Počítačové sítě

1. 2014, Brno Počítačové sítě Topologie, komunikace, tvorba

2. Počítačová síť Počítačovou sítí chápejme určitý počet (lokálních) vzájemně propojených počítačů Sdílení zdrojů • sdílení periférií (tiskárny) • sdílení hardwarových prostředků (CD, disky) • sdílení programů a dat (síťové – serverové – instalace) • dálková správa počítačů (specializovaný software) • vzájemná komunikace (e-mail, chat, ICQ, atd.) https://www.youtube.com/watch?v=S0iSXruroxQ

3. Nasazení počítačových sítí Komunikace mezi uživateli • posílání dat bez omezení vzdálenosti • sdílení připojení k internetu (e-mail, videokonference) • výměna informací mezi počítači (uživateli) za pomoci dostupných služeb (Google docs, e-drive, my disc, rapidshare, megaupload, ulozto, torrent) Právní aspekty sdílení dat

4. Sítě dle rozhlehlosti LAN (Local Area Network) • lokální počítačová síť • Velmi malá síť (max desítky PC) • jedna budova (blízké budovy) MAN (Metropolitan Area Network) • městská počítačová síť • několik menších LAN sítí navzájem propojených WAN (Wide Area Network) • rozlehlá počítačová síť • Internet www.differencebetween.co.in

5. Topologie počítačových sítí Topologie: Obor matematiky, zabývající se zkoumáním vlastností a vztahů geometrických útvarů, které se zachovávají při oboustranně spojitých, vzájemně jednoznačných zobrazeních. • hvězda (star topology) • kruhová (ring topology) • sběrnicová (bus topology) • páteřová (backbone topology) • stromová (tree topology) • neomezená (unlimited topology) Topologie sítě: Způsob geometrického uspořádání a propojení uzlů sítě.

6. sběrnice (bus topology) Sběrnicová topologie Výhody • nízká pořizovací cena Nevýhody • při poruše obtížné najít závadu • dojede-li na nějakém místě vedení k jeho rozpojení – přestane síť fungovat na všech počítačích • omezený počet uzlů a vzdálenost mezi nimi (max.185 metrů) • pouze pro pomalejší sítě • počítače zapojeny za sebou • nesmí dojít k vytvoření smyčky • Terminátor • koaxiální kabel • rychlost 10 Mbit/s, 100 Mbit/s

7. hvězda (star topology) Topologie hvězda Nevýhody • vyšší pořizovací cena Výhody • strukturovaná kabeláž (při poruše vedení na jednom počítači je síť pro ostatní počítače funkční) • jednotlivé přepínače lze propojit a vytvářet tak rozlehlejší sítě • je možné postavit i pomalejší i rychlé sítě • Sítě typu Ethernet, Token Ring • počítač má přímé spojení s aktivním prvkem • rozbočovač - HUB • strukturovaná kabeláž • Gigabit Ethernet - 1Gbit/s, optické kabely, kroucená dvojlinka

8. kruh (ring topology) páteř (backbone topology) strom (tree topology) neomezená (unlimited topology) Další možné topologie

9. Topologie sítě - WiFi WiFiTechnologie WiFi pracuje v principu jako topologie hvězda s tím, že odpadá kabelové propojení a jednotlivé stanice v síti komunikují s centrálním prvkem pomocí radiových vln. Výhodou je snadná instalace bez nutnosti kabelových rozvodů. Nevýhodou je vysoká cena a nižší přenosová rychlost než při propojení kabelem.

10. Sítě podle architektury • sítě peer-to-peer • rovný s rovným • MS Windows 9x/XP, W7 • malé sítě • data uložena na všech počítačích • problematické zajištění bezpečnosti • sítě klient-server • pracovní stanice • MS Windows 9x/XP, W7 • obslužná stanice server • Windows 9x/XP, W7server • Novell, Linux • server • „nejvýkonnější“ stroj • řízení funkcí sítě • poskytování služeb • správa souborů na sdílených discích a bezpečnost sdílených dat • tiskové služby • zálohování dat • databázové služby • správa uživatelských účtů

11. Propojení sítí - kabely 1. Metalické kabely (nosnou veličinou je elektrické napětí nebo proud, používá se různá modulace a kódování) • 1.a Koaxiální (nesymetrický) kabel • nesymetrický přenos • dobrá odolnost vůči el. mag. rušení • obv. se používají frekvence pod 50 MHz • vysoká vlastní kapacita, poměrně vysoký útlum při vysokých frekvencích • topologie sběrnice nebo dvoubodové spoje • impedance mezi 50 a 100 W

12. Kroucená dvojlinka (STP) Propojení sítí - kabely • 1.b Symetrický kabel • tzv. kroucený pár (twisted pair, TP), kroucená dvojlinka, složený z párů zkroucených vodičů • levnější než koaxiální kabel • obecně horší vlastnosti (ztráty při přenosu vyšších kmitočtů, rušení, přeslechy mezi páry téhož kabelu apod.) • používají se jako stíněné (shielded twisted pair, STP) i nestíněné (unshielded, UTP) • dvoubodové spoje • používají se impedance 150 W (STP) a 100 W (UTP) • nejčastěji v kabelu 4 páry (tzn. celkem 8 drátů) • cat. 1 –cat. 7 – do 600 MHz

13. Parametry metalitických kabelů útlum (attenuation) – udává se útlum na 100 m délky nebo na 1000 ft (304 m), (v dB), důležitá je frekvence, pro kterou je udáván, pro 16 MHz a 100 m: cat. 3: 13,1 dB, cat. 4: 8,9 dB, cat. 5, 5e: 8,2 dB kapacita (capacitance) – pF/ft přeslech na blízkém konci (NEXT – Near End Crosstalk) – poměr úrovní signálů indukovaných v ostatních párech k signálu vysílaného do jednoho z párů, měřeno na stejném konci, do kterého je vysíláno, v dB, závislý na frekvenci pro 16 MHz a 100 m: cat. 3: 23 dB, cat. 4: 38 dB, cat. 5, 5e: 44 dB přeslech na vzdáleném konci (FEXT – Far End Crosstalk) – poměr úrovní signálů indukovaných v ostatních párech k signálu vysílaného do jednoho z párů, měřeno na opačném konci, než do kterého je vysíláno, v dB, závislý na frekvenci • řada dalších parametrů • ohmický odpor, drát/lanko, vnější/vnitřní provedení, samonosnost, nehořlavost, ...

14. Pro je vždy Zajímavá je situace, kdy V tomto případě žádné záření nepřechází do druhého prostředí, nastává tzv. totální odraz (Total Internal Reflection) Kritický úhel (Brewsterův úhel): Propojení sítí - kabely • 2. Optické kabely (světlovody) • na rozhraní dvou prostředí s různým indexem lomu mění světelný paprsek rychlost a směr, část světla je odražena zpět, část vstupuje do druhého prostředí n – index lomu c – rychlost světla ve vakuu v – rychlost světla v konkrétním prostředí

15. Optické kabely • skleněná vlákna, obv. průměr 120 mm, přenos do vzdál. cca 50 km bez potřeby opakovačů • výhody: • menší energetické ztráty při přenosu než u elektrických signálů • větší šířka pásma (tzn. možnost přenosu více kanálů současně) • lehčí a tenčí než elektrické vodiče • prakticky absolutní odolnost proti rušení • nemožnost odposlechu • použití v požárně nebo explozivně nebezpečném prostředí (nevznikají jiskry ani ztrátové teplo, po roztavení izolace nedojde ke zkratu) • nevýhody: • vyšší cena (ovšem surovina je levná – písek) • obtížnější montáž, zejména spojování (vyškolené osoby, speciální drahé zařízení a měřící přistroje) • velmi malá mechanická pevnost (nejsou samonosné)

16. Optické kabely • optické vlákno: • jednovidové (single mode), SM • mnohovidové (multimode), MM • se skokovou změnou indexu lomu (step index) gradientní (graded index) • Značení vláken: 62,5/125 MM (průměr jádra/průměr pláště, multimode, průměry v mm) Vid je druh vlny ve vlnovodu nebo dutinovém rezonátoru, lišící se od jiných rozložením elektromagnetického pole Základní vid je vlna největší vlnové délky vázané rozměry systému.

17. Aktivní prvky počítačových sítí • bridge (most) • oddělení dvou segmentů sítě • router (směrovač) • spojení různých typů sítí • spojování vzdálených lokalit • repeater (opakovač) • prodloužení dosahu kabeláže • data zesílí a odešle je dál • hub (rozbočovač) • přijme data zesílí je a rozešle je všem dalším připojeným počítačům a aktivním prvkům • switch (přepínač) • oddělení segmentů sítě • vícerychlostní • pozná kterému segmentu sítě data patří a jen tam je odešle

18. Připojení k Internetu? • připojení přes poskytovatele ISP (provider) • připojení do jejich sítě k uzlu, který je připojen k internetu • modemové připojení (dial-up) • klasická telefonní linka • 56kb/s (28,8 kb/s, 33kb/s) • platí se za protelefonované impulsy (Internet 2004) • mobilní připojení • GPRS (53,6 kb/s) • CDMA (400 kb/s) • HSCSD (43,2 kb/s) • DSL, ADSL připojení • dvoudrátové vedení (telefon) • neustálé připojení 144kb/s - 1,5Mb/s • video, audio, online hry • ADSL silnější tok k uživateli • ISDN • přenos pomocí digitální telefonní linky (64kb/s, 128kb/s) • okamžité a kvalitní spojení • ISDN modem

19. Připojení k Internetu? • bezdrátové připojení • mikrovlnné spojení • BreezeCOM • přímá viditelnost na vysílač • kabelový internet • rozvody kabelové televize • kabelový modem 64,128, 256kb/s • sdílení kabelu více účastníky • trvalé připojení • satelitní internet • klasický talíř - příjem dat • odesílání jiným způsobem

20. Komunikační protokol TCP/IP • používá se protokol TCP/IP • pokud chci poslat něco nějakému počítači musím znát jeho IP adresu (každý uzel ji musí mít). • čtveřice čísel v rozsahu 0-255 • (194.50.17.173) • uživatel většinou nezná IP adresu, ale použije doménové jméno • popis, jak se počítač jmenuje a „kde“ se nachází • Jak sedoménové jméno převádí na IP adresu??? • pomocí speciálních počítačů (počítače, které mají tabulky jmen) DNS server

21. Rodina protokolů TCP/IP

22. Rodina protokolů TCP/IP • Systém NFS - Network File System (RFC 1813) • transparentní sdílení vzdálených souborů (jako by byly lokální), koncový uživatel nebo aplikace neví o existenci NFS • klient - server, server nabízí svůj lokální souborový systém, klient ho využívá • obvykle začleněno do operačního systému • SMTP - Simple Mail Transfer Protocol (RFC 821, 1870, 1869, port 25) • doručení pošty formou přímého spojení TCP mezi odesílatelem a adresátem • username@mail-domain-name • mail gateway • MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions, RFC 2045, 2231) • přenos zpráv mezi serverem a osobním počítačem: • POP (Post Office Protocol, verze 3 RFC 1939, port 110) - stažení zpráv ze serveru na lokální počítač a odesílání • IMAP (Internet Message Access Protocol, RFC 2060) - manipulace se zprávami, ty zůstávají na serveru

23. Rodina protokolů TCP/IP • FTP - File Transfer Protocol (RFC 959, TCP, port 20/21) • jeden z nejstarších protokolů, počátky v r. 1971 • klient - server • přenos vzdálených souborů na lokální počítač a opačně • interaktivní přístup • specifikace formátu (binary, ASCII, EBCDIC, ...) • řízení přístupu (jméno, heslo, anonymous) • TCP, 2 spojení - řídící (port 21, aktivní trvale) a datové (port 20, jen při přenosu dat) • nepříliš dobře řešená bezpečnost, existuje RFC 2228 (FTP Security Extensions) • TELNET (RFC854, TCP, port 23) • virtuální terminál pro vzdálený přístup • možnost přihlásit se ze vzdáleného počítače pro interaktivní práci na jiném počítači • klient zřídí spojení se serverem a posílá mu jednotlivé znaky (zadané z klávesnice), server je zpracovává jakoby byly napsané na jeho terminálu, vzniklé výstupní znaky pošle klientovi, který je zobrazí • definuje síťový virtuální terminál (NVT, Network Virtual Terminal), jednotné standardní rozhraní pro přístup ke vzdáleným systémům • option negotiation - volitelné režimy (sedmi- nebo osmibitový přenos apod.) • symetrické spojení, nerozlišuje mezi terminály a procesy (klientem se může stát jakýkoliv proces)

24. Rodina protokolů TCP/IP 31 23 15 8 7 0 1 - 126 (127), 126 sítí, 16.777.214 uzlů/síť class A 0 hostid netid class B 1 0 128 - 191, 16.384 sítí, 65.534 uzlů/síť class C 1 1 0 192 - 223, 2.097.152 sítí, 254 uzlů/síť class D 1 1 1 0 224 - 239, skupinová adresa(multicast) 240 - 255, experimentální účely class E 1 1 1 1

25. DNS – Domain Name System • Jméno = co hledáme • Adresa = kde to je • Trasa = jak se tam dostat • jedinečná IP adresa 32 bitů (4,295 . 109) každého síťového rozhraní • každému zařízení s IP adresou lze přiřadit jméno (host name) • síťový software jména nepotřebuje, pro člověka jsou pohodlnější, lépe se pamatují • jméno umožňuje přesunout síťovou službu na jiný počítač s jinou adresou, při zachování jména to pro uživatele neznamená změnu • jméno a IP adresa jsou pro většinu služeb libovolně zaměnitelné(např. telnet 147.229.37.12 je totéž jako telnet bilbo.fme.vutbr.cz) • síť pracuje vždy s IP adresou, provádí se konverze jména na IP adresu => databáze

26. Protokol http, služba WWW • 1. www prohlížeče (browsery) textové (UNIX) • březen 1993: studenti NCSA (National Center of Supercomputer Applications), browser Mosaic (výsledek studentského projektu na řešení problému přístupu ke zdrojům v Internetu), první grafický prohlížeč, postupně rozšíření pro další platformy • Netscape Navigator: Marc Anderssen (student v NCSA, vytvořil prototyp Mosaic) spolu s Jimem Clarkem (dříve Silicon Graphics) zakládají spol. Netscape Communications • URL (Uniform Resource Locator) • myšlenka: jeden druh adresy pro celou paletu služeb • typ://uživatel:heslo@počítač:port/cesta;parametry?dotaz • typ - označení služby, http, file, ftp, gopher, mailto, telnet, ... • absolutní a relativní adresace

27. Jazyk HTML • Vývojjazyka HTML • 1991: zveřejněnaneformálníspecifikace • 1992: prvníveřejnáverzeprohlížeče (textovýrežim!) • 1993: prvnígrafickýprohlížeč (MOSAIC), návrh HTML 2.0 • 1994: březen: prvnímezinárodníkonference o www • září: založeno WWWC (www consortium) • 1995: listopad: oficiálníspecifikace HTML 2.0 (zákl. text. prvky, formuláře) • Netscape zavádírozšíření: tabulky, rámy, označ. HTML 3.0 • 1996: oficiálníspecifikace HTML 3.2 (chudšínežneoficiální V3.0) • Microsoft nabízízdarmasvůjprohlížeč • 1997: HTML 4.0: rozžířenétabulky, rozšířenéformuláře, kaskádovéstyly, skriptování, objekty, internacionalizace, ... • dynamické HTML (DHTML) • SGML (Standard Generalized Markup Language) - metajazyk (jazyk určený primárně k popisu • dalších jazyků), norma ISO (schváleno 1986), HTML je aplikací v SGML.

28. Jazyk HTML • Jazyk HTML • popisný jazyk stránky • na rozdíl od např. PS formátování ovlivněno prohlížečem (rozlišení, velikost okna, barvy, ...) • HTML dokument je nezávislý na platformě a aplikaci • HTML položky (tags, značky, příznaky, příkazy), párové, nepárové<xxx> </xxx> • možnosti interaktivního sběru informací od uživatele • Struktura dokumentu HTML

29. Protokol HTTP • HyperText Transfer Protocol • klient - server • bezstavový (pro každou http operaci se vytváří a ruší spojení), stav posledního spojení si server ani klient nepamatují • http transakce (jedna http operace) • dynamické formáty (klient může poslat serveru seznam podporovaných formátů) • záhlaví http • http je čitelný (textově orientovaný) • tři základní operace: • vyhledání zdroje (ustavení spojení, odeslání požadavku -URL) • získání zdroje • komentování zdroje (stavové zprávy) • http transakce: • ustanovení spojení • klient vyšle požadavek • server posílá odpověď • server ukončuje spojení

30. Statické a dynamické HTML stránky • Dokument • přenáší se: • textový soubor v HTML • JAVA applet • server dokument: • posílá ze souboru (na serveru statický dokument) • dokument vygeneruje (obecně nějakou úlohou) • na straně klienta: • zobrazení html dokumentu • zpracování skriptů (v textu html dokumentů se vyskytují podprogramy v nějakém jazyce – obv. JavaScript) • interpretuje Java applet • rozhraní CGI - Common Gateway Interface) • spuštění procesu (program, skript) na serveru na základě URL • získání parametrů od klienta (jako součást URL nebo samostatně) • program (C, C++, jakýkoliv jiný) vystupuje na standardní výstup, výsledek směřován na síť ke klientovi

31. Elektronická pošta • SMTP protokol • přenos a doručování zpráv do poštovních stránek • výměna zpráv mezi poštovními servery • odesílatel napíše zprávu, klient odešle zprávu svému poštovnímu serveru • předávání mezi servery • POP3 protokol • příjem pošty ze schránek • klientský program (WinPMail) vyzvedne poštu ze schránky • přenos zpráv po síti ostatním uživatelům • schránka na poštovním serveru • vyhrazené místo na disku se jménem • limitováno velikostí • text, obrázky, soubory • pozor na velikost • e-mailová adresa • jmeno_schranky@adresa_serveru • poštu lze přesměrovat

32. Pravidla (etika) psaní e-mail • používání BCC • „neviditelné“ kopie • Spam, spaming • zaplavování internetu mnoha exempláři jedné a téže zprávy • vnucování zprávy lidem, kteří ji nechtějí • černá listina • stručnost, srozumitelnost • 70-76 znaků na řádek • psaní bez háčků a čárek • nezasahování do přeposílaného e-mailu • rozumná délka textu v subjektu (30) • podpis ne delší než 4 řádky • nezneužívat označení zprávy urgentní • pozor na „spam“ a řetězový dopis

33. Proxy server • program běžící na řídícím počítači sítě • přijímá požadavky stanic na zdroje z internetu, stahuje informace a posílá je stanicím • firewall • „ohnivá zeď“ nebo „požární zeď“ • zabezpečuje privátní lokální síť proti nechtěnému průniku zvenčí • součástí bývá antivirová ochrana