LAN siete: Použitie a význam

Prepojením počítačov, prípadne s príslušenstvom, tak, že dokážu navzájom komunikovať, bezdrôtovým spôsobom alebo prostredníctvom fyzického prepojenia (kabeláže), vznikne počítačová sieť. Vytvorenie počítačovej siete má svoje výhody, umožňuje predovšetkým:

• zdieľanie prostriedkov (hardvéru), napríklad tlačiarní, diskov
• zdieľanie dát (softvéru), ktoré využívajú napríklad databázové a informačné systémy
• komunikáciu medzi užívateľmi posielaním textových správ až po videokonferencie
• monitorovanie a riadenie počítačov, zdieľanie výkonu

Klasifikácia počítačových sietí

Počítačové siete môžeme deliť podľa rôznych kritérií:

Podľa rozlohy (vzdialenosti prepojených počítačov)

• PAN (Personal Area Network - osobná počítačová sieť): Spájajú zariadenia rádovo v dosahu metrov, ktoré slúžia len jednej osobe (typické prepojenie myši, tlačiarne alebo mobilu a počítača, notebooku, PDA).
• LAN (Local Area Network): Lokálna počítačová sieť, ktorej počítače sú navzájom vzdialené rádovo desiatky až stovky metrov, teda sú umiestnené v jednej prípadne v niekoľkých susedných budovách. Ide o siete firemné, školské, podnikové a pod. Slúžia hlavne pre zdieľanie dát a zariadení v rámci jednej firmy, budovy, lokality. LAN sú obvykle v súkromnej správe, sú tvorené jedným káblovým systémom (alebo iným prenosovým prostriedkom - rádiové vlny a pod.). Prenosové rýchlosti dosahujú rádovo 10 Mbps až 10 Gbps.
• MAN (Metropolitan Area Network): Mestská počítačová sieť s rozlohou rádovo desiatky km². Metropolitné siete umožňujú rozšírenie pôsobnosti LAN ich predĺžením, zvýšením počtu uzlov, zvýšením prenosovej rýchlosti. Rýchlosť v MAN býva vysoká, ale charakterom sa radí k sieťam LAN. Siete môžu byť súkromné, ale i verejné a prenajímané.
• WAN (Wide Area Network): Globálna, veľkoplošná počítačová sieť v rámci celých kontinentov až sveta. Spája rôzne LAN a MAN siete v pôsobnosti krajín, kontinentov ale i sveta. Prenosové rýchlosti môžu dosahovať rádovo až Gbps.

Podľa funkcie (úlohy) počítačov v sieti

Peer-to-peer (p2p sieť)

Všetky počítače v sieti sú rovnocenné. Každá stanica v sieti môže vyčleniť nejaký svoj prostriedok (diskový priestor, tlačiareň, mechaniku...) na zdieľanie. Iná stanica môže tieto prostriedky využívať. Tento typ siete obvykle nemá centrálnu správu, každý uzol sa spravuje sám. Zdieľanie prostriedkov je možné aj cez internet. V niektorých textoch sa sieť typu peer-to-peer označuje aj ako ad hoc. Firma Microsoft ju na svojich www stránkach charakterizuje nasledovne: „Sieť ad hoc je dočasné pripojenie medzi počítačmi a zariadeniami používané na špeciálne účely, napríklad na zdieľanie dokumentov počas schôdze alebo hranie počítačových hier pre viac hráčov. Pripojenie na Internet môžete tiež dočasne zdieľať aj s inými používateľmi v sieti ad hoc, takže títo používatelia nemusia nastaviť svoje vlastné pripojenia na Internet.“

Klient/Server

V praxi sa častejšie vyskytuje zapojenie, pri ktorom je jeden z počítačov nadradený, riadiaci. Takýto počítač nazývame server. Ostatné počítače sa správajú ako klienti (workstation, pracovná stanica), ktorí požadujú určité služby od servera. Serverov môže byť viacero typov - podľa typu poskytovaných služieb: súborový server, tlačový server, poštový server, www server, ftp server,... Nemusí platiť vzťah, že jeden server je jeden počítač, resp. na jednom fyzickom počítači môže existovať viacej serverov. Server máva špeciálny sieťový operačný systém (UNIX, Linux, Novell NetWare, Microsoft Windows NT, Microsoft Server 2008,...), často na ňom „bežia“ mnohoužívateľské programy.

Podľa fyzickej topológie (vzájomného usporiadania zariadení v počítačovej sieti)

Medzi základné typy topológie siete LAN patrí: zbernica, hviezda a kruh. Zložitejšia topológia sietí môže obsahovať kombináciu základných typov, najčastejšie kombinácia hviezd do stromovej štruktúry, topológiu úplnú a chrbticovú.

Zbernicová (Bus)

Základným prvkom zbernicovej topológie je zbernica - úsek prenosového média (kábel), ktorá tvorí kostru siete. K nej sú jednotlivé stanice siete pripojené pomocou odbočovacích prvkov jedna vedľa druhej. Prenosovým médiom je najčastejšie koaxiálny kábel (s prenosovou rýchlosťou 10 Mbit/s) alebo krútená dvojlinka. V zbernicovej topológii sa nevyskytuje centrálna alebo riadiaca stanica. Dátové správy sa šíria vedením všetkými smermi a všetky stanice k nim majú prístup. Sieť zbernicovej topológie je najjednoduchšia a veľmi ľahko sa inštaluje. Zbernica má jeden začiatok a jeden koniec a musí byť ukončená terminátorom (odpor zamedzujúci „odrazu dátových správ“). Veľkou výhodou tejto topológie je funkčnosť siete v prípade výpadku jednej stanice, ale naopak, pri prerušení kábla (prenosového média) sa stáva sieť nefunkčná.

Hviezdicová (Star)

V sieti hviezdicovej topológie pôsobí v centre siete centrálny uzol, ktorým môže byť prepínač (switch), v starších sieťach rozbočovač (hub) alebo, najmä pri bezdrôtových sieťach, opakovač (repeater). K centrálnemu uzlu sú pripojené stanice siete samostatnými linkami, najčastejšie pomocou symetrického kábla (krútená dvojlinka). Pri poruche centrálneho uzla je celá sieť vyradená z prevádzky.

Kruhová (Ring)

Stanice siete sú prepojené vedením do tvaru súvislého kruhu. Dáta sa pohybujú v kruhu od odosielateľa (prechádzajú postupne k najbližšiemu susedovi) postupne cez všetky následné uzly až k príjemcovi (adresovanej stanici) - smer pohybu je daný spôsobom prepojenia siete. Na riadenie smeru prenosu dát sa používa riadiaca značka - Token. Pomocou nej sa dátové správy odovzdávajú postupne jedným smerom medzi stanicami. Stanica siete, ktorá má riadiacu značku, môže vysielať, ostatné stanice môžu iba prijímať. Týmto je odstránená možnosť vzniku kolízií pri súčasnom vysielaní niekoľkými stanicami. Výpadok ľubovoľnej stanice spôsobí nefunkčnosť celej siete.

Stromová

Stromová topológia je prirodzeným rozšírením topológie typu hviezda s kombináciou zbernice. Má aj podobné vlastnosti.

Úplná

Každá stanica siete je prepojená zo všetkými ostatnými stanicami. Táto topológia vyžaduje veľký počet káblov. Je veľmi spoľahlivá, ale zle rozšíriteľná. Používa sa málo. V prípade, že nejaké spojenie zlyhá, dáta môžu putovať k cieľu ďalej po iných dostupných linkách (majú viac možností).

Chrbticová

Prepája jednotlivé LAN s ľubovoľnou topológiou.

Podľa technológie

Ethernet

V súčasnosti (v rôznych modifikáciách) dominujúci typ, komunikácia na princípe zdieľania prenosového média (ether - „éter“ - vodič) - stanica začne vysielať, keď nevysiela žiadna iná; všetky ostatné môžu dáta prijímať, ak sa stane, že dve stanice začnú vysielať naraz (kolízia), zastavia sa a po náhodnom čase pokus opakujú; fyzická topológia zbernicová (10Base5, 10Base2) alebo hviezdicová (10BaseT, 100BaseT,...). Rýchlosť siete Ethernet dosahujú rýchlosť prenosu údajov 100 alebo 1 000 Mbps, čo závisí od typu použitého kábla.

• ThickNet (hrubý ethernet): Používa ako médium hrubý koaxiálny kábel; zbernicová topológia; dĺžka zbernice môže byť až 500 m; prenosová rýchlosť je do 100Mbps.
• FastNet (rýchly ethernet): Používa ako médium krútenú dvojlinku (prípadne optické vlákna); hviezdicová topológia; rýchlosť do 100Mbps.
• Gigabitová sieť Ethernet: Je najrýchlejšia a jej prenosová rýchlosť je 1 gigabit za sekundu (alebo 1 000 Mb/s); z krútenej dvojlinky využíva všetky štyri páry vodičov.

Náklady: Káble a prepínače pre sieť Ethernet sú lacné a počítače sa dodávajú s už nainštalovanými adaptérmi (sieťovými kartami na základnej doske).

Krútená dvojlinka

Štandardne ide o štvorpárový kábel, pričom vodiče páru sú navzájom prepletené, skrútenie pomáha redukovať vzájomné presluchy a šumy z vonkajšieho prostredia, a zároveň bráni vyžarovaniu z páru do prostredia; rozdiel potenciálov v páre kóduje prenášaný signál. Pri zapojeniach s prenosovými rýchlosťami do 100Mbps sa využívajú len dva páry, pri zapojeniach do 1Gbps sa využívajú všetky štyri páry.

• UTP (Unshielded Twisted Pair) - netienená krútená dvojlinka.
• FTP (Foilded Twisted Pair) - fóliovaná krútená dvojlinka - UTP obtočená hliníkovou fóliou na zníženie vyžarovania.
• STP (Shielded Twisted Pair) - tienená krútená dvojlinka - dokonalejšie tienenie ako FTP, pretože tienené sú už páry (tienenie môže byť realizované aj opletením neizolovaným zväzkom vodičov).

Telefónna sieť

• Dial-up: Klasické vytáčané pripojenie do internetu pomocou klasickej telefónnej linky a modemu. Patrí medzi najlacnejšie, je najstaršie, ale zároveň najpomalšie pripojenie (28kb/s-56kb/s). V prípade používania internetu sa nedá používať telefónna linka.
• ISDN (Integrated Services Digital Network - Digitálna sieť integrovaných služieb): Verejná digitálna telekomunikačná služba primárne navrhnutá pre komfortnú telefóniu s pridanou možnosťou dátových prenosov. Funguje na princípe digitálneho prenosu údajov po existujúcich metalických vedeniach.
• ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): Jedna z foriem DSL (digitálneho účastníckeho vedenia). Vyznačuje sa tým, že je „asymetrická“, teda pri prenose dát sa využíva vyššia prenosová rýchlosť smerom k užívateľovi (download) a nižšia od užívateľa (upload). Ide o vysokorýchlostnú technológiu, ktorá umožňuje trvalý a časovo neobmedzený prenos dát nezávisle spolu s telefónnou hlasovou službou na bežných medených telefónnych linkách. ADSL je možné využiť iba na krátke vzdialenosti, zvyčajne menšie ako 5 km.
• HPNA (Home Phoneline Networking Alliance): Technológia určená pre vysokorýchlostný dátový prenos po vnútorných telefónnych rozvodoch budov a slúži k realizácii mnohobodovej lokálnej siete bez nutnosti inštalácie špeciálnych dátových káblov.

Elektrická sieť

• DPL (Digital Power Line - digitálne silové vedenie): Sieťová technológia využívajúca elektrické rozvody. Problémom je pretlačenie vysokofrekvenčného signálu cez transformátory.
• Home Plug: Používa k prepojeniu počítačov v budove silové elektrické rozvody 230V; do elektrickej zásuvky sa zasunie adaptér HomePlug a k počítaču sa pripojí káblom USB alebo ethernetovým káblom; prenosové rýchlosti dnes sú stovky Mbps.

Optická sieť

Optický kábel obsahuje zväzok optických vlákien. Umožňujú prenos svetelného signálu úplným odrazom svetelného lúča na rozhraní jadro - obal. Pre diaľkové spoje sa používa tzv. monomódové (jednovidové) vlákno s menším priemerom jadra. Multimódové vlákno sa používa v lokálnych sieťach. Prenosové rýchlosti môžu dosahovať desiatky Gbps.

Bezdrôtová sieť (wireless)

Poskytuje používateľovi voľnosť pohybu po celom území pokrytom signálom („žiadne káble“).

• Wi-Fi / bezdrôtový Ethernet: Hoci sa Wi-Fi (Wireless LAN) prenáša vzduchom, má rovnaké vlastnosti ako káblový neprepínaný ethernet. Bezdrôtové siete sú dnes postavené na štandarde IEEE 802.11.

Kľúčové komponenty a vlastnosti LAN sietí

Prenosová rýchlosť

Prenosová rýchlosť udáva, aký objem informácie sa prenesie za jednotku času. Základnou jednotkou rýchlosti je bit za sekundu (bps, bits per second).

Sieťové káble

Sieťový kábel je vodič, ktorý spája zariadenia v lokálnej sieti (LAN) so sieťovým konektorom. Sieťový kábel zabezpečuje komunikáciu medzi viacerými zariadeniami (počítačmi, smerovačmi, prepínačmi...).

Typy káblov

• Meď (CU): Káble vyrobené z čistej medi zaručujú najlepšiu vodivosť a minimálnu stratu signálu, čím poskytujú vysoké rýchlosti prenosu dát a sú odolné voči elektromagnetickému rušeniu.
• CCA (Copper Clad Aluminum): Hliníkové káble potiahnuté tenkou vrstvou medi. Sú ľahšie a lacnejšie, ale majú vyšší odpor, čo vedie k väčším stratám signálu na dlhšie vzdialenosti a menšej odolnosti voči mechanickému poškodeniu a rušeniu.

Kategórie káblov

• Cat5e: Najobľúbenejší kábel, používaný v domácich a kancelárskych sieťach, umožňuje prenos dát rýchlosťou až 1 Gb/s pri frekvencii 100 MHz.
• Cat6: Ponúka väčšiu šírku pásma a prenos dát rýchlosťou až 10 Gb/s na krátke vzdialenosti (do 55 metrov) pri frekvencii 250 MHz.
• Cat6a: Vylepšená verzia Cat6, prenos dát rýchlosťou 10 Gb/s na vzdialenosť do 100 metrov pri frekvencii 500 MHz.
• Cat7: Prenos dát rýchlosťou až 10 Gb/s pri frekvencii 600 MHz, vždy tienené pre najvyššiu úroveň ochrany proti rušeniu.
• Cat8: Najmodernejší štandard, umožňuje prenos dát rýchlosťou až 40 Gb/s pri frekvencii 2000 MHz.

Tienenie káblov

• Netienené (UTP): Najnižší stupeň ochrany pred rušením, vhodné do domácich sietí.
• Tienené fóliou (FTP): Fólia tvorí spoločnú bariéru medzi dvojicami drôtov a obalom kábla.
• Tienené opletením (STP): Spoločné tienenie formou opletením, zvyšuje mechanickú odolnosť a odolnosť voči rušeniu.
• SF/UTP: Kombinácia netienených párov s celkovým tienením.
• SF/FTP: Najvyššia kategória, kombinuje tienenie každého páru fóliou a dodatočné tienenie opletením a ďalšou fóliou.

Sieťové karty (Network Interface Card - NIC)

Sieťová karta je fyzickým rozhraním na pripojenie káblovým rozvodom siete. Je to fyzické rozhranie uzla siete (stanice alebo sieťového zariadenia) a pripojenie k sieti. Vysiela elektrické signály z káblového rozvodu. Vo vnútri siete sieťová karta zabezpečuje presun dát do pamäte karty alebo priamo do operačnej pamäte typu RAM. Pretože vnútorná zbernica počítača prenáša paralelne 32 bitov a po kábli je prenášaný jeden bit za druhým, musí sieťová karta zabezpečiť prevod medzi týmto paralelným a sériovým prenosom. Na realizáciu týchto funkcií je karta vybavená vyrovnávacou pamäťou i špeciálne navrhnutým procesorom.

Topológie sietí

Topológia siete označuje vzájomné usporiadanie sieťových systémov. Medzi základné typy topológie siete LAN patrí: zbernica, hviezda a kruh.

Rozbočovač (Hub) a Prepínač (Switch)

• Rozbočovač (Hub): Nedokáže údaje smerovať priamo k adresátovi, ale rozpošle ich do všetkých svojich portov, čím zníži celkovú priepustnosť siete, pretože celá šírka prenosového pásma je rovnomerne rozdelená medzi jednotlivé počítače.
• Prepínač (Switch): Zaisťuje tok údajov iba k tomu počítaču, ktorý ich skutočne potrebuje.

Sieťové operačné systémy

Pre malé siete je vhodný operačný systém Windows 9x, ktorý má dobre riešenú podporu rovnoprávneho využívania siete princípom peer-to-peer. Pre siete s 10 a viac počítačmi je vhodnejší zložitejší sieťový operačný systém ako Windows NT, Novell NetWare, Artisoft LANtastic alebo Linux. Tieto systémy používajú hierarchický princíp využívania siete klient/server.

Použitie a výhody LAN sietí

Lokálne siete (LAN) sú dátové siete prepojujúce koncové uzly (osobné počítače, pracovné stanice, servery, periférne zariadenia) a umožňujúce ich vzájomnú spoluprácu (zdieľanie sieťových zdrojov). Sú obmedzené rozsahom do niekoľkých kilometrov. Umožňujú mnohonásobný prístup všetkých pripojených staníc ku jednému prenosovému prostriedku.

Zdieľanie zdrojov

Jednou z hlavných výhod LAN sietí je možnosť zdieľania hardvérových prostriedkov, ako sú tlačiarne, skenery alebo úložné zariadenia. To znižuje náklady a zvyšuje efektivitu.

Zdieľanie dát

LAN siete umožňujú efektívne zdieľanie dát a softvérových aplikácií medzi používateľmi. Databázové a informačné systémy sú typickým príkladom využitia tejto funkcionality.

Komunikácia

Siete zjednodušujú komunikáciu medzi používateľmi prostredníctvom e-mailu, instant messagingu, videokonferencií a iných komunikačných nástrojov.

Správa a monitorovanie

LAN siete umožňujú centralizované monitorovanie a riadenie počítačov, ako aj zdieľanie výpočtového výkonu.

Bezpečnosť v LAN sieťach

Bezpečnosť v LAN sieťach je kľúčová pre ochranu dát pred neoprávneným prístupom. Server v modeli klient/server znižuje bezpečnostné riziká tým, že sústreďuje dáta na jednom mieste, ktoré môže byť jednoduchšie zabezpečené proti výpadkom systému, poškodeniu alebo zneužitiu dát. Fyzické zabezpečenie sa dosahuje vyhradením špecialnej miestnosti s prístupom povoleným iba určeným ľuďom, pravidelným zálohovaním a pod. Logické zabezpečenie zahŕňa zabezpečenie údajov uložených na servery.

Výkon a správa

Výkon

Spracovanie údajov na serveri odbremeňuje klientské stanice, ktoré potom môžu poskytnúť svoj procesorový čas aplikáciám, čím sa zvýši výkon celého systému. Zvyšovať výkon celého systému klient/server možno zvyšovaním výkonu počítača, na ktorom beží serverový proces.

Správa dát a aplikácií

Centralizovaná správa dát a aplikácií na serveri zjednodušuje ich údržbu a aktualizáciu.

Znižovanie nákladov

Investície vložené do systému založenom na modeli klient - server sú menšie ako v systéme bez servera, najmä pri väčších sieťach. Pre zvýšenie výkonu, bezpečnosti a spoľahlivosti stačí investovať do jedného počítača.

Typy serverov

• Súborový server (file server): Umožňuje používateľom pristupovať k spoločným súborom.
• Tlačový server (print server): Zbiera požiadavky používateľov na tlač a vybavuje ich pomocou tlačiarní pripojených k nemu.
• WWW server: Obsluhuje webové stránky.
• FTP server: Umožňuje prenos súborov.
• Proxy server: Vystupuje voči iným serverom v mene klientov a môže ukladať často používané dáta do vyrovnávacej pamäte (cache).
• Poštový server: Zabezpečuje prenos elektronickej pošty pomocou protokolov SMTP, POP a IMAP.
• Zálohovací server: Umožňuje bezproblémové zálohovanie všetkých potrebných údajov v sieti.

Zhrnutie

LAN siete tvoria základ modernej komunikácie a zdieľania informácií. Výber správnej technológie, topológie a komponentov závisí od špecifických potrieb používateľa, pričom vždy je dôležité dbať na dostatočný výkon, spoľahlivosť a bezpečnosť.

tags: #lan #siaty #pouzitie