© SKiTI 2017

Sieci Komputerowe i Technologie Internetowe(SKiTI)

Wykład 2: Wprowadzenie, historia, podstawowe pojęcia

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI – KATEDRA INŻYNIERII SYSTEMÓW STEROWANIAKierunek: Automatyka i Robotyka

Studia stacjonarne I stopnia: rok I, semestr IIdr inż. Tomasz Rutkowski

2017

Plan Wykładu

� Wprowadzenie do tematyki sieci komputerowych:o społeczeństwo informacyjne

o czym jest sieć komputerowa

o historia i tempo rozwoju sieci komputerowych

� Podstawowy podział sieci komputerowych ze względu na:

2

� Podstawowy podział sieci komputerowych ze względu na:o ośrodek transmisji (przewodowe, bezprzewodowe)

o dostępność (Internet, Intranet)

o rozległość sieci (LAN, WAN, MAN)

� Topologie sieci komputerowych:o przykładowe topologie fizyczne

o przykładowe topologie logiczne

Społeczeństwo informacyjne

3

Społeczeństwo informacyjne

• Społeczeństwo informacyjne – terminem tym określa się społeczeństwo, w którym towarem staje się informacja traktowana jako „szczególne” dobro niematerialne, równoważne lub cenniejsze nawet od „klasycznych” dóbr materialnych

Przewiduje się rozwój usług związanych z 3xP:

� przechowywanie

� przesyłanie

� przetwarzanie informacji

4

Rozwój społeczeństwa informacyjnego obejmuje:

• pełną liberalizację rynku

• rozległą infrastrukturę telekomunikacyjną

• spójne i przejrzyste prawodawstwo

• nakłady finansowe na badania i rozwój• nakłady finansowe na badania i rozwój

• nieskrępowany dostęp do sieci wszystkich operatorów

• szeroki i tani dostęp do Internetu

• publiczny dostęp do informacji

• umiejętność wymiany danych bez względu na odległość

• wysoki odsetek zatrudnienia w usługach

5

Sieć Komputerowa

6

Sieć Komputerowa

Sieci

� Drogowe, Lotnicze, Kolejowe� Komórkowe (telefoniczne), Pocztowe, Kurierskie� Wodociągowe, Kanalizacyjne, Energetyczne� Stacje paliw, serwis, obsługi klienta � Handlowe, Spożywcze, Hotelarskie� Prasowe, Radiowe, TV

7

� Prasowe, Radiowe, TV� Rybackie, na motyle, biologiczne - pająki

Sieci umożliwiają: przemieszczać się, wymieniać informacje, przedmioty, zaopatrywać i odprowadzać, pozyskiwać, integrować, standaryzować, łapać, pokrywać pewien obszar ;)

Zasięg sieci: lokalne, krajowe ale również ponadnarodowe, ponadkulturowe, ponadreligijne – globalne i uniwersalne, powszechnie znane

Sieć Komputerowa

Sieć komputerowa to połączone ze sobą dwa lub większa liczba urządzeń mikroprocesorowych

8

większa liczba urządzeń mikroprocesorowych (hostów/komputerów) w celu wymiany danych

i współdzielenia zasobów

(wzajemne komunikowanie się)

Sieć Komputerowa

Zasoby współdzielone w sieci komputerowej to np.:� oprogramowanie � sprzęt: drukarki sieciowe, skanery� magazyny dyskowe� centralne lub rozproszone bazy danych � moce obliczeniowe

9

� moce obliczeniowe

Możliwości sieci komputerowej to np.:� wymiana danych, informacji� udostępnianie zasobów� wielodostęp� praca grupowa� praca zdalna

Podstawowe usługi sieciowe

� Witryny internetowe (ang. WWW-World Wide Web)• informacja, reklama, bankowość, etc.

� Poczta elektroniczna (ang. E-mail)• prywatna, korporacyjna

� Komunikatory (ang. messengers)• przeznaczone do krótkich rozmów tekstowych

10

• przeznaczone do krótkich rozmów tekstowych

� Grupy dyskusyjne (ang. newsgroups), fora internetowe i serwisy społecznościowe (ang. social networking service)

• uporządkowane tematycznie formy dyskusji, wymiany opinii, wiadomości, zdjęć

� Transmisje strumieniowe (ang. Stream media) • dźwięk, obraz, ciągłe relacje tekstowe

� Udostępnianie plików• dokumentacja, ebooki, muzyka, filmy, grafika

� Udostępnianie przestrzeni dyskowych• archiwizacja, dokumentacja

� Wynajmowanie mocy obliczeniowych

Historia - sieci komputerowe,

11

Historia - sieci komputerowe,

Internet, Ethernet

Historia – sieci komputerowe, Internet, Ethernet

�Lata 40te XX wieku powstają pierwsze komputery, bezpośredni dostęp do nich mają programiści w specjalnych budynkach, pomieszczeniach gdzie znajdują się te komputery

12

�Lata 50te XX wieku powstaje pierwszy układ scalony, postępująca miniaturyzacja, rozwój systemów operacyjnych i języków programowania wysokiego poziomu

�Lata 60te XX wieku, wzrasta liczba komputerów, komputery znajdują się nadal w specjalnych budynkach, możliwy jest jednak do nich dostęp poprzez terminale tekstowe

Historia – sieci komputerowe, Internet, Ethernet

� Powstanie w 1958 roku ARPA (ang. Advanced Research Project Agency), której zadaniem było obserwowanie i wspieranie inicjatyw powstających na uczelniach w USA, które miały szczególne znaczenie dla obronności USA

� Lata 70te XX wieku rozwój wielu technologii firmowych, rozwój branży komputerów osobistych (niepewny)

� Lata 1968 – 1978, na Uniwersytecie Hawajskim powstaje prekursor sieci

13

� Lata 1968 – 1978, na Uniwersytecie Hawajskim powstaje prekursor sieci Ethernet w postaci sieć komputerowej Aloha opartej o komunikację radiowa

� Lata 1972 – 1977 prace nad Ethernetem zakończone patentem numer 4063220 w 1977 pod nazwą: „Multipoint Data Communication System WithCollision Detection”

� Rok 1980 powstaje specyfikacja Ethernetu v1.0 (Digital-Intel-Xerox Ethernet -10Mbps )

� Rok 1982 powstaje specyfikacja Ethernetu v2.0

� Lata 80te w USA istnieje już rozbudowana struktura łącząca sieci uczelniane

Historia – sieci komputerowe, Internet, Ethernet

� Rok 1985 komisja 802.3 bazując na DIX opublikowała standard IEEE pod nazwą: „IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access witch Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications”

� Lata 90te pojawia się pojęcie „Internet”, oznaczające połączone sieci uczelniane wykonane w różnych technologiach, co wynikało z ich różnego rozwoju w czasie

14

� Lata 90te opracowano całą gamę standardów 802.3 uwzględniających bieżący stan rozwoju technologii w zakresie przesyłania sygnałów, wprowadzenie skrętki, światłowodu (rozwój Ethernet: 100Mb, 1Gb, 10Gb i 100Gb)

� W 1990 roku gdy ARPA Net zaczęła się gwałtownie rozrastać zmieniono jej nazwę na INTERNET

� Sieć ARPA Net jest bezpośrednim przodkiem Internetu – obecnie jest oddzielona od cywilnego Internetu

Sieci Komputerowe – historia

15

Jeden z pierwszych rysunków przedstawiających ideę działania sieci

Ethernet wykonany w 1976 roku przez dra Roberta M. Metcalfe’a

Rozwój Sieci Komputerowych

16

Rozwój Sieci Komputerowych

17

Rozwój Sieci Komputerowych

18

Rozwój Sieci Komputerowych

19

Rozwój Sieci Komputerowych

20

Rozwój Sieci Komputerowych

21

Podstawowy podział sieci

22

Podstawowy podział sieci

komputerowych

Podział sieci ze względu na…

...ośrodek transmisji:

�przewodowe

� bezprzewodowe

23

� bezprzewodowe

Podział sieci ze względuna ośrodek transmisji

� przewodowe

� kabel miedziany

• koncentryczny

24

• koncentryczny

• skrętka

� światłowód

Podział sieci ze względuna ośrodek transmisji

� bezprzewodowe

� fale radiowe

� mikrofale

25

� mikrofale

� podczerwień

� ultradźwięki

� światło laserowe

Podział sieci ze względu na…

…”dostępność”:

�Internet • Nazywana siecią wszystkich sieci – łączy wiele sieci różnego typu (sieci

26

• Nazywana siecią wszystkich sieci – łączy wiele sieci różnego typu (sieci heterogeniczne)

�Intranet • Sieci korporacyjne, często odłączone od innych sieci (Internetu), rozległość

determinowana przez organizację, korporację – użytkownika intranetu

Podział sieci ze względu na…

…rozległość:�WAN (ang. Wide Area Network)

• Sieci rozległe łączące miasta, kraje, kontynenty

�MAN (ang. Metropolitan Area Network)

27

�MAN (ang. Metropolitan Area Network)• Sieci miejskie, aglomeracyjne

�LAN (ang. Local Area Network)• Sieć lokalna najczęściej ograniczona do jednego budynku lub grupy

budynków (kampusu)

�PAN (ang. Personal Area Network)• Sieci osobiste, domy, niewielkie biura

Wizualizacja części światowej sieci szkieletowej

Mapa części Internetu oparta o stan z 15 stycznia 2005 (www.opte.org).

Każda linia wytyczona jest między dwoma węzłami, reprezentującymi dwa adresy IP.

28

dwa adresy IP.Długość linii wskazuje na opóźnienie między tymi węzłami.

Wykres reprezentuje niecałe 30% sieci klasy C osiągalnej przez programy zbierające dane na początku 2005 roku.

Wizualizacja części światowej sieci szkieletowej

Mapa części Internetu – lipiec 2015 (www.opte.org).

29

Orientacyjna mapa pierwszejeuropejskiej sieci szkieletowej Ebone

Pierwsza w Europie światłowodowa sieć szkieletowa IP.

Stan 2001 rok.

Sieć działała od 1992 do 2002 roku.

30http://en.wikipedia.org/wiki/EBONE

GÉANT, superszybka ogólnoeuropejska komputerowa sieć badawczo-naukowa

Stan: 2001

http://www.geant.net/

31

GÉANT, superszybka ogólnoeuropejska komputerowa sieć badawczo-naukowa

Stan: 2004

http://www.geant.net/

32

GÉANT, superszybka ogólnoeuropejska komputerowa sieć badawczo-naukowa

Stan: 2009

http://www.geant.net/

33

GÉANT, superszybka ogólnoeuropejska komputerowa sieć badawczo-naukowa

Stan: 2014

http://www.geant.net/

34

Sieć NASK w Polsce – pionier sieci WAN w Polscehttp://www.nask.pl

Sieć NASK-WAN ma 43 węzły, dzięki którym klienci z całego kraju mogą dołączyć się do Internetu oraz skorzystać z oferowanych przez NASK usług. Sieć połączona jest z zagranicą przez Szwecję łączem o

35

przez Szwecję łączem o maksymalnej przepustowości 155 Mb/s (przy czym całe to pasmo nie jest wykorzystywane), zaś wewnątrz kraju możliwe są transmisje do 34 Mb/s.

Stan na 1999r

Sieć NASK w Polsce – pionier sieci WAN w Polscehttp://www.nask.pl

Sieć rozległa NASK-WANto kilkadziesiąt węzłówrozlokowanych w miastach całejPolski. Jej połączenie z sieciamiglobalnymi zapewniają międzyinnymi dwa łączamiędzynarodowe o sumarycznej

36

międzynarodowe o sumarycznejprzepustowości 2 Gbps. SiećNASK-WAN zapewnia prędkośćtransmisji danych do 1 Gbps,co gwarantuje brak ograniczeńwewnętrznych.

Stan na 2013r

Sieć PIONIERhttp://www.pionier.net.pl/online/pl/projekty/

Sieć PIONIER to ogólnopolskaszerokopasmowa sieć optycznastanowiąca bazę dla badańnaukowych i prac rozwojowychw obszarze informatyki itelekomunikacji, naukobliczeniowych (gridy, itp.),aplikacji oraz usług dlaspołeczeństwa informacyjnego.

37

społeczeństwa informacyjnego.Wybudowana w całości ześrodków KBN, w chwili obecnejłączy 21 ośrodków MiejskichSieci Akademickich i 5 CentrówKomputerów Dużej Mocy zapomocą własnych łączyświatłowodowych. PIONIER jestpierwszą w Europie krajowąsiecią akademickąwykorzystującą własneświatłowody z technologiąDWDM i transmisją 10GE.

Sieć TASKhttp://www.task.gda.pl

38

Topologie sieci

39

Topologie sieci

komputerowych

Topologia sieci to:

• zbiór zasad fizycznego łączenia elementów sieci oraz reguł komunikacji poprzez medium transmisyjne

• w zależności od zastosowanej topologii sieci

40

• w zależności od zastosowanej topologii sieci stosuje się konkretne specyfikacje dotyczące kabli, złączy oraz standardów komunikacji

Topologia fizyczna:• to opis sposobów fizycznego łączenia

(np. elektrycznego) ze sobą elementów/urządzeń sieci (np. komputerów)

• topologia fizyczna jest bezpośrednio powiązana z topologią logiczna

41

topologią logiczna

Topologia logiczna:• to definicje standardów komunikacji, które

umożliwiają „bezbłędną wymianę danych” pomiędzy elementami/urządzeniami sieci dla danej topologii fizycznej

Przykładowe topologia fizyczne:

• topologia magistrali

• topologia pierścienia

• topologia gwiazdy

• topologia podwójnego pierścienia

42

• topologia podwójnego pierścienia

• topologia siatki

• topologia hierarchiczna

• …

• Topologia magistrali inaczej szynowa (ang. bus)

Wszystkie komputery podłączone są do jednej

magistrali - zazwyczaj kabla koncentrycznego.

Zalety:•małe użycie kabla

43

•małe użycie kabla•brak dodatkowych urządzeń (koncentratory, przełączniki)•niska cena sieci•łatwość instalacji•awaria pojedynczego komputera nie powoduje unieruchomienia całej sieci

Wady:•trudna lokalizacja usterek•tylko jedna możliwa transmisja w danym momencie•potencjalnie duża ilość kolizji•awaria głównego kabla powoduje unieruchomienie całej sieci•słaba skalowalność•niskie bezpieczeństwo

• Topologia pierścienia (ang. ring)Komputery połączone są za pomocą jednego nośnika informacjiw układzie zamkniętym - okablowanie nie ma żadnychzakończeń (tworzy krąg). Sygnał wędruje w pętli od komputerado komputera, który pełni rolę wzmacniacza regenerującegosygnał i wysyłającego go do następnego komputera. Metodatransmisji danych w pętli nazywana jest przekazywaniemżetonu dostępu. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci na

44

żetonu dostępu. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci natransmisję danych w sieci. Każda sieć posiada tylko jeden żetondostępu.Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony komputer adresat pakietu. Następnie komputer odbierający wysyła komunikat do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci.

Zalety:• małe zużycie przewodów• możliwe wysokie osiągi• determinizm dostępu do łącza

Wady:•awaria pojedynczego przewodu lub komputera powoduje przerwanie pracy całej sieci•złożona diagnostyka sieci•trudna lokalizacja uszkodzenia •trudna rozbudowa

• Topologia gwiazdy (ang. star)

Komputery połączone są w jednym wspólnym punkcie, w którym znajduje się koncentrator lub przełącznik.

Topologia gwiazdy zawiera serwer i łączący do niegopozostałe elementy sieci hub (koncentrator). Większośćzasobów znajduje się na serwerze, którego zadaniem jestprzetwarzać dane i zarządzać siecią. Pozostałe elementy

HUB/SWITCH

45

przetwarzać dane i zarządzać siecią. Pozostałe elementytej sieci nazywamy terminalami – korzystają one zzasobów zgromadzonych na serwerze. Same zazwyczajmają małe możliwości obliczeniowe. Zadaniem huba jestnie tylko łączyć elementy sieci, ale także rozsyłać sygnały,a także wykrywać kolizje w sieci. Nadawane przez hubsygnały samoczynnie znikają.

Zalety: •Duża skalowalność •Łatwa rozbudowa•Uszkodzenie jednej stacji lub jednego kabla nie przerywa pracy całej sieci

Wady:•Potrzeba dodatkowego sprzętu sieciowego (hub)•Uszkodzenie koncentratora unieruchamia całą sieć

• Topologia podwójnego pierścieniaTopologia podwójnego pierścienia - składa się z dwóchpierścieni o wspólnym środku (dwa pierścienie nie sąpołączone ze sobą). Topologia podwójnego pierścienia jesttym samym co topologia pierścienia, z tym wyjątkiem, żedrugi zapasowy pierścień łączy te same urządzenia. Innymisłowy w celu zapewnienia niezawodności i elastyczności wsieci, każde urządzenie sieciowe jest częścią dwóch

46

sieci, każde urządzenie sieciowe jest częścią dwóchniezależnych topologii pierścienia. Dzięki funkcjomtolerancji na uszkodzenia i odtwarzania, pierścienie możnaprzekonfigurować tak, żeby tworzyły jeden większypierścień, a sieć mogła funkcjonować w przypadkuuszkodzenia medium. Jest to topologia NADMIAROWA.

• Topologia siatkiUżywana jest wtedy, gdy zapewniona jestkomunikacja bez żadnych przerwań. Wtopologii siatki każdy host ma własnepołączenia z wszystkimi pozostałymi hostami.Siatka częściowa jest zastosowana wschemacie Internetu, gdzie istnieje wieleścieżek do dowolnego miejsca, chociaż nie maścieżek do dowolnego miejsca, chociaż nie matu połączeń miedzy wszystkimi hostami.

Topologia NADMIAROWA

Zalety: Wady:

● wiele ścieżek połączeń ● duża ilość kabla

47

• Topologia hierarchiczna (drzewa)

Urządzenia aktywne określają dostęp do sieci i jej usług.Zaletami topologii drzewa są: łatwość rozbudowy oraz ułatwienie lokalizacji HUB/SWITCH HUB/SWITCH HUB/SWITCH

HUB/SWITCH

48

ułatwienie lokalizacji uszkodzeń. Wadą jest zależność pracy sieci od głównej magistrali.

HUB/SWITCH HUB/SWITCH HUB/SWITCH

Przykładowe topologia logiczne (zdefiniowane przez IEEE):

• IEEE 802.3 10 Mb Ethernet

• IEEE 802.3u 100 Mb Ethernet

• IEEE 802.3x Full Duplex Ethernet

• IEEE 802.3z 1 Gb Ethernet

• IEEE 802.5 Token Ring

49

• IEEE 802.5 Token Ring

• IEEE 802.11 Wireless LAN

• IEEE 802.12 100VG-AnyLAN

• IEEE 802.14 Cable Modem

• IEEE 802.15 Wireless PAN

• IEEE 802.16 Broadband Wireless Access (WiMAX)

• …

Bibliografia

[1] Sieci komputerowe i intersieci, Douglas E. Comer, WNT, 2000

[2] Sieci komputerowe, Andrew S. Tanenbaum, Helion, 2004

[3] Wydanie specjalne miesięcznika NetWorld Vademecum Teleinformatyka -Sieci komputerowe, Indeks 328820; ISSN 1232-8732, Czerwiec 1998Sieci komputerowe, Indeks 328820; ISSN 1232-8732, Czerwiec 1998

[4] Ethernet – sieci, mechanizmy, Krzysztof Nowicki, Infotech, 2006

50

Dziękuję za uwagęDziękuję za uwagę

51