogły uzyskać dostęp do kanału transmisyjnego.

Zalety:

Niższy koszt niż dla sieci typu gwiazda.
Prostsze okablowanie.
Łatwość dołączania nowych stanowisk.

Wady:

Przerwanie pierścienia lub uszkodzenie terminala blokuje ruch w całej sieci.
Przy dużej liczbie stacji roboczych spada szybkość transmisji.
Zmniejszone bezpieczeństwo przesyłania danych.

Magistrala (ang. bus)

Sieć posiada pojedynczy kanał transmisyjny, do którego podłączone są wszystkie stacje robocze oraz serwer. Dane pojawiają się jednocześnie na całej magistrali. Występuje problem synchronizacji przesyłu danych, który rozwiązano metodą wyścigu: komputer chcący transmitować dane czeka, aż magistrala będzie wolna. Wtedy próbuje rozpocząć transmisję. Jeśli w tym samym czasie zrobi to samo inny komputer, to dojdzie do kolizji. Komputery wykryją kolizję i oba zwolnią magistralę. Następnie każdy z nich odczeka losowy okres czasu (bardzo ważne, w przeciwnym razie znów doszłoby do kolizji, gdyby czasy czekania były u obu komputerów równe) i ponownie próbuje przechwycić magistralę. Ten, który zrobi to pierwszy, wygrywa wyścig i może transmitować dane.

Zalety:

Niski koszt sieci oraz urządzeń sieciowych.
Proste okablowanie - zamiast kabli można wykorzystywać kanał radiowy.
Łatwość dołączania nowych stanowisk.

Wady:

Serwer nie posiada pełnej kontroli nad siecią.
Duża liczba terminali powoduje spadek efektywnej szybkości pracy sieci (częste kolizje).
Zerowe bezpieczeństwo przesyłu danych - każdy może podsłuchiwać każdego.

 

 

Krótka historia Internetu

W latach 60-tych ubiegłego wieku panowała zimna wojna pomiędzy dwoma mocarstwami - Związkiem Sowieckim i Stanami Zjednoczonymi. Kryzys kubański pokazał, iż granica wybuchu wojny termojądrowej jest niebezpiecznie cienka. Z tego powodu Departament Obrony USA stworzył Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych ARPA (ang. Advanced Research Project Agency), która zajęła się opracowaniem planów i budową rozległej sieci komputerowej odpornej na atak nuklearny. Pod koniec lat 60 powstaje ARPANET - sieć komputerowa łącząca cztery węzły w różnych regionach południowo zachodnich stanów USA. Podstawową cechą sieci ARPANET jest niezależność węzłów oraz brak centralnego ośrodka. Dzięki temu zniszczenie fragmentu sieci nie powoduje jej zablokowania jako całości.

 

 

Sieć  ARPA

Rok 1969

Węzeł 1 UCLA sierpień

Węzeł 2 Stanford Research Institute (SRI) październik

Węzeł 3 University of California Santa Barbara (UCSB) listopad

Węzeł 4 University of Utah grudzień

 

obok - oryginalny szkic sieci

 

Sieć ARPANET była systematycznie rozbudowywana - dołączano do niej coraz więcej węzłów z innych ośrodków naukowych, instytucji rządowych, banków, firm prywatnych i państwowych.

 

Grudzień, 1969
Czerwiec, 1970
Grudzień, 1970
Wrzesień, 1971
Marzec, 1972
Sierpień, 1972
Wrzesień, 1973
Czerwiec, 1974
Lipiec, 1975
Lipiec, 1976
Lipiec, 1977

 

Pod koniec lat 80-tych ARPANET objęła swoim zasięgiem całą Ziemię - powstał znany nam Internet.

 

Struktura Internetu

 

Internet jest obecnie tworem bardzo skomplikowanym. Powyższy obrazek w dużym uproszczeniu przedstawia jego strukturę. Całość przypomina system nerwowy mózgu człowieka - nie zdziwiłbym się, gdyby w niedalekiej przyszłości okazało się, iż Internet wytworzył samoświadomość. Ale wróćmy do rzeczy.

W przeciwieństwie do sieci lokalnej Internet nie łączy ze sobą pojedynczych komputerów, lecz całe sieci komputerowe. Stąd pochodzi jego nazwa:

 

INTER  NET
między - sieć

 

Sieci są połączone za pomocą tzw. sieci szkieletowej (ang. backbone network), która zbudowana jest ze szybkich kanałów transmisyjnych oraz komputerów kierujących przepływem danych - tzw. routerów. Routery wybierają w sieci szkieletowej najlepsze trasy dla przesyłanych danych oraz dbają o obejścia zablokowanych lub przeciążonych fragmentów sieci. Dzięki nim informacja trafia niezawodnie do odbiorcy.

Komputery w sieci Internet posiadają przydzielone unikalne numery, które służą do ich identyfikacji. Numery te nazywamy adresami IP. Służą one routerom do określania ścieżki przesyłu danych pomiędzy dwoma komputerami w sieci Internet - analogicznie jak w przypadku połączenia telefonicznego. W wersji 4 protokołu internetowego adresy IP składają się z 4 bajtów (nowa wersja protokołu nr 6 definiuje już 16 bajtowe adresy IP). Adres IP zapisujemy jako czwórkę liczb z zakresu od 0 do 255, rozdzielone kropkami:

 

nnn.nnn.nnn.nnn
gdzie nnn = 0...255

Przykład:

192.193.225.12,  87.66.139.253,  221.188.164.1

 

Wszystkich możliwych adresów IP jest 256 × 256 × 256 × 256 = 2564 = 4294967296, czyli ponad 4 mld. Ponieważ Internet łączy ze sobą nie pojedyncze komputery, ale całe sieci komputerowe, adresy IP dzielą się na kilka klas (dzisiaj podział ten nie jest już tak sztywny jak dawniej). Adres IP zawiera numer sieci komputerowej oraz numer komputera wewnątrz tej sieci.

Klasa A

W klasie A pierwszy bajt określa numer sieci, a pozostałe 3 bajty są numerem hosta wewnątrz tej sieci:

 

1...126.hhh.hhh.hhh

 

Pierwszy bajt może przyjmować wartości tylko od 1 do 126 (0 i 127 są używane do specjalnych celów w sieci). Wynika z tego, iż w klasie A może być tylko 126 dużych sieci komputerowych, a w każdej z nich może znaleźć się 256 × 256 × 256 = 2563 = 16777216 hostów, czyli ponad 16 mln. Ponieważ duże sieci nieefektywnie gospodarują swoimi adresami IP, od 1997 roku mniejsze sieci wypożyczają część numerów klasy A dla swoich hostów. Wymagało to oczywiście odpowiedniej przebudowy oprogramowania routerów, tak aby dane były kierowano do właściwych węzłów, które znajdują się poza siecią posiadającą pulę adresów IP klasy A.

 

Klasa B

W klasie B dwa pierwsze bajty adresu IP zawierają numer sieci. Pozostałe dwa bajty zawierają numer hosta wewnątrz danej sieci:

 

128...191.sss.hhh.hhh

 

Pierwszy bajt przyjmuje wartości od 128 do 191 (64 możliwe wartości). Chodzi o to, aby numer IP klasy B nie wchodził w zakres numerów IP klasy A. Drugi bajt numeru sieci ma wartość dowolną. Zatem w klasie B może być 64 × 256 = 16384 sieci, a w każdej z nich może być do 256 × 256 = 2562 = 65536 hostów.

 

Klasa C

W klasie C numer sieci zawiera się w 3 pierwszych bajtach. Numer hosta podaje ostatni, czwarty bajt:

 

192...223.sss.sss.hhh

 

Pierwszy bajt przyjmuje wartości od 192 do 223 (32 wartości), pozostałe dwa bajty są dowolne, zatem sieci może być 32 × 256 × 256 = 2097152, czyli ponad 2 mln. W każdej z sieci klasy C może wystąpić do 254 hostów (numer 0 i 255 są zarezerwowane na wewnętrzne potrzeby komunacyjne w sieci).

 

Podsumujmy:

Klasa Adres IP Liczba sieci Liczba hostów
A 1-126.h.h.h 126 16777216
B 127-191.s.h.h 16384 65536
C 192-223.s.s.h 2097152 254

 

Nazwy domenowe

Adresy IP są wykorzystywane przez routery do określenia trasy pakietów danych, przesyłanych w sieci Internet. Dzięki adresowi IP sieć szkieletowa odpowiednio zestawia połączenie pomiędzy hostami. Z drugiej strony adres IP jest mało czytelny dla ludzi - głównych użytkowników sieci. Dlatego wprowadzono alternatywny sposób adresowania - nazwy domenowe (ang. domain names). Nazwy te tworzą hierarchiczną strukturę, odczytywaną od końca. Np.:

 

edu.i-lo.tarnow.pl

pl - domena główna, w tym przypadku oznacza nasz kraj
tarnow - poddomena domeny pl. W domenie pl są również poddomeny krakow, onet, wp, interia, google itp.
i-lo - poddomena należąca do tarnow.
edu - poddomena należąca do i-lo.

 

Nazwy domenowe zastępują numery IP. Np. zamiast wpisywać do przeglądarki numer IP 72.14.221.104 (sprawdź to) prościej wpisać google.pl. Jest tylko jeden problem - routery potrzebują adresów IP, zatem w celu nawiązania połączenia w Internecie nazwa domenowa musi zostać przekształcona na odpowiadający jej numer IP. Możemy to porównać z telefonowaniem do kolegi, którego nazwisko znamy, lecz nie wiemy jaki posiada numer telefoniczny. Problem rozwiązujemy wyszukując numer w książce telefonicznej. Na szczęście w sieci Internet również istnieją "książki telefoniczne" dla nazw domenowych. Nazywamy je serwerami nazw domenowych - w skrócie DNS (ang. Domain Name Server).

Połączenie przy pomocy nazwy domenowej wygląda następująco:

Wyobraźmy sobie, iż nasz komputer chce przesłać dane do komputera o nazwie domenowej www.uczniak.pl. Ponieważ nie zna numeru IP, wysyła tę nazwę do współpracującego z nim serwera nazw domenowych. Ten z kolei przeszukuje swoją bazę danych. Jeśli znajdzie wpis www.uczniak.pl, to odczytuje numer IP skojarzony z tą nazwą i zwraca go do naszego komputera. Teraz komputer posiada już numer IP i może go umieścić w pakietach przesyłanych do routera. Połączenie zostanie nawiązane.

 

Konfiguracja połączenia internetowego

Kliknij przycisk Start na pasku zadań, a następnie z menu wybierz opcję Uruchom. W pasku tekstowym wpisz:

 

cmd

 

i kliknij przycisk OK. Spowoduje to uruchomienie okna tekstowego konsoli, w którym możemy wpisywać polecenia za pomocą tekstu. Wpisujemy zatem:

 

ipconfig

 

Polecenie to wyświetli nam podstawowe informacje o naszym połączeniu internetowym:

 

Adres IP - określa numer IP naszego komputera
Maska podsieci - rozdziela numer sieci od numeru hosta
Brama domyślna - numer IP serwera, poprzez który jesteśmy podłączeni do Internetu.

 

Jeśli wydamy polecenie ipconfig /all , to otrzymamy pełne informacje o konfiguracji naszego połączenia internetowego. Między innymi dostajemy informacje o numerach IP serwerów DNS, z którymi współpracuje nasz komputer przy zamianie nazw domenowych na odpowiadające im numery IP.

Zwróć uwagę, iż na komputerach w pracowni pierwsze trzy bajty każdego numeru IP są takie same - jest to numer naszej sieci. Ostatni bajt jest natomiast na każdym komputerze inny - jest to numer komputera wewnątrz danej sieci. Zapisz sobie numer IP swojego komputera, serwera oraz DNS.

 

Wpisz w oknie konsoli:

 

ping IP_twojego_komputera
ping IP_serwera
ping IP_DNS

ping onet.pl
ping wp.pl
ping google.pl

 

Polecenie ping pozwala odpytać docelowy komputer. Polega to na przesłaniu krótkiego pakietu danych do komputera, którego adres IP lub nazwę domenową podamy jako parametr. Jeśli komputer docelowy jest obecny w sieci (nawet w Japoni) i nie ma filtrowanej łączności z siecią, to odbierze przesłany pakiet i wyśle potwierdzenie. W ten sposób możemy przetestować połączenie z wybranym komputerem w sieci. Dodatkową cechą polecenia ping jest automatyczna zamiana nazw domenowych na odpowiadające im numery IP, dzięki temu możemy szybko sprawdzić, jaki numer IP odpowiada danej nazwie domenowej:

 

C:\>ping www.interia.pl

Badanie www.interia.pl [217.74.65.27] z użyciem 32 bajtów danych:

Odpowiedź z 217.74.65.27: bajtów=32 czas=15ms TTL=60
Odpowiedź z 217.74.65.27: bajtów=32 czas=15ms TTL=60
Odpowiedź z 217.74.65.27: bajtów=32 czas=15ms TTL=60
Odpowiedź z 217.74.65.27: bajtów=32 czas=15ms TTL=60

Statystyka badania ping dla 217.74.65.27:
Pakiety: Wysłane = 4, Odebrane = 4, Utracone = 0 (0% straty),
Szacunkowy czas błądzenia pakietów w millisekundach:
Minimum = 15 ms, Maksimum = 15 ms, Czas średni = 15 ms

C:\>

 

Innym ciekawym poleceniem jest:

 

tracert adres IP
tracert nazwa domenowa

 

Umożliwia ono śledzenie trasy połączenia w sieci szkieletowej, po której przesyłane są pakiety danych od naszego komputera do komputera docelowego (ang. tracert - trace route, czyli śledź trasę).

 

C:\>tracert www.google.pl

Trasa śledzenia do www.l.google.com [209.85.129.104]
przewyższa maksymalną liczbę przeskoków 30

  1    <1 ms    <1 ms     1 ms  82.115.66.1
  2    <1 ms    <1 ms    <1 ms  10.0.0.1
  3     5 ms     4 ms     4 ms  88.220.124.129
  4     9 ms     9 ms     9 ms  pos-1-0.warp2.net.telenergo.pl [213.172.160.157]
  5     9 ms    10 ms     9 ms  194.25.208.149
  6    30 ms    30 ms    30 ms  217.239.37.170
  7    30 ms    30 ms    31 ms  74.125.50.149
  8    31 ms    28 ms    28 ms  66.249.94.88
  9    29 ms    31 ms    30 ms  72.14.233.107
 10    32 ms    32 ms    30 ms  72.14.232.201
 11    33 ms    36 ms    29 ms  72.14.239.174
 12    29 ms    29 ms    29 ms  fk-in-f104.google.com [209.85.129.104]

Śledzenie zakończone.

C:\>

 

Podsumujmy:

ipconfig - informacja o numerach IP naszego komputera oraz serwera udostępniającego połączenie z Internetem

ping - pozwala przetestować połączenie z wybranym komputerem w sieci

tracert - pozwala prześledzić trasę przesyłu pakietów do zadanego komputera w sieci

 



List do administratora Serwisu Edukacyjnego Nauczycieli I LO

Twój email: (jeśli chcesz otrzymać odpowiedź)
Temat:
Uwaga: ← tutaj wpisz wyraz  ilo , inaczej list zostanie zignorowany

Poniżej wpisz swoje uwagi lub pytania dotyczące tego rozdziału (max. 2048 znaków).

Liczba znaków do wykorzystania: 2048

 

W związku z dużą liczbą listów do naszego serwisu edukacyjnego nie będziemy udzielać odpowiedzi na prośby rozwiązywania zadań, pisania programów zaliczeniowych, przesyłania materiałów czy też tłumaczenia zagadnień szeroko opisywanych w podręcznikach.



   I Liceum Ogólnokształcące   
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie

©2017 mgr Jerzy Wałaszek

Dokument ten rozpowszechniany jest zgodnie z zasadami licencji
GNU Free Documentation License.