1  Networking for Home and Small Businesses

Objectives  Concept of networking  Benefits of networks  Communication protocols  Communication in an Ethernet network

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

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 síť s rovnocennými uzly

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

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

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 Velikost zprávy Zabalení Formát zprávy Zakódování Struktura zprávy

Communication Protocols  Messages have size restrictions depending on the channel used

Communication Protocols  Standard message patterns in relation to human communication Unicast – pro jednoho Multicast – pro několik Broadcast – pro všechny

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

Communication Protocols Human communications:  messages  unit sizes  timing  encapsulation  encoding  standard message patterns Také používáme „protokoly“, abychom si vzájemně rozuměli: Píšeme, říkáme zprávy. Ty zprávy mají nějaké rozměry (např. dopisy nebo SMS). 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). Zprávu můžeme napsat tajným písmem, aby jí rozuměl jen adresát.

Communication Across a Local Ethernet Network  Devices on a local network must share common protocols Počítače v lokální síti musí používat společné protokoly, aby si rozuměly. Komunikace musí mít pravidla. Jazykem uvnitř LAN je Ethernet.

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

 Hierarchical design in an Ethernet Network Hierarchický => jsou tam podřízení a nadřízení 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

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

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

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.

 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

 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. Naučená jména si píše do 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. Source Destination 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 ? ee.ee.ee Broadcast je zpráva, ve které cílová MAC adresa se skládá ze samých jedniček. Hexadecimální podoba tedy je ff.ff.ff.ff.ff.ff. Všichni účastníci kromě H7 si broadcast přečtou, a protože nemají IP adresu , nereagují na něj. Jen H7 odpoví: Já. A moje MAC adresa je ee.ee.ee 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. Access Layer Devices and Communication Methods

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 Funkce směrovačů v distribuční vrstvě: 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. 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 Přepínač posílá rámce (frames) podle MAC adres. Nechává rámec nerozbalený, nemění jeho obsah. 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.

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 ? aa.aa.aa H3 odpoví: Já, a moje MAC adresa je aa.aa.aa H1 zabalí paket s IP adresami do rámce s MAC adresami a pošle ho. Nepotřebuje k tomu směrovač ani Default Gateway.

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 aa.aa.aa 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 H36

Distribution Layer Devices and Communication Methods  Local Area Network (LAN) with a Single Local Network Všichni účastníci patří do jediné sítě 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. s jedinou

Distribution Layer Devices and Communication Methods  Local Area Network (LAN) with Multiple Local Networks Účastníci jsou rozděleni do tří sítí: , , 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. s více

Distribution Layer Devices and Communication Methods  „Single Local Network” and “Multiple Local Networks” to samé, ale tady je navíc směrovač

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).

Plan, Implement and Verify a Local Network  Plan and document the building of a small home or small business Ethernet network Naplánujte a dokumentujte výstavbu malé domácí nebo firemní Ethernet sítě 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  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 Internetový port: Připojený k jinému portu směrovače než přepínač. Slouží k připojení jiné sítě, např. Internetu. Porty přepínače: Všechna zařízení připojená sem musí patřit do stejné sítě (jiné než internetový port).

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.