Sieci komputerowe

Łączenie komputerów w sieć ma na celu przede wszystkim optymalizację pracy, oszczędność kosztów oraz usprawnienie komunikacji. Umożliwia ono błyskawiczną wymianę danych oraz współdzielenie zasobów w sposób niemożliwy do osiągnięcia na pojedynczych, odizolowanych urządzeniach. [1, 2, 3, 4]

Kluczowe zalety i cele tworzenia sieci komputerowych to:

• Współdzielenie urządzeń peryferyjnych: Zamiast kupować drukarkę, skaner czy modem dla każdego stanowiska pracy osobno, wystarczy podłączyć jedno urządzenie do sieci, by było ono dostępne dla wielu użytkowników.
• Współużytkowanie zasobów i pamięci: Pozwala na korzystanie z tych samych baz danych, programów i aplikacji oraz przechowywanie plików na centralnych serwerach, co ułatwia współpracę i oszczędza miejsce na dyskach.
• Wydajna komunikacja: Umożliwia sprawny przepływ informacji, przesyłanie plików między pracownikami oraz korzystanie z wewnętrznych systemów wiadomości czy poczty.
• Dostęp do Internetu: Pozwala na współdzielenie jednego łącza internetowego przez wiele urządzeń jednocześnie.
• Scentralizowane zarządzanie i bezpieczeństwo: Ułatwia administratorom IT zarządzanie całą infrastrukturą, instalację aktualizacji, tworzenie kopii zapasowych (backup) oraz kontrolowanie dostępu do poufnych danych z poziomu jednego serwera.
• Mobilność i elastyczność: Zapewnia dostęp do własnych plików i zasobów z dowolnego urządzenia lub komputera w obrębie tej samej sieci.

Sieci funkcjonują według ściśle określonego zestawu procedur, który gwarantuje bezpieczeństwo oraz niezawodność w przesyłaniu informacji. Sieci podnoszą wydajność pracy, normują sposoby postępowania, obowiązujące procedury oraz stosowane praktyki wśród swych użytkowników, ułatwiając prezentowanie różnych pomysłów na ogólnym forum i wspomagając publikowanie informacji.

Korzyści, jakie płyną z łączenia komputerów w sieci to:

• współdzielenie zasobów
• sieciowe pamięci dyskowe
• aplikacje sieciowe
• współdzielenie drukarek i innych urządzeń peryferyjnych
• przyspieszenie pracy
• scentralizowane zarządzanie
• wspólne użytkowanie Internetu

Podział sieci ze względu na wielkość

Przykłady podziału :

• sieć PAN (Personal Area Network),
• sieć LAN (Local Area Network),
• sieć CAN (Campus Area Network),
• sieć MAN (Metropolitan Area Network),
• sieć WAN (Wide Area Network)

Sieć PAN

Osobista, prywatna sieć komputerowa o najmniejszym zasięgu. Umożliwia wymianę danych pomiędzy różnymi urządzeniami – komputerami, tabletami, smartfonami, drukarkami itp., należącymi do określonej osoby bądź gospodarstwa domowego. Mogą one łączyć się ze sobą niezależnie lub z wykorzystaniem sieci wyższego poziomu.

Sieć PAN może działać w sposób bezprzewodowy bądź przewodowy, np. z użyciem kabli USB. Transfer danych jest możliwy na bliskich odległościach, zwykle do kilku metrów. Technologie używane w tej sieci to np. Bluetooth, Wireless USB czy IrDA.

Sieć LAN

Lokalna sieć komputerowa, która zwykle łączy co najmniej dwa komputery i urządzenia peryferyjne znajdujące się na niedużym obszarze, najczęściej w jednym budynku, np. bloku, biurze, zakładzie produkcyjnym, laboratorium, bibliotece czy uczelni. Urządzenia tworzące sieć LAN powinny mieć dostęp do protokołu TCP/IP oraz być połączone kablem Ethernet. Taka sieć cechuje się sporą stabilnością połączenia i wysokim transferem.
Rodzajem sieci komputerowej LAN jest WLAN. Mówimy w tym przypadku o lokalnej sieci bezprzewodowej, najczęściej Wi-Fi. Rozwiązanie to pozwala zwiększyć zasięg transmisji – nawet do kilkudziesięciu kilometrów. Sieć WLAN w porównaniu do LAN cechuje się jednak niższym transferem, mniejszą stabilnością i większą podatnością na zakłócenia sygnału. Połączenie powinno być zaszyfrowane, aby uniemożliwić dostęp niepowołanym osobom, służy do tego np. technologia WPA lub WPA2.

Sieć CAN

Pośrednia sieć pomiędzy MAN a LAN. Zwykle jest zakładana w ośrodkach akademickich lub małych firmach. Zasięg sieci obejmuje co najwyżej kilka budynków, które nie są od siebie zbyt oddalone. Maksymalna prędkość transmisji wynosi 1 Mb/s i jest możliwa do osiągnięcia na dystansie nieprzekraczającym 40 metrów. Sieć CAN wyróżnia się dużą stabilnością oraz odpornością na zakłócenia sygnału.

Sieć MAN

Miejska sieć komputerowa, która umożliwia nawiązywanie transmisji na obszarze określonej aglomeracji lub miasta. Najczęściej połączenie jest nawiązywane z użyciem przewodów światłowodowych, które łączą w jedną sieć rozproszone sieci LAN. Możliwe jest również zastosowanie bezprzewodowego połączenia radiowego. Do tworzenia takich sieci wykorzystuje się tego typu technologie jak Gigabit Ethernet, SMDS, FDDI oraz ATM.

Sieć WAN

Typem sieci komputerowej o największym zasięgu jest WAN. Umożliwia transfer danych pomiędzy komputerami oddalonymi nawet o tysiące kilometrów, w tym znajdującymi się na różnych kontynentach. Przykładem takiej sieci jest Internet. Połączenie można nawiązać z użyciem takich protokołów jak m.in. ADSL, DSL, ISDN, ATM, HDLC, SMDS czy PPP. Korzystanie z międzynarodowej sieci WAN wymaga wykupienia usługi u operatora.

Pozostałe typy sieci

Podział sieci ze względu na wielkość to nie jedyne możliwe rozróżnienie. Wyróżnia się także typy sieci różniące się wykorzystywaną architekturą :

• sieć klient–serwer,
• sieć równorzędna typu peer-to-peer – każde urządzenie może być jednocześnie serwerem, jak i klientem.

Można ponadto wyróżnić rodzaje sieci komputerowych z uwzględnieniem typu połączenia:

• przewodowe – np. z użyciem miedzianych kabli lub światłowodów,
• bezprzewodowe – za pośrednictwem fal radiowych.

Sieci „każdy z każdym” i „klient serwer”

W sieci „każdy z każdym” (inaczej peer-to-peer - P2P) każdy ma możliwość udostępniania danych, a co za tym idzie, każdy może pełnić rolę klienta lub serwera. W tego rodzaju sieci nie występuje żadna hierarchia ani też struktura. Wszystkie komputery pracujące w tej sieci działają równorzędnie i mają takie same uprawnienia. Z kolei w sieci „klient - serwer” dane mogą być pobierane przez użytkowników tylko z serwera, który stanowi centrum danych, przy założeniu, że posiadają oni wymagane uprawnienia.

Urządzenia sieci LAN

Przełącznik (switch) – są urządzeniami warstwy łącza danych (warstwy 2) i łączą wiele fizycznych segmentów LAN w jedną większą sieć. Przełączniki działają podobnie do koncentratorów z tą różnicą, że transmisja pakietów nie odbywa się z jednego wejścia na wszystkie wyjścia przełącznika, ale na podstawie adresów MAC kart sieciowych przełącznik uczy się, a następnie kieruje pakiety tylko do konkretnego odbiorcy co powoduje wydatne zmniejszenie ruchu w sieci. W przeciwieństwie do koncentratorów, przełączniki działają w trybie full-duplex (jednoczesna transmisja w obu kierunkach). Przełączniki działają w oparciu o jeden z dwóch trybów pracy: cut through (przełączanie bezzwłoczne) oraz store&forward (zapamiętaj i wyślij). Pierwsza technologia jest wydajniejsza ponieważ pakiet jest natychmiast kierowany do portu przeznaczenia (na podstawie MAC adresu) bez oczekiwania na koniec ramki, lecz pakiety przesyłane w taki sposób nie są sprawdzane pod względem poprawności. Druga technologia pracy charakteryzuje się tym, że przełącznik odczytuje najpierw całą ramkę, sprawdza, czy została odczytana bez błędów i dopiero potem kieruje ją do portu docelowego. Przełącznik taki pracuje wolniej, ale za to prawie niezawodnie.

koncentrator (hub) – jest czasami określany jako wieloportowy regenerator. Służy do tworzenia fizycznej gwiazdy przy istnieniu logicznej struktury szyny lub pierścienia. Pracuje w warstwie 1 (fizycznej) modelu OSI. Pakiety wchodzące przez jeden port są transmitowane na wszystkie inne porty. Wynikiem tego jest fakt, że koncentratory pracują w trybie half-duplex (transmisja tylko w jedną stronę w tym samym czasie).

router – urządzenie wyposażone najczęściej w kilka interfejsów sieciowych LAN, porty obsługujące sieć WAN, pracujący wydajnie procesor i oprogramowanie zawiadujące ruchem pakietów przepływających przez router. W sieciach lokalnych stosowane są, gdy sieć chcemy podzielić na dwie lub więcej podsieci. Segmentacja sieci powoduje, że poszczególne podsieci są od siebie odseparowane i pakiety nie przenikają z jednej podsieci do drugiej. W ten sposób zwiększamy przepustowość każdej podsieci.

most (bridge) – służy do przesyłania i ew. filtrowania ramek między dwoma sieciami przy czym sieci te niekoniecznie muszą być zbudowane w oparciu o takie samo medium transmisyjne. Śledzi on adresy MAC umieszczane w przesyłanych do nich pakietach. Mosty nie mają dostępu do adresów warstwy sieciowej, dlatego nie można ich użyć do dzielenia sieci opartej na protokole TCP/IP na dwie podsieci IP. To zadanie mogą wykonywać wyłącznie routery. Analizując adresy sprzętowe MAC, urządzenie wie, czy dany pakiet należy wyekspediować na drugą stronę mostu, czy pozostawić bez odpowiedzi. Mosty podobnie jak przełączniki przyczyniają się w znacznym stopniu do zmniejszenia ruchu w sieci.

regenerator (repeater) – jest urządzeniem pracującym w warstwie fizycznej modelu OSI, stosowanym do łączenia segmentów kabla sieciowego. Regenerator odbierając sygnały z jednego segmentu sieci wzmacnia je, poprawia ich parametry czasowe i przesyła do innego segmentu. Może łączyć segmenty sieci o różnych mediach transmisyjnych.

przełącznik VLAN – jest odmianą przełącznika umożliwiającą tworzenie wirtualnych sieci LAN, których stanowiska są zlokalizowane w różnych punktach (sieciach, podsieciach, segmentach), zaś w sieć wirtualną łączy je jedynie pewien klucz logiczny. Sieć taka pozwala optymalizować natężenie ruchu pakietów w poszczególnych częściach sieci. Możliwa jest również łatwa zmiana konfiguracji oraz struktury logicznej takiej sieci.

Sieci LAN buduje się z biernych i aktywnych urządzeń sieciowych. Bierne urządzenia sieciowe to komponenty systemów okablowania strukturalnego.

transceiver – urządzenie nadawczo-odbiorcze łączące port AUI (Attachment Unit Interface) urządzenia sieciowego z wykorzystywanym do transmisji typem okablowania. Poza wysyłaniem i odbieraniem danych realizuje on funkcje wykrywania kolizji (przy jednoczesnym pojawieniu się pakietów danych), nie dopuszcza do przesyłania zbyt długich (>20 ms) pakietów danych (Jabber function) oraz wykrywa przerwy w linii światłowodowej.

Media transmisyjne

Niezwykle ważnym zagadnieniem zawiązanym z sieciami komputerowymi są media transmisyjne. Ważnym z wielu powodów, a najważniejszym z nich jest fakt, że dobór odpowiedniego medium stanowi podstawę i gwarancję właściwego oraz wydajnego działania sieci komputerowych.

kabel koncentryczny

kabel typu skrętka

Rola protokołów sieciowych

• Protokoły sieciowe są językami komunikacji komputerowej.

Jeśli pojęcie sieci komputerowej i jej rodzajów jest ci obce, odwiedź materiały zawarte w odnośnikach, a następnie wróć tutaj, aby poszerzyć swoją wiedzę. Część przydatnych zagadnień znajdziesz również w słowniczku. W sieciach komputerowych istnieje wiele usług funkcjonujących na różnych protokołach, dlatego w tym materiale znajdziesz podstawowe informacje mogące być wstępem do bardziej zaawansowanych treści.

Najważniejsze protokoły sieciowe

• IP (ang.  Internet Protocol ) – jeden z podstawowych protokołów internetowych, definiuje standard adresowania komputerów oraz określa w jaki sposób jedno urządzenie sieciowe może komunikować się bezpośrednio z drugim. Więcej dowiedzieć się możesz w materiale o adresach stron internetowych.

• FTP (ang. File Transfer Protocol) – protokół transferu plików wykorzystujący protokół sterowania transmisją TCP służy do przesyłania plików z serwera do klienta w sieci komputerowej umożliwiając dwukierunkowy transfer plików.
• TLS (ang. Transport Layer Security) – protokół będący rozwinięciem standardu SSL (ang. Secure Socket Layer) zapewniający bezpieczeństwo i szyfrowanie komunikacji, integralność danych oraz obustronne uwierzytelnianie (zarówno klienta jak i serwera).