Počítačové siete

Počítačové siete

Počítačová sieť je systém vzájomne prepojených a spolupracujúcich počítačov. Medzi týmito počítačmi možno prostredníctvom siete pohodlne a rýchlo prenášať informácie

Druhy počítačov v sieti

Podľa funkcie rozlišujeme v sieti dva druhy počítačov:

• pracovné stanice,
• servery

Pracovná stanica slúži na spracovanie údajov používateľom. Je to vlastne samostatný počítač, ktorý je pripojený do siete a tak môže využívať jej služby.

Server zabezpečuje chod siete. Realizuje funkcie siete a poskytuje ostatným používateľom svoje prostriedky (pamäťové miesto na svojich diskoch, tlačiarne …).

Všeobecne môže byť v sieti ľubovoľný počet serverov a pracovných staníc. Ak je serverov v sieti viac, môžu sa navzájom v poskytovaní služieb a prostriedkov doplňovať.

Základné časti siete

Sieť pozostáva z nasledujúcich základných častí:

• hardvér,
• softvér,
• organizačné zabezpečenie.

Hardvér siete zahrňuje všetky technické prostriedky v sieti (počítače, tlačiarne, atd). Pod hardvér sa zaraďujú aj prostriedky, ktorými je realizované vlastné prepojenie siete. Sú to hlavne sieťové adaptéry (sieťové karty), ktoré sa vkladajú do počítačov a zabezpečujú prenos údajov medzi počítačmi a spojovacie vedenie, ktoré zabezpečí prepojenie počítačov. Toto vedenie môže byť prakticky ľubovoľne dlhé. Pre krátke spojenia sa používajú káblové spoje, napr. koaxiálny kábel. Pre dlhšie spojenia sa dá použiť napr. telefónna sieť.
Pri vlastnej realizácii sa používajú aj prídavné zariadenia ako rozbočovač (HUB), prepínač (Switch), smerovač (Router), zosilňovače signálu, modemy, atď.

Sieťový softvér je programové vybavenie, ktoré v spolupráci s hardvérom siete zabezpečuje funkcie siete. U niektorých operačných systémov sú sieťové funkcie už jeho súčasťou. U iných musíme zabezpečiť dodatočné programové vybavenie a spustiť ho na jednotlivých počítačoch siete. U niektorých sietí je programové vybavenie veľmi rozsiahle a je realizované ako samostatný operačný systém, ktorý je uložený a pracuje na serveroch siete, zatiaľ čo na pracovných staniciach sa spúšťa len jeho malá časť v prostredí operačného systému počítača.

Organizačné zabezpečenie siete je poslednou a často podceňovanou súčasťou siete. Zahŕňa hlavne opatrenia na zaistenie správy siete a súbor pravidiel správania sa používateľov pri používaní siete. Patrí sem zabezpečenie funkcie správcu siete, ktorý sa stará o chod a riadenie siete.

Dôvody zavádzania počítačových sietí

Počítačové siete prinášajú v porovnaní so samostatnými počítačmi niekoľko zásadných výhod. Najvýznamnejšie z nich sú:

• zdieľanie údajov,
• zdieľanie prostriedkov,
• zvýšenie spoľahlivosti systému.

Zdieľanie údajov je najvýznamnejší dôvod pre zavádzanie počítačových sietí. Ide o to, že potrebné dátové súbory môže spracovávať viac používateľov súčasne. Je to umožnené tým, že dátové súbory sú uložené na serveroch siete a pripojení používatelia majú k nim prístup.

Zdieľanie prostriedkov umožňuje pracovným staniciam spoločne používať prostriedky siete, ktoré ponúkajú servery siete. Najčastejšie ide o zdieľanie diskov a zdieľanie tlačiarní.

Zvýšenie spoľahlivosti systému znamená ďalšiu výhodu, ktorú siete poskytujú. V súvislosti so zdieľaním prostriedkov je možné, napríklad, v prípade poruchy sieťovej tlačiarne nahradiť ju inou a systém môže pracovať ďalej. Ak má používateľ svoje programy a údaje uložené na serveri, je možné v prípade poruchy pracovnej stanice pokračovať v práci na inej pracovnej stanici.

Rozdelenie sietí podľa typov pripojených počítačov

Podľa druhov počítačov použitých v sieti delíme siete na:

• homogénne,
• heterogénne.

Homogénne siete sú také, že všetky pripojené počítače sú rovnakého druhu. Druhom počítača sa rozumie napr. sálové počítače IBM, minipočítače VAX, osobné počítače IBM PC, atď. V súčasnosti sú najviac rozšírené siete osobných počítačov IBM PC a kompatibilných.

Heterogénne siete môžu obsahovať viacej druhov počítačov. Existujú siete, kde sú prepojené veľké sálové počítače, minipočítače aj osobné počítače. Typickým predstaviteľom týchto sietí sú verejné dátové siete.

Rozdelenie sietí podľa rozlohy

Lokálne siete LAN (Local Area Network) sú také, pri ktorých sa nepoužívajú prostriedky pre diaľkový prenos údajov. Maximálne vzdialenosti medzi počítačmi sú rádovo stovky metrov. Väčšinou sa používajú v jednej, resp. viacerých blízkych budovách.

Mestské siete MAN (Metropolitan Area Network) spájajúce niekoľko vzdialených LAN. Zaberajú územie mesta.

Globálne siete WAN (Wide Area Network) používajú prostriedky pre diaľkový prenos údajov. Ich rozloha je v podstate neobmedzená. Môžu spájať počítače na väčších územiach ako napr. štátu, kontinentu alebo aj na celom svete. Tieto siete sú väčšinou heterogénne, ktoré obsahujú veľké sálové počítače vo funkcii informačných bánk a prostredníctvom telefónnej siete je možné sa k nim pripojiť pomocou obyčajného osobného počítača a využívať ich služby.

Rozdelenie sietí podľa spôsobu ukladania informácií na sieti:

PEER TO PEER - uloženie údajov na všetkých počítačoch – žiaden nie je dôležitejší.

CLIENT TO SERVER - uloženie údajov na jednom počítači - na serveri  – spracovávanie informácií na jednotlivých pracovných staniciach.

Architektúra file-server

Na file serveri sú umiestnené zdieľané súbory (vrátane databázových súborov). Spracovanie prebieha na užívateľských staniciach.

Architektúra klient/server

Na file serveri beží databázový server, ktorý zabezpečuje operácie medzi dátami. Na klientskych staniciach bežia procesy klientov, ktoré vyžadujú služby od databázového serveru.

Architektúra host/terminál

Celé spracovanie prebieha na hostiteľskom počítači, terminály slúžia iba na komunikáciu s užívateľom.

Fyzická topológia

Je spôsob prepojenia počítačov medzi sebou.

1. ZBERNICOVÁ (Bus) – počítače prepojené za sebou. Je lacná. Nevýhodou je že prerušenie kábla spôsobí chybu komunikácie celej siete.

2. KRUHOVÁ (Ring) –  počítače prepojené do kruhu, na prepojenie sa používa krútená dvojlinka, väčšia prenosová rýchlosť, ak odpadne jeden počítač tak sieť funguje ďalej.

3. HVIEZDICOVÁ (Star) –  počítače taktiež prepojené krútenou dvojlinkou, všetky počítače sú napojené na centrálne zariadenie  – HUB, SWITCH. Ak odpadne jeden počítač sieť funguje ďalej pokiaľ sa nepokazí centrálne zariadenie.

4. STROMOVÁ (ROZŠÍRENÁ HVIEZDA) – je to spojenie viacerých hviezdicových štruktúr, na prepojenie sa používa krútená dvojlinka alebo optický kábel, sieť dobre odolná voči poruchám, sú rýchle spoľahlivé a dajú sa veľmi dobre rozširovať.

5. HIERARCHICKÁ TOPOLÓGIA – zariadenia prepojené tak, že tvoria hierarchickú štruktúru.

6. ZMIEŠANÁ TOPOLÓGIA (MESCH) – zariadenia sú prepojené každý s každým. Výhodou je vysoká poľahlivosť siete daná existenciou viacerých možných prenosových ciest v sieti.

 

Logická topológia - METÓDY PRÍSTUPU

• spôsob rozhodovania ktorá stanica môže správu odoslať a ktoré čakajú
• ovplyvňuje prenosovú rýchlosť siete
• zaručuje doručenie správy do istej doby

CSMA/CD (CARRER SENCE MULTIPLE ACCESS WITH COLISION DETECTION)

• na prenos citlivý, mnohonásobný prístup s detekciou kolízie
• nedeterministický (náhodný) prístup
• stanica keď chce vysielať zistí či je spojenie - kanál voľný, ak nie je, v náhodne zvolenom časovom intervale sa pokúša znova.
• keď viac staníc začne vysielať naraz, stanica, ktorá prvá zachytí kolíziu vyšle JAM signál (kolízny)
• keď je vysielanie takýmto spôsobom prerušené viac krát, informuje užívateľa
• nezvládne dobre silné zaťaženie vo väčších sieťach

TOKEN RING (firma IBM)

• deterministický prístup
• stanica má adresu a sú v uzavretom kruhu
• jedným smerom po kruhu ide tzv. token, keď ho stanica dostane, môže odoslať správu

IBM TOKEN BUS

• alternatíva Token ring
• obojsmerný prenos po kruhu
• výhoda: v prípade poruchy stanice odstránenie extrémne dlhej odozvy

Zariadenia používané pri budovaní sietí

Sieťová karta (Network interface cards)

Sieťová karta sprostredkováva komunikáciu medzi PC a sieťou. Karta musí vyhovovať požiadavkám sieťového protokolu, prístupové metódy a kabeláže. V súčasnosti je sieťová karta integrovaná na základnej doske.

Parametre sieťových kariet

1.)  z hľadiska počítača :

• typ zbernice základnej  dosky PC
• ovládače karty
• funkcia WAKE-ON(vzdialené " budenie " PC po sieti)

2.)  z hľadiska siete :

• štandard sieťového hardwaru
• typ kabeláže (konektory)
• typ prevádzky (fullduplexný-plný;halfduplexný-polovičný)
• vzdialené bootovanie systému

Repeater

Repeater je sieťové zariadenie, ktoré prijme signál na jednom porte, zregeneruje ho a pošle von druhým portom.

Hub

Hub je označovaný ako multiportový repeater. Repeater má väčšinou len dva porty, hub väčšinou 4 až 24 portov. Hub sa využíva na vytvorenie hviezdicovej topológie.

Hub nerobí žiadne rozhodnutia o tom, kam údaje poslať.
Pošle ich ďalej všetkými portami s výnimkou toho, odkiaľ datagram prišiel.

Bridge

Bridge je sieťové zariadenie, ktoré robí rozhodnutie, kam poslať rámec, podľa cieľovej MAC adresy.
Bridge sa používa na rozdelenie siete na segmenty. Rozdeľuje sieť na rôzne kolízne domény.

Switch

Switch je sieťové zariadenie, ktoré robí rozhodnutia, kam poslať datagram, podľa cieľovej MAC adresy.

Po spustení je switch po určitú dobu v stave, keď nevie, na akom porte má pripojený aký počítač, resp. nemá vytvorenú väzbu medzi portom a MAC adresou pripojeného zariadenia. Ak v tejto chvíli príde datagram a switch nevie presne, kam ho poslať, pošle ho všetkými portmi s výnimkou toho, odkiaľ datagram prišiel.
Z prebiehajúcej prevádzky sa switch učí, na ktorom porte je pripojené aké zariadenie. Priraďuje si porty k zdrojovým MAC adresám, ktoré sú uvedené v datagramoch, ktoré cez neho prebiehajú.
Zistené informácie si ukladá do CAM (Content Adressable Memory) tabuľky.
Ak vo chvíli, kedy má switch informácie o väzbách port - MAC adresa, príde datagram pre určitú cieľovú MAC adresu, pozrie sa switch do svojej CAM tabuľky a pošle datagram len tým portom, s ktorým je zviazaná cieľová MAC adresa.

Switche môžu podporovať virtuálne siete - VLAN. Niektoré porty môžu  patriť do jednej VLAN, iné porty do inej VLAN atd.
Ak chcú počítače v rôznych VLAN spolu komunikovať, musia k tomu použiť router, ktorý prevádzku medzi rôznymi VLAN presmeruje. To môže prispievať k zvýšeniu bezpečnosti na sieti a zvýšeniu prenosovej kapacity na jednotlivých segmentoch siete.

Router

Router pre svoje rozhodnutia, kam poslať paket, používajú informáciu o cieľovej IP adrese obsiahnuté v datagrame.

Router oddeľuje siete, na dvoch portoch routra nemôže byť rovnaká sieť, pretože potom by router nevedel, na ktorý port smerovať prichádzajúci paket.
Router si vedie smerovaciu tabuľku, v ktorej má informácie, akým portom sa do cieľových sietí dostane. Tieto informácie sa do smerovacej tabuľky konfigurujú buď staticky (administrátorom) alebo sa ich router učí dynamicky od ostatných routerov pomocou určitých smerovacích protokolov.