Local Area Networks (Sieci lokalne)
Local Area Networks (Sieci lokalne)
Popyt na komputery w społecznościach uniwersyteckich i laboratoriach badawczych pod koniec lat 60. XX wieku doprowadził do wzajemnych połączeń komputerów tworzących sieci komputerowe. Sieć komputerowa łączy autonomiczne komputery i urządzenia przetwarzające, aby umożliwić komunikację i wymianę informacji. Istnieje kilka typów sieci komputerowych, charakteryzujących się rozmiarem i przeznaczeniem. W zależności od rozmiaru lub zasięgu geograficznego istnieją sieci osobiste, sieci lokalne (LAN), sieci metropolitalne i sieci rozległe. W zależności od celu wyróżnia się sieci pamięci masowej, sieci prywatne przedsiębiorstwa i wirtualne sieci prywatne. W tym wpisie przedstawiono różne typy sieci LAN, ich okablowanie i zastosowania. Sieć LAN składa się z dwóch lub więcej komputerów połączonych na ograniczonym obszarze, takim jak dom, laboratorium, kampus uniwersytecki lub budynek biurowy. Większość sieci LAN łączy komputery osobiste, stacje robocze i urządzenia komputerowe. Można je skonstruować za pomocą koncentratorów, kart sieciowych i kabli. Sieć LAN charakteryzuje się dużą szybkością i niskim kosztem. Może być używany do komunikacji, na przykład do wysyłania wiadomości e-mail i udostępniania kosztownych zasobów, takich jak drukarki i bazy danych. Zapewnia rozwiązanie, które spełnia cele transmisji danych i minimalizuje wady samodzielnych komputerów PC. Jego główne zalety to zwiększona produktywność, zwiększona elastyczność i oszczędność kosztów. Sieci LAN ewoluowały, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na wysoką szybkość transmisji danych i tanią komunikację między urządzeniami komputerowymi. Technologia umożliwia elektronikę i komunikację między użytkownikami poprzez udostępnienie wspólnego środowiska. Odgrywa kluczową rolę w tworzeniu i przekazywaniu danych w przedsiębiorstwach i innych organizacjach. Fizyczne medium transmisyjne dla sieci LAN powinno być proste, niezawodne, niedrogie, pozbawione szumów i solidne. Sieci LAN są wykorzystywane w zastosowaniach komercyjnych i rządowych/wojskowych, a także w domach, małych biurach, firmach, instytucjach edukacyjnych, fabrykach, kontroli procesów, laboratoriach badawczych, centrach edukacyjnych, magazynach i giełdach. W przypadku wielu zastosowań wojskowych bezpieczeństwo jest głównym problemem.
Rodzaje sieci LAN
Istnieje kilka rodzajów sieci LAN. Można je klasyfikować na podstawie topologii, mediów, protokołów i kontroli dostępu.
Topologia odnosi się do rozmieszczenia urządzeń komputerowych w sieci. Istnieją topologie sieci magistrali, pierścienia, gwiazdy i drzewa. Topologia sieci magistrali jest oczywiście medium rozgłoszeniowym. Topologie magistrali i pierścienia pozwalają uniknąć potencjalnego problemu centralnego węzła topologii gwiazdy. Topologia sieci i strategia jej sterowania wpływają na jej niezawodność.
Media
Media odnoszą się do środków, za pomocą których urządzenia komputerowe są połączone. Można je łączyć za pomocą skrętki dwużyłowej, kabli koncentrycznych lub światłowodów. Mogą również komunikować się bezprzewodowo za pomocą fal radiowych. Ethernet to najpopularniejsza przewodowa sieć LAN, a Wi-Fi to najpopularniejsza bezprzewodowa sieć LAN (WLAN).
Protokoły
Protokoły programowe zaimplementowane w komputerach podłączonych do sieci sterują transmisją informacji z jednego urządzenia do drugiego. Protokoły LAN działają na dwóch najniższych warstwach modelu referencyjnego Open Systems Interconnection. Należą do nich Ethernet i Token Ring.
Kontrola dostępu
Kontrola dostępu to mechanizm kontroli transmisji przez medium. Typowe metody dostępu obejmują multipleksowanie z podziałem czasu, multipleksowanie z podziałem częstotliwości i multipleksowanie z podziałem długości fali. Multipleksowanie z podziałem czasu jest stosowane zarówno w przewodowych sieciach LAN, jak iw światłowodowych sieciach LAN. Multipleksowanie z podziałem częstotliwości jest stosowane głównie w przewodowych sieciach LAN. Multipleksowanie z podziałem długości fali jest stosowane tylko w światłowodowych sieciach LAN. Kilka zastosowań sieci LAN obejmuje kampusowe urządzenia komputerowe, automatykę biurową, automatykę fabryczną i systemy biblioteczne.
Okablowanie LAN
Fizyczna konstrukcja sieci LAN zależy nie tylko od topologii, ale także od kabla. Typowe kable używane w sieci LAN obejmują:
- Gruby kabel: Jest to gruby (o średnicy 10 mm) kabel koncentryczny znany jako kabel 10Base5.
- Cienki kabel: Jest to cienki kabel koncentryczny, znany jako kabel 10Base2.
- Nieekranowana skrętka (UTP): jest podobna do skrętki telefonicznej i jest znana jako kabel 10BaseT. Kabel UTP jest najczęściej stosowany w nowoczesnych instalacjach elektrycznych, ponieważ jest najtańszy i łatwy w instalacji.
- Ekranowana skrętka: składa się z ekranowanych skrętek. Ekranowana skrętka dwużyłowa zapewnia lepszą izolację przed zakłóceniami i obsługuje wyższe szybkości transmisji danych niż skrętka UTP.
- Kabel światłowodowy: przesyła światło lub promienie podczerwone zamiast sygnałów elektrycznych. Wykazuje większą przepustowość niż kabel koncentryczny lub skrętka i nie jest podatny na zakłócenia lub fluktuacje elektryczne.
Repeatery mogą być używane do łączenia różnych rodzajów mediów.
Popularne sieci LAN
Pojawiło się wiele udanych sieci LAN. Ethernet LAN wywodzi się z prac eksperymentalnych przeprowadzonych przez firmę Xerox Corporation w połowie lat siedemdziesiątych. Został znormalizowany w 1980 roku przez IEEE 802.3. Wykorzystuje kontrolę dostępu opartą na rywalizacji, znaną jako wielodostęp z wykrywaniem nośnika z wykrywaniem kolizji (CSMA/CD). W CSMA/CD kolizja ma miejsce, gdy dwie lub więcej stacji nadaje w tym samym czasie. Okablowanie UTP (lub 10BaseT) jest standardem Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) zapewniającym prędkość Ethernet 10 megabitów na sekundę (Mb/s). Ulepszeniem sieci Ethernet LAN jest Fast Ethernet (IEEE 802.3u). Wykorzystuje 100BaseT do zapewnienia prędkość 100 Mb/s. Potrzeba tego pojawiła się w wyniku zapotrzebowania na aplikacje intensywnie korzystające z danych, takie jak multimedia i obrazowanie. Wykorzystuje ten sam CSMA/CD, co kontrola dostępu oparta na rywalizacji lub dostęp losowy, a podwarstwa kontroli dostępu do mediów pozostaje taka sama. Istnieją trzy implementacje Fast Ethernet: kabel typu skrętka (100Base-TX), kabel światłowodowy (100Base-FX) i czteroprzewodowy (100Base-T4). Kolejnym standardowym ulepszeniem sieci Ethernet LAN jest Gigabit Ethernet. Istnieją dwa standardy Gigabit Ethernet. IEEE 802.3z Gigabit Ethernet został ustanowiony w 1998 roku. Działa z szybkością 1 gigabita na sekundę (Gbps). Standard IEEE 802.3ae Gigabit Ethernet został ratyfikowany w 2002 roku w celu zwiększenia prędkości do 10 Gb/s. Są w pełni kompatybilne z siecią Ethernet 10 Mb/s, ponieważ podwarstwa kontroli dostępu do mediów pozostaje nietknięta. Gigabit Ethernet został wdrożony dla MAN (sieci wielostrefowych). Token Ring to w zasadzie sieć LAN z zamkniętą siecią topologia pętli. Został wprowadzony przez IBM w 1985 roku. Jego surowa szybkość transmisji danych wynosi 16 Mb/s. Dostęp do sieci nie jest określany przez schemat rywalizacji, jak w przypadku Ethernetu. Używa tokena, aby uzyskać dostęp do sieci. Token krąży po pierścieniu i pozwala stacjom na zmianę w wysyłaniu danych. Istnieją inne sieci LAN, które nie są już popularne. Obejmują one pierścień Cambridge, magistralę tokenową, ARCnet, StarLAN i światłowodowy interfejs danych.
Światłowodowe sieci LAN
Światłowód ma wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi mediami transmisyjnymi, takimi jak kable koncentryczne. Zalety te obejmują większą przepustowość (wysoka prędkość), niskie straty transmisji, niewielki rozmiar fizyczny (masę), lepsze bezpieczeństwo danych i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Trudno jest dotknąć kabla światłowodowego. Początkowe zastosowanie światłowodów dotyczyło głównie długodystansowych łączy telekomunikacyjnych ze względu na bardzo niskie tłumienie. Światłowody, jako medium transmisyjne o dużej przepustowości, mogą obsługiwać aplikacje takie jak mowa, wideo, grafika i faks w sieciach LAN. Pierścienie nadają się do implementacji światłowodów, ponieważ potrzebna jest tylko komunikacja punkt-punkt. Sieci światłowodowe są przeznaczone do specjalnych zastosowań, w których zastosowanie ma co najmniej jeden z poniższych warunków:
(a) duża odległość, (b) duża szybkość transmisji danych, (c) hałaśliwe otoczenie, (d) obszar niebezpieczny i/lub (e) surowe środowisko. Światłowodowa sieć LAN wykorzystuje włókna wielomodowe ze względu na ich lepsze możliwości przesyłania i wstawiania sygnału. Cierpi na brak solidności i elastyczności. Ponadto urządzenia optyczne są drogie.
Bezprzewodowe sieci LAN
Sieci WLAN są napędzane potrzebą komputerów mobilnych lub nomadycznych. Technologie WLAN są istotną cechą codziennego życia, ponieważ są używane w domach i urządzeniach mobilnych. Świat staje się bezprzewodowy, a rynek WLAN jest duży. W sieci WLAN użytkownicy mogą swobodnie poruszać się w obszarze zasięgu. WLAN wykorzystuje odmianę schematu CSMA: CSMA z unikaniem kolizji (CSMA/CA). W tym przypadku nie ma wykrywania kolizji, ponieważ jest to niepraktyczne w sieciach bezprzewodowych. Sieci WLAN stają się popularne w domach i małych firmach, ponieważ służą do łączenia użytkowników z Internetem za pomocą częstotliwości radiowych lub podczerwieni bez kabli i przewodów. Są szczególnie przydatne w budynkach, w których instalacja kabli może być utrudniona. Wymagają, aby operatorzy zainstalowali wieżę radiową, zwaną punktem dostępowym. W niektórych przypadkach sieć WLAN jest preferowana zamiast przewodowej sieci LAN ze względu na łatwość instalacji, elastyczność i koszt. Sieć WLAN eliminuje koszty okablowania i obsługuje stacje mobilne. Wykorzystuje jeden z trzech schematów transmisji: (1) widmo rozproszone, (2) mikrofale wąskopasmowe lub (3) podczerwień. Standard IEEE 802.11 dla sieci WLAN jest powszechnie znany jako "Wi-Fi". Wi-Fi to gwiazda LAN z centralnym koncentratorem i wszystkimi podłączonymi do niego urządzeniami. Jego rozwój był procesem ciągłym. Na sukces Wi-Fi złożyło się kilka czynników. Należą do nich łatwość użytkowania, elastyczność i interoperacyjność. Stowarzyszenie Wireless Ethernet Compatibility Alliance promuje Wi-Fi jako globalny standard WLAN i naciska na interoperacyjność Wi-Fi wśród dostawców. W mediach bezprzewodowych pojawiają się nowe problemy. Po pierwsze, można łatwo podsłuchiwać, a podsłuch jest praktycznie niewykrywalny. Po drugie, sieci WLAN są bardzo wrażliwe na zakłócenia, ponieważ wykorzystują schemat dostępu do kanałów oparty na rywalizacji. Mogą przyjąć schematy przeskakiwania kanałów, aby uniknąć niezamierzonych zakłóceń, takich jak radary lub mikrofale. Po trzecie, duża liczba różnorodnych urządzeń (np. laptopów, komputerów osobistych, telefonów komórkowych, tabletów, inteligentnych urządzeń, drukarek, urządzeń noszonych na sobie) jest podłączonych do Internetu, tworząc Internet rzeczy. Aby to uwzględnić, konieczna jest poprawa obecnego standardu Wi-Fi.
Łączność internetowa
Umożliwiając obywatelom tworzenie i udostępnianie informacji i treści bez konieczności polegania na tradycyjnych pośrednikach, takich jak rząd i prasa, Internet odegrał znaczącą rolę w różnych aspektach życia społecznego, w tym w ruchach społecznych i wyborach politycznych na całym świecie. Ponadto szybki rozwój globalnego Internetu jako środka szybkiej globalnej komunikacji miał znaczące konsekwencje dla działań ponadnarodowych, takich jak współpraca ponad granicami i handel międzynarodowy. Stopień, w jakim dany kraj posiada lub nie posiada zasobów internetowych, które są połączone z zasobami innych krajów, ma istotne implikacje dla jego przyszłego rozwoju. Ten wpis zawiera przegląd stanu globalnej łączności internetowej i jej wpływu na polityczne, gospodarcze i społeczne aspekty krajów.
Przegląd i historia
Internet jest ważnym kanałem komunikacyjnym w wielu częściach świata. Według Internet World Stats liczba użytkowników Internetu na całym świecie w czerwcu 2016 r. wynosiła około 3,7 miliarda, przy wzroście o 918% od 2000 r. Ponieważ internetowe narzędzia komunikacyjne umożliwiają osobom w różnych częściach świata współpracę w celu tworzenia oraz dzielić się informacjami i wiedzą, ruch w Internecie i przepustowość między krajami również znacznie wzrosły. Coroczne badania ruchu internetowego i przepustowości TeleGeography pokazują, że ogólna międzynarodowa przepustowość Internetu wzrosła z mniej niż 5 terabitów na sekundę w 2005 r. , ponad granicami państwowymi, w określonym czasie. Przepustowość odnosi się do przepustowości, która jest górną granicą rzeczywistego przepływu bitów. Biorąc pod uwagę czas potrzebny do zwiększenia przepustowości, przepustowość działa również jako wiodący wskaźnik ruchu. Ponieważ globalna przepustowość Internetu znacznie wzrosła na przestrzeni lat, ewoluował wzorzec globalnej łączności internetowej. Coraz częściej uczeni wykorzystują analizę sieci do identyfikacji struktury połączeń internetowych między krajami. Strukturalna pozycja kraju w globalnej sieci może wpływać na wzorce interakcji tego kraju z innymi krajami. Ryciny 1 i 2 przedstawiają wyniki analizy sieci międzynarodowych danych dotyczących przepustowości Internetu, pokazujące, w jaki sposób kraje były połączone za pośrednictwem globalnego Internetu odpowiednio w 2002 i 2014 roku. Opiera się na graficznym przedstawieniu międzynarodowej przepustowości sieci internetowej dla każdego kraju na ocenach centralności wektora własnego węzła. Centralność wektora własnego to wskaźnik pokazujący, jak centralny lub ważny jest węzeł, oparty nie tylko na liczbie połączeń, ale także na znaczeniu połączeń. Na rysunkach średnica każdego węzła jest w przybliżeniu proporcjonalna do centralności wektora własnego tego węzła, a szerokość linii krawędzi łączących węzły jest proporcjonalna do logarytmu przepustowości między tymi węzłami w sieci. Dla zwięzłości prezentacji na rysunkach przedstawiono tylko kraje z pięcioma lub więcej bezpośrednimi połączeniami w każdym roku. W 2002 roku Stany Zjednoczone, mierzone centralnością wektora własnego, były najbardziej połączonym krajem w globalnej sieci internetowej, a następnie Wielka Brytania, Singapur, Niemcy, Japonia i Francja. W porównaniu z siecią z 2002 r. w sieci z 2014 r. jest znacznie więcej krajów z pięcioma lub więcej połączeniami. Najważniejszym krajem w 2014 r. była Wielka Brytania, tuż za nią uplasowały się Stany Zjednoczone i Niemcy. Chociaż Holandia, Francja i Singapur nadal były jednymi z najważniejszych krajów w globalnej sieci internetowej w 2014 roku, Chiny i kilka krajów Bliskiego Wschodu, takich jak Zjednoczone Emiraty Arabskie, Katar, Egipt i Arabia Saudyjska, stały się ważnymi państwami . W 2014 r. kraje były ściślej połączone za pośrednictwem globalnego Internetu niż w 2002 r. Gęstość sieci w 2002 i 2014 r. wyniosła odpowiednio 0,030 i 0,045. Wynik gęstości oddaje stopień wzajemnego połączenia sieci, pokazując stosunek rzeczywistych połączeń sieciowych do możliwych połączeń sieciowych. Chociaż w 2014 r. kraje były ściślej połączone za pośrednictwem globalnego Internetu, nadal istnieje znaczna liczba krajów na peryferiach globalnego Internetu. Odzwierciedla to fakt, że zasoby internetowe nie są równomiernie rozmieszczone na całym świecie. "Globalna przepaść cyfrowa" - różnice między krajami pod względem dostępu do technologii informacyjnych i komunikacyjnych oraz korzystania z nich - stanowią prawdziwe wyzwanie dla odizolowanych narodów. Globalna przepaść cyfrowa to złożona kwestia, ponieważ wiele różnych czynników, w tym system polityczny i rozwój gospodarczy, jest powiązanych z poziomem adopcji Internetu w danym kraju.
Implikacje globalnej łączności internetowej
Wielu uczonych, w tym Yochai Benkler w 2006 i Manuel Castells w 2010, zauważyło, że ludzie żyją w sieciowym społeczeństwie informacyjnym, w którym technologie cyfrowej informacji i komunikacji technologie ułatwiają tworzenie zdecentralizowanych i ponadnarodowych sieci między podmiotami. To usieciowione społeczeństwo informacyjne charakteryzuje się decentralizacją, mechanizmami nierynkowymi i bardziej efektywną, niehierarchiczną współpracą na dużą skalę. Na przykład nieograniczona liczba osób może współpracować w celu tworzenia i udostępniania informacji i pomysłów za pomocą aplikacji cyfrowych, takich jak wiki i oprogramowanie open source. W tym usieciowionym społeczeństwie informacyjnym obserwuje się nowe środowisko dyskursu publicznego, w którym tradycyjne środki masowego przekazu nie sprawują już wyłącznej kontroli nad informacjami. Oznacza to, że zwiększona decentralizacja ułatwiła jednostkom rosnącą siłę tworzenia i udostępniania informacji bez konieczności polegania na tradycyjnych pośrednikach, takich jak środki masowego przekazu. Dzięki powszechnie dostępnym i coraz bardziej przystępnym cenowo komputerom osobistym coraz więcej osób udostępnia informacje w tych sieciach. W ten sposób zwykli obywatele mogą tworzyć i rozpowszechniać informacje zamiast pozostawać biernymi odbiorcami informacji. Oprócz decentralizacji, w dobie informacji sieciowej rośnie nierynkowa produkcja równorzędna. Nierynkowa produkcja rówieśnicza to samozorganizowana współpraca jednostek, które produkują towary i usługi, które nie są zastrzeżone, ale są swobodnie dostępne dla innych. W tego typu współpracy tradycyjne hierarchie są znacznie zredukowane lub nawet wyeliminowane. Ludzie na całym świecie współpracują za pośrednictwem narzędzi komunikacji online w celu tworzenia wiedzy i informacji oraz dzielą się takimi informacjami bez oczekiwania bezpośredniej rekompensaty pieniężnej. Na przykład codziennie Wikipedię odwiedzają dziesiątki milionów ludzi na całym świecie, a wielu z nich dobrowolnie uczestniczy w międzynarodowej współpracy w celu tworzenia treści w serwisie, które są następnie bezpłatnie dostępne dla każdego, kto ma dostęp do Internetu. Innym ważnym aspektem sieciowego społeczeństwa informacyjnego jest tzw. zjawisko małego świata, które sugeruje, że geograficznie odległe podmioty w społeczeństwie są połączone relatywnie niewielką liczbą połączeń. To pojęcie słabych, ale znaczących powiązań między w dużej mierze zróżnicowanymi grupami wywodzi się z eksperymentu Stanleya Milgrama z lat 60., pokazującego, że ludzie w różnych częściach Stanów Zjednoczonych byli połączeni nie więcej niż sześcioma więzami przyjaźni. Wiele sieci internetowych często przekształca się w małe światy. Wraz ze wzrostem wykorzystania narzędzi komunikacyjnych opartych na Internecie, sposoby, w jakie ludzie i organizacje łączą się ze sobą, zmieniły się radykalnie od początku XXI wieku. Ludzie w coraz większym stopniu polegają na portalach społecznościowych, takich jak Facebook czy Twitter, aby budować i utrzymywać relacje z przyjaciółmi, rodziną i innymi osobami. Nowe technologie cyfrowe wywarły również znaczący wpływ na przestrzenie publiczne, co wykazano podczas wyborów prezydenckich w USA w 2016 r. oraz powstań na rzecz demokracji i wolności na Bliskim Wschodzie iw Afryce Północnej od 2010 r. Kandydaci polityczni i aktywiści mobilizowali społeczeństwo w kraju i za granicą za pośrednictwem szerokich skalowalne i niedrogie narzędzia komunikacji cyfrowej, a te nowe kanały komunikacji umożliwiają obywatelom udział w działaniach tradycyjnie zarezerwowanych dla przedstawicieli rządu. Zrozumienie międzynarodowych połączeń internetowych jest ważne, ponieważ łączność internetowa z innymi krajami w coraz większym stopniu staje się warunkiem rozpowszechniania informacji i ruchów politycznych lub społecznych. Aktywiści wykorzystują cyfrowe narzędzia komunikacji do budowania i utrzymywania relacji społecznych oraz uczenia się od swoich odpowiedników w innych krajach. Tak było w przypadku powstań demokratycznych w Egipcie i Tunezji podczas Arabskiej Wiosny. Rzeczywiście, zarażanie lub rozprzestrzenianie się innowacji lub fal protestów zależy od sieci komunikacyjnych między aktorami i potencjalnymi aktorami. Z tego powodu zrozumienie różnych typów sieci komunikacyjnych łączących kraje jest niezbędne do zrozumienia świata spraw międzynarodowych. Globalna łączność internetowa pociąga za sobą ważne konsekwencje dla rozwoju politycznego, gospodarczego i społecznego w krajach o niskiej przepustowości. Na przykład wiele krajów w Afryce pozostaje wśród najmniej połączonych i będzie im coraz trudniej nadrobić zaległości w najbliższym czasie. Badania naukowe wykazały, że chociaż nastąpiła zmiana względnej pozycji niektórych krajów w globalnej sieci internetowej, nie ma znaczących odchyleń w proporcjach przepustowości w tym okresie.
Zwiększenie przepustowości międzynarodowej jest afordancją, która może pomóc
spowodować w przyszłości wzrost korzystania z Internetu w gospodarstwach domowych. Biorąc pod uwagę względną rzadkość nowych krajów wchodzących do globalnego Internetu, kluczem do przezwyciężenia przez kraj o słabych przepustowościach bezwładności jego historycznej pozycji jest prawie na pewno wspólne działanie na rzecz zwiększenia przepustowości.
Przyszłe kierunki
Technologie informacyjno-komunikacyjne oparte na Internecie znacząco przekształciły gospodarki i społeczeństwa na całym świecie. Zrozumienie dystrybucji i ewolucji tych zmian jest ważne dla zidentyfikowania potencjalnych problemów i możliwości, a następnie opracowania odpowiednich polityk. Badanie struktury globalnej sieci internetowej na poziomie systemu pomaga lepiej zrozumieć zmiany w globalnej łączności powodowane przez coraz bardziej dostępne i przystępne cenowo technologie cyfrowe. Zmiany wywołane przez sieć mają ważne implikacje dla dyplomacji, handlu i globalnego aktywizmu. W dobie informacji sieciowej niezbędne jest zrozumienie, w jaki sposób inicjowane, rozwijane i utrzymywane są różne typy połączeń. Globalny Internet jest coraz bardziej kluczowy dla różnych rodzajów połączeń.
Powrót