PV183 – Technologie počítačových sítí RNDr. Jaroslav PELIKÁN, Ph.D. katedra počítačových systémů a komunikací Fakulta informatiky Masarykovy univerzity Botanická 68a, 602 00 BRNO Kanc.: A209, : +420 – 549 495 751 E-mail: pelikan@fi.muni.cz http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan

Osnova (1) Počítačové sítě: Topologie počítačových sítí základní pojmy komponenty lokálních počítačových sítí rozdělení počítačových sítí Topologie počítačových sítí Přenosová média používaná v počítačových sítích: koaxiální kabel kroucená dvojlinka optický kabel 14/04/2017

Osnova (2) Přístupové metody: Architektury počítačových sítí: deterministické (centralizované, decentralizované) pravděpodobnostní Architektury počítačových sítí: Token-Ring Ethernet (10Base2, 10Base5, 10BaseT, …) Fast Ethernet (100BaseT, 100BaseVG) Gigabit Ethernet (1000BaseX, 1000BaseT) 10 Gigabit Ethernet 14/04/2017

Osnova (3) Bezdrátové lokální počítačové sítě (WLAN): FDDI ATM topologie pro WLAN rozdělení bezdrátových počítačových sítí: IR WLAN narrowband WLAN WLAN s rozprostřeným spektrem: FHSS DSSS Wireless Ethernet (IEEE 802.11x), Bluetooth 14/04/2017

Osnova (4) Hierarchie digitálních signálů Síť SONET/SDH Standard ISDN: ISDN kanály rozhraní uživatele v sítích ISDN zařízení pro ISDN ISDN referenční body Technologie DSL: asymetrické symetrické 14/04/2017

Osnova (5) Virtuální lokální sítě – VLAN Referenční model OSI: vrstvy referenčního modelu OSI a jejich funkce protokoly pracující na jednotlivých vrstvách Sítě pracující s protokolovou sadou TCP/IP: IP adresa rozdělení IP adres adresa v doménovém tvaru 14/04/2017

Osnova (6) Propojování počítačových sítí: protokol IPv4 protokoly ARP a RARP protokol TCP protokol UDP Propojování počítačových sítí: repeater bridge router gateway 14/04/2017

Osnova (7) Směrování informací pomocí IP protokolu: Protokol IPv6 směrovací tabulka tvorba (nastavování) směrovacích tabulek Protokol IPv6 Zkouška 14/04/2017

Literatura Stallings, William: Local & Metropolitan Area Networks, Prentice Hall 2000 Velte, Toby – Velte, Anthony: Síťové technologie CISCO, Computer Press 2003 Thomas, Robert M.: Lokální počítačové sítě, Praha: Computer Press 1996 Sheldon, Tom: Encyclopedia of Networking & Telecommunications, McGraw-Hill 2001 Feibel, Werner: Encyklopedie počítačových sítí, Praha: Computer Press 1996 14/04/2017

Počítačová síť – Network Síť tvořená vzájemně propojenými počítači Jednotlivé počítače se označují jako stanice (workstations), popř. uzly (nodes) Propojení počítačů je realizováno pomocí: přenosového média síťové karty (NIC – Network Interface Card) Umožňuje přenos dat mezi počítači a posky-tování síťových služeb (sdílení diskových kapacit, tisk na tiskárnách apod.) 14/04/2017

Základní pojmy (1) Server: v obecném případě představuje entitu, která poskytuje nějaký druh síťové služby může se jednat o hardware i software hardware: počítač zapojený do počítačové sítě, který poskytuje své služby ostatním počítačům – pracovním stanicím např.: diskové kapacity, výpočetní kapacity, operační paměť, organizuje tisk na tiskárnách apod. 14/04/2017

Základní pojmy (2) podle služeb, které poskytuje, je možné rozlišit některé základní typy serverů: souborový (file server): řídí přístup k souborovým a disko-vým zdrojům na síti, zajišťuje bezpečnost (přístupová práva) a synchronizaci (zamykání souborů) sítě tiskový (print server): poskytuje přístup k síťovým tiskár-nám. Provozuje programy nutné pro vytváření a řízení tiskových font aplikační (application server): provozuje aplikace určené pro pracovní stanice. Na pracovní stanici běží tzv. klientské aplikace vyžadující přenos datových souborů ze/na server(u) 14/04/2017

Základní pojmy (3) software: komunikační (communication server): poskytuje přístup k modemům (modem server), telefonním linkám, propoju-je dvě a více sítí databázový (database server): poskytuje přístup k databá-zovým záznamům pro programy běžící na jiných počítačích většinou je vyžadováno, aby server disponoval kvalitním a výkonným technickým vybavením software: program pracující na nějakém počítači, který zpros-tředkovává určité síťové služby např.: DNS (Domain Name Server), FTP server, WWW server, mail server 14/04/2017

Základní pojmy (4) Dedicated server (vyhrazený server): server sloužící pouze pro správu sítě nemůže být využíván jako pracovní stanice Non-dedicated server (nevyhrazený server): server, který může sloužit zároveň pro správu sítě i jako pracovní stanice nedoporučuje se pro větší sítě 14/04/2017

Základní pojmy (5) Client (workstation, pracovní stanice): počítač zapojený v počítačové sítí sloužící k práci uživatele jeho prostřednictvím jsou uživateli dostupné služby počítačové sítě pojem client rovněž může značit aplikaci, která vytváří požadavky na další aplikace, služby, informace, nebo na přístup k prostředkům 14/04/2017

Základní pojmy (6) Administrátor (supervisor) – správce sítě: člověk zodpovědný za chod sítě má v síti neomezená práva Síťový protokol: množina pravidel v síťové komunikaci, která určuje, jak spolu počítače komunikují smluvená množina dat, kterou je schopen jak odesílatel, tak příjemce zpracovat 14/04/2017

Základní pojmy (7) Packet (paket): skupina bitů s pevně definovaným formátem jsou jimi přenášeny informace v síti zpravidla obsahuje: adresu odesílatele adresu příjemce pořadové číslo délku přenášená data kontrolní informace 14/04/2017

Základní pojmy (8) Síťová karta (síťový adaptér): karta umožňující připojení počítače do počíta-čové sítě určuje, do jakého typu sítě může být počítač připojen: Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) Token-Ring ARCnet ATM (Asynchronous Transfer Mode) 14/04/2017

Základní pojmy (9) bývá vybavena konektory pro připojení přeno-sového média: BNC: pro tenký koaxiální kabel Canon (AUI): pro silný koaxiální kabel RJ-45: pro kroucenou dvojlinku 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (1) Podle rozsahu: LAN (Local Area Network): rozsah cca do 1 km většinou síť v rámci jedné organizace obsahuje řádově desítky až stovky počítačů spravovaná jedním administrátorem či skupinou vzájemně spolupracujících administrátorů příklad: počítačová síť ve škole 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (2) MAN (Metropolitan Area Network): rozsah cca do 160 km používá zpravidla přenosové rychlosti nad 100 Mb/s WAN (Wide Area Network): sítě velkého rozsahu (stovky, tisíce km) spojuje jednotlivé LAN, MAN, ... obsahuje tisíce počítačů spravovaná na sobě nezávislými skupinami administrátorů příklad: Internet 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (3) Podle přístupu počítače do sítě: peer-to-peer: vhodné pro sítě s menším počtem počítačů (do 10) žádný počítač není stále server a žádný počítač není stále client každý počítač může být v jistém okamžiku serverem i clientem podporovány OS MS-Windows 3.11 (9x, Me, NT, 2000, XP, Vista, 7), Lantastic, NetWare Lite 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (4) Client-Server: pevně je určeno, které počítače jsou servery a které jsou pracovní stanice vhodné pro sítě s větším počtem počítačů (nad 10) podporovány OS MS-Windows NT (2000, XP, Vista, 7), Novell NetWare, UNIX 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (5) Podle rychlosti přenosu dat: do 256 kb/s: první sítě s počítači Apple MacIntosh do 10 Mb/s: sítě pro kancelářské aplikace Ethernet, ARCnet, Token-Ring do 100 Mb/s: průmyslové aplikce Fast Ethernet (100 Mb/s) nad 100 Mb/s: Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet (1, 10 Gb/s) ATM (155,52 Mb/s až 2,488 Gb/s) 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (6) Komunikace mezi počítači: přepojování okruhů (circuit switching): spočívá ve vytvoření fyzického datového spoje mezi účastnickými počítači nebo uživateli terminálu vytvoří se cesta mezi koncovými uzly na celou dobu spojení data mezi dvěma počítači se přenášejí v celku v okamžiku přenosu dat nemůže k síti přistoupit nikdo třetí vhodné pro telefonní linky příklad: protokol UUCP 14/04/2017

Rozdělení počítačových sítí (7) přepínání packetů (packet switching): data se přenášejí v malých blocích – packetech je možné, aby několik packetů cestovalo ke svému cíli souběžně vyslané packety nemusí používat stejnou datovou cestu a nemusí dorazit k cíli v pořadí, ve kterém byly vyslány v době přenosu mezi dvěma počítači mohou k síti přistupovat jiní uživatelé 14/04/2017

Režimy komunikace Simplex: přenos informací může probíhat pouze v jednom směru (vysílač  přijímač) Half Duplex (HDX): přenos informací může probíhat obecně v obou směrech, ale nikoliv zároveň. V jednom okamžiku se mohou informace přenášet pouze jedním směrem. Full Duplex (FDX): přenos informací může probíhat v obou směrech zároveň 14/04/2017

Topologie sítí Fyzická: Logická: je dána způsobem fyzického propojení všech komponent sítě (pracovních stanic, serverů a speciálních komunikačních zařízení) definuje kabelové rozložení sítě Logická: definuje logické rozložení sítě specifikuje, jakým způsobem mezi sebou komu-nikují prvky v síti, a jak se přenášejí informace nemusí být shodná s fyzickou topologií 14/04/2017

Topologie sběrnice (1) # # # # # Terminátor 14/04/2017

Topologie sběrnice (2) Všechny komponenty (uzly) jsou připojeny na jedno společné médium – sběrnici Každá stanice má přímý přístup ke sběrnici (tzn. nikoliv přes jinou stanici) Připojení stanice je realizováno pomocí odboček, což umožňuje snadné připojování (odpojování) stanice k (od) síti (sítě), aniž by byla ovlivněna správná činnost sběrnice 14/04/2017

Topologie sběrnice (3) Zpráva vyslaná z daného uzlu se šíří ke koncovým uzlům sběrnice Výpadek stanice neohrozí funkci sítě Přerušení sběrnice způsobí výpadek sítě Je nutné zakončit oba konce sítě zakončova-cími odpory – terminátory. Tyto odpory provádí impedanční přizpůsobení, čímž se eliminují nežádoucí odrazy signálu na koncích vedení (sběrnice). 14/04/2017

Topologie sběrnice (4) Jednoduchá – neobsahuje aktivní prvky Levná Není příliš spolehlivá Typickým příkladem je síť Ethernet budo-vaná pomocí tenkého koaxiálního kabelu 14/04/2017

Topologie kruh (1) # # # # # 14/04/2017

Topologie kruh (2) Každý počítač je propojen přímo s následu-jícím a s předchozím počítačem Kabelové linky jsou většinou uspořádány tak, že po jedné lince počítač signál posílá a po druhé přijímá Data se tímto způsobem pohybují v kruhu od odesílatele postupně přes všechny nás-ledníky až k příjemci 14/04/2017

Topologie kruh (3) Každý počítač je připojen k síti aktivně – přijatá data určená jinému převezme a pošle dál. Při tom rovněž dochází k elektrické i lo-gické regeneraci signálu. Narozdíl od sběrnicové topologie (s obou-směrným šířením signálu), existuje v kruho-vé síti řízený jednosměrný tok dat Výpadek libovolné stanice způsobí (u klasic-ké kruhové sítě) havárii celé sítě 14/04/2017

Topologie kruh (4) Klasická forma této sítě se příliš často v pra-xi nepoužívá, ale používají se speciální tech-niky kabelového propojení, které zabrání výpadku sítě při poruše (nebo odpojení) kterékoliv ze síťových stanic nebo při přeru-šení kabelu (Star-Wired Ring) Zprávy od vysílající stanice prochází postup-ně k nejbližšímu sousedu (směr je dán způso-bem propojení) v kruhu, dokud nedorazí k adresované stanici 14/04/2017

Topologie kruh (5) Zprávy je nutné ze sítě odstraňovat, aby neobíhaly do nekonečna (provádí přijímač, vysílač nebo monitorovací stanice) Řízení přístupu k médiu bývá realizováno postupným předáváním speciální zprávy – token (pešek), jejíž příjemce získá právo vysílat 14/04/2017

Topologie hvězda (1) # # # # # # 14/04/2017

Topologie hvězda (2) Jedna ze stanic je středem sítě (tzv. centrál-ní uzel) a ostatní jsou k ní paralelně připo-jeny Veškerá komunikace pak probíhá přes tento centrální uzel (řídící stanice, hub) Jedná se o nejstarší topologii počítačových sítí (používala se pro připojování terminálů k centrálnímu počítači) 14/04/2017

Topologie hvězda (3) Vysoké náklady vzhledem k drahému řídící-mu počítači, který je nutné pořizovat s vel-kou technickou rezervou Výpadek stanice ani kabelu neohrozí funkci sítě Vypadne-li centrální stanice, havaruje celá síť Neumožňuje efektivně zapojit více rovno-právných serverů 14/04/2017

Topologie hvězda (4) U dnešních LAN se častěji používá v roli centrálního uzlu některý druh propojovací-ho zařízení (např. rozbočovač – hub nebo přepínač – switch) a koncové uzly jsou tvořeny pracovními stanicemi a servery Je-li uprostřed hub, je signál vysílaný kterýmkoliv počítačem šířen po celé síti (podobně jako u sběrnice) 14/04/2017

# # # # # # # # # # # # # # Topologie strom (1) Terminátor Terminátor Head End # # # # Terminátor 14/04/2017

Topologie strom (2) Jedná se o rozvinutí principů sběrnicové topologie (distribuovaná sběrnice) Jejím středem je řídící počítač označovaný jako kořen Pro přenos zpráv se využívají většinou u každé stanice dva kanály: pro přenos od kořene k dané stanici pro přenos od stanice ke kořeni 14/04/2017

Topologie strom (3) Komunikace je vedena vždy přes kořen Pokud dojde k havárii kořene, znamená to výpadek celé sítě Podobně výpadek uzlu způsobí výpadek celého podstromu sítě Snadno rozšiřitelná (přidání další větve) Tento typ slouží např. pro poskytování slu-žeb kabelové televize 14/04/2017

Topologie úplná síť (1) # # # # 14/04/2017

Topologie úplná síť (2) Speciální případ topologie mesh (vícecestná topologie) Každá stanice je propojena se všemi ostatní-mi stanicemi Vyžaduje velký počet kabelů Vykazuje velkou spolehlivost Špatně rozšiřitelná Málo používaná 14/04/2017

Topologie páteřní – backbone (1) # # # # # # Backbone (páteř) # # # # # # # # # # # 14/04/2017

Topologie páteřní – backbone (2) Jako nosný systém používá síť s vysokou rychlostí přenosu, na níž jsou připojeny jednotlivé LAN (s libovolnou topologií) Používaná zejména pro WAN Spojuje jednotlivé sítě LAN 14/04/2017

Topologie páteřní – backbone (3) Pokud probíhá komunikace uvnitř některé LAN neprobíhá komunikace přes páteř Backbone se dostane ke slovu až v okam-žiku, kdy je nutné uskutečnit datový přenos z jedné sítě LAN do druhé 14/04/2017

Topologie backbone bridge Síť A # # # Bridge 2 Síť B # # # Bridge 3 Síť C # # # Spojuje každou dvojici sítí přímo pomocí mostu 14/04/2017

Topologie cascaded bridge # # # # # # Síť A Síť C Bridge 1 Bridge 2 # # # Síť B Pro přenos dat z jedné sítě do druhé může být nutné využít mezilehlou síť 14/04/2017

Topologie distributed star # # # # # Hub 1 Hub 2 # # # # Tvořena dvěma a více propojenými huby, z nichž každý tvoří centrální uzel hvězdy 14/04/2017

Logické topologie Sběrnice: informace je vždy zasílána všem uzlům. Jednotlivé uzly obdrží každou infor-maci v přibližně stejný okamžik. Kruh: informace je zasílána sekvenčně, podle předem daného pořadí, z jednoho uzlu na uzel následující 14/04/2017