Samouczek dotyczący sieci komputerowych: kompletny przewodnik

computer networking tutorial

Sieci komputerowe: Kompletny przewodnik po podstawach sieci komputerowych i pojęciach dotyczących sieci

Komputery i Internet bardzo zmieniły ten świat i nasz styl życia w ciągu ostatnich kilku dekad.

Kilkadziesiąt lat temu, gdy chcieliśmy wykonać połączenie międzymiastowe z kimś, musieliśmy przejść przez serię żmudnych procedur, aby to się stało.

Tymczasem byłoby to bardzo kosztowne zarówno pod względem czasu, jak i pieniędzy. Jednak sytuacja uległa zmianie z biegiem czasu, ponieważ teraz wprowadzono zaawansowane technologie. Dziś wystarczy dotknąć niewielkiego przycisku iw ułamku sekundy możemy wykonać połączenie, wysłać wiadomość tekstową lub wideo, bardzo łatwo za pomocą smartfona, internetu i komputera.

Głównym czynnikiem stojącym za tą zaawansowaną technologią są sieci komputerowe. Jest to zbiór węzłów połączonych łączem medialnym. Węzłem może być dowolne urządzenie, takie jak modem, drukarka lub komputer, które powinny mieć możliwość wysyłania lub odbierania danych generowanych przez inne węzły w sieci.

Lista samouczków z serii poświęconych sieciom komputerowym:

Poniżej znajduje się lista wszystkich samouczków dotyczących sieci z tej serii w celach informacyjnych.

Zacznijmy od pierwszego samouczka z tej serii.

Czego się nauczysz:

• Wprowadzenie do sieci komputerowych
  • Podstawowy model komunikacji
  • Potrzeba sieci komputerowej
  • Zastosowania sieci komputerowych
  • Typy topologii sieci
    • # 1) Topologia magistrali:
    • # 2) Topologia RING:
    • # 3) Topologia STAR:
    • # 4) Topologia MESH:
    • # 5) Topologia TREE:
  • Tryby transmisji w sieciach komputerowych
    • # 1) Tryb jednostronny:
    • # 2) Tryb półdupleksu:
    • # 3) Tryb pełnego dupleksu:
  • Media transmisyjne w sieciach komputerowych
    • # 1) Kabel koncentryczny:
    • # 2) Kabel skrętki:
    • # 3) Kabel światłowodowy:
  • Bezprzewodowe media komunikacyjne
    • # 1) Fale radiowe:
    • # 2) Mikrofale:
    • # 3) Fale podczerwone:
  • Wniosek
  • rekomendowane lektury

Wprowadzenie do sieci komputerowych

Sieć komputerowa to w zasadzie cyfrowa sieć telekomunikacyjna, która umożliwia węzłom przydzielanie zasobów. Sieć komputerowa powinna składać się z dwóch lub więcej komputerów, drukarek i węzłów, które będą przesyłać lub odbierać dane za pośrednictwem przewodowych nośników, takich jak kabel miedziany lub światłowodowy, lub nośniki bezprzewodowe, takie jak WiFi.

NajlepszePrzykładsieci komputerowej to Internet.

Sieć komputerowa nie oznacza systemu, w którym jedna jednostka sterująca jest połączona z innymi systemami, które zachowują się jak jej podrzędne.

Ponadto powinien być w stanie spełnić określone kryteria wymienione poniżej:

• Wydajność
• Niezawodność
• Bezpieczeństwo

Omówmy szczegółowo te trzy elementy.

# 1) Wydajność:

Wydajność sieci można obliczyć, mierząc czas przejścia i czas odpowiedzi, które są zdefiniowane w następujący sposób:

• Czas tranzytowy: Jest to czas potrzebny na podróż danych z jednego punktu źródłowego do innego punktu docelowego.
• Czas odpowiedzi: Jest to czas, który upłynął między zapytaniem a odpowiedzią.

# 2) Niezawodność:

Niezawodność jest sprawdzana poprzez pomiar awarii sieci. Im większa liczba awarii, tym mniejsza niezawodność.

# 3) Bezpieczeństwo:

Bezpieczeństwo definiuje się jako sposób ochrony naszych danych przed niechcianymi użytkownikami.

Kiedy dane przepływają w sieci, przechodzą przez różne warstwy sieci. W związku z tym dane mogą zostać ujawnione przez niechcianych użytkowników, jeśli zostaną prześledzone. Dlatego bezpieczeństwo danych jest najważniejszą częścią sieci komputerowych.

Dobra sieć to taka, która jest wysoce zabezpieczona, wydajna i łatwo dostępna, tak aby można było łatwo udostępniać dane w tej samej sieci bez żadnych luk.

Podstawowy model komunikacji

Elementy komunikacji danych:

• Wiadomość: Jest to informacja, którą należy dostarczyć.
• Nadawca: Nadawca to osoba, która wysyła wiadomość.
• Odbiorca: Odbiorca to osoba, do której wysyłana jest wiadomość.
• Średni: Jest to medium, przez które przesyłana jest wiadomość. Na przykład , Modem.
• Protokół: Jest to zbiór zasad, które regulują przesyłanie danych.

Inne aspekty sieci komputerowych:

Obsługuje wszystkie typy danych i wiadomości, które mogą mieć postać głosu, wideo lub tekstu.

Jest bardzo szybki, a przesłanie danych zajmuje tylko ułamek sekundy. Jest to wysoce bezpieczny środek komunikacji, bardzo niechętny pod względem kosztów i niezwykle wydajny, a przez to również łatwo dostępny.

Potrzeba sieci komputerowej

Poniżej wymieniono różne potrzeby:

• Komunikacja między jednym komputerem a innym komputerem.
• Wymiana danych między różnymi użytkownikami tej samej platformy.
• Wymiana drogiego oprogramowania i bazy danych.
• Udostępnianie informacji ponad AWANGARDA .
• Służy do udostępniania urządzeń sprzętowych, a także oprogramowania, takiego jak drukarki, modemy, koncentratory itp.

Zastosowania sieci komputerowych

Przyjrzyjmy się niektórym przykładom sieci komputerowych zarówno w naszym życiu codziennym, jak i do celów biznesowych, a także zobaczymy, jak przyniesie rewolucję w tych dziedzinach.

# 1) Udostępnianie zasobów : jedynym celem jest udostępnienie całego oprogramowania i sprzętu, w szczególności drukarek i przełączników, każdemu w sieci, niezależnie od fizycznej lokalizacji nadawcy lub odbiorcy.

# 2) Model serwer-klient : Wyobraź sobie model, w którym dane firmy są przechowywane na jakimś inteligentnym komputerze, który jest dobrze zabezpieczony zaporami ogniowymi i znajduje się w biurze firmy. Teraz pracownik firmy musi mieć zdalny dostęp do danych za pomocą prostego pulpitu.

W tym modelu pulpit pracownika będzie Klientem, a komputer znajdujący się w biurze będzie serwerem.

# 3) Medium komunikacyjne : Sieć komputerowa zapewnia silną konfigurację medium komunikacyjnego między pracownikami w biurze.

Prawie każda firma (która ma dwa lub więcej komputerów) będzie korzystać z funkcji poczty elektronicznej (poczty elektronicznej), z której wszyscy pracownicy będą na ogół korzystać w codziennej komunikacji.

# 4) Handel elektroniczny: W dzisiejszych czasach modne są zakupy online, siedząc w zaciszu własnego domu.

Prowadzenie interesów z konsumentami przez Internet jest bardzo wygodne i oszczędza czas. Linie lotnicze, księgarnie, sklepy internetowe, rezerwacje hoteli, handel online i sprzedawcy muzyki uważają, że klienci lubią łatwość zakupów z domu.

Najpopularniejsze formy handlu elektronicznego są wymienione na poniższym rysunku:

Typy topologii sieci

Poniżej objaśniono różne typy topologii sieci, a ich obrazowe przedstawienie ułatwia zrozumienie.

# 1) Topologia magistrali:

W tej topologii każde urządzenie sieciowe jest podłączone do jednego kabla i przesyła dane tylko w jednym kierunku.

Zalety:

• Ekonomiczne
• Może być używany w małych sieciach.
• Łatwo to zrozumieć.
• W porównaniu z innymi topologiami potrzeba bardzo mniej kabli.

Niedogodności:

• Jeśli kabel zostanie uszkodzony, cała sieć ulegnie awarii.
• Powolne działanie.
• Kabel ma ograniczoną długość.

# 2) Topologia RING:

W tej topologii każdy komputer jest połączony z innym komputerem w formie pierścienia, przy czym ostatni komputer jest podłączony do pierwszego.

Każde urządzenie będzie miało dwóch sąsiadów. Przepływ danych w tej topologii jest jednokierunkowy, ale można go uczynić dwukierunkowym przy użyciu podwójnego połączenia między każdym węzłem, które nazywa się topologią podwójnego pierścienia.

przykład tablicy skrótów w języku c ++

W topologii podwójnego pierścienia dwa pierścienie działają w łączu głównym i łączu ochronnym, więc jeśli jedno łącze ulegnie awarii, dane przepłyną przez drugie łącze i utrzymają sieć przy życiu, zapewniając w ten sposób architekturę samonaprawiania.

Zalety:

• Łatwy w instalacji i rozbudowie.
• Może być łatwo używany do przesyłania dużych danych o ruchu.

Niedogodności:

• Awaria jednego węzła wpłynie na całą sieć.
• Rozwiązywanie problemów w topologii pierścienia jest trudne.

# 3) Topologia STAR:

W tego typu topologii wszystkie węzły są połączone kablem z jednym urządzeniem sieciowym.

Urządzeniem sieciowym może być koncentrator, przełącznik lub router, który będzie węzłem centralnym, a wszystkie inne węzły będą połączone z tym węzłem centralnym. Każdy węzeł ma własną dedykowaną łączność z węzłem centralnym. Węzeł centralny może zachowywać się jak repeater i może być używany z OFC, skrętką itp.

Zalety:

• Upgrade węzła centralnego można łatwo wykonać.
• Jeśli jeden węzeł ulegnie awarii, nie wpłynie to na całą sieć, a sieć będzie działać płynnie.
• Rozwiązywanie problemów jest łatwe.
• Prosty w obsłudze.

Niedogodności:

• Wysoki koszt.
• Jeśli węzeł centralny ulegnie awarii, cała sieć zostanie przerwana, ponieważ wszystkie węzły są zależne od węzła centralnego.
• Wydajność sieci zależy od wydajności i pojemności węzła centralnego.

# 4) Topologia MESH:

Każdy węzeł jest połączony z innym za pomocą topologii punkt-punkt, a każdy węzeł jest połączony ze sobą.

Istnieją dwie techniki przesyłania danych w topologii siatki. Jeden trasuje, a drugi jest zalewany. W technice routingu węzły kierują się logiką routingu zgodnie z wymaganiami sieci, aby kierować dane ze źródła do miejsca docelowego przy użyciu najkrótszej ścieżki.

W technice zalewania te same dane są przesyłane do wszystkich węzłów sieci, dlatego nie jest wymagana logika routingu. Sieć jest odporna na zalanie i trudno jest stracić jakiekolwiek dane, jednak prowadzi to do niepożądanego obciążenia sieci.

Zalety :

• Jest wytrzymały.
• Usterkę można łatwo wykryć.
• Bardzo bezpieczne

Niedogodności :

• Bardzo kosztowne.
• Instalacja i konfiguracja są trudne.

# 5) Topologia TREE:

Ma węzeł główny, a wszystkie węzły podrzędne są połączone z węzłem głównym w postaci drzewa, tworząc w ten sposób hierarchię. Zwykle ma trzy poziomy hierarchii i może być rozszerzany w zależności od potrzeb sieci.

Zalety :

• Wykrywanie usterek jest łatwe.
• Może rozszerzyć sieć w razie potrzeby, zgodnie z wymaganiami.
• Łatwa konserwacja.

Niedogodności :

• Wysoki koszt.
• Gdy jest używany w sieci WAN, jest trudny do utrzymania.

Tryby transmisji w sieciach komputerowych

Jest to metoda przesyłania danych między dwoma węzłami połączonymi w sieci.

Istnieją trzy rodzaje trybów transmisji, które opisano poniżej:

# 1) Tryb jednostronny:

W tym trybie dane mogą być przesyłane tylko w jednym kierunku. Stąd tryb komunikacji jest jednokierunkowy. Tutaj możemy po prostu wysłać dane i nie możemy oczekiwać, że otrzymamy na nie odpowiedź.

przykład przypadku testowego do testowania ręcznego

Przykład : Głośniki, procesor, monitor, programy telewizyjne itp.

# 2) Tryb półdupleksu:

Tryb półdupleksowy oznacza, że ​​dane mogą być przesyłane w obu kierunkach na jednej częstotliwości nośnej, ale nie w tym samym czasie.

Przykład : Walkie-talkie - w tym przypadku wiadomość może być wysyłana w obu kierunkach, ale tylko po jednym naraz.

# 3) Tryb pełnego dupleksu:

Pełny dupleks oznacza, że ​​dane mogą być przesyłane jednocześnie w obu kierunkach.

Przykład : Telefon - w którym obie osoby z niego korzystające mogą rozmawiać i słuchać jednocześnie.

Media transmisyjne w sieciach komputerowych

Media transmisyjne to medium, za pośrednictwem którego będziemy wymieniać dane w postaci głosu / wiadomości / wideo między źródłem a punktem docelowym.

Pierwsza warstwa warstwy OSI, tj. Warstwa fizyczna, odgrywa ważną rolę w dostarczaniu mediów transmisyjnych do przesyłania danych od nadawcy do odbiorcy lub wymiany danych z jednego punktu do drugiego. Będziemy dalej szczegółowo badać to na ten temat.

W zależności od czynników, takich jak rodzaj sieci, koszt i łatwość instalacji, warunki środowiskowe, potrzeby biznesowe i odległości między nadawcą a odbiorcą, zdecydujemy, które medium transmisyjne będzie odpowiednie do wymiany danych.

Rodzaje mediów transmisyjnych:

# 1) Kabel koncentryczny:

Kabel koncentryczny składa się w zasadzie z dwóch równoległych do siebie przewodników. Miedź jest używana głównie w kablu koncentrycznym jako przewód centralny i może mieć postać ciągłego drutu. Jest otoczony instalacją z PVC, w której ekran ma zewnętrzną metalową powłokę.

Część zewnętrzna służy jako osłona przed hałasem, a także jako przewodnik, który uzupełnia cały obwód. Najbardziej zewnętrzną częścią jest plastikowa osłona, która służy do ochrony całego kabla.

Był używany w systemach komunikacji analogowej, w których jedna sieć kablowa może przenosić sygnały głosowe 10K. Dostawcy sieci telewizji kablowej również szeroko wykorzystują kabel koncentryczny w całej sieci telewizyjnej.

# 2) Kabel skrętki:

Jest to najpopularniejsze przewodowe medium transmisyjne i jest szeroko stosowane. Jest tani i łatwiejszy w instalacji niż kable koncentryczne.

Składa się z dwóch przewodników (zwykle używa się miedzi), z których każdy ma własną izolację z tworzywa sztucznego i jest skręcony ze sobą. Jeden jest uziemiony, a drugi służy do przenoszenia sygnałów od nadawcy do odbiornika. Oddzielne pary służą do wysyłania i odbierania.

Istnieją dwa rodzaje skrętki dwużyłowej, tj. Nieekranowana skrętka i ekranowana skrętka dwużyłowa. W systemach telekomunikacyjnych szeroko stosowany jest kabel połączeniowy RJ 45 będący połączeniem 4 par przewodów.

Jest używany w komunikacji LAN i połączeniach telefonicznych, ponieważ ma dużą przepustowość i zapewnia wysoką prędkość transmisji danych i połączeń głosowych.

# 3) Kabel światłowodowy:

DO światłowód składa się z rdzenia otoczonego przezroczystym materiałem okładzinowym o niższym współczynniku odbicia. Wykorzystuje właściwości światła do przesyłania sygnałów między nimi. W ten sposób światło jest utrzymywane w rdzeniu za pomocą metody całkowitego wewnętrznego odbicia, co powoduje, że światłowód działa jak falowód.

W światłowodzie wielomodowym istnieje wiele ścieżek propagacji, a włókna mają szersze średnice rdzenia. Ten typ włókna jest najczęściej stosowany w rozwiązaniach wewnątrzbudynkowych.

Podczas gdy we włóknach jednomodowych istnieje pojedyncza ścieżka propagacji, a zastosowana średnica rdzenia jest stosunkowo mniejsza. Ten typ światłowodu jest używany w sieciach rozległych.

Światłowód to elastyczne i przezroczyste włókno, które składa się ze szkła krzemionkowego lub tworzywa sztucznego. Włókna światłowodowe przesyłają sygnały w postaci światła między dwoma końcami światłowodu, dzięki czemu umożliwiają transmisję na większe odległości i przy większej szerokości pasma niż kable koncentryczne i skrętki lub kable elektryczne.

Zamiast metalowych drutów stosowane są przy tym włókna, dzięki czemu sygnał będzie przemieszczał się z bardzo mniejszą utratą sygnału od nadawcy do odbiornika, a także będzie odporny na zakłócenia elektromagnetyczne. Dzięki temu jego wydajność i niezawodność są bardzo wysokie, a także bardzo lekki.

Ze względu na powyższe właściwości kabli światłowodowych są one przeważnie preferowane w stosunku do przewodów elektrycznych do komunikacji na duże odległości. Jedyną wadą OFC jest wysoki koszt instalacji, a jego konserwacja jest również bardzo trudna.

Bezprzewodowe media komunikacyjne

Do tej pory zbadaliśmy tryby komunikacji przewodowej, w których używaliśmy przewodników lub mediów sterowanych do komunikacji, aby przenosić sygnały ze źródła do miejsca docelowego, a do celów komunikacyjnych używaliśmy drutu szklanego lub miedzianego jako fizycznego nośnika.

Media, które przenoszą sygnały elektromagnetyczne bez użycia żadnego fizycznego medium, nazywane są bezprzewodowymi mediami komunikacyjnymi lub niekierowanymi mediami transmisji. Sygnały są nadawane drogą powietrzną i są dostępne dla każdego, kto ma możliwość ich odbioru.

Częstotliwość używana do komunikacji bezprzewodowej wynosi od 3 kHz do 900 Hz.

Możemy podzielić komunikację bezprzewodową na 3 sposoby, jak wspomniano poniżej:

# 1) Fale radiowe:

Sygnały o częstotliwości nadawania w zakresie od 3 kHz do 1 GHz nazywane są falami radiowymi.

Są dookólne, ponieważ gdy antena przesyła sygnały, wysyła je we wszystkich kierunkach, co oznacza, że ​​antena nadawcza i odbiorcza nie muszą być ze sobą wyrównane. Jeśli ktoś wysyła sygnały fal radiowych, to może je odbierać każda antena posiadająca właściwości odbiorcze.

Jego wadą jest to, że ponieważ sygnały są transmitowane przez fale radiowe, może zostać przechwycony przez każdego, stąd nie nadaje się do przesyłania ważnych danych niejawnych, ale może być używany do celów, w których jest tylko jeden nadawca i wiele odbiorców.

Przykład: Jest używany w AM, radiu FM, telewizji i przywoływaniu.

# 2) Mikrofale:

Sygnały o częstotliwości nadawania w zakresie od 1 GHz do 300 GHz nazywane są mikrofalami.

Są to fale jednokierunkowe, co oznacza, że ​​gdy sygnał jest przesyłany między nadawcą a anteną odbiornika, to obie muszą być wyrównane. Mikrofale mają mniej problemów z zakłóceniami niż komunikacja radiowa, ponieważ zarówno antena nadawcza, jak i odbiornik są wyrównane na obu końcach.

Propagacja fal mikrofalowych jest trybem komunikacji w linii wzroku, a wieże z zamontowanymi antenami muszą znajdować się w bezpośrednim polu widzenia, dlatego wysokość wieży musi być bardzo wysoka, aby zapewnić prawidłową komunikację. Do komunikacji mikrofalowej wykorzystywane są dwa rodzaje anten, tj Naczynie paraboliczne i róg .

Mikrofale są przydatne w systemach komunikacji jeden na jeden ze względu na swoje jednokierunkowe właściwości. Dzięki temu jest bardzo szeroko stosowany w komunikacji satelitarnej i bezprzewodowej sieci LAN.

Może być również używany w telekomunikacji na duże odległości, ponieważ mikrofale mogą przenosić tysiące danych głosowych w tym samym przedziale czasu.

Istnieją dwa rodzaje komunikacji mikrofalowej:

1. Naziemna kuchenka mikrofalowa
2. Mikrofalówka satelitarna

Jedyną wadą kuchenki mikrofalowej jest to, że jest bardzo kosztowna.

# 3) Fale podczerwone:

Sygnały o częstotliwości nadawania w zakresie od 300GHz do 400THz nazywane są falami podczerwonymi.

Może być używany do komunikacji na krótkie odległości, ponieważ podczerwień o wysokich częstotliwościach nie może przenikać do pomieszczeń, a tym samym zapobiega zakłóceniom między jednym urządzeniem a drugim.

Przykład : Korzystanie z pilota na podczerwień przez sąsiadów.

Wniosek

W tym samouczku zbadaliśmy podstawowe elementy składowe sieci komputerowych i ich znaczenie w dzisiejszym cyfrowym świecie.

W tym miejscu wyjaśniono również różne typy mediów, topologię i tryby transmisji używane do łączenia różnych typów węzłów w sieci. Widzieliśmy również, jak sieci komputerowe są wykorzystywane do tworzenia sieci wewnątrz budynków, sieci międzymiastowych i sieci WWW, tj. Internetu.

NEXT Tutorial

rekomendowane lektury

• 7 warstw modelu OSI (kompletny przewodnik)
• Model TCP / IP z różnymi warstwami
• Kompletny przewodnik po zaporze: jak zbudować bezpieczny system sieciowy
• Wszystko o routerach: typy routerów, tablice routingu i routing IP
• Wszystko o przełącznikach warstwy 2 i warstwy 3 w systemie sieciowym
• Przewodnik po masce podsieci (podsieci) i kalkulatorze podsieci IP
• LAN Vs WAN Vs MAN: Dokładna różnica między typami sieci
• Co to jest sieć rozległa (WAN): przykłady aktywnych sieci WAN