Počítačová síť část I

1. Počítačová síťčást I Podstata a princip

2. Počítačová síť • Počítačová síť je souhrnné označení pro technické prostředky, které realizují spojení a výměnu informací mezi počítači. • Umožňují tedy uživatelům komunikaci podle určitých pravidel, za účelem sdílení využívání společných zdrojů nebo výměny zpráv.

3. Počítačová síť • - již v 70. letech dochází k potřebě propojení počítačů • - může mít mnoho podob • - tvoří ji již 2 spojené počítače • - PC mohou být spojené kabelem (metalickým i optickým), bezdrátově (infra nebo rádiové vlny), pomocí telefonní linky… • - fungující síť musí zabezpečit, aby se PC dokázaly dorozumívat (komunikovat) • - z tohoto důvodu musí mít PC odpovídající HW a být nainstalován do počítače síťový software • - síťový software (tzv. síťové protokoly), které používají počítače pro komunikaci mezi sebou

4. Rozdělení sítí • Podle rozsahu • Podle přístupu • Podle rychlosti

5. Rozdělení 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

6. Rozdělení podle rozsahu • WAN (Wide Area Network): • rozsah nad 1 km • spojuje jednotlivé LAN • obsahuje tisíce počítačů • spravovaná na sobě nezávislými skupinami administrátorů • příklad: Internet

7. Rozdělení podle rozsahu • MAN (Metropolitan Area Network): • Síť v rámci jednoho města

8. Rozdělení podle přístupu počítače do sítě peer - to – peer: • všechny PC na stejné úrovni • vhodné pro sítě s menším počtem PC (do 10) • žádný počítač není stále server a žádný počítač není stále client • každý počítač může být v jistém okamžiku serverem i clientem

9. Rozdělení podle přístupu počítače do sítě Klient - 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 a vyšší, Novell NetWare, UNIX

10. Rozdělení podle rychlosti přenosu • do 256 kb/s: • první sítě s počítači Apple MacIntosh • do 10 Mb/s: • sítě pro kancelářské aplikace • Ethernet, ARCnet, Token-Ring • nad 10 Mb/s: • Fast Ethernet (100 Mb/s) – nyní nejrozšířenější (menší a střední firmy, kanceláře, školy

11. Rozdělení podle rychlosti přenosu • nad 100 Mb/s: • Gigabit Ethernet (1000 Mb/s) – páteřní sítě, začíná se rozšiřovat ve velkých firmách a organizacích • Nad 1000 Mb/s: • Desetigigabitový Ethernet - představuje zatím poslední standardizovanou verzi. • Jeho definice byla jako IEEE 802.3ae přijata v roce 2003 • Přenosová rychlost činí 10 Gbit/s, jako médium zatím slouží výlučně optická vlákna a opět používá stejný formát rámce • Algoritmus CSMA/CD byl definitivně opuštěn, tato verze pracuje vždy plně duplexně. • V současnosti se vyvíjí jeho specifikace pro kroucenou dvojlinku

12. Základní pojmy • Server: • zařízení nebo prostředí, které 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, společné databáze,síťové tiskárny...

13. Základní pojmy • Klient (workstation, pracovní stanice): • počítač zapojený v počítačové sítí sloužící k práci uživatele

14. Základní pojmy • Administrátor (supervisor) - správce sítě: • člověk zodpovědný za chod sítě • má v síti neomezená práva

15. Základní pojmy • Síťový protokol: • množina pravidel v síťové komunikaci, která určuje jak spolu počítače komunikují • např.: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX

16. Základní pojmy • Paket (packet): • skupina bitů s pevně definovaným formátem • jsou jimi přenášeny informace v síti

17. Základní pojmy • Síťová karta - adaptér (NIC): • karta umožňující připojení počítače do počítačové sítě • určuje do jakého typu sítě (síťové architektury) může být počítač připojen: • Ethernet (Fast Ethernet) • Token-Ring • ARCnet • ATM (Asynchronous Tranfer Mode)

18. Topologie sítí • fyzická: • 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 komuni-kují prvky v síti, a jak se přenášejí informace • nemusí být shodná s fyzickou topologií

19. Topologie sběrnice      Terminátor

20. Topologie sběrnice • Všechny komponenty (uzly) jsou připojeny na jedno společné médium - sběrnici • Výpadek stanice neohrozí funkci sítě • Přerušení sběrnice způsobí výpadek sítě • Je nutné zakončit oba konce sítě zakončovacími odpory - terminátory. Tyto odpory pro-vádí impedanční přizpůsobení, čímž se eli-minují nežádoucí odrazy signálu na koncích vedení (sběrnice).

21. Topologie kruh     

22. Topologie kruh • Každý počítač je propojen přímo s následujícím a s předchozím počítačem • Data se pohybují v kruhu od odesílatele pos-tupně přes všechny následníky až k příjemci • Každý počítač je připojen k síti aktivně - přijatá data určená jinému převezme a pošle dál • Výpadek libovolné stanice způsobí (u klasické kruhové sítě) havárii celé sítě (v praxi se téměř nepoužívá)

23. Topologie kruh • Místo klasické kruhové topologie se častěji používá topologie označovaná jako Star-Wired Ring, která využívá speciální techni-ky kabelového propojení zabraňující výpad-ku sítě při poruše (nebo odpojení) kteréko-liv ze síťových stanic

24. Topologie hvězda    Aktivní prvek (HUB n. SWITCH)  

25. Topologie hvězda • Jednotlivé stanice jsou připojeny k centrálnímu uzlu (aktivnímu prvku) • Veškerá komunikace pak probíhá přes tento centrální uzel (řídící stanice, hub) • Výpadek jedné stanice ani kabelu neohrozí funkci sítě • Výpadek centrálního prvku ohrozí funkčnost sítě

26. Topologie hvězda • U dnešních LAN se nejčastěji používá v roli centrálního aktivního prvku rozbočovač (HUB) nebo přepínač (SWITCH) a koncové uzly jsou tvořeny pracovními stanicemi a servery

27. Topologie backbone (páteř)      Backbone (páteř)          

28. Topologie backbone (páteř) • 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 • pokud probíhá komunikace uvnitř některé LAN neprobíhá komunikace přes páteř

30. Páteřní síť CESNET

31. Přenosové metody • sdílené médium - může vysílat současně pouze jeden uzel: • s náhodným přístupem (Ethernet,…) - dochází ke kolizím • s deterministickým přístupen (Token Ring,…) - nedochází ke kolizím - vyšší propustnost sítě; • přepínané sítě (ATM) - podle potřeb se vytváří dočasná spojení (i vícenásobná - multiplexing), což umožňuje více uzlům vysílat současně - podstatné zvýšení propustnosti sítě;

32. Ethernet • Klasický Ethernet používá sdílené médium • V každém okamžiku může vysílat jen jeden • během vysílání všichni slyší všechno • Jednotlivé stanice jsou na něm identifikovány svými hardwarovými adresami (MAC adresa) • Jedná se v současné době o nejrozšířenější používanou síťovou architekturu pro LAN • Když stanice obdrží paket s jinou než vlastní adresou, zahodí jej

33. Ehthernet • Pro přenos dat používá metodu CSMA/CD • Sítě Ethernet jsou seskupeny podle: • přenosové rychlosti: • specifikuje přibližně maximální přenosovou rychlost, neboli šířku pásma v Mb/s • standardní hodnoty jsou 1, 5, 10 a 100 • pásma: • Base: použití základního pásma (baseband) • Broad: použití přeloženého pásma (broadband) • typu (délky) přenosového média: • specifikuje přibližně maximální délku nebo typ použitého kabelu

34. Formáty rámce • Preambule - Skládá se z 8 byte, střídavě binární 0 a 1. Poslední byte má tvar 10101011 a označuje začátek vlastního rámce. • Preambule slouží k synchronizaci. Poslední byte se někdy nazývá omezovač počátku rámce (Starting Frame Delimiter, SFD). • Cílová adresa - Fyzická MAC adresa o délce 48 bitů (v rámci LAN pro všechny stanice stejné délky). Adresa může být individuální (unicast), skupinová (multicast) a všeobecná (broadcast). • Zdrojová adresa - Fyzická adresa stejného typu jako cílová, ale je to vždy individuální adresa konkrétní stanice (rozhraní).

35. Přístup k médiu • Pro přístup ke sdílenému přenosovému médiu (sběrnici) se používá metoda CSMA/CD(Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection), česky metoda mnohonásobného přístupu s nasloucháním nosné a detekcí kolizí.

36. Pasivní prvky sítě • fyzické propojení počítačů (kabeláž - metalická, optická, bezdrátové – mikrovlnné antény a zářiče, GSM, laser) • počítačové zásuvky • racky (rozvodné skříně, v nichž jsou umístěny patch panely a některé aktivní prvky sítě), • patch panely (propojovací panely, ve kterých končí přípojky z počítačových zásuvek), • Patch (propojovací) kabely (metalické, optické)

37. Koaxiální kabel • Skládá se z následujících vrstev: • nosný vodič (signálový vodič): • vodivý drát, vyrobený většinou z mědi • izolace: • izolační vrstva vyrobená z dielektrika, které je umístěno kolem nosného vodiče • fóliové stínění: • stínění z tenké fólie kolem dielektrika • toto stínění nemají všechny koaxiální kabely

38. Koaxiální kabel • Přenáší data s rychlostí do 10 Mb/s • Dva typytenký a tlustýkoax • Používán převážně utopologie sběrnice • Konektory BNC,připojení stanice pomocí „T“ konektoru

39. BNC konektor

40. Kroucená dvojlinka – Twisted Pair

41. Kroucená dvojlinka – Twisted Pair • Dva vodiče jsou vždy vzájemně kolem sebe obtočeny • Tento pár představují jeden komunikační spoj • Standardně bývají v kabelu 4 páry • Vzájemné obtočení minimalizuje přeslechy, el. magnetické rušení a ztráty způsobené kapacitním odporem

42. Kroucená dvojlinka – Twisted Pair • Vyrábí se ve dvou základních variantách: UTP (Unshielded Twisted Pair) – nestíněný velmi rozšířený, cenově výhodný, jednodušší instalace než STP STP (Shielded Twisted Pair) – stíněný mnohem lepší přenosové vlastnosti z důvodu odstínění vnějšího elektromag.rušení. Nevýhodou je poměrně vyšší cena,menší ohebnost a náročnější práce (konektorování…) Nejrozšířenější kabel používaný v LAN

43. Kategorie kabelů TP • Cat 3 - pro přenosy do rychlosti kmitočtu 16 Mhz • Cat 4 - pro přenosy do rychlosti kmitočtu 20 Mhz • Cat 5 - pro přenosy do rychlosti kmitočtu 100 Mhz • Cat 5E - pro přenosy do rychlosti kmitočtu 125 Mhz • Cat 6 - pro přenosy do rychlosti kmitočtu 250 Mhz • Cat 7 - pro přenosy do rychlosti kmitočtu 600 Mhz V současné době je nejrozšířenější kabel Cat 5 nebo Cat 5E

44. KONEKTOR RJ-45 • Koncovka RJ-45 je dnes nejčastěji používaný typ zapojení ethernetových kabelů UTP a STP • Mimo to se ale používá ke spojení xDSL modemů

45. KONEKTOR RJ-45

46. Pro přenos 10 a 100 Mb ethernetu se používají pouze dva páry vodičů, připojené k pinům 1,2,3 a 6. V případě gigabitového ethernetu jsou využity všechny 4 páry vodičů KONEKTOR RJ-45

47. KONEKTOR RJ-45

48. Konektor

49. Typy kabelů TP přímý křížený převrácený

50. Šířka pásma a CAT 5e • Šířka pásma a kategorie 5eMaximální dosažitelná rychlost u kategorie 5e je 1Gbps (1000BaseT nebo také tzv. Gigabit Ethernet). • K tomu, aby této přenosové rychlosti bylo u kabeláží kategorie 5e dosaženo, je nutné vytížit celou šířku přenosového pásma kategorie 5e (tj. celých 100MHz) • Při jakémkoliv, i malém, rušení nebo přeslechu dojde k zmenšení šířky přenosového kanálu - Aktivní prvek na toto zareaguje tak, že se přepne na nejbližší nižší rychlost - 100 Mbps (Fast Ethernet) • Z gigabitové sítě je rázem síť pouze stovková