Počítačová sieť

Počítačová sieť (angl. computer network) je súhrnné označenie počítačov, pomocou ktorých je realizované prepojenie a výmena dát medzi počítačmi. Umožňuje používateľom komunikáciu podľa zadaných pravidiel. Najčastejším dôvodom pripojenia k sieti je zdieľanie informácií a technických zariadení.

Typická počítačová sieť knižnice

História

Prvé počítače boli dostupné len počítačovým odborníkom už v 50. rokoch a veľmi zložito sa programovali prostredníctvom strojového kódu. Neskôr sa začali objavovať prvé programovacie jazyky, medzi ktoré patril Fortran a Algol. V 60. rokoch sa začali využívať dierne štítky. Práca s nimi si vyžadovala presnosť a tiež dlhý čas na spracovanie. Neskôr sa objavujú terminály, prostredníctvom ktorých sa zadávajú údaje do počítača a zobrazia sa výsledky činnosti. S rozvojom polovodičov nastala miniaturizácia využívaných komponentov. Dôležitá je dostupnosť počítačov a rýchlosť získaných výsledkov. Počítače nachádzajú uplatnenie vo výskume, vývoji a výrobe. Užívatelia si začínajú uvedomovať problém prenosu a dostupnosti dát medzi jednotlivými počítačmi. V 70. rokoch sa začalo s prepájaním počítačov. Rôzne organizácie vojenské (americká armáda – ARPANET), štátne, vzdelávacie alebo výrobné začali s budovaním vlastných sietí. Koncom 70. rokov sa objavuje prvý mikroprocesor Intel 4004, ktorý sa mal pôvodne nachádzať v nových kalkulačkách. Neskôr sa objavujú prvé 8-bitové mikroprocesory Intel 8080 a od firmy Zilog Z80 a 16-bitové Intel 8086, Z8000. Postupne vznikajú mikropočítače, ktoré sa programovali prevažne v programovacom jazyku Basic a nemali ešte vlastný operačný systém. Len v ojedinelých prípadoch sa prepájali do počítačových sietí, ich hlavným prínosom bolo masové rozšírenie. Spoluprácou firmy Intel a Microsoft bol na trh uvedený osobný počítač IBM PC s operačným systémom CP/M. V podnikoch sa začínajú objavovať rôznorodé dáta vo viacerých počítačoch a tvoria sa problémy s vyhľadávaním a prenosom, čo má za následok vznik prvých lokálnych sietí: Ethernet, ARCnet, Token Ring a iné. ^[1]

Klasifikácia počítačových sietí

Počítačové siete môžeme deliť podľa viacerých kritérií.

Podľa veľkosti

• Personal area network (PAN) - veľmi malá osobná sieť. Spolupracujúce zariadenia obvykle slúžia len jednej osobe (typicky prepojenie mobilu a počítača, PDA, notebooku ...) spája zariadenia rádovo v dosahu metrov. Na prepojenie sa obvykle používajú bezdrôtové technológie (WiFi, IrDA, BlueTooth).
• Local area network (LAN) – lokálna počítačová sieť. Spájajú počítače v rámci malého územia, resp. v rámci jednej budovy rádovo do vzdialenosti sto metrov. Slúžia hlavne pre zdieľanie dát a zdrojov (zariadení) v rámci jednej firmy, budovy, lokality ... LAN sú obvykle v súkromnej správe, je tvorená jedným káblovým systémom (alebo iným prenosovým prostriedkom - rádiové vlny a pod.). Prenosové rýchlosti dosahujú rádovo desiatky až stovky Mbit/s.

Najčastejšou normovanou technológiou používanou v LAN sú:

Ethernet	Fast Ethernet, Gigabit ethernet	IEEE 802.3
Arcnet	už sa nepoužíva
Token Bus		IEEE 802.4
Token Ring		IEEE 802.5
IsoEthernet		IEEE 802.9
Bezdrôtové siete	Wi-Fi, Bluetooth	IEEE 802.11
100VG-AnyLAN		IEEE 802.12
Fiber Distributed Data Interface (FDDI)		ISO/IEC 9314, ANSI X3.x
Fibre Channel		ANSI X3.x

• Metropolitan area network (MAN) – metropolitná sieť. Sieť tohoto typu prepája lokálne siete v mestskej zástavbe - obvykle je obmedzená na jedno mesto. Spája do vzdialenosti rádovo desiatky km.

Metropolitné siete umožňujú rozšírenie pôsobnosti LAN ich predĺžením, zvýšením počtu uzlov, zvýšením prenosovej rýchlosti. Rýchlosť v MAN býva vysoká, ale charakterom sa radí k sietiam LAN. Siete môžu byť súkromné , ale i verejné a prenajímané.

Normalizovaná metropolitná sieť existuje jedna:

Distributed Queue Dual Bus (DQDB)	.	IEEE 802.6

DQDB je založený na koncepcii ATM - medzi komunikujúcimi stranami musí byť vytvorené virtuálne spojenie. DQDB používa zbernicovú topológiu: dve protismerné nezávisle pracujúce zbernice, každá podporuje prenos v jednom smere. Prerušenie média môže byť izolované bez prerušenia siete.

• Wide area network (WAN) – rozsiahla sieť. Spája rôzne LAN a MAN siete v pôsobnosti krajín, kontinentov ale i sveta.

Rozľahlé siete umožňujú komunikáciu na veľké vzdialenosti. Obvykle bývajú verejné, ale existujú aj súkromné WAN siete. Prenosové rýchlosti sa veľmi líšia podľa typu siete. Začínajú na desiatkach kbit, ale dosahujú aj rádovo Gbit/s. Klasickým príkladom takejto siete je internet.

Medzi rozľahlé WAN siete patria:

• Integrated Services Digital Network (ISDN)
• X25
• Frame Relay
• Switched Multimegabit Data Service (SMDS)
• Asynchronous Transfer Mode (ATM)
• WiMax (IEEE 802.16d)

V literatúre sa môžeme stretnúť aj s ďalším typom siete HAN (Home Access Network) tvz. domáca sieť, tak ako to uvádza Nádběla. ^[2]

Podľa funkčného vzťahu

• Client-server

Server poskytuje služby staniciam – klientom (workstation, pracovná stanica). 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. Na jednom fyzickom počítači môže existovať viacero serverov.

• Peer-to-peer

Termín pochádza z angličtiny a znamená „rovný k rovnému“, označuje sa tiež ako p2p sieť. 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.

Podľa topológie

Kľúčovú úlohu v sietiach akéhokoľvek typu zohrávajú aktívne prvky. Ich úlohou je prepájať jednotlivé časti sietí, menia typy rozhraní, spôsoby komunikácie, zaisťujú bezpečnosť a riadia sieť. Sieť môže byť prepojená priamo z počítača do počítača, alebo s využitím týchto aktívnych prvkov.

Všetky návrhy siete vychádzajú z troch základných topológií:

• Zbernicová topológia siete - ak sú zapojené za sebou pozdĺž jediného kábla (segmentu). Je typická pre lokálne siete. Vyniká vysokou spoľahlivosťou a možnosťou komunikácie každého s každým. Čo sa týka riadenia, je značne komplikovaná. ^[3]
• Hviezdicová topológia siete - ak sú počítače zapojené k segmentom, ktoré vychádzajú z jediného bodu (rozbočovača)
• Prstencová topológia siete - ak sú počítače zapojené ku káblu, ktorý tvorí prstenec. Využíva sa v lokálnych sieťach a distribuovaných systémoch. Pre globálne siete nie je vhodná z dôvodu spoľahlivosti. Problém spoľahlivosti sa rieši premostením poruchových prípadne vypnutých miest. Zdvojením prenosových ciest sa dosiahne vyššia spoľahlivosť. ^[3]

Ďalšie možnosti topológie siete:

• Stromová topológia - je typická pre hierarchické systémy s centralizovaným riadením, kde sa nachádza jeden nadradený uzol. Vyskytuje sa v terminálových a lokálnych sieťach. Výhodou je prehľad o situácii v sieti, možnosť rozloženia záťaže a efektívneho využitia zdrojov. ^[3]

• Neobmedzená topológia
• Varianty hlavných topológií

• 
  Zbernicová topológia
• 
  Hviezdicová topológia
• 
  Kruhová topológia
• 
  Neobmedzená topológia (mesh)
• 
  Stromová topológia

Topológia	Výhody	Nevýhody
Zbernicová	Ekonomické využitie kábla. Média nie sú drahé a ľahko sa s nimi pracuje. Jednoduchá, spoľahlivá. Ľahko sa rozširuje.	Sieť môže pri veľkej prevádzke spomaliť. Porušenie kábla môže ovplyvniť veľa používateľov. Problémy sa ťažko fixujú.
Prstencová (Kruhová)	Rovnocenný prístup pre všetky počítače. Vyvážený výkon aj pri veľkom počte používateľov.	Zlyhanie jedného počítača môže mať dopad na celú sieť. Rekonfigurácia siete preruší jej prevádzku. Problémy sa ťažko fixujú.
Hviezdicová	Ľahká modifikácia a pridávanie nových počítačov. Centrálne monitorovanie a správa. Zlyhanie jedného počítača neovplyvní ostatok siete.	Ak zlyhá centrálny prvok, zlyhá celá sieť.

Podľa špecializovanej funkcie

• Storage area network – sieť pre pripojenie zariadení pre uloženie údajov
• Serverová farma
• Process control network – sieť medzi kontrolnými a meracími zariadeniami a ich manažmentom
• Value added network – sieť poskytujúca služby s pridanou hodnotou
• SOHO sieť – LAN pre malú kanceláriu a domov
• Komunitná bezdrôtová sieť
• XML zariadenie pre rýchle spracovanie XML správ

Rozdelenie podľa použitej technológie

• ARCNET
• Token-ring
• 100VG-AnyLAN
• FDDI
• Ethernet

Ďalšie možnosti klasifikácie

Závodný ďalej ešte rozlišuje klasifikáciu počítačových sietí podľa nasledujúcich kritérií. ^[3]

Podľa spôsobu riadenia

• centralizované riadenie
• decentralizované riadenie

Podľa použitého systému prenosu dát

• s prepojovaním kanálov
• s prepojovaním paketov
• s prepojovaním správ
• s prepojovaním buniek

Podľa druhu hlavných počítačov

• homogénne PS
• heterogénne PS

Podľa rozmiestnenia počítačov

• účelovo orientované PS
• teritoriálne orientované PS

Architektúra počítačových sietí

Už na začiatku budovania počítačových sietí bola snaha vytvoriť univerzálny koncept siete. Nezávisle od seba však pracovali viaceré firmy a výsledkom bolo niekoľko vzájomne nekompatibilných architektúr. Najpoužívanejšie architektúry počítačových sietí sú: SNA, OSI, TCP/IP.

Architektúra SNA (System Network Architecture)

Bola prvou architektúrou, ktorá slúžila na prepojenie terminálov IBM s centrálnymi počítačmi triedy Mainframe cez komunikačné radiče. Architektúra bola rozdelená do vrstiev tak, aby terminály mohli využívať rýchlosť, diskové priestory a výpočtovú kapacitu centrálnych počítačov. Je to staršia koncepcia označovaná ako host-terminal.

Architektúra OSI-RM (Open System Interconnection-Reference Model)

Tento typ bol vytvorený medzinárodnou štandardizačnou organizáciou ISO. Rozčleňuje komunikáciu na sedem vrstiev a to fyzickú, linkovú, sieťovú, transportnú, relačnú, prezentačnú, aplikačnú. Funkciou každej vrstvy modelu OSI je poskytovanie služieb vrstve vyššej.

Architektúra TCP/IP (Trasport Control Protocol/Internet Protocol)

Bola vytvorená počas prác iniciovaných Ministerstvom obrany USA na sieti ARPANet. Model sa skladá zo štyroch základných vrstiev: vrstva sieťového rozhrania, vrstva internet, transportná vrstva, aplikačná vrstva. ^[4]

Porovnanie modelu OSI a TCP/IP

Základné časti siete

Sieť pozostáva z týchto základných častí:

• Hardvér - zahŕňa všetky technické prostriedky siete. Patria sem aj prostriedky, ktorými je realizované vlastné prepojenie siete.
  • Samotné počítače (servery a pracovné stanice ...)
  • Smerovač (router)
  • Prepínač (switch)
  • Koncentrátor a rozbočovač (hub)
  • Sieťový most (bridge)
  • Menič rozhrania (mediakonvertory)
  • Bezpečnostná zábrana (firewall)
  • Opakovač (repeater)
  • Modulátor/demodulátor (modem)
  • Vysielač/prijímač (transceiver)
  • Kábel (metalické, optické ....)

• Softvér - programové vybavenie, ktoré v spolupráci s hardvérom siete zabezpečuje funkcie siete. U niektorých operačných systémov sú tieto funkcie už jeho súčasťou. Väčšinou je realizované pomocou rezidentných programov.
  • Sieťový operačný systém (Linux, Windows, Novell Netware, …)
  • Aplikácie schopné využívať prostriedky systému, určené k sieťovej komunikácii

Význam počítačových sietí

• Zdieľanie údajov - vďaka tomu, že dátové súbory sú uložené na serveroch siete a pripojení používatelia majú k nim prístup, môže potrebné dátové súbory spracovávať viac používateľov siete súčasne.
• Zdieľanie prostriedkov - umožňuje pracovným staniciam spoločne používať prostriedky siete, ktoré ponúkajú servery siete. Najčastejšie ide o zdieľanie diskov, keď lokálne disky pracovných staníc nemajú kapacitu a zdieľanie tlačiarní.
• Zvýšenie spoľahlivosti systému - v súvislosti so zdieľaním prostriedkov je možné v prípade poruchy zdieľaného prostriedku nahradiť tento prostriedok iným (tlačiareň...) 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.