Miroslav Sulír, Martin Sulír Počítačové sítě Miroslav Sulír, Martin Sulír Menu 2

Úvod V dnešní době se setkáváme s počítačovými sítěmi na každém kroku. Ať už se jedná o lokální sítě v různých institucích (univerzita, banka, nemocnice,…), sítě městské (většinou pro propojení sítí lokálních), či samotný internet.

Úvod do počítačových sítí & Sítě LAN

1. Základní informace Počítače, ať už se jedná o klasická PC, přes notebooky a kapesní počítače, až po superpočítače, dnes zažívají veliký rozmach. Kdysi, když měla jedna instituce jen jeden počítač, byla právě v něm všechna potřebná data a lidé se u něj jednoduše střídali. Když však začal počet počítačů v instituci stoupat, nastal zásadní problém. Jak mohu využívat data důležitá pro chod celé instituce, když jsou uloženy pouze v počítači, do něhož byla zadána? Zde vznikla první myšlenka počítačové sítě (jakýkoli jiný způsob se brzy vyhodnotil jako neefektivní), a to je i důvod, proč se sítě učit. Dnes totiž jen málokterý počítač není součástí nějaké sítě a trend do budoucna zní jasně: „Propojit veškeré počítače do jedné komplexní sítě.“

Cíle kapitoly Po prostudování této kapitoly budete znát veškeré důvody, proč počítačové sítě vznikají, abychom si osvětlili, k čemu všemu lze počítač zapojený v síti využívat (a že toho není málo). Podíváme se také na základní rozdělení podle rozlohy a podrobněji se něco dozvíte o lokálních sítích (LAN).

Důvody Vzniku Počítačových Sítí Sdílení dat Sdílení prostředků (tiskárna, scanner, modem, …) Komunikace mezi uživateli (e-mail, ICQ, přímá, …) Dálková správa počítačů (v serverových sítích) Zjednodušení instalace a užívání Sdílení výpočetního výkonu Zálohování dat Zábava

Dělení Sítí dle Dosahu Sítě LAN (local area network) – lokální sítě MAN (metropolitan area network) – městské datové sítě WAN (wide area network) – veřejné datové sítě PAN (personal area network) – osobní sítě – připojení PC s mobilními zařízeními

Dělení Sítí dle Dosahu Sítě Rozsah Umístění Druh Sítě až 150 m místnost PAN 10 m LAN 100 m budova 1 km Prostor úřadu, továrny MAN 10 km město 100 km stát WAN 1000 km kontinent 10 000 km planeta

Sítě LAN Předmětem tohoto výukového programu jsou sítě LAN, na které se teď podíváme o něco podrobněji. Rozdělení sítí LAN: Peer to Peer Client - Server

Síť Peer to Peer Počítače jsou v síti zapojeny tak, že jsou si všechny rovny, figurují tedy jako servery i jako pracovní stanice a podílejí se na řízení přenosů dat v síti. Tato architektura je vhodná pro sítě o menším počtu počítačů (maximálně 10-ky počítačů), kde není potřeba velkého zabezpečení dat. Pro a proti: není potřeba speciální síťový software náročnější na nastavení zabezpečení náročnější na správu obecně menší průchodnost dat

Příklad sítě Peer to Peer Jednotlivé stanice PC jsou si rovny, zařízení přepojená k jednomu počítači, a také data, mohou ostatní stanice využívat pomocí tzv. sdílení. Tiskárnu mohou používat všechny počítače za pomoci tzv. sdílení.

Síť Client - server Jeden nebo více počítačů je zde vyhrazen jako server, který pracovním stanicím (client-ům) poskytuje služby Pro a proti: rychlejší přenos dat vyšší zabezpečení větší odolnost vůči poruchám snadnější údržba je potřeba speciálního serveru je potřeba síťový software obtížnější instalace

Co je Server? Sítě typu Peer to Peer se skládají z menšího počtu počítačů, u nichž se o provoz v síti stará přímo operační systém daného počítače. Operační systém osobního počítače by však nestačil na provoz v síti velkého množství počítačů, mezi nimiž jsou navíc umístěny síťové prvky jako Repeater, Switch, Bridge, Router, či Gateway, o kterých se budeme bavit později. Proto vznikla síť typu Client-Server s centrálním počítačem zvaným Server, který řídí chod dat v síti a poskytuje ostatním počítačům služby. Na tomto počítači je nainstalován speciální operační systém. V dnešní době většinou Windows NT nebo UNIX

Co je Server? Server nemusí být v síti zapojen jediný. Servery můžeme na té nejnižší úrovni rozdělit na: - dedikované – slouží zároveň jako pracovní stanice - nededikované – slouží výhradně jako server

Co je Server? Servery bývají koncipovány různými způsoby, a to podle typu služby, pro kterou jsou určeny: Souborový - slouží pro ukládání souborů - např. disková strukt. pro potřeby univerzity Print server - centrální počítač pro hromadný tisk Databázové - aplikační – slouží pro správu databáze - použití dnes v téměř jakékoli instituci Poštovní, Internetové - pro účely elektronické pošty a správy internetových stránek

Příklad sítě Client - Server V síti je zapojen server, který řídí chod v síti. server client client

Otázka k učivu Pokud jste úspěšně odpověděli na praktické otázky, zkontrolujte si své znalosti teorie: Jaké je hlavní rozdělení sítí podle rozlohy? Jak se nazývají servery sloužící pro vzdálené ukládání souborů a jaké označení mají servery sloužící ke správě elektronické pošty? Co rozumíme pod pojmem dedikovaný server? Co znamená v počítačové terminologii „sdílení“? Správnost své odpovědi si ověř na následujících stranách. V případě špatné odpovědi doporučuji návrat ve studijním textu prostřednictvím odkazů uvedených u odpovědí.

Odpovědi na otázky 1. Otázka: Jaké je hl. rozdělení sítí podle rozlohy (dosahu)? Odpověď: LAN, MAN, WAN 2. Otázka: Jak se nazývají servery sloužící pro vzdálené ukládání souborů a jaké označení mají servery sloužící ke správě elektronické pošty? Odpověď: pro vzdálené ukládání souborů – souborový správa elektronické pošty - poštovní

Odpovědi na otázky 3. Otázka: Co rozumíme pod pojmem dedikovaný server? Odpověď: server sloužící zároveň jako pracovní stanice 4. Otázka: Co znamená v počítačové terminologii „sdílení“? Odpověď: sdílení je proces využívání dat a zařízení připojených k jedné pracovní stanici jinými stanicemi v počítačové síti.

Konec kapitoly Jestli jste zdárně prošli závěrečnými otázkami, znamená to, že jste studovali svědomitě, a dostatečně jste tak pochopili probíranou látku. Nic vám tedy nebrání v tom, abyste se pustili do kapitoly další. V kapitole „Topologie a přístupové metody“ budete dále rozvíjet znalosti získané především z části základního rozdělení sítí LAN podle postavení uzlů v síti. Bude se to hodit při studiu topologií, u nichž si budete moci představit, jak by daná topologie vypadala při použití sítě Peer-to-peer, respektive Client – Server. Z těchto znalostí byste pak měli mít dostatek informací pro studium přístupových metod a typů sítí.

Topologie & přístupové metody + na závěr Základní druhy sítí

Cíle kapitoly Během studia této kapitoly se seznámíte s nejčastěji používanými druhy fyzických topologií počítačových sítí (sběrnicová, kruhová, hvězdicová – stromová). Dozvíte se, jaké mají přednosti a nedostatky. Dozvíte se základní metody přístupu k přenosovému médiu (řízené, náhodné). Ty určují, jakým způsobem postupuje počítač ve chvílí, kdy zasílá data do sítě.

Nastolené otázky Co je topologie počítačové sítě? Jaké topologie existují? Co si představit pod pojmem „přístup k médiu“? Jaké přístupy k médiu se v počítačových sítích používají? Jaké typy sítí existují?

Topologie sítí LAN - Rozdělení Pod pojmem „topologie sítě“ rozumíme způsob vzájemného propojení počítačů (účastníků sítě) Dělí se na: fyzické – popisují fyzické uspořádání sítě logické – popisují způsoby vzájemné komunikace počítačů v síti Nyní se podíváme na nejčastější druhy fyzických topologií…

Sběrnicová topologie - BUS Všechny počítače v síti jsou připojeny paralelně na společnou sběrnici Na koncích síťového vedení nutnost připojení terminátorů, koncovek, které tlumí datový signál a znemožňují tak jeho zpětnému odrazu do sítě Pro a proti: snadná instalace snadná rozšiřitelnost porucha jakéhokoli počítače způsobí výpadek sítě

Sběrnicová topologie - BUS T-rozbočovač terminátor datový signál přenosové médium (datový kabel)

Kruhová topologie - RING Jednotlivé počítače v síti jsou přenosovým médiem propojeny do kruhu Signál postupně prochází přes všechny uzly sítě Signál se v síti předává jen jedním směrem Pro a proti: obtížnější instalace porucha jakéhokoli počítače způsobí výpadek sítě, tento nedostatek ale řeší vylepšená topologie Token RING (realizovaná zdvojeným vedením kruhové topologie)

Kruhová topologie - RING datový signál přenosové médium

Kruhová topologie – Token RING datový signál přenosové médium

Hvězdicová (stromová) topologie Počítače jsou navzájem propojené pomocí rozbočovačů (hubů nebo switchů) Kombinací sběrnicové a hvězdicové topologie vzniká stromová topologie - TREE Pro a proti: velký dosah sítě snadná rozšiřitelnost porucha počítače nezpůsobí výpadek sítě

Hvězdicová topologie - STAR rozbočovač datový signál přenosové médium

Stromová topologie - TREE datový signál přenosové médium rozbočovač

Přístupové metody - Rozdělení Prioritní úkol přístupových metod: řízení toku dat přenosovým médiem – kabelem nebo v dnešní době i rádiově Existuje množství přístupových metod, v této kapitole si ukážeme hlavní rozdělení a základní druhy náhodných přístupových metod pro lokální sítě Přístupové metody v sítích LAN: Přístupové metody Náhodné Řízené distribuované Token Passing CSMA / CD

Přístupové metody - Náhodné Při práci v síti se sdíleným médiem (což je v dnešní době převládající typ LAN sítí) mohou přijímat zprávy všichni uživatelé sítě najednou. Při vysílání zpráv je potřebné zajistit, aby na přenosovém médiu byla vždy jen jedna zpráva od jednoho účastníka sítě (jinak by docházelo ke kolizím, vzájemnému rušení, zkreslení vysílání a nebylo by je možné přijímat) Úlohou přístupové metody je proto: zajistit součastné vysílání dat jen jednomu počítači Nejpoužívanější metoda: CSMA/CD

Přístupové metody - Řízené 1. Řízené distribuované metody : bez centrálního arbitra, arbitrem je každý prvek sítě. V síti koluje speciální paket a počítač, který jej obdrží může vysílat. Po ukončení vysílání posílá paket následující stanic. Nejpoužívanější metoda: Token Passing , FDDI Použití: v LAN sítích Token Ring a ARC net. 2. Řízené centralizované metody : obsahují prvek, který řídí provoz na síti (arbitr). U centrálního řízení je tento prvek pouze jeden. Použití: telekomunikace , družicové spoje…, ne v sítích LAN

CSMA/CD – metoda pro Ethernet Při této metodě jednotlivé počítače zjišťují stav na přenosovém médiu Pokud zjistí, že některý počítač sítě vysílá, ostatní se zablokují, dokud se sběrnice neuvolní. Po uvolnění sběrnice začíná vysílat další počítač Pokud na vysílání čekalo více počítačů, může dojít ke kolizi dat a současnému poklesu výkonu sítě Výše uvedený problém řeší dodatečné sledování sítě, každý počítač sleduje signál na sběrnici a pokud se tento signál liší od signálu vysílaného jím samým, vyhodnotí se stav kolize a vysílání se ukončí

TOKEN PASSING Známá jako „ Metoda předávání pověření “ V síti koluje mezi počítači tzv. Token – vysílací právo Až jakmile je příslušný počítač získá, může zahájit vysílání Vysílaná data kolují přes počítače. Až se dostanou k adresátovi, ten data přečte, označí a pošle dále. Až data dorazí zpět k odesílateli, dojde k předání vysílacích práv dalšímu počítači (ve formě paketu) Každý počítač má zaručené získání vysílacího práva. => vhodné i u řízení technologických procesů v reálném čase

Základní Typy Sítí - Rozdělení Ethernet ARC net Token Ring ATM FDDI …

Typy sítí – ETHERNET (1) Vyvinut firmami Dec, Intel, Xerox (DIX) Rychlost přenosu od 10Mb/s do jednotek Gb/s Použití u topologií sběrnice a hvězda maximální vzdálenost mezi jednotlivými stanicemi se liší podle použitého kabelového vedení: Použité vedení Max. vzdálenost stanic koaxiální kabel 185 m kroucená dvojlinka 100 m optický kabel 2000 m

Typy sítí – ETHERNET (2) Minimální vzdálenost stanic mezi sebou: 0,5m Při použití koaxiálního kabelu ale hrozí nebezpečí přeslechu. Doporučeno je 3m Použití přístupové metody: CSMA/CD Maximální počet stanic v segmentu: 30

Typy sítí – ETHERNET (3) Přenosová média: Menu 1 Menu 2

Typy sítí – ARC net Vyvinuta firmou: Data Point Použití u topologií: hvězda a strom Maximální vzdálenost sítě: 6,5 km Použití přístupové metody: Token Passing => je nekolizní Dnes se téměř nepoužívá

Typy sítí – TOKEN RING Vyvinuta firmou: IBM (r. 1986) Rychlost přenosu: 100Mb/s Použití: kruhové topologie Médium: koaxiální kabel se speciálními navrtanými přípojkami Použití přístupové metody: Token Passing => je nekolizní Vysoce spolehlivá síť Je drahá => není příliš rozšířená

Otázka k zamyšlení Zamyslete se a zkuste odpovědět na tyto otázky: Jakou fyzickou topologii má Vámi nejčastěji používaná počítačová síť? Jaké vlastnosti má standardizovaná Ethernetová síť označovaná jako „100 Base – TX“ ? (náročnější otázka) V duchu si odpověz a správnost své odpovědi si ověř na následujících stranách. V případě špatné odpovědi doporučuji návrat ve studijním textu prostřednictvím odkazů uvedených pod odpovědí.

Odpovědi na otázky 1. Otázka: Jakou fyzickou topologii má Vámi nejčastěji používaná počítačová síť? Odpověď: Pokud je ve Vámi používané síti používán koaxiální kabel, s největší pravděpodobností se jedná o sběrnicovou topologii . Pokud je síť vybudovaná z kroucené dvojlinky, pravděpodobně se jedná o hvězdicovou , případně stromovou topologii. Kruhová topologie není z důvodu své složitosti a ceny příliš rozšířená.

Odpovědi na otázky 100 Base – TX 2. Otázka: Jaké vlastnosti má standardizovaná Ethernetová síť označovaná jako „100 Base – TX“ ? (náročnější otázka) Odpověď: Jako přenosové médium je použita kroucená dvojlinka (Twisted pair) Přenosová rychlost sítě je 100 Mb/s Přenos probíhá v základním pásmu (Basebandu) 100 Base – TX 100 Base – TX je dnes jedním z nejpoužívanějších síťových standardů Max. délka kroucené dvojlinky mezi počítači je 100m

Otázka k učivu Nyní si zkontrolujte své teoretické znalosti: Ve kterých počítačových topologiích se používají huby nebo switche a proč? Která přístupová metoda se používá u sítí typu Token Ring a ARC net a v čem spočívá? Jaké jsou základní rozdíly přístupových metod CSMA / CD a Token Passing? Jaké druhy kabeláže se používají u sítí Ethernet? Správnost svých odpovědí si ověř na následujících stranách. V případě špatné odpovědi doporučuji návrat ve studijním textu

Odpovědi na otázky 1. Otázka: Ve kterých počítačových topologiích se používají huby nebo switche a proč? Odpověď: Zařízení se používají v hvězdicových a stromových topologiích , neboť mají schopnost rozvádět datový signál z jednoho zdrojového počítače do více počítačů 2. Otázka: Jaká přístupová metoda se používá u sítí typu Token Ring a ARC net a v čem spočívá? Odpověď: distribuovaná řízená metoda Token Passing - kde arbitrem je každý prvek sítě. V síti koluje speciální paket a počítač, který jej obdrží může vysílat. Po ukončení vysílání posílá paket následující stanic.

Odpovědi na otázky 3. Otázka: Jaké jsou základní rozdíly přístupových metod CSMA / CD a Token Passing? Odpověď: Hlavním rozdílem je způsob, jak se počítače dostanou k právu vysílat data do sítě. Zatímco u CSMA / CD si počítače hlídají přenosové médium samy a „závodí“ o vysílací právo, Token Passing dává díky paketu Token všem počítačům stejnou vysílací šanci a je proto vhodný pro realtime sítě. 4. Otázka: Jaké druhy kabeláže se používají u sítí Ethernet? Odpověď: tenký koaxiální kabel, stíněná a nestíněná kroucená dvojlinka (STP, UTP), optický kabel

Konec kapitoly Kapitola, kterou jste právě dostudovali byla o třídu těžší než předešlá. Učivo se navíc rozvíjelo, takže pro učení a správné pochopení základních druhů sítě byla nutná znalost topologií a přístupových metod. Nepochybuji však, že i toto učivo jste zdárně zvládli a pokud se Vám náhodou nedařilo odpovídat na otázky k učivu, opakování je matka moudrosti…

Zdroje Peterka Jiří: Earchiv, www.earchiv.cz