Wprowadzenie do sieci komputerowych Wykład 1 Kielce 2006

Definicja sygnału SYGNAŁ - czynnik będący nośnikiem wiadomości, umożliwiający jej przesyłanie na odległość lub rejestrację Sygnały dzielą się na: - analogowe - cyfrowe

Sygnał analogowy Sygnał analogowy zmienia się w sposób ciągły w funkcji czasu

Sygnał cyfrowy W przypadku sygnału cyfrowego zmiana wartości sygnału odbywa się skokowo w określonych momentach czasowych. Zmiana następuje od wysokiego poziomu napięcia oznaczonego jako VH do poziomu niskiego VL i odwrotnie. Można powiedzieć, że sygnał cyfrowy charakteryzują dwa stany napięcia: - wysoki poziom VH - niski poziom VL Względy praktyczne wymogły iż poziom wysoki oznaczono jako "1", a poziom niski jako "0". Stąd pochodzi nazwa sygnał cyfrowy. VH = 1 VL = 0

Sygnał cyfrowy

Dziesiętny system liczbowy Dziesiętny system liczbowy, zwany też systemem decymalnym lub arabskim to pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 10. Do zapisu liczb potrzebne jest więc 10 cyfr: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Pozycyjny, dziesiętny system liczbowy jest obecnie na świecie podstawowym systemem stosowanym niemal we wszystkich krajach Przykład: 5×103+0×102+4×101+5×100 = 5000 + 0 + 40 + 5 = 5045

Binarny system liczbowy Dwójkowy system liczbowy (inaczej binarny) to pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 2. Do zapisu liczb potrzebne są więc tylko dwa znaki: 0 i 1. Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciąg cyfr, z których każda jest mnożnikiem kolejnej potęgi liczby stanowiącej podstawę systemu

Zapis liczby w systemie binarnym Przykład: 11110= 1x24 + 1x23 + 1x22 + 1x21 + 0x20 = 1 x 16 + 1 x 8 + 1 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1 = 16 + 8 + 4 + 2 = 30

Szesnastkowy system liczbowy Szesnastkowy system liczbowy to pozycyjny system liczbowy, w którym podstawą pozycji są kolejne potęgi liczby 16. Często system szesnastkowy jest określany nazwą Hex od słowa stworzonego przez firmę IBM hexadecimal. Do zapisu liczb potrzebne jest szesnaście cyfr. Poza cyframi dziesiętnymi od 0 do 9 używa się pierwszych sześciu liter alfabetu łacińskiego: A, B, C, D, E, F Jak w każdym pozycyjnym systemie liczbowym, liczby zapisuje się tu jako ciągi cyfr, z których każda jest mnożnikiem kolejnej potęgi liczby stanowiącej podstawę systemu, np. liczba zapisana w dziesiętnym systemie liczbowym jako 1000, w hex przybiera postać 3E8, gdyż: 3x162 + 14x161 + 8x160 = 768 + 224 + 8 = 1000.

Bity, Bajty i jednostki miary Komputer jest urządzeniem zbudowanym z układów cyfrowych i dlatego każda informacja reprezentowana jest za pomocą dwóch stanów — niskiego i wysokiego. Przyjęło się nazywać te stany 0 i 1 (zerem i jedynką). Czyli każda informacja w komputerze musi występować w postaci zero-jedynkowej, inaczej binarnej. Najmniejsza jednostka informacji — bit (b) Słowo bit jest skrótem dwóch słów: binary unit, czyli jednostka dwójkowa. Jest to najmniejsza jednostka informacji, pozwalającą odróżnić dwie sytuacje 0 lub 1. Wybór jednej z takich możliwości daje nam jeden bit informacji

Jednostki miary Do oznaczenia większych ilości bajtów stosuje się przedrostki dziesiętne, będące wielokrotnościami liczby 10 (103n): kilobajt (kilobyte, symbol kB) - 103 = 1000 bajtów megabajt (megabyte, symbol MB) - 106 = 10002 = 1 milion bajtów gigabajt (gigabyte, symbol GB) - 109 = 10003 = 1 miliard bajtów terabajt (terabyte, symbol TB) - 1012 = 10004 = 1 bilion bajtów

Pasmo cyfrowe Pasmo określane jest jako wielkość informacji, jaka może przepłynąć przez połączenie sieciowe w danym okresie czasu Charakterystyka pasma: Pasmo jest skończone Pasmo nie jest darmowe Pasmo jest kluczowym czynnikiem w analizie wydajności sieci Zapotrzebowanie na pasmo jest zawsze skończone Pomiaru pasma dokonujemy w bitach na sekundę (b/s)

Podział sieci komputerowych Najbardziej ogólny podział sieci komputerowych odbywa się na podstawie rozmiaru sieci: LAN (Local Area Network) – tzw. sieć lokalna, łączy użytkowników zgromadzonych na niewielkim obszarze MAN (Metropolitan Area Network) – sieć miejska, łączy oddzielone sieci LAN na przestrzeni miasta WAN (Wide Area Network) – sieć rozległa łącząca ze sobą sieci MAN na terenie jednego karaju

Urządzenia sieciowe Sprzęt przyłączony bezpośrednio do segmentu sieci nosi nazwę urządzenia. Urządzenia sieciowe dzielą się na dwie grupy: Urządzenia sieciowe użytkowników – w tej grupie znajdują się komputery, drukarki etc. Urządzenia sieciowe – do tej grupy zaliczamy urządzenia łączące urządzenia użytkowników końcowych i umożliwiające komunikację między nimi.

Karta sieciowa Komputery są podłączone do medium sieciowego za pomocą karty sieciowej. Jest to karta obwodów drukowanych, którą umieszcza się najczęściej w gnieździe rozszerzeń na płycie głównej komputera. Nazywana jest również adapterem sieciowym.

Karta sieciowa Czasem określana jest mianem NIC (Network Interface Card) Obecnie produkowane karty sieciowe mają wbudowany własny procesor, co umożliwia przetwarzanie niektórych danych bez angażowania głównego procesora oraz własną pamięć RAM, która pełni rolę bufora w przypadku, gdy karta nie jest w stanie przetworzyć napływających z dużą szybkością danych. Niektóre współcześnie produkowane karty posiadają także możliwość podłączenia programowalnej pamięci Remote Boot PROM, pozwalającej na załadowanie systemu operacyjnego z sieciowego serwera. Karta oznaczona przydomkiem Combo posiada dwa interfejsy wyjściowe: UTP i BNC

Karta sieciowa Każda karta sieciowa posiada indywidualny i indywidualnie ją identyfikujący kod przypisany przez producenta, zwany adresem MAC (Media Access Control)

Karta sieciowa

Koncentrator (hub) Jest urządzeniem posiadającym wiele portów do przyłączania stacji roboczych przede wszystkim w topologii gwiazdy. Można je traktować jak wieloportowe wzmacniaki, z tym że nowoczesne koncentratory posiadają obwody regenerujące przesyłane ramki.

Zaletą takiego rozwiązania jest, to że przerwanie komunikacji pomiędzy hubem a jedną ze stacji roboczych nie powoduje zatrzymania ruchu w całej sieci (każda stacja ma oddzielne połączenie z koncentratorem), należy jednak pamiętać, że awaria koncentratora unieruchomi komunikacje ze wszystkimi podłączonymi do niego urządzeniami. Huby wymagają zasilania i wzmacniają sygnały ze stacji roboczych, co pozwala na wydłużenie połączenia.

Funkcje koncentratorów: Wzmacniają sygnał Propagują sygnał po sieci Używane jako sieciowe punkty koncentracji.

Koncentrator (hub)

Przełącznik (switch) Podobnie jak huby, przełączniki stosowane są przede wszystkim w topologii gwiazdy, w sieciach opartych na skrętce. Zwykle posiadają kilkanaście portów, które mogą być wykorzystywane do podłączenia stacji roboczych, innych przełączników lub koncentratorów. Przełącznik podłączony do sieci nasłuchuje na swoich portach adresów MAC podłączonych tam komputerów. Tworzy sobie tablicę przyporządkowującą do danego adresu, numer portu, do którego podłączony jest dany komputer. Teraz, w przypadku pojawienia się transmisji do danego komputera, cały ruch kierowany jest do odpowiedniego portu i nie przedostaje się na pozostałe porty przełącznika

Dzięki temu, przełączniki dzielą sieć lokalną na domeny kolizji, jednak nie rozdzielają domeny rozgłoszeniowej (broadcastowej). Jeśli odbierze ramkę do stacji której nie ma jeszcze w swojej tablicy adresów MAC, rozsyła ją na wszystkie porty z wyjątkiem tego na którym ją odebrał, proces ten nazywamy floodowaniem

Przełączniki często zastępują koncentratory, różnią się od nich sposobem działania. Przełączniki kierują ruchem sieciowym w oparciu o adresy MAC kart sieciowych. Każdy port przełącznik oddaje do dyspozycji pełne pasmo podłączonemu do medium transmisyjnego hostowi. Proces ten nazywamy mikrosegmentacją. Pozwala on na tworzenie prywatnych, dedykowanych segmentów – jeden host na segment.

Przełącznik (switch)

Most (bridge) Most jest urządzeniem najczęściej o dwóch portach mającym za zadanie łączenie ze sobą segmentów sieci. Ponieważ dzieli sieć lokalną na segmenty, umożliwia to zwiększenie rozpiętości tejże sieci. Most operuje tylko na adresach sprzętowych, decydując do którego segmentu sieci należy przesłać nadchodzący pakiet. Nie jest jednak w stanie zatrzymywać pakietów uszkodzonych ani zapobiegać zatorom w przypadku transmisji broadcastowej z  kilku stacji równocześnie.

Mosty są urządzeniami prostymi w instalacji i nie wymagającymi konfigurowania. Należy pamiętać, że ponieważ most musi reagować na adresy MAC pakietów, to wprowadza opóźnienie w transmisji.

Router Router – to urządzenie, którego zadaniem jest wyznaczanie tras którymi dane są wysyłane w sieci. Może ponadto łączyć sieci wykonane w różnych technologiach.

Topologie sieci komputerowych Topologia sieci – to zbiór reguł fizycznego łączenia i reguł komunikacji poprzez dany nośnik sieci (medium transmisyjne). W zależności od wybranej topologii sieci istnieją konkretne specyfikacje dotyczące kabli, złączy i standardów komunikacji komputerów ze sobą.

Topologia fizyczna Termin topologia fizyczna odnosi się do sposobu okablowania sieci. Przedstawia sposób łączenia hostów (komputerów) z medium transmisyjnym. Innymi słowy topologia sieci, opisuje schemat przewodów i urządzeń używanych do budowy sieci.

Topologie fizyczne Najczęściej używane topologie fizyczne to: Magistrala lub szyna Pierścień Gwiazda Rozszerzona gwiazda

Topologia szyny Powszechnie nazywana topologią magistrali liniowej, łączy wszystkie urządzenia za pomocą pojedynczego kabla sieciowego. Kabel łączy jeden komputer z drugim jak linia. W przypadku fizycznej topologii magistrali, główny jej kabel musi być zakończony (na obu końcach) tzw. terminatorem, który absorbuje sygnał gdy dotrze on do końca przewodu.

Topologia gwiazdy i rozszerzonej gwiazdy Jest najczęściej spotykaną topologia w sieciach LAN. Topologia ta jest zbudowana w oparciu o centralny punkt połączeniowy, którym jest urządzenie typu koncentrator, przełącznik lub router, gdzie spotykają się kable sieciowe wszystkich segmentów. Każdy host w sieci jest połączony za pomocą własnego kabla z urządzeniem centralnym.