Сметачка мрежа

Сметачката мрежа (или едноставно мрежа) е збир од сметачи и уреди поврзани со комуникациски канали кои ја олеснуваат комуникацијата меѓу корисниците и им овозможува на корисниците да делат ресурси со други корисници. Мрежите можат да бидат класифицирани според широкиот спектар на одлики. Оваа статија дава општ преглед на видови и категории на мрежи и ги презентира основните компоненти на мрежата.

Вовед

Мрежа претставува систем кој овозможува комуникакација помеѓу два корисници или машини. Во светот на сметачките мрежи, потребно е детално дефинирање на правилата за комуникација; сметачите кои меѓусебно комуницираат мора да ги познаваат овие правила, како и луѓето кои зборуваат на ист јазик за да комуницираат без проблеми.

Ако сметачите не се разбираат меѓусебно, не може да се оствари нивно поврзување и мрежените сервиси, како сто се пристапот кон интернет, делењето на податотеки и папки или печатењето, не се возможни.

Секој од последните 3 века бил доминиран од една технологија; во 18 век тоа биле механички системи кои ја придружувале Индустриската револуција, во 19-тиот тоа била парната машина , додека во 20 век дистрибуцијата на информации. Помеѓу другото се развил глобален телефонски систем, се појавиле радиото и телевизијата, раѓањето и експанзијата на сметачката индустрија и користењето на комуникациските сателити. Како резултат на брзиот технолошки развиток овие области брзо конвергираат една кон друга и се губат разликите помеѓу прибирање,пренесување, чување и обработка на информациите.

Организациите со стотици оддалечени локации преку пошироки географски области, очекуваат да бидат во можност да пристапуваат и ја испитуваат состојбата на било кое нивно оддалечено одделение на најлесен начин. Компјутер кој е поврзан во мрежа се нарекува работна станица. Како што се зголемува способноста за прибирање, обработка и дистрибуција на информациите, уште побрзо се зголемуваат барањата за пософистицирано обработка на информациите.

Иако сметачката индустрија е сè уште релативно млада во споредба со другите индустрии (автомобилската или авио-индустријата), сметачите направија спектакуларен прогрес за релативно кратко време. Во текот на првите две декади од нивното постоење, сметачките системи биле централизирани, и сместени обично во една голема просторија. Не толку ретко, оваа просторија имала и стаклени ѕидови преку кои посетителите можеле да фрлат поглед на големото електронско чудо кое се наоѓало внатре. Средноголемите компании или универзитетите можеле да имаат еден или два сметачи, додека поголемите институции дури и повеќе.

Идејата дека во текот на дваесет години подеднакво моќни сметачи помали од поштенска марка масовно ќе се произведуваат и продаваат била чиста научна фантастика.

Мешањето на сметачите и телекомуникациите имало големо влијание на начинот на кој се организирани сметачките системи.

Стариот принцип на единствен сметач кој ги опслужува потребите на целата организација се заменува со модел на голем број на одделени и поврзани сметачи.

Поимот „сметачка мрежа“ означува множество на автономни сметачи поврзани со посредство на иста технологија.

За два сметачи се вели дека се поврзани ако се во можност да разменуваат информации.

Разликата помеѓу сметачката мрежа и дистрибуираниот систем е што кај дистрибуираниот систем ‐ множеството од самостојни сметачи се претставуваат на корисникот како еден кохерентен систем.

Познат пример за дистрибуиран систем би бил World Wide Web, каде што сè претставува документ (мрежно место).

Во сметачката мрежа на корисниците им се презентира актуелната машина, без обид за претставување дека машините изгледаат и се однесуваат како една.

Ако машините имаат различен хардвер и различни оперативни системи, тоа е потполно видливо за корисниците.

Ако корисникот сака да извршува програма на оддалечена машина поврзана на сметачка мрежа, потребно е да се најави на машината и да го изврши на неа.

Мрежата може да поврзува сметачи , печатачи, оптички уреди, скенери и друга опрема.

Предност при користењето на мрежите е овозможеното делење на ресурсите, односно печатачите, тврдите дискови и апликациите може да се делат и со тоа да се намалат трошоците со што ќе се овозможи пристап на секој корисник во организацијата.

Сметачката мрежа е изградена околу концептот на испраќач – извор (sender ‐Source), кој врши испраќање на податоци кон примател, односно одредишен сметач (receiver –destination computer).

За да уредите учествуваат во комуникацијата на мрежата, треба да постои начин за пренесување на информациите помеѓу себе.

Во повеќето мрежи, се користат кабли за поврзување на уредите, при тоа можат да бидат поврзани со единствен кабел кој ги поврзува сите или пак каблите да го поврзуваат секој уред со централна локација.
Каблите се направени од бакарни жици, а се користат и други видови на медиуми: стакло или пластика, а од неодамна се користат радиобранови и микробранов пренос.

Поврзувањето на две или повеќе мрежи кои се способни да комуницираат меѓусебно се нарекува умрежување (internetwork). Умрежувањето е способност различни мрежи да комуницираат со користење на специјален хардвер или софтвер.

Сметачките мрежи може да се поделат на три главни категории:

• Локална мрежа (Local Area Network ‐LAN)-мала мрежа составена од сметачи и уреди во склоп наедна зграда или кат.
• Метрополитен мрежа (Metropolitan Area Network ‐MAN) -умрежување на повеќе LAN мрежи со брзи врски преку област на еден град.
• Глобална мрежа (Wide Area Network –WAN) -поврзува локални мрежи со користење на јавна телефонска мрежа.

Локалните, метрополитен и WAN мрежите се меѓусебно различни. Покрај тоа што покриваат различни типови на инсталации и користат различни уреди како и различен начин на одржување.

Уредите во состав на една локална мрежа може да бидат релативно евтини и лесни за одржување и обично доволно е еден корисник за одржување. Во помалите мрежи, доволно е еден корисник да преземе покрај своите работни обврски и одговорност за одржување на мрежата, додека во средните и поголемите организации, постои потреба од администратори за обезбедување на техничка поддршка и одржување.

Во поголемите мрежи како што се МАN и WAN, постои пософистицирана мрежна опрема за одржување и во цената на инвестицијата на овие мрежи влегуваат и трошоците за долговремено одржување и администрација, а постои потреба и од барем еден професионален мрежен администратор.

Многу од корисниците инсталираат и домашни сметачки мрежи ,,Home area Networks – HAN’’, кои им овозможуваат поврзување на различни електронски уреди како што се сметачи и нивни периферии, телефони, видеоигри, домашни безбедносни системи и интелигентна техника.

Безжичните локални мрежи им овозможуваат на корисниците да се поврзуваат кон мрежните ресурси без инсталација на кабли или ожичување. Тука се користат безжични уреди наречени ,,пристапни точки’’(Access Points), за примопредавање на податоците. Во зависност од големината на компанијата или објектот, може да постојат една или повеќе локални мрежи. Компанијата која е сместена во објект со повеќе катови и стотици вработени може да има локална мрежа на секој кат. Помеѓу секој кат, за поврзување на локалните мрежи може да се користат уреди како што се мостови (bridge) или насочувачи (router).

Локална мрежа

Една локална мрежа (LAN) е мрежа која ги поврзува компјутерите и уредите во ограничена географска област како што се домот, училиштето, компјутерска лабораторија, деловен објект или блиску позициониран комплекс од згради. Секој компјутер или уред во мрежата е еден јазол. Сегашните жичени мрежи речиси се засновани на Ethernet технологијата, иако новите стандарди како ITU-T G.hn исто така обезбедуваат начин за со здавање на жичена LAN мрежа користејќи ги посточките жици инсталирани во вашиот дом ( коаксијални кабли, телефонски жици и жици за струја).

Типична библиотечна мрежа, во разгранување дрво технологија и контролиран пристап до ресурси.

Сите меѓусебно поврзани уреди мора да се разберат на мрежниот слој (Layer 3), затоа што се справуваат со повеќе подмрежи (во различни бои). Оние во внатрешноста на библиотеката која има само 10/100 Mbit/s Ethernet поврзувања на корисничкиот уред и Gigabit Ethernet поврзување до централниот насочувач, може да се наречат "слој 3 прекинувачи", бидејќи тие имаат само Ethernet интерфејс и мора да ја разберат IP адресата. Поточно би било тие да се наречат насочувачи за пристап каде насочувачот кој е на врвот е дистрибуциски насочувач кој се поврзува на Интернет и на академските мрежи на корисничките насочувачи за пристап.

Дефинирачките одлики на LAN мрежите, за разлика од WAN (Wide Area Network) мрежите, вклучуваат повисоки стапки на пренос на податоци, помал географски опсег и нема потреба од закупени телекомуникациски линии. Сегашните Ethernet или било која друга IEEE 802.3 LAN технологии работат на брзини најмногу до 10 Gbit/s. Ова е стапка на пренос на податоци. IEEE има изтражувачки проекти за стандардизација на 40 и 100 Gbit/s.

Лични мрежи (Personal Area Network - PAN)

Лична локална мрежа (PAN) е компјутерска мрежа која се користи за комуникација меѓу компјутер и различни информационо технолошки уреди кои се во близина на една личност. Некои примери на уреди кои се користат во PAN се лични сметачи, печатачи, факс машини, телефони, PDA, скенери, па дури и конзоли за видео игри. PAN вклучува и жични и безжични уреди. Далечината на PAN се протега до 10 метри. Жичената PAN обично е изградена со USB и Firewire врски а додека технологиите како што се Bluetooth и инфрацрвени зраци се типични за безжичната PAN.

Домашна локална мрежа (Home Area Network - HAN)

Домашна локална мрежа (HAN) е станбена LAN која се користи за комуникација помеѓу дигитални уреди обично распоредени во домот, најчесто тоа се мал број на лични сметачи и дополнителна опрема, како што се печатачи и мобилни компјутерски уреди. Важна функција е споделувањето на Интернет пристап а често и сервисот за праќање пораки преку CATV или услужникот дигитална претплатнича линија Digital Subscriber Line (DSL). Таа, исто така може да се нарече како канцелариска мрежа (Office area network - OAN).

Глобална мрежа (WAN)

Мрежата за пошироки области –глобални мрежи (Wide Area Network ‐WAN) поврзува две или повеќе локални или метрополитен мрежи преку врски обезбедени од локалниот телеком услужник. Во глобалната мрежа поврзувањето може да се изведе и со користење на кабли со оптички влакна или со безжични технологии.

WAN-овите обично работат преку телефонската инфраструктура затоа што е можно покривање на поголема географска област, можат да поврзуваат градови и држави. Поврзувањето на LAN-ови и MAN-ови на големи далечни бара софистицирана опрема и координација. Во повеќето случаи постои телефонска компанија која врши обезбедување на физичка врска.

Поголемиот дел од овие мрежи комуницираат со брзини помеѓу 56Kbps и 1.5Mbps , иако се можни и повисоки брзини.

WAN мрежите ги имаат следниве одлики:

• Може да покријат поголема географска област.
• Во споредба со LAN-ови комуницираат со помали брзини.
• Пристапот кон WAN е ограничен;
• LAN-овите обично имаат една WAN врска која се дели на сите уреди.
• Се користат уреди како што се насочувачи, модеми и WAN преклопници.

Историја на сметачките мрежи

Модерните сметачки мрежи се појавиле со развој на две мрежи. Semi automatic Ground Environment (SAGE) била една од првите мрежи (1958) која била развиена со цел за поврзување на владините сметачи со радарски станици во Соединетите Држави и Канада, додека пак во 60-тите години, истражувачите на MIT развиле систем наречен Compatible Time‐Sharing System (CTSS) на еден IBM-ов голем сметачки кој користел и модеми за поврзување на корисниците со лабораторијата. Една од првите комерцијализирани апликации која користела пристап од оддалечена локација за изведување на трансакции биле инсталирана за American Airlines во 1964.

IBM-овите SABRE системот за резервација поврзувал 2000 машини во 65 градови на IBM-ов голем сметач со користење на телефонски линии, и бил во можност да даде информација за било кој лет во рок од 3 секунди.

Системите со централен сметач користени во 60-тите и 70-тите биле засновани на главните рамки (mainframe) на обработка на сите информации. Терминалите поврзани со централата чекале на нивен ред, а информациите се обработувале и враќале кон секој терминален екран.

На мрежите со централен сметач додавањето на дополнителен терминал било сложена и скапа процедура. Првите мрежни протоколи биле Token Ring, ARCNET и Етернет. Секој протокол користи различен метод за пристап до мрежата со сметачи, а најзначаен од трите бил Етернет.

Примери за сметачки мрежи

Поимот сметачки мрежи покрива повеќе различни видови на мрежи, поголеми и помали, познати и непознати. Сметачките мрежи имаат различна намена, големина и технологии, такви се:

• Интернет, најпозната мрежа.
• ATM кој се користи како јадро во поголемите телефонски мрежи;
• Етернет, како доминантна технологија во локалните мрежи
• IEEE 802.11, стандардот за безжични локални мрежи.

Интернет

Интернетот е глобален систем на меѓусебно поврзани владини, академски, корпорациски, јавни и приватни сметачки мрежи. Интернетот се заснова на мрежни технологии од Интернет Протокол Suite и е наследник на (ARPANET). Интернетот е исто така комуникацискиот ’рбет кој лежи во основата на World Wide Web (WWW).

Интернет е означува мрежа од мрежи, или посредна интерврска помеѓу повеќе сметачи.

Интернетот е склоп од мали мрежи меѓусебно поврзани кои ја создаваат структурата - глобална мрежа на информации (голема меѓународна - глобална база на податоци). Бројот на сметачите на Интернет моментно се проценува на околу 150.000.000 (бројката расне во секој момент). Количеството на информациите кои се поставени на опслужувачите е огромно и тешко може да се процени нивниот обем.

ARPANET

ARPANET, 1977

ARPANET (Мрежа за напредно истражувачки проекти) е првата мрежа која се сведува на мрежа со пакетско преклопување, кое пак е дизајнирано од страна на Lawrence Roberts, од Линколнската лабораторија.

Пакетското преклопување кое сега претставува основа за податочна комуникација насекаде во светот, тогаш било нов и важен концепт. Податочните комуникации биле изградени врз основа на преклопени кола , како и кај типичните телефонски кола, каде дадено коло е зафатено за време на телефонски разговор и каде комуникацијата е возможна само со по еден краен корисник, на крајот од колото.

Приказната за ARPANET започнува во доцните 50-ти години; во екот на Студената војна, Министерството за одбрана (DoD) на САД сакало да командно-контролната мрежа опстане по јадрен напад. Во тоа време сите воени комуникации ја користеле јавната телефонска мрежа, што се сметала за ранлива на вакви напади.

Подмрежата во ARPANET би се состоела од минисметачи наречени IMP (Interface Message Processors) поврзани со 56‐kbps преносни линии и секој IMP би требало да биде поврзан со најмалку два други IMP.

Секој јазол на мрежата се состои од IMP и хост (host), поврзани во иста просторија со кратка врска.

Хостот може да испраќа пораки до 8063 бита кон својот IMP, кој потоа ги разбива во пакети од најмногу 1008 бита и ги испраќа независно кон одредиштето. Секој пакет се прима во целост пред да биде препратен, така што оваа подмрежа претставувала прва „зачувај-и-препрати„ пакетска мрежа (store-and-forward).

Се покажало дека ARPANET протоколите не се погодни за работа преку повеќе мрежи, и тоа довело до појава на TCP/IP протоколите во 1974. TCP/IP бил специјално изграден да управува со комуникацијата преку различни мрежи.

На Беркли развиле програмски посредник кон мрежата (sockets) и напишале повеќе апликации, алатки и управувачки програми за олеснување на умрежувањето.

Повеќе универзитети ги прифатиле оперативниот систем 4.2BSD со TCP/IP, socket-ите и другите мрежни алатки, а со користењето на TCP/IP, поврзувањето на локалните мрежи со ARPANET станало едноставно.

Во текот на 80-тите, дополнителни мрежи, особено LAN, биле поврзани кон ARPANET. Со зголемувањето на умрежувањето, пронаоѓањето на хостовите станало многу сложено, затоа бил претставен систем за имиња на домени DNS (Domain Name System), кој врши пресликување на логички имиња во физички IP-адреси.

NSFNET

За да се добијат пристап на ARPANET, универзитетите требале да имаат склучено договор за истражувачки проекти со Министерството за одбрана, наследник на ARPANET кој би бил отворен кон сите универзитетски истражувачки групи. NSF решил да изгради „backbone“ мрежа и да ги поврзе шесте центри кои поседувале суперсметачи.

TCP/IP бил имплементиран уште од самиот почеток со што се формирала првата TCP/IP WAN мрежа.

NSF исто така финансирал околу 20 регионални мрежи кои биле поврзани кон „backbone“, за да се овозможи пристап и на корисниците на илјадници универзитети, истражувачки лаборатории, библиотеки, музеи итн.

Мрежата со рбетот („backbone“-от) и регионалните мрежи била наречена NSFNET.

Заради големиот успех на NSFNET, NSF започнал со планирање на наследникот. Биле изнајмени оптички влакна со брзина од 448 kbps од страна на MCI за остварување на „backbone“‐от верзија 2. Како насочувачи биле користени IBM PC‐RT, а подоцна втората верзија била надградена на 1.5 Mbps. Со помош на NSF, компаниите MERIT, MCI, и IBM формирале непрофитна организација -Напредни мрежи и сервиси ‐ANS (Advanced Networks and Services), како прв чекор кон комерцијализацијата. Во 1990, ANS ја презел NSFNET и ја надградил од 1.5‐Mbps врски на 45 Mbps за да се формира ANSNET.
Во текот на 90-тите, многу други држави и региони исто така изградиле национални истражувачки мрежи, како што се EuropaNET и EBONE во Европа, кои започнале со 2‐Mbps линии и потоа се надградиле со 34‐Mbps линии.

Етернет

Главна статија: Етернет

Студентот Боб Меткалф и неговиот колега Дејвид Богс ја дизајнирале и ја имплементирале првата локална мрежа. Тие системот го нарекле Етернет по етерот, преку кој се мислело дека се пренесува електромагнетното зрачење. Преносниот медиум - дебел коаксијален кабел (етер) долг до 2.5 км (со засилувачи на секои 500м). До 256 машини можеле да се поврзат со системот на примо-предаватели или трансивери поставени на каблите. Кабелот со кој се поврзале повеќе машини паралелно се викал multidrop“ кабел.

Системот вршел пренос со брзина од 2.94 Mbps. Пред процесот на пренос, првин се ослушнува кабелот дали веќе некој јазол врши пренесување на податоци. Ако медиумот е зафатен, испраќачот останува да чека до неговото ослободување. На тој начин се избегуваат колизиите и се овозможува поголема ефикасност. И покрај тоа што се врши ослушнување пред преносот, може да се појави проблем: што ќе се случи ако два или повеќе сметачи чекаат додека не заврши тековниот пренос и потоа сите почнат одеднаш?

Решението е - секој компјутер да ослушнува при пренесувањето и ако се детектираат пречки на сигналот - да се блокира етерот за да ги алармира сите испраќачи, потоа се повлекува од преносот и чека случајно време пред повторен обид.

Етернетот на Xerox бил толку успешен, така што DEC, Intel и Xerox направиле нацрт-стандард во 1978 за 10Mbps Етернет наречен DIX стандард.

Со две мали измени DIX станал IEEE 802.3 во 1983. Етернет верзии со брзина на пренесување ‐100 Mbps, 1000Mbps и поголеми.

Безжични LAN мрежи

Набрзо по појавувањето на преносните сметачи (notebook), повеќето корисници имале потреба од безжично поврзување кон Интернет или локалните мрежи. Сметачите се опремуваат со радио примо-предаватели со краток досег, но се појави проблем што меѓусебна некомпатибилност.

Стандардот се појави под ознаката 802.11‐WiFi и работи на два начина: во присуство на базна станица, во отсуство на базна станица.

Во првиот случај сите комуникации одат низ базната станица наречена точка на пристап (access point) во 802.11 терминологијата, во вториот случај сметачите комунициралаат еден со друг директно, овој начин се нарекува и како „ad hoc networking“.

Некои од многуте предизвици коишто се појавиле биле, да се најде соодветна честота што е слободна, по можност во светски рамки; да се реши проблемот кој се однесува на радио-сигналите кои имаат конечен досег; да се обезбеди приватноста на корисниците; да се земе предвид подвижноста на сметачите; и конечно, да се гради систем со доволен пропусен опсег, земајќи ја предвид и економичноста.

Било потребно 802.11 да биде компатибилен со Етернет над второто, податочно ниво (data link), да биде возможно да се испрати IP пакет низ безжичниот LAN, на ист начин како што ожичениот сметач испраќа IP пакет низ Етернет. Кај безжичниот LAN не било можно да се изведе процедурата на проверка на достапноста на етерот.

Да претпоставиме дека сметачот А испраќа сигнал кон сметачот В, но радио-сигналот на испраќачот А е прекраток за да стигне до сметачот С. Ако С сака да испрати сигнал кон В може да провери дали честотата е слободна, но фактот дека не наоѓа ништо, значи дека испраќањето нема да биде успешно.

Вториот проблем што мора да се реши е дека радио сигналот може да биде рефлектиран од цврсти предмети, така што може да биде примен повеќепати (по многупатишта ‐„multipath fading“).

Третиот проблем е што постоечкиот софтвер не бил подготвен за подвижноста. На пример, многу текст обработувачи имаат список на печатачи, од која корисниците можат да изберат од кој печатач да го печатат својот документ. Кога сметачот чијшто текст процесор се стартува, е сместен во нова околина, изградената список на печатачи станува неважечка.

Четвртиот проблем е ако преносниот сметач е надвор од границите на базната станица што ја користи и се наоѓа во досегот на друга базна станица; потребно е да се најде начин за нивно меѓусебно комуницирање. Врската помеѓу 802.11 системот и надворешниот свет е наречена порта (portal).

Огнен ѕид (Firewall)

Огнениот ѕид е еден од најважните во мрежата гледано од аспект на безбедноста.Со огнениот ѕид нема потреба секоја интеракција или трансфер на податоци да биде следен од страна на човек,со него може автоматски да се постави забрана до несигурни извори,и да се дозволи пристап до оние кои ги препознаваме и се сигурни.Огнениот ѕид игра витална улога која станува сè поголема и позначајна со зголемувањето на "сајбер" нападите заради крадење/оштетување на податоци,мноштвото вируси и сл.

Повторувачи

Повторувач е електронски уред кој го прима дигиталниот сигнал, ја извлекува низата од 0 и 1,го чисти сигналот од непотребните оштетувања, го обновува и препраќа нов сигнал. На ваков начин слабеењето е надминато. Во повеќето Ethernet конфигурации, повторувачите се потребни за кабел што е подолго од 100 метри. Повторувачите работат на Физичкиот слој на OSI моделот.