Czym jest sieć komputerowa, czyli podstawowe definicje

Siecią komputerową nazywamy zbiór co najmniej dwóch połączonych ze sobą komputerów, wraz z ich urządzeniami peryferyjnymi. Zamysłem sieci komputerowych jest wspólny dostęp do udostępnionych danych.

Podstawową klasyfikacją sieci komputerowych jest ich rozmiar, a raczej zajmowany geograficzny obszar. Najmniejsze sieci to tak zwane sieci lokalne (LAN - Local Area Network). Zwykle obejmują one swoim zasięgiem obszar mniejszy niż jeden budynek. Kiedy sieć lokalna rozciąga się na kilka budynków, nazywana jest siecią kampusową. Sieci takie są zwłaszcza popularne na uczelniach, w akademikach i rozbudowanych zakładach przemysłowych. Kolejną wielkością są sieci miejskie (MAN - Metropolitan Area Network). Ich zasięg ogranicz się zwykle do jednego miasta lub fragmentu większej metropolii. Największym rodzajem sieci, mogącym połączyć na przykład centrale firmy rozproszone po całym świecie jest tak zwana sieć rozległa (Wide Area Network). Zatem nie jest ważne, jak rozległa jest sieć komputerowa. Równie dobrze może łączyć dwa, co setki tysięcy komputerów.

Innym sposobem klasyfikacji sieci komputerowych jest ich architektura. Krótko mówiąc, sieci rozróżnia się na takie, które posiadają serwer, i takie, które go nie posiadają.

Serwerem nazywamy zwykle komputer o dość silnej mocy obliczeniowej. Dla małych sieci może to być zwykły pecet, jednak przy wykorzystywaniu technologii sieciowych w takich sieciach, jak MAN czy WAN, serwerem jest zwykle duży komputer zawierający wiele procesorów i ogromne zasoby przestrzeni dyskowych. Potocznie serwerem nazywamy szybki komputer z dużą ilością pamięci oraz odpowiednim oprogramowaniem, świadczący usługi w sieci komputerowej. Jednak często stosuje się określenie, że serwerem jest konkretna aplikacja uruchomiona na komputerze-serwerze, która udostępnia usługi klientom. Niezależnie od tego, jaką definicję przyjmiemy, rozróżnia się dwa rodzaje sieci komputerowych - z wydzielonym serwerem lub bez. Kiedy sieć ma posiadać serwer albo serwery, wybiera się spośród komputerów w sieci właśnie te nadrzędne w stosunku do innych maszyny. Często warto zainstalować w sieci serwery chociażby po to, aby zarządzanie całą siecią mogłoby się odbywać z jednego miejsca, za pośrednictwem jednego terminala. Architekturę sieci w oparciu o serwery nazywamy architekturą typu klient-serwer, jako że komputery, które nie są serwerami, nazywamy klientami. Niestety, zwykle wprowadzenie w sieci komputerowej, zwłaszcza niewielkiej, architektury typu klient-serwer wiąże się z dość dużymi kosztami, zwłaszcza ze względu na oprogramowanie, z jakim musi współpracować serwer aby spełniać swoją funkcję. Kolejnym problemem jest to, że sieci scentralizowane zwykle wymagają administratora, co wiąże się dla przedsiębiorstwa z zatrudnieniem nowego pracownika.

Innym typem sieci jest architektura każdy-z-każdym. W tym systemie nie ma centralnego zarządcy, a każdy komputer w jakimś stopniu jest połączony z innymi tak, aby był w stanie wymieniać informacje, co jest przecież esencją powstawania sieci komputerowych. Sieci typu każdy-z-każdym są przykładem "sprawiedliwości społecznej" - żaden z komputerów nie jest nadrzędny w stosunku do jakiegokolwiek innego i każdy ma równy dostęp do zasobów sieciowych.

Jakie są cele sieci, czyli po co to wszystko

Największą korzyścią płynącą z podłączenia do sieci komputerowej jest możliwość korzystania z udostępnionych przez innych użytkowników zasobów, takich jak dane, czy urządzenia, na przykład drukarki. Nie jest wcale ciężko zbudować podstawową sieć lokalną. W większych sieciach często jest potrzebne montowanie specjalnych urządzeń sieciowych, takich jak mosty, koncentratory czy routery.

Podstawowe elementy sieci, czyli jak to zbudować

Przede wszystkim do budowy sieci potrzebne jest medium transmisji danych. Zwykle jest to kabel sieciowy zwany skrętką, jednak obserwuje się wzrost popularności takich elementów jak światłowody, podczerwień czy fale radiowe.

Poza systemem okablowania potrzebne są karty sieciowe, czyli specjalne karty rozszerzeń montowane w gniazdach na płycie głównej komputera, które umożliwiają podłączenie kabli sieciowych i rozpoczęcie przygody z Internetem.

Oprócz tego należy oczywiście stwierdzić, czy sieć będzie wymagała serwerów, a jeśli tak to ilu. Wówczas należy zakupić sprzęt pełniący rolę serwera, oraz wyposażyć go w odpowiednie oprogramowanie serwerowe.

Hub jest urządzeniem, które zwykle nazywa się koncentratorem. Podłącza się do niego kable od innych hubów lub komputerów pełniących rolę stacji roboczych, dzięki czemu otrzymuje się coś w rodzaju gwiazdy. Hub zapewnia łączność pomiędzy wszystkimi komputerami w sieci. Oprócz tego można go podłączyć dalej, na przykład do serwerów internetowych, dzięki czemu cała sieć może być podłączona do Internetu i korzystać z jego zasobów. Dużo więcej bałaganu byłoby w momencie podłączenia do Internetu każdej stacji roboczej z osobna.

Switch jest rodzajem huba, który przełącza połączenia pomiędzy komputerami tak, aby możliwa była transmisja.

Routerem nazywamy urządzenie, które łączy zwykle kilka sieci między sobą. Jego zadaniem jest szukanie dróg pomiędzy odległymi komputerami w rozległych sieciach.

Topologie sieci, czyli jaki jest projekt

Oprócz swojej fizycznej budowy, sieci komputerowe muszą posiadać logiczny układ, czyli topologię. Przykładem może być wspomniana gwiazda.

Najprostszą topologią sieciową jest topologia szynowa, gdzie wszystkie komputery są podłączone do jednego kabla szeregowo. Jest to najtańszy rodzaj sieci, ponieważ wymaga tylko jednego, długiego kabla. Niestety, kiedy jeden z komputerów ulegnie awarii, cała sieć nie może działać poprawnie, gdyż jest wówczas podzielona na dwie części w miejscu uszkodzonego terminala.

Wspomniana już topologia gwiazdy jest najmniej podatna na uszkodzenie pojedynczych stacji roboczych. Wszystkie kable sieciowe są połączone przez huba, dlatego nawet przy awarii dziewięciu na dziesięć komputerów, dziesiąty może pracować w miarę bezawaryjnie. Niestety, kiedy padnie hub, cała sieć jest niedostępna. Inną wadą jest to, że taką sieć można stworzyć na bardzo ograniczonym obszarze, ponieważ zaleca się, aby połączenie między hubem a komputerami było nie większe niż kilka metrów.

Topologia drzewa jest rozszerzeniem struktury gwiazdy. Oznacza ona tyle, że kilka hubów jest scentralizowanych przez inny koncentrator.

Topologia pierścieniowa jest za to rozszerzeniem, ulepszeniem struktury szynowej. Różni się ona od tamtej tym, że końce przewodu łączącego są ze sobą połączone. Dane krążą w takiej sieci w jednym kierunku, a kiedy awarii ulegnie jeden tylko element, uruchamiany jest pierścień zapasowy, dzięki któremu możliwa jest bezawaryjna praca.

Adresy IP, czyli jak znaleźć komputer

Upraszczając nieco można przyjąć, że każdy komputer podłączony do globalnej sieci komputerowej, jaką jest Internet, posiada swój własny, unikalny numer, zwany adresem IP. Każdy komputer może być zatem precyzyjnie zdefiniowany w sieci. Kiedy do danego komputera płyną pakiety informacji, opatrywane są one adresem IP nadawcy i odbiorcy, tak jak każdy porządny list, który ma trafić do adresata.

Adres IP w obecnej wersji jest właściwie czterocyfrową, 32-bitową liczbą zapisaną w systemie o podstawie 256. Cyfry tej liczby zapisywane są jedna obok drugiej, oddzielane kropką. Przykładem adresu IP jest 192.124.33.70. Każda z tych cyfr odpowiada konkretnej sieci, a im bliżej prawej strony zapisu się ona znajduje, tym jest bardziej precyzyjna. Na przykład, 192 jest numerem sieci danego kraju, 124 to numer sieci w danym mieście, 33 jest numerem sieci danej instytucji, zaś 70 określa dokładnie stację roboczą w konkretnym budynku. Adresy IP często składają się też z tak zwanych masek podsieci - zainteresowanych odsyłam do literatury.