Bezpečnostní technologie I Principy počítačových sítí – terminologie, média Josef Kaderka Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Projekt: Vzdělávání pro bezpečnostní systém státu (reg. č.: CZ.1.01/2.2.00/15.0070)

Sítě a standardy V (telefonní a telegrafní) minulosti Dnes snaha o Velmi exaktní a precizní metody návrhů standardů dlouhý vývoj a následná neměnnost (což tehdy nevadilo) značná cena vysoká univerzálnost … Dnes snaha o co nejnižší náklady, tj. o rychlé nasazení (a možnost opuštění) Hlavní standardizační instituce IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) IETF (Internet Engineering Task Force) … ISO

Historie a dělení Historie Telefonní systémy – vznik teorie přenosu informace (kanál, šum) Dálnopisné systémy – přenos znaků, kódovaných pomocí 5 bitů, typická rychlost 50 Bd (~ 50 b/s) Dělení počítačových sítí (řada kritérií, např.:) Podle způsobu předávání dat (datových bloků) Komutace kanálů (okruhů; Circuit Switching) Komutace zpráv (paketů; Packet Switching) Podle dosahu/pokrytí Lokální / globální (LAN / WAN – Local/Wide Area Network) Podle topologie Sběrnice / kruh / hvězda

Síť ARPANET, 1971

Síť ARPANET, 1977

Síť CESNET2, 2012

Základní terminologie Zkratky typů sítí, rozlehlost sítí PAN - Personal area network LAN - Local area network CAN - Campus area network MAN - Metropolitan area network WAN - Wide area network GAN - Global area network VLAN - Virtual LAN WLAN - Wireless LAN VPN - Virtual private network

WAN vs. LAN Wide Area Network (WAN – rozlehlé, globální) neomezené vzdálenosti rychlost dříve nižší, nyní spíše vyšší Local Area Network (LAN – lokální) omezené vzdálenosti rychlost dříve vyšší, nyní spíše nižší (?)

Základní terminologie Simplex, poloduplex a (plný) duplex Simplexní přenos Data jsou přenášená jen jedním směrem - optická vlákna (rovněž rozhlasové a televizní vysílání) Poloduplexní přenos Data jsou přenášena oběma směry, avšak v daném okamžiku jen jedním směrem (nikoliv současně) – u Ethernetu do rychlosti 1 Gb/s (Plně) duplexní přenos Data jsou přenášena oběma směry současně - u Ethernetu 10 Gb/s výhradně (níže variantně)

Varianty dělení počítačových sítí Sítě s přepojováním okruhů: rezervované spoje mezi dvěma počítači po celou dobu spojení máme volný kanál nevýhodou je blokování celého kanálu některé sítě s radiovým spojením a ISDN Sítě s přepojováním paketů: pakety se posílají z uzlu na uzel, když je volný kanál Internet a navzájem propojené lokální sítě

Přenosová média Fyzická média, kterými jsou přenášena data, hlasový signál nebo jiný typ signálu ke svému cíli Mezi nejběžnější přenosová média patří: elektrické vodiče (obvykle měděné): koaxiální kabel (silný, tenký) kroucená dvojlinka optická vlákna vzduch (bezdrátový přenos)

Přenosová média - parametry Útlum snížení intenzity signálu na médiu se vzdáleností udává se v dB (decibel) na délku média (100 m, 1 km) lze vypočítat dle vztahů: D = 20 x log10 (U2/U1) D = 10 x log10 (P2/P1) - 6dB (- 3dB) značí 50% útlum napětí (výkonu)

Vodivé opletení (stínění) často doplněné hliníkovou fólií Koaxiální kabel Plášť (vnější izolace) Vodivé opletení (stínění) často doplněné hliníkovou fólií Vnitřní vodič Dielektrikum (izolace)

Kroucená dvojlinka Vlastnosti kroucené dvojlinky: Označovaná též jako twisted pair - TP Může přenášet data s rychlostí až > 10 Gb/s Dva vodiče jsou vždy vzájemně kolem sebe stočeny (minimalizace přeslechu, EMI a ztrát způsobených parazitními parametry (kapacita a indukčnost, snaha uchovávat elektrický náboj) Signál je přenášen jako rozdíl napětí mezi těmito dvěma vodiči (způsobuje menší náchylnost k rušení a útlumu)

Kroucená dvojlinka Eliminace elektrického a magnetického pole

Kroucená dvojlinka Vyrábí se ve třech základních variantách: STP (Shielded Twisted Pair) – každý pár stíněný ScTP (Screened TP) - částečně stíněná (celek) UTP (Unshielded TP) - nestíněná Skládá se z následujících částí: vodiče signálové vodiče, které jsou vždy v párech vzájemně kolem sebe obtočeny jsou obvykle vyrobeny z mědi mohou být plné (drát) nebo splétané (licna)

Kroucená dvojlinka Počet párů je různý (2, 4, 6, 8, 25, 50, 100) pro síťové aplikace nejčastěji 4 páry 10 a 100 Mb/s obvykle užívány jen 2 páry 1 a 10 Gb/s všechny 4 páry současně oběma směry Stínění (pouze u STP) fóliové stínění kolem každého páru vodičů splétané (fóliové) stínění kolem všech párů Plášť vnější kryt vyrobený z PVC (nonplenum) nebo (pro náročná prostředí) z teflonu (plenum)

Kroucená dvojlinka Impedance je u všech typů 100 ± 15 W Výhody kroucené dvojlinky: snadné připojování jednotlivých zařízení možno využít i pro telefonní (popř. jiné) rozvody STP má velmi dobrou ochranu proti EMI snadná instalace nízká cena

Kroucená dvojlinka Kategorie kroucených dvojlinek: Kategorie (Level) 1 - přenos hlasu Kategorie (Level) 2 - data do 4 Mb/s Kategorie (Level) 3 - data do 10 Mb/s, Ethernet Kategorie (Level) 4 - data do 20 Mb/s, Token Ring Kategorie (Level) 5 - data do 100 (155) Mb/s, Fast Ethernet, ATM 155 Kategorie (Level) 5e - data do 1 Gb/s (test. 100 MHz), Ethernet Kategorie (Level) 6 - data do 10 Gb/s (test. 200 MHz), Ethernet Kategorie (Level) 7 - data do 10 Gb/s, Ethernet

Kroucená dvojlinka Kabel UTP (Cat 5)

Kroucená dvojlinka Kabel STP (Cat 7)

Typická zapojení vodičů Číslo pinu a barva vodiče T568 A (křížený) T568 B (přímý) 1X zelená-bílá oranžová-bílá 2X zelená oranžová 3X 4 modrá 5 modrá-bílá 6X 7 hnědá-bílá 8 hnědá

Optický přenos Optický signál viditelná část spektra (obv. červená barva) neviditelná část spektra (infračervená) Vysílač převádí elektrický signál na optický, zdrojem optického signálu je: LASER LED (Light Emitting Diode) Přijímač PIN fotodioda Optické vlákno Elektrický signál Elektrický signál LASER LED PIN fotodioda

Optický kabel Optický kabel: optický kabel se skládá z optických vláken, která přenáší informace liší se ve svých rozměrech, složení a také vlnových délkách světla, které mohou přenášet přenosy nejsou náchylné na EMI světelný signál podléhá pouze minimálnímu odporu Ţ malý útlum optické kabely mohou být použity pro přenos na velkou vzdálenost - cca 100km bez nutnosti regenerace signálu

Optický kabel – složení vlákna Jádro sklo průměr 5-9 μm (monovidové-singlemódové vlákno) nebo 50 či 62,5 μm (multimódovévlákno). konstantní nebo od středu proměnlivá (gradientní vlákno) hodnota indexu lomu Plášť sklo o jiném indexu lomu nežli má jádro průměr 125 μm Ochranné a výztužné prvky

Typy optických vláken 62,5/125 step index multimode 62,5/125 graded index multimode 9/125 step index singlemode obal plášť světlovodu jádro

Řez optickým kabelem plastová výztuha ochranný obal svazek vláken optické vlákno dělící vrstva výplňový materiál

Optický kabel se 60 vlákny Otázka – kdepak jsou ta vlákna  ?

Kolem sítí lze potkat leccos 