Úvod do počítačových sítí přednáška 2

1. Úvod do počítačových sítípřednáška 2

2. Obsah přednášky • Referenční model OSI • Architektura TCP/IP • Síťové protokoly • Adresace v síti Internet

3. Referenční model ISO/OSI – vznik 70. léta – první rozlehlé sítě, každý větší výrobce počítačů měl vlastní koncepci sítě, vzájemně různé sítě komunikovaly obtížně  potřeba jednotného standardu pro vzájemné propojování počítačových systémů různých typů a koncepcí, pocházejících od různých výrobců.

4. Referenční model ISO/OSI – vznik • Organizace ISO (International Standards Organization) vypracovala standard OSI (Open Systems Interconnection). Jdeo pravidla používaná všemi systémy, které chtějí vzájemně komunikovat. • Standard ISO/OSI byl zaveden, abychom mohli používat různé síťové technologie a operační systémy. • Děje probíhající v počítačových sítích jsou zde popsány a seřazeny do navazujících sekvencí v 7 úrovních (vrstvách).

5. „Pravidla hry“ ve vrstevnatém modelu • v rámci 1 počítače: • komunikace probíhá pouze mezi sousedními vrstvami (směrem nahoru i dolů) • má formu poskytování služeb (nižší vrstva poskytuje služby vyšší vrstvě) a vyžívání služeb (vyšší vrstva využívá služeb nižší vrstvy) • vrstvy si předávají své požadavky ve formě různých datových jednotek (datagramy, rámce, pakety, …)

6. „Pravidla hry“ ve vrstevnatém modelu • mezi komunikujícími počítači: • navzájem spolu komunikují stejné vrstvy obou počítačů • souhrn pravidel takové komunikace se nazývá komunikační protokol

7. aplikační aplikační prezentační prezentační relační relační transportní transportní síťová síťová linková linková fyzická fyzická Vrstvy OSI • Každá vrstva vytváří rozhraní s nadřazenou a podřazenou vrstvou (zde přebírá a předává data) 10010110111001110100100

8. Vrstvy OSI • Fyzická vrstva • zabezpečuje pouhý přenos signálu po přenosovém médiu (proud bitů) • obsahuje technické standardy přenosových prostředků • Linková vrstva • využívá fyzickou vrstvu pro přenos větších bloků dat – rámců (frames) • příklad – rámec Ethernet 802.2:

9. Vrstvy OSI • Síťová vrstva • zajišťuje adresaci a směrování dat mezi komunikujícími účastníky • směrování znamená: • nalezení vhodné cesty • zajištění správného předávání dat po této cestě • od transportní vrstvy dostává data a adresu příjemce • pro každý samostatný bok dat rozhoduje o směru odeslání

10. Vrstvy OSI • Transportní vrstva • zajišťuje spojení mezi vstupními body komunikujících subsystémů • může vyšším vrstvám zajistit kvalitnější přenosové služby, než vrstva síťová • může odstínit uživatele od konkrétní přenosové technologie a jejích nedokonalostí • může změnit nespojovaný charakter přenosové služby na spojovaný

11. Vrstvy OSI • Relační vrstva • řídí tok dat mezi aplikačními procesy, zabývá se např. synchronizací • Prezentační vrstva • převádí data do standardních formátů • provádí kompresi a dekompresi • Aplikační vrstva • obsahuje aplikační programy pro síťové služby • obsahuje systémové programy vyžadující síťové procesy • http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Rm-osi_parallel_cs.svg

12. Vrstvy architektury TCP/IP • Sítě typu Internet používající TCP/IP pracující podle 4vrstvého modelu • vrstva síťového rozhraní • sdružuje fyzickou a linkovou vrstvu z OSI modelu • přímé vysílání a příjem paketů • vrstva síťová • poskytuje rychlou nespolehlivou nespojovanou přenosovou služby • zde pracuje protokol IP

13. Vrstvy architektury TCP/IP • vrstva transportní • zde pracuje protokol TCP pro spolehlivé spojení a UDP pro nespolehlivé • vrstva aplikační • sdružuje aplikační, presentační a relační vrstvu z OSI modelu • aplikační programy zde pracující si musí případné služby prezentační a relační vrstvy obstarávat samy.

15. Síťové protokoly • jde o sadu dojednaných pravidel, kterými se komunikující systémy řídí • každé vrstvě přísluší jeden či více protokolů • dva systémy komunikují prostřednictvím protokolů v každé z vrstev • ty komunikují se stejnými protokoly partnerského komunikujícího systému • byly ustaveny, aby minimalizovaly problémy plynoucí z odlišností jednotlivých síťových systémů

16. Síťové protokoly • dalším úkolem protokolů je zajistit ve své vrstvě adresaci • symbolická adresa (např. akela.mendelu.cz) • IP adresa – v síťové vrstvě pro směrování dat • HW adresa (MAC adresa) – adresa síťového adaptéru (linková vrstva) • transportní vrstva adresuje uvnitř systému (čísla portů)

17. Protokoly ze sady TCP/IP • Protokoly vrstvysíťového rozhraní • z protokolů pro LAN jsou to např. Ethernet nebo FDDI – dány příslušnou technologií

18. Protokoly ze sady TCP/IP • Protokoly síťové vrstvy • ARP – přiřazuje HW adresu známé IP adrese • RARP – přiřazuje IP adresu známé HW adrese • IP – realizuje nespojovanou (nepotvrzovanou) službu směrování dat podle IP adresy

19. Protokoly ze sady TCP/IP • Transportní vrstva • UDP – poskytuje nespojovanou (ale rychlou) službu pro přenos dat mezi dvěma komunikujícími systémy • TCP – vytváří dvoucestné spojení mezi dvěma systémy, čímž zajistí potvrzovaný přenos dat. Využívají jej ty protokoly aplikační vrstvy, které upřednostňují spolehlivost před rychlostí.

20. Protokoly ze sady TCP/IP • Aplikační vrstva • TELNET – vytváří virtuální terminál pro interaktivní přístup ke vzdáleným počítačům • FTP – umožňuje přenos souborů po síti a některé operace nad vzdáleným souborovým systémem • DNS – provádí převod doménových jmen strojů (symbolických adres) do IP adres a naopak • SMTP – zajišťuje elektronickou poštu • protokoly umožňující přístup k distribuovaným informačním systémům: HTTP, NNTP

21. Adresy v síti Internet • IP adresa protokolu IPv4 (IP verze 4) • IP = Internet Protokol • 32bitové číslo, které vlastní každá komunikující entita v síti (každá jiné číslo) • Uváděna ve formátu čtyř 8bitových čísel (0–255) oddělených tečkou • Každá IP adresa obsahuje prostor pro adresaci sítě i prostor pro adresaci stroje

22. IP adresa protokolu IPv4 • Adresace v Internetu – IP adresy tříd A, B, C, D a E: • Třída A (S.U.U.U) • první číslo je 1–126 • 24 bitů pro adresaci stroje (uzlu) • největší sítě (max. 126 takových sítí) • Třída B (S.S.U.U) • první číslo 128–191 • 16 bitů pro adresaci stroje

23. IP adresa protokolu IPv4 • Třída C (S.S.S.U) • pro nejmenší sítě • začíná číslem 192–223 • maximální počet strojů v síti 253 • Třída D (223–239) – pro multicast • Třída E (240–255) – rezerva • Každá IP adresa je unikátní • Rozdělení IP adresy na část pro adresaci sítě a část pro adresaci stroje je dnes již variabilní, např. 192.168.24.0/21 znamená, že tato adresa používá 21 bitů pro adresaci sítě a zbytek pro stroje v síti.

24. IP adresa protokolu IPv4 • U adres strojů se nepoužívá 0 (sloužík identifikaci sítě), ani 255 (slouží k hromadné adresaci) • 147.251.0.0 je adresa sítě typu B, 147.251.255.255 je adresa všech jejích strojů

25. IP adresa protokolu IPv6 • 128bitové číslo ve formě osmi 16bitových polí, oddělovač „:“, např. 2001:0718:1c01:0016:0214:22ff:fec9:0ca5 Protokol IPv6 (IP verze 6) • rozšíření adresového prostoru, automatická konfigurace uzlů, zabudované bezpečnostní procedury (ověřování přístupu, kódování), podpora multimediálních aplikací • http://www.ipv6.cz/

26. Symbolická adresa • Je tvořena doménovým jménem stroje • Je tvořena alfanumerickými řetězci oddělenými tečkami • Její tvar: jm_stroje[.jm_podsítě].jm_lokální_sítě. doména_nejvyšší_úrovně • Příklady: • akela.mendelu.cz • artemis.fi.muni.cz

27. Symbolická adresa • Jméno stroje – přiděluje správce sítě, existuje v rámci lokální sítě (dahlia) • Jméno podsítě – jeho použití závisí na struktuře sítě, nepovinný řetězec • Jméno lokální sítě – povinná položka (mendelu) • Doména nejvyšší úrovně – na úrovni státu nebo organizace (cz)

28. Domény nejvyšší úrovně • Označení státu nebo oboru organizace • Původně: • Typ organizace – dříve pouze v USA, nyní se rozšiřují i jinde edu vzdělávací org nekomerční gov státní správa com komerční mil vojenské net správa sítě • Označení státu –svět kromě USA cz ČR fi Finsko sk Slovensko de SRN • Nyní: všeobecné domény (com,org, net, …) se používají i mimo USA, přibývají další (info, store, web, eu, …)

29. Propojovací zařízení v počítačových sítích

30. Pakety a rámce

31. Pakety, rámce, přenášené bity

32. Opakovač (repeater) • Digitální zesilovač, který si všímá jednotlivých přenášených bitů, ale jeho inteligence již nesahá tak daleko, aby chápal, co tyto bity znamenají • Vůči přenášenému signálu funguje jako „regenerátor“ – utlumený a zkreslený signál, který z jedné strany přijímá, regeneruje (zesílí, znovu správně vytvaruje a tím odstraní vzniklé zkreslení, ....), a znovu vyšle do ostatních kabelových segmentů. • Pracuje na úrovni fyzické vrstvy (ISO/OSI), resp. resp. vrstvy síťového rozhraní (TCP/IP)

33. Opakovač (repeater)

34. Most (bridge) • Hlavním úkolem mostu je propojovat mezi sebou dílčí části jedné a téže lokální sítě. • Typicky jde o sítě budované na koaxiálním kabelu, které mají tudíž sběrnicovou topologii a důvody pro jejich rozdělení na více segmentů jsou spíše technické (například max. možná délka kabelu). • Rozhodování mostu o směru odeslání přijatých dat probíhá na linkové úrovni. Nezná skutečnou topologii sítě, stačí mu informace o tom, ve kterém směru od něj ten který uzel leží. • Pracuje na úrovni linkové vrstvy (ISO/OSI), resp. resp. vrstvy síťového rozhraní (TCP/IP), používá tudíž hardwarové adresy uzlů

35. Směrovač (router) • Směrovač rozhoduje, kterým směrem předá dál přijatý paket. • Pracuje na úrovni síťové vrstvy, používá tudíž IP adresy uzlů. • Oproti mostu nebo přepínači je „inteligentnější“, rozhodování o volbě dalšího směru je podstatně komplikovanější než rozhodování přepínače. Směrovač vychází při svém rozhodování musí brátv úvahu topologii celé soustavy vzájemně propojených sítí (kterou tudíž musí znát).

36. Směrovač (router) • Směrovače nejsou zařízeními typu plug&play, v tom smyslu, že by je bylo možné zapnout a ony budou okamžitě fungovat. Směrovače je nutné na počátku pečlivě nakonfigurovat (udělit jim určité počáteční penzum znalostí, zejménao topologii sítě) s tím, že další potřebné informace a jejich aktualizace směrovače získávají ve vzájemném dialogu s ostatními směrovači v soustavě propojených sítí.