Connecting to the Network Networking for Home and Small Businesses – Chapter 3

Objectives The concept of networking and the benefits of networks. The concept of communication protocols. How communication occurs across a local Ethernet network. Access layer devices and communication methods on a local Ethernet network. Distribution layer devices and communication methods across networks. Plan, implement, and verify a local network.

Networking and Its Benefits Types of networks Počítačová síť Hlasová síť - telefon Televizní síť – kabelová televize Integrovaná síť – všechno v jednom

Networking and Its Benefits Examples of small, medium and large networks

Networking and Its Benefits Components of an Information network

Networking and Its Benefits Roles of computers on a network: Clients and servers

Networking and Its Benefits Computer peer-to-peer network síť s rovnocennými uzly

Networking and Its Benefits Computer peer-to-peer network Snadno se zřizuje Menší složitost Nižší cena, protože nejsou potřeba síťová zařízení a vyhrazené servery Dá se použít pro jednoduché úkoly, např. přenos souborů a sdílení tiskáren

Networking and Its Benefits Computer peer-to-peer network Neumožňuje centralizovanou správu z jednoho místa Méně bezpečná Nedá se rozšiřovat To, že všechna zařízení mohou pracovat jako klienti i jako servery může zpomalovat činnost

Network Topologies Fyzická topologie ukazuje, kde jsou fyzicky umístěny... Logical and physical topologies směrovače rozbočovače servery přepínače počítače

Network Topologies Logical and physical topologies Logická topologie ukazuje, jak jsou účastníci rozděleni podle toho, co dělají, bez ohledu na to, kde sídlí. Ukazuje jména, adresy, aplikace.

Communication Protocols Concept of communication: source, channel, destination Koncepce komunikace: zdroj, kanál, cíl

Communication Protocols Rules and protocols are needed in order for communication to occur Časování Struktura zprávy Velikost zprávy Zabalení Zakódování Formát zprávy

Communication Protocols The concept of encoding in relation to human communication

Communication Protocols Message formatting and encapsulation

Communication Protocols Messages have size restrictions depending on the channel used

Communication Protocols The concept of timing and access methods in relation to human communication

Communication Protocols Standard message patterns in relation to human communication Multicast Unicast Broadcast

Communication Protocols Human communications: messages unit sizes timing encapsulation encoding standard message patterns “Protocol”

Communication Protocols Také používáme „protokoly“, abychom si vzájemně rozuměli: Píšeme, říkáme zprávy. Ty zprávy mají nějaké rozměry (např. dopisy nebo SMS). Human communications: messages unit sizes timing encapsulation encoding standard message patterns Zprávu můžeme napsat tajným písmem, aby jí rozuměl jen adresát. Zpráva musí adresáta zastihnout v pravý čas. Dopis zabalíme do obálky, na kterou napíšeme adresu příjemce a odesilatele. Některou zprávu určíme jednomu kamarádovi (unicast), jinou partě (multicast), jinou celé třídě (broadcast).

Communication Across a Local Ethernet Network Devices on a local network must share common protocols to communicate (Communicating by the Rules) Počítače v lokální síti musí používat společné protokoly, aby si rozuměly. Komunikace musí mít pravidla. Jazykem uvnitř LAN je Ethernet.

Communication Across a Local Ethernet Network Normalizace = sjednocování norem Standardization in computer communication protocols vítěz

Communication Across a Local Ethernet Network Physical addressing identifies Source, Destination and Channel on an Ethernet Network Při komunikaci v LAN (přes hub nebo switch) jsou zásilky doručovány podle fyzických (MAC) adres. Pro doručení je důležité určit: zdroj, cíl, kanál.

Communication Across a Local Ethernet Network Basic characteristics of Ethernet Označují začátek rámce Data: Kvůli nim to všechno děláme. Adresa zdroje Kontrolní součet Délka nebo typ Adresa cíle A to je to samé, jen jinak nakreslené.

Communication Across a Local Ethernet Network Na drátě se nejdřív mihne Preamble (posloupnost 1010101...10, dohromady 7x8=56 bitů. Pak SFD = oddělovač (posloupnost 10101011). Poslední dvě jedničky říkají: Teď to přijde doopravdy. Pak adresa cíle - je první, protože ji potřebujeme co nejdřív, abychom co nejdřív věděli, kam to poslat. Pak adresa zdroje.

Communication Across a Local Ethernet Network Pak Length/Type: Když je od 0 do 1500, je to počet bajtů v části „Data“. Když je to od 1536 nahoru, je to typ protokolu. Patrně nikdy nepotřebujeme oboje najednou. Pak Encapsulated = zapouzdřená Data. Říká se tomu taky „payload“, neboli náklad, za který platíme. Kromě opravdových dat tam je taky zabalená IP adresa cíle a zdroje. Nakonec Frame Check Sequence = kontrolní součet všech bajtů rámce. Jak bajty přicházejí, sčítáme je. Když dojdeme k číslu stejnému jako FCS, je to OK.

Communication Across a Local Ethernet Network Hierarchický => jsou tam podřízení a nadřízení Hierarchical design in an Ethernet Network Kdyby se pošťáci měli orientovat jen podle jmen, museli by se z toho zbláznit. Proto používáme hierarchické adresy: jméno, byt, číslo, ulice, město, stát. V počítačových sítích se také nepoužívá jen jméno (=MAC adresa), ale také IP adresa. Kromě toho jsou sítě členěny podle významu do „vrstev“, aby se v nich „pošťáci“ lépe vyznali.

Communication Across a Local Ethernet Network Hierarchický => jsou tam podřízení a nadřízení Hierarchical design in an Ethernet Network Hlavní vrstva Přístupová vrstva Distribuční vrstva Nejrychlejší páteřní spoje Propojení mezi malými sítěmi. Odděluje lokální sítě od sebe a stará se o to, aby lokální provoz zůstal lokálním, tj. nepustí ho ven. Poskytuje přístup = access obyčejným koncovým uživatelům.

Communication Across a Local Ethernet Network The logical network address: the location of a host on a Network (source and destination) Adresa sítě Logická = IP adresa dává informaci o poloze účastníka v síti. Adresa účastníka Jsi dvoustovkový? Patříš sem! Jsi jedničkový? Patříš sem! A podle toho si tě najdeme.

Access Layer Devices and Communication Methods The Access Layer and how it is used within an Ethernet Network Všichni účastníci na jedné „odnoži“ směrovače mají stejnou síťovou část IP adresy. O jejich propojení se stará přepínač nebo hub. Přepínač doručuje zprávy podle MAC adres – všichni se mezi sebou znají jménem.

Access Layer Devices and Communication Methods The function of a Hub Hub nezná nikoho jménem (=MAC adresou). Každou zprávu musí rozprsknout mezi všechny. Ten, komu zpráva patří, si ji nechá, ostatní ji zahodí. Všichni kromě odesílatele a příjemce jsou obtěžováni zbytečně a nemohou dělat nic jiného.

Access Layer Devices and Communication Methods The function of a Hub Když v síti s huby dva pošlou svoji zprávu najednou, nastane kolize. Všichni musí dostat o kolizi zprávu. Pokusy o odeslání zpráv se musí opakovat. Tím se provoz zdržuje. Oblast, do které se zpráva o kolizi rozšiřuje, se nazývá kolizní doména.

Access Layer Devices and Communication Methods Naučená jména si píše do The function of switches Switch se postupně naučí všechna jména (=MAC adresy) ve své síti a zprávy posílá cíleně jen správnému adresátovi. Ostatní nejsou obtěžováni a mohou komunikovat mezi sebou nebo ven ze sítě.

Access Layer Devices and Communication Methods The function of switches Když switch ještě nezná jméno (=MAC adresu) některého účastníka, zprávu pro něj musí rozprsknout, jako by to udělal hub. MAC adresy se učí podle zdroje, protože tam ví, po kterém drátě, tj. od koho zpráva přichází. Destination Source V tomto obrázku v kurikulu jsou přehozené nápisy Source a Destination (tady jsem to spravil).

Access Layer Devices and Communication Methods Broadcast Domains and broadcasts using hubs and switches Někdy účastník potřebuje oslovit všechny ostatní v lokální síti. Např. H1 chce poslat paket na H7 a zná jen jeho IP adresu, ale ne MAC adresu. Protože na lokální síti se doručuje podle MAC adresy, potřebuje ji zjistit. Proto pošle všem ostatní broadcast s dotazem: Kdo má IP adresu 192.168.1.7 ? Broadcast je zpráva, ve které cílová MAC adresa se skládá ze samých jedniček. Hexadecimální podoba tedy je ff.ff.ff.ff.ff.ff . 192.168.1.7 ee.ee.ee.77.77.77 Všichni účastníci kromě H7 si broadcast přečtou, a protože nemají IP adresu 192.168.1.7, nereagují na něj. Jen H7 odpoví: Já. A moje MAC adresa je ee.ee.ee.77.77.77 .

Access Layer Devices and Communication Methods Broadcast Domains and broadcasts using hubs and switches Čím je lokální síť rozsáhlejší, tím víc a víc broadcastů její provoz obsahuje. Taková by byla síť vpravo, kdybychom její části propojili pomocí přepínačů. Když ale části propojíme pomocí směrovačů, tak se broadcasty přes směrovače nedostanou z jedné části do druhé a provoz jimi není tolik zatěžován.

Distribution Layer Devices and Communication Methods Expanding the network with a distribution layer Funkce směrovačů v distribuční vrstvě: Brání šíření broadcastů, izolují je uvnitř lokální sítě. Spojují vzdálená místa sítě, mezi kterými by se nedal natáhnout např. UTP kabel.

Distribution Layer Devices and Communication Methods Expanding the network with a distribution layer Oddělují a chrání skupiny počítačů, na kterých jsou tajné informace. Skrývají IP adresy počítačů před pohledy zvenku. Řídí, kdo se dostane dovnitř nebo ven z lokální sítě. Funkce směrovačů v distribuční vrstvě: Sdružují skupiny uživatelů patřících k sobě a se společnými zájmy o určitá data a služby.

Distribution Layer Devices and Communication Methods The function of routers Směrovač posílá pakety podle IP adres. Aby se k nim dostal, musí strhnout vnější obal = rámec (frame). Před odesláním zabalí paket do nového rámce s novými MAC adresami, kde adresa odesílatele je jeho, adresa příjemce je adresa dalšího směrovače, nebo už adresa cílového PC. Obsah paketu ani IP adresy nemění. Přepínač posílá rámce (frames) podle MAC adres. Nechává rámec nerozbalený, nemění jeho obsah.

Distribution Layer Devices and Communication Methods The concept of the default gateway V rámci své lokální sítě PC pošle zprávu s užitím MAC adresy. Buď MAC adresu už zná, nebo si ji zjistí pomocí broadcastu. Např. H1 chce poslat zprávu H3. Pošle broadcast s dotazem: Kdo má IP adresu 192.168.1.3 ? 192.168.1.1 H3 odpoví: Já, a moje MAC adresa je aa.aa.aa.33.33.33 . H1 zabalí paket s IP adresami do rámce s MAC adresami a pošle ho. Nepotřebuje k tomu směrovač ani Default Gateway. 192.168.1.3 aa.aa.aa.33.33.33

Distribution Layer Devices and Communication Methods The concept of the default gateway Když chce H1 poslat něco do Remote Network např. na H36, zná IP adresu, ale nezná MAC adresu. Ani ji nemůže zjistit, protože směrovač nepropustí broadcast s dotazem. Ani ji nebude zjišťovat, protože vidí, že to je úplně jiná síť. 192.168.1.1 172.16.55.1 H36 Zabalí svůj paket s IP adresami do rámce, kde MAC adresa odesílatele bude jeho, MAC adresa příjemce bude adresa nejbližšího rozhraní na směrovači. A tím říká: Já nevím co s tím, udělej s tím něco ty. 192.168.1.3 aa.aa.aa.33.33.33

Distribution Layer Devices and Communication Methods Address Resolution Protocol How the router keeps track of multiple networks using routing and ARP tables Ve směrovací tabulce má seznam sítí a rozhraní, přes které se na ně dostane. Podle IP adresy zjistí, do které sítě účastník patří. V ARP tabulce má od přímo připojených účastníků adresy MAC i IP. Zabalí paket do rámce (frame) a na něj napíše MAC adresu příjemce a MAC adresu svoji jako odesílatele.

Distribution Layer Devices and Communication Methods How the router keeps track of multiple networks using routing and ARP tables Příklad: Dostal paket s cílovou adresou 172.16.1.3. Vynásobí tuto adresu maskou 255.255.0.0 a dostane adresu sítě 172.16.0.0. Ze směrovací tabulky zjistí, že do této sítě se dostane přes FastEthernet0/1. IP adresy v paketu nechá v původní podobě. V ARP tabulce zjistí, že účastník 172.16.1.3 má MAC adresu 0ac3.a56c.d7f5 . Tu dá do rámce jako MAC adresu příjemce. MAC adresu rozhraní FastEthernet0/1 dá do rámce jako MAC adresu odesílatele. A pošle rámec na rozhraní FastEthernet0/1.

Distribution Layer Devices and Communication Methods Local Area Network (LAN) with a Single Local Network Všichni účastníci patří do jediné sítě 192.168.1.0 . Veškerou komunikaci mezi nimi zajišťují přepínače na základě MAC adres. Účastníci buď už znají MAC adresy všech ostatních účastníků, nebo si je zjistí pomocí broadcastů. Proto jsou všichni účastníci schopni vyrobit frame pro kteréhokoliv jiného účastníka.

Distribution Layer Devices and Communication Methods Local Area Network (LAN) with Multiple Local Networks Účastníci jsou rozděleni do tří sítí: 192.168.1.0, 192.168.2.0, 192.168.3.0 . Komunikaci už nemohou zvládat jen přepínače, protože účastníci nemohou zjistit MAC adresy účastníků ve vzdálenějších sítích (přes směrovač se nedostane broadcast s dotazem na MAC adresu). O dopravu do vzdálených sítí se postará směrovač, protože umí rozhodovat podle IP adres. Účastníci znají nebo si zjistí MAC adresy účastníků ve své vlastní síti. Chtějí-li něco poslat do jiné sítě, vyplní jako MAC adresu příjemce MAC adresu nejbližšího rozhraní na směrovači = Default Gateway.

Distribution Layer Devices and Communication Methods „Single Local Network” and “Multiple Local Networks”

Distribution Layer Devices and Communication Methods Single Local Network VÝHODY Vhodné pro jednodušší sítě. Jednodušší a nižší cena sítě. Všichni jsou viditelní pro všechny ostatní. Rychlejší přenos dat – přímější komunikace. Snadný přístup k zařízením. NEVÝHODY Všichni jsou v jedné broadcast doméně, což způsobuje větší ztráty propustnosti častými broadcasty a zpomaluje provoz sítě.

Distribution Layer Devices and Communication Methods Multiple Local Networks VÝHODY Vhodnější pro rozsáhlejí, složitější sítě. Rozděluje broadcast domény a zmenšuje zbytečný provoz způsobený broadcasty. Může zlepšit výkon v jednotlivých segmentech. Zařízení v jiných sítích jsou neviditelná pro zařízení v lokálním síťovém segmentu. Může poskytnout zvýšenou bezpečnost. Může zlepšit organizaci sítě. NEVÝHODY Vyžaduje směrování (využívá distribuční vrstvu). Směrovače mohou zpomalit provoz mezi segmenty. Složitější a dražší (vyžaduje směrovače).

Distribution Layer Devices and Communication Methods Learn to Use Packet Tracer Naučte se používat Packet Tracer

Plan, Implement and Verify a Local Network Naplánujte a dokumentujte výstavbu malé domácí nebo firemní Ethernet sítě Plan and document the building of a small home or small business Ethernet network Počet a typ účastníků – Kde sídlí koncoví uživatelé? Jaký hardware používají? Kde jsou umístěny servery, tiskárny a další síťová zařízení? Aplikace – Jaké aplikace v síti poběží? Sdílená data a zařízení – Kdo požaduje přístup k jakým souborům a síťovým zařízením, jako jsou např. tiskárny? Požadavky na propustnost (rychlost) – Jaká je přijatelná rychlost pro koncové uživatele? Požadují všichni uživatelé stejnou propustnost? Jaký vliv na propustnost budou mít použité aplikace?

Plan, Implement and Verify a Local Network Build a virtual model of their small home or small business network Vytvořte si pomyslný model zamýšlené malé domácí nebo firemní sítě

Plan, Implement and Verify a Local Network Multifunction devices and how they are used in the network Jedno zařízení obsahuje bezdrátový Access Point směrovač přepínač Jednotlivé části jsou propojeny uvnitř a jsou neoddělitelné. Při poruše jedné části nelze oddělit a opravit nebo vyměnit jen porouchanou část. V tomto obrázku by mohl na směrovači být ještě internetový port, o kterém je řeč na následujícím snímku.

Plan, Implement and Verify a Local Network Connect and properly document the network installation Porty přepínače: Všechna zařízení připojená sem musí patřit do stejné sítě (jiné než internetový port). Internetový port: Připojený k jinému portu směrovače než přepínač. Slouží k připojení jiné sítě, např. Internetu.

Summary Information networks carry data using hosts as clients, servers, or both. All computer communication involves a source, destination, and channel. Rules called protocols govern computer communications. Larger networks are divided into smaller, more manageable ones using a layered hierarchical design. Each network host needs both a physical MAC address and a logical IP address. Good network design requires a network plan. Informační sítě přenášejí data. Přitom používají účastníky jako klienty, servery, nebo obojí. Každá počítačová komunikace zahrnuje zdroj, cíl, kanál. Počítačová komunikace se řídí pravidly zvanými protokoly. Rozsáhlejší sítě se dělí na menší, lépe zvládnutelné celky. Přitom se užívá struktura hierarchických (nadřízených – podřízených) vrstev. Každý účastník na síti musí mít jak fyzickou MAC adresu, tak logickou IP adresu. Dobrý návrh sítě musí vycházet z plánu sítě.