Sieci i Systemy Teleinformatyczne (SIST)

2. Typy i topologie sieci

Sieć komputerowa jest to system komunikacyjny łączący ze sobą systemy

pośrednie i końcowe, które często nazywane są także stacjami sieciowymi lub po

prostu

stacjami.

Stacje sieciowe połączone są ze sobą przy pomocy różnorodnych mediów

transmisyjnych. Medium transmisyjne wraz z nadajnikiem (serwerem, hostem) i

odbiornikiem (stacją roboczą, terminalem, klientem) tworzy

łącze

.

Sieci komputerowe można podzielić na następujące klasy:

I.

lokalne sieci komputerowe

LAN (Local Area Network)

II.

miejskie sieci komputerowe

MAN (Metropolitan Area Network)

III.

rozległe sieci komputerowe

WAN (Wide Area Network)

IV.

radiowe sieci komputerowe

V.

satelitarne sieci komputerowe

LAN - Local Area Network (lokalna sieć komputerowa) jest to sieć, która

łączy użytkowników na niewielkim obszarze (na przykład w jednym budynku).

Typową cechą sieci LAN jest korzystanie przez wszystkie stacje z jednego

medium. Sieci te charakteryzują się także niewielkim kosztem dołączenia stacji,

łatwością dalszej ich rozbudowy. Oczywiście istnieją już sieci LAN korzystające z

nowoczesnych łączy, rozciągających się na terenie o wiele większym, niż pierwsze

implementacje. O ile na przykład zasięg sieci lokalnej opartej na Ethernecie liczy

się najwyżej w tysiącach metrów, o tyle sieć LAN oparta o FDDI może mieć

zasięg dziesiątków kilometrów.

MAN - Metropolitan Area Network (miejska sieć komputerowa) jest siecią

występującą na znacznym obszarze miasta. W większości przypadków są to

szybkie sieci, wykorzystujące światłowody jako pośredniczące medium

transmisyjne. Zadaniem tych sieci jest udostępnianie różnych usług. Może to być

łączenie odległych od siebie sieci LAN lub korzystanie z mocy obliczeniowych

innych, specjalizowanych komputerów.

Ogniwem pośrednim między sieciami LAN i MAN są tak zwane sieci

kampusowe, których nazwa wywodzi się od tego, iż najczęściej sieci takie

spotykane są na uczelnianych kampusach. Początkowo istnialy one tylko w USA, a

obecnie polskie uczelnie także powszechnie sieciują swoje akademiki.

WAN - Wide Area Network (rozległa sieć komputerowa) jest siecią o dużym

zasięgu, przekraczająca granice miast, a nawet państw. Architektura tej sieci składa

się z węzłów oraz łączących je łączy transmisyjnych. Uzyskanie dostępu do sieci

rozległej możliwe jest tylko w węzłach, w których zainstalowane są odpowiednie

urządzenia. Bardzo różnorodny jest sposób łączenia ze sobą poszczególnych

węzłów sieci rozległych. Może odbywać się to z wykorzystaniem publicznych

sieci telekomunikacyjnych, specjalnie stworzonych lub wydzierżawionych łączy,

czy też kanałów satelitarnych lub radiowych.

Poza najczęściej spotykanymi typami sieci funkcjonują inne, często jeszcze

eksperymentalne rozwiązania:

Sieć radiowa (Radio Network) jest siecią bezprzewodową, wykorzystującą fale

radiowe jako medium transmisyjne. Każda stacja korzystająca z tego typu sieci

musi posiadać własne, dedykowane urządzenie nadawczo-odbiorcze. Zasięg sieci

radiowej uwarunkowany jest rodzajem wykorzystywanego sprzętu.

Sieć satelitarna jest siecią, w której sygnały ze stacji naziemnych

przekazywane są do satelity, a następnie retransmitowane są do innej stacji

naziemnej. W tym przypadku satelita pełni także rolę wzmacniacza sygnału, nieco

przypominającą funkcjonalność repeatera w tradycyjnych sieciach. W tym

przypadku zasięg takiej sieci uwarunkowany jest głównie przez rodzaj użytego

sprzętu, choć generalnie są to sieci o największym zasięgu. Tego rodzaju łącza

wykorzystywane mogą być na przykład jako kanały transmisyjne między

poszczególnymi węzłami sieci WAN. Często technologię tę wykorzystuje się jako

alternatywę dla połączeń naziemnych i korzysta z tego rodzaju łączy w przypadku

awarii tradycyjnych kanałów transmisyjnych.

Podział sieci komputerowych może także być związany bezpośrednio z

aspektem ich zastosowania i wykorzystywania. W takim przekroju, wyróżnia się

najczęściej:

sieci osobiste (prywatne), dedykowane sieci korporacyjne oraz sieci publiczne.

Rozwój najbardziej zaawansowanych technologicznie sieci rozległych

zapoczątkowany został na początku lat sześćdziesiątych ubiegłego (już) wieku. W

następstwie prekursorskich badań i prób zapoczątkowano w 1968 roku program

projektowania i budowy pierwszej sieci komputerowej. Sieć tę nazwano

ARPANET od nazwy organizacji, która finansowała ten program – Advanced

Research Project Agency (Agencja Badań Perspektywicznych Departamentu

Obrony USA). Celem tego programu było utworzenie eksperymentalnej,

działającej sieci. Należało wówczas rozwiązać problemy techniczne związane z

łączeniem różnego rodzaju typu komputerów oraz opracować oprogramowanie

zapewniające prawidłowe funkcjonowanie sieci tzn. sieciowy system operacyjny.

Po dziewięciu latach przy współudziale 50 uniwersytetów zakończono w 1975

roku etap eksploatacji eksperymentalnej i oddano sieć do normalnego

użytkowania.

Ówcześnie sieć ARPANET łączyła ośrodki militarne, rządowe, laboratoria

naukowe i wyższe uczelnie. W roku 1983 militarna część sieci ARPANET została

wydzielona jako niezależna sieć MILNET (Military Network). W roku 1990

zrezygnowano z nazwy ARPANET i powołano do eksploatacji nową sieć Internet,

w której całkowicie zmieniono schematy adresacji, wprowadzając między innymi

protokół IP (Internet Protocol, Internetwork Protocol) który w wersji 4 obowiązuje

do dnia dzisiejszego.

W Polsce kilka zespołów badawczych podjęło tematykę sieci rozległych na

początku

lat

siedemdziesiątych.

Następnie,

w

drugiej

połowie

lat

siedemdziesiątych, podjęto prace związane z budową Międzyuczelnianej Sieci

Komputerowej (MSK). Ta eksperymentalna sieć trójwęzłowa (Wrocław -

Warszawa - Gliwice) została uruchomiona w 1985 roku. Odznaczała się ona

heterogenicznością architektury dołączonych komputerów i umożliwiała dostęp do

bibliotecznych baz danych. Druga połowa lat osiemdziesiątych to przede

wszystkim

badania

nad

utworzeniem

Krajowej

Akademickiej

Sieci

Komputerowej (KASK) oraz badania związane z dołączeniem Polski do sieci

EARN (European Academic and Research Network).

Instalacje sieciowe powstałe w kraju przed rokiem 1990 należy traktować jako

eksperymentalne. Na takiej sytuacji zaważył fakt, że Polska na skutek embarga nie

miała wówczas dostępu do zaawansowanych technologicznie urządzeń sieciowych

i do oprogramowania sieciowego.

Po roku 1990 na skutek swobodnego dopływu technologii powstało w Polsce

wiele publicznych i prywatnych sieci rozległych. Do najważniejszych sieci

publicznych można zaliczyć sieć POLPAK, POLPAK-T, sieć TELBANK, sieć

KOŁPAK oraz Naukową i Akademicką Sieć Komputerową (NASK) łączącą

sieci regionalne ośrodków akademickich. Sieci publiczne mają wiele tysięcy

użytkowników i korzystają z nich różne instytucje. Sieci te są połączone z sieciami

publicznymi w innych krajach, co jest wykorzystywane np. przez międzynarodowe

korporacje

do

zapewnienia

łączności

między

sieciami

i

systemami

komputerowymi centrali korporacji a oddziałem w Polsce.

Wybrane organizacje standaryzacyjne

Międzynarodowa Organizacja Standaryzacyjna ISO została utworzona w 1947

roku w Londynie w celu ujednolicenia norm krajowych. Skupia •ona krajowe

organizacje normalizacyjne, organizacje badawcze, przemysłowe i naukowe.

Jednym z obszarów zainteresowań ISO są zagadnienia sieci komputerowych i

telekomunikacji. W tym zakresie, dzięki standardom ISO upowszechniane są

otwarte środowiska sieciowe, w których możliwa jest wymiana danych między

systemami komputerowymi różnych producentów.

Międzynarodowy Doradczy Komitet ds. Telefonii i Telegrafii CCITT

Amerykański Instytut Normalizacyjny ANSI jest organizacją opracowującą

standardy w zakresie kodowania i sygnalizacji. ANSI reprezentuje USA w

organizacji ISO i dla niej opracowuje również standardy w zakresie transmisji

danych, przede wszystkim w zakresie sieci lokalnych.

Stowarzyszenie Elektroniki Przemysłowej EIA jest organizacją skupiającą

producentów sprzętu elektronicznego w USA. Publikuje standardy w zakresie

telekomunikacji i transmisji danych. EIA współpracuje z m.in. z ANSI. Wiele

standardów EIA, np. dotyczących styków szeregowych, ma swoje odpowiedniki w

zaleceniach CCITT.

Na

uwagę

zasługuje

opracowany

przez

EIA

we

współpracy

TIA

(Telecommunication

Industry

Association)

standard

okablowania

telekomunikacyjnego go budynków przy użyciu kabla skręcanego, tzw. skrętki.

Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Elektryków i Elektroników IEEE

zajmuje się między innymi opracowaniem standardów w zakresie transmisji

danych. Również IEEE przesyła swoje standardy do organizacji ISO, która

rozpowszechnia je jako standardy ISO 8802. Do bardziej znanych standardów

IEEE należy zaliczyć standardy dotyczące metod dostępu do fizycznego nośnika

danych w lokalnych sieciach komputerowych.

Topologia sieci

Topologia określa fizyczny układ sieci, rozmieszczenie jej elementów składowych

oraz rodzaje połączeń stosowanych między stacjami roboczymi

.

1. Magistrala liniowa

Topologia ta oparta jest o główny kabel, którym połączone są wszystkie stacje

robocze w sieci. W większości użyte łącza są jednorodnymi łączami elektrycznymi

(na przykład gruby kabel BNC). Maksymalna długość kabla oraz ilość stacji

podłączonych do niego ograniczane są przez parametry użytego typu kabla.

Nadawane przez stacje sygnały, poruszając się w obu kierunkach, docierają do

wszystkich stacji włączonych do sieci, a na końcach kabla wytłumiane są przez

umieszczone tam terminatory, które mają wyeliminować odbicie sygnału od końca

kabla i jego ponowną wędrówkę przez medium.

Zalety:

•

mała ilość użytego kabla

• niski koszt

• awaria stacji nie uniemożliwia pracy sieci

Wady:

•

uszkodzenie kabla głównego w dowolnym miejscu powoduje przerwę w

działaniu sieci

W niektórych przypadkach stosuje się drugi kabel w celu zwiększenia odporności

sieci na awarię. Takie rozwiązanie zwiększa jednak koszt sieci oraz zwiększa

stopień jej skomplikowania.

2. Gwiazda

Topologia gwiazdy oparta jest o jedno urządzenie centralne, którym może być

na przykład hub (koncentrator). Wszystkie węzły tej sieci połączone są

bezpośrednio z urządzeniem centralnym. Urządzenie centralne może kierować

ruchem w sieci. Ilość stacji w sieci oraz maksymalna odległość stacji od

urządzenia centralnego określona jest przez parametry użytego kabla oraz

zastosowanego urządzenia. Czas propagacji sygnału w sieci nie jest zależny od

ilości stacji do niej przyłączonych, a nadawane przez hub sygnały samoczynnie

zanikają po dotarciu do stacji, nawet jeśli stacja jest nieaktywna. Przypadek

wystąpienia kolizji może zostać łatwo wykryty przez urządzenie centralne i fakt jej

zaistnienia może zostać zakomunikowany wybranym stacjom.

Zalety:

•

łatwość konserwacji sieci

•

łatwość wykrywania uszkodzeń, monitorowania oraz zarządzania siecią

•

awaria jednej stacji nie wpływa na pracę innych stacji

•

sieć oparta o topologię gwiazdy może być łatwo modyfikowana i

rozbudowywana.

Wady:

•

duży koszt instalacji

•

awaria urządzenia centralnego paraliżuje pracę sieci

3. Pierścień

W topologii pierścienia wszystkie stacje połączone są przy pomocy jednego

nośnika w układzie zamkniętym, tworząc pierścień. Takie rozwiązanie eliminuje

konieczność stosowania terminatorów wygaszających sygnał na końcu kabla. W

jednym pierścieniu wykorzystane mogą być różne rodzaje łączy. Każda stacja

włączona do takiej sieci posiada tak zwany r e t r a n s m i t e r , którego zadaniem

jest regeneracja otrzymanego sygnału i przekazanie go stacji następnej.

Retransmiter może dodatkowo zmieniać zawartość przetwarzanej informacji,

wstrzymać proces regeneracji informacji lub nadać informację przygotowaną przez

bieżącą stację. Informacja wprowadzana do sieci musi zostać z niej usunięta przez

jeden z węzłów. Może tego dokonać adresat wiadomości lub w przypadku jego

braku w sieci, jej autor w chwili, gdy wróci ona do niego po pełnym obiegu

pierścienia. Z uwagi na wykorzystanie jednego łącza możliwe jest wystąpienie

kolizji, co powoduje konieczność wprowadzenia algorytmu dostępu do łącza. Czas

propagacji sygnału w tej topologii jest uzależniony od włączonej do pierścienia

liczby stacji.

Zalety:

•

mniejsza ilość wykorzystanego kabla niż w przypadku topologii gwiazdy

Wady:

•

uszkodzenie jednej stacji może wpłynąć na działanie całej sieci

•

trudniejsza diagnostyka oraz zarządzanie siecią

4. Drzewo

Topologia ta nazywana jest także topologią rozproszonej gwiazdy. Sieć tego typu

utworzona jest na początku z jednej, głównej magistrali liniowej, rozdzielającej się

na kilka magistrali, które następnie także mogą rozdzielać się na kolejne

magistrale.

Zalety:

•

łatwość rozbudowy sieci

•

ułatwienie lokalizacji uszkodzeń oraz prowadzenia diagnostyki

Wady:

•

prawidłowa praca sieci zależy od głównej magistrali

6. Topologie mieszane

Możliwe jest tworzenie sieci, które w swej konstrukcji łączą wspomniane tutaj

główne topologie. Często topologie mieszane są ze sobą w celu uzyskania większej

niezawodności w określonych zastosowaniach. Przykładami typowych topologii

mieszanych mogą być przypadki topologii pierścień-gwiazda lub gwiazda-

magistrala.