16.12.2012
Co to je „počítačová síť“?
Více definic, např.: počítačovou síť tvoří dva nebo více počítačů, které jsou navzájem propojeny určitým fyzickým médiem. Počítače zapojené v takové síti mohou sdílet data a periferie.
Důvody zavádění sítí
možnost sdílení prostředků celého výpočetního systému, která vede ke snížení nákladů na takový systém, protože některé poměrně drahé prostředky systému (velkokapacitní disky, kvalitní tiskárny apod.) nemusí být v konfiguraci každého počítače, ale stačí, že jsou dostupné prostřednictvím sítě;
1
16.12.2012
Důvody zavádění sítí
možnost sdílení společných informací ,
které jsou v síti uloženy pouze jedenkrát a ostatní počítače v síti je mohou pouze příslušným způsobem využívat (považujeme-li informace za „speciální“ prostředky potom se jedná o druhý důvod zavádění - sdílení prostředků);
Důvody zavádění sítí
zvýšení spolehlivosti celého výpočetního systému dosáhneme především zálohováním jednotlivých prostředků výpočetního systému jejich uložením na jiný počítač v síti, čímž provedeme jejich tzv. „stínování“;
2
16.12.2012
Důvody zavádění sítí
vytvoření výkonného komunikačního prostředí pro jednotlivé uživatele, což vede k značným časovým úsporám komunikace může probíhat takřka okamžitě.
Rozdělení sítí podle rozlehlosti
LAN (local area network) - podkategorie CAN
MAN (metropolitan a. n.)
WAN (wide a. n.)
3
16.12.2012
Odlišnosti lokálních a rozlehlých sítí geografická rozlehlost typy uzlových počítačů vlastnictví přenosového média účel zřízení sítě (sdílení/komunikace)
z
hlediska uživatele se odlišnosti stírají!
Formy přenosů v poč. sítích
paralelní přenos - více souběžných vodičů - finančně nákladné
sériový přenos - bit po bitu - dva druhy:
4
16.12.2012
Formy sériového přenosu
sériový asynchronní přenos - start a stop bity - libovolné časové odstupy
sériový synchronní přenos - pouze synchro bity na začátku přenosu - náročnější na realizaci
Zabezpečení dat při přenosech
detekční kódy - chyba při přenosu je rozpoznána
samoopravné kódy - chybu při přenosu je možné i opravit
kódy
zvětšují objem přenášených bitů!
5
16.12.2012
Koeficienty kódů
efektivita kódu: poměr informačních bitů ke všem bitům ke = (ninf / n) * 100%
ztrátovost kódu: poměr zabezpečovacích (redundantních) bitů ke všem bitům kz = (nzab / n) * 100%
Kontrola parity
detekční kód pouze chyba v jednom bitu! lichá (odd) parita sudá (even) parita
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
6
16.12.2012
Svislá parita
kontroluje se „svislá“ parita bloku dat viz příklad – lichá svislá parita 1
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
Kontrolní součet (checksum) součet jednotlivých znaků v bloku dat (výsledek bude vždy o velikosti 8/16 bitů) vzniklé číslo (1 nebo 2 bajty) se přenáší i s blokem dat na přijímací straně je součet proveden znovu a porovnán s přijatým
7
16.12.2012
Cyklické kódy provádí se operace dělení generujícícm polynomem a výsledek se opět přenáší společně s blokem dat např. data: 11000101 I x7+x6+x2+1 polynom: 1001 I x3+1 dělení se provádí za pomoci operátoru XOR ukázka vysoká přesnost - až 16 po sobě chybných bitů - přesnost 99,99%
Uzly počítačových sítí
servery - vyhrazený / nevyhrazený režim
pracovní stanice (workstation) - běžné / bezdiskové / terminály
8
16.12.2012
Typy serverů podle činnosti
diskový (disc s.) rozdělení síťového disku na fyzické úrovni
souborový (file s.) sdílení diskového prostoru na logické úrovni – přístupová práva
Typy serverů podle činnosti
databázový (database s.) řeší přístup uživatelů k síťové databázi, její správu a integritu
tiskový (print s.) zabezpečuje tisk na připojených tiskárnách, tiskové fronty
9
16.12.2012
Typy serverů podle činnosti
modemový (modem s.) sdílení modemu/ů pro přístup z/do sítě
přístupový (access s.) připojení vzdálených uživatelů do lokální sítě
zaváděcí (boot s.) zavádí OS do bezdiskových stanic
Programové vybavení serveru
OS
Programové vybavení serveru
BIOS
Síťové komunikační vybavení
místní disky, LPT1, USB
Ovladač síťové karty
Síťová karta
10
16.12.2012
Pracovní stanice
pro uživatele, aby mohli využívat prostředků sítě
bezdiskové stanice – paměť ROM na síťové desce, zaváděcí program
terminály – pouze vstupně-výstupní zařízení, vše ostatní na serveru
Programové vybavení stanice Aplikace / uživatel
OS
BIOS
místní disky, LPT1, USB
redirektor
Síťové komunikační vybavení
Ovladač síťové karty
Síťová karta
11
16.12.2012
Rozdělení lokálních sítí podle způsobu uchování dat
Peer to peer rovný s rovným
Client to server klient využívá služby serveru
Peer to peer data jsou rozprostřena po celé sítí každá stanice může být serverem nízké náklady jednoduchá implementace náročné zajištění bezpečnosti sítě nelze řídit z jednoho místa
12
16.12.2012
Client to server sdílená data na jednom centrálním uzlu výhradně vyhrazený server jednodušší správa a ochrana dat vyšší finanční náklady (server) nefunkčnost sítě při výpadku serveru síť má vždy správce - administrátora
Služby poskytované sítěmi sdílení diskového prostoru * využití prostoru pro ukládání dat * práce s databázemi * sdílení síťových aplikací sdílení tiskáren a dalších periferií komunikační služby * email * chat * konference
13
16.12.2012
Služby poskytované sítěmi
ochrana dat a zvýšení bezpečnosti I. úroveň – přihlašování II. úroveň – přístupová práva III. úroveň – sledování činnosti
Ochrana dat - přihlašování uživatel musí mít svůj účet je identifikován uživ. jménem a chráněn heslem omezení hesla – minimální délka, zákaz opakování, obměňování, zakázané řetězce omezení přihlášení – časový rozvrh, pouze jednou, jen z určitých stanic
14
16.12.2012
Ochrana dat - hesla
Ochrana dat – přístupová práva jsou vázána ke konkrétnímu uživateli nebo ke skupině uživatelů příklad PP: S – supervisor R – read W – write C – create E – erase M – modify F – file scan A – access PP se dědí na vnořené objekty
15
16.12.2012
Ochrana dat – přístupová práva
ukázka PP na školní síti: home – všechna PP kromě S a A public – pro studenty F a R – pro vyučující FRWCEM install – studenti bez PP (nemapuje se!)
Ochrana dat – sledování činnosti evidují se důležité operace, které se v síti dějí sledování – audit, záznamy – logy zpětně lze vyhledat činnost narušitele logy se archivují nebo po uplynutí nastavené doby mažou
16
16.12.2012
Přenosová rychlost
základní parametr každé sítě: přenosová rychlost [b/s] (maximální dosažitelná rychlost)
udává se vztahem: C = 2 W log2 (V)
W – maximální frekvence daného kanálu V – počet diskrétních stavů signálu (2, ale lze i více)
Přenosová rychlost
lze ji počítat i z objemu přenesených dat za čas:
C=
objem dat doba
[b / s ]
podobně lze počítat dobu trvání 1 bitu:
tbit =
1 C
[s]
17
16.12.2012
Úprava signálu pro přenos
uložení informace do amplitudy signálu je nevhodné z hlediska rušení U[V]
0
1
0
0
1 t[ms]
na přijímací straně: 0 1 1 1 1
Zakódování Manchester II
informace je vložena do hrany signálu 1-sestupná, 0-vzestupná hrana U[V]
0
1
0
0
1
t[ms] synchronizační impulsy
18
16.12.2012
Zakódování Manchester diferen.
kóduje rozdílnost bitů po sobě stejné-vzestupná, rozdílné-sestupná h. U[V] 0
0
1
0
0
1
t[ms] synchronizační impulsy
Výhody zakódování
zamezení rozsynchronizování vysílače a přijímače v případě přenosu většího počtu bitů stejné hodnoty (např. 30x“0“)
potlačení vlivů rušení, které má amplitudový charakter (převážná většina)
19
16.12.2012
Přenosová média slouží k propojení jednotlivých stanic a prvků sítě ovlivňuje propustnost celé sítě, ale také její spolehlivost při budování sítě je dobré uvažovat nad pozdějším upgradem
UTP, STP kroucená dvoulinka – nejpoužívanější médium pro lokální rozvody sítí dva izolované vodiče motány kolem sebe z důvodu větší odolnosti proti rušivým elektromagnetickým vlivů konektory RJ-45:
20
16.12.2012
UTP, STP
UTP, STP UTP S-UTP STP
21
16.12.2012
UTP, STP
kvalita se určuje kategoriemi:
cat.1, 2
telefonní aplikace, nízká př. rychlost
cat. 3
16 MHz, do 10 Mb/s
cat. 4
20 MHz, do 16 Mb/s
cat. 5
nejpoužívanější do 100 Mb/s
cat. 6
200 MHz, S-UTP
cat. 7
600 MHz, STP
UTP, STP při propojení dvou koncových zařízení (2 počítače) je třeba použít křížové zapojení kabelu – to co jedna strana vysílá, musí být připojeno na přijímací vstup druhé strany a naopak: křížový kabel --> cross-link propojení pinů: 1 - 3, 3 – 1, 2 – 6, 6 - 2
22
16.12.2012
Přehled – koaxiální kabel používaný i v TV technice, dobrá odolnost vůči rušení konektory BNC, nízká spolehlivost, časté výpadky živý vodič, kolem něj izolant, stínění je druhý vodič a kolem něj vnější izolace
Přehled – koaxiální kabel podle provedení 2 typy: tenký – průměr 5 mm, dosah 300 m tlustý – průměr 10 mm, dosah až km
rychlosti až 350 Mb/s ukončovací prvek: terminátor(odpor 50Ω) propojovací prvky: T a I konektory
23
16.12.2012
Přehled – optické vlákno skleněné vlákno, kolem něhož je materiál s jiným indexem lomu – - dochází k odrazům světelného paprsku pro přenosy velkými rychlostmi (stovky Mb/s) na velké vzdálenosti (kilometry) díky nízkému útlumu vysoká odolnost vůči rušení, velmi obtížný „odposlech“
Přehled – optické vlákno
24
16.12.2012
Přehled – optické vlákno podle počtu paprsků putujících vláknem: jednovidové (jeden paprsek)
vícevidové
(více paprsků pod různými
úhly)
Průměr lidského vlasu = 50-90 µm !!!
Přehled – optické vlákno kabel je vždy minimálně dvojvláknový – pro každý směr jedno vlákno cena vedení je dána především instalací nikoli samotným vláknem: poloměr ohybu!! spojování – svařování, mechanická spojka, optické konektory
25
16.12.2012
Přístupové metody
určují jakým způsobem budou stanice využívat přenosové cesty
rozdělení: stochastické deterministické
Stochastické přístupové metody založeny na náhodném přístupu k médiu typickým představitelem je Ethernet jednotlivé uzly se pokoušejí komunikovat bez jakéhokoliv pořadí žádný uzel nemá garantováno, že se mu podaří přenést určité množství dat za určitou dobu.
26
16.12.2012
Deterministické přístupové m. založeny na řízení přístupu k médiu metoda předávání speciálního paketu peška (token) typickým představitelem je Token Ring uzel, který chce komunikovat musí počkat až k němu dorazí token poté má možnost jej naplnit daty a poslat k cílové stanici
Deterministické přístupové m. cílová stanice si data převezme a prázdný paket pošle dál až k vysílající stanici ta poté předává token dál při znalosti maximální délky paketu a počtu uzlů lze spočítat max. dobu, za kterou dostane uzel příležitost k vysílání – ZÁRUKA! (u Ethernetu ne!)
27
16.12.2012
Deterministické přístupové m. cílová stanice si data převezme a prázdný paket pošle dál až k vysílající stanici ta poté předává token dál
Deterministické přístupové m.
technologicky náročnější dražší méně rozšířené
28
16.12.2012
Topologie rozdělení: fyzické popisují skutečné propojení jednotlivých uzlů mezi sebou logické virtuální cesty, kudy putuje token (v jakém pořadí budou moci uzly vysílat)
Sběrnicová topologie TERMINÁTOR
U
U
U
U
U
U
dlouhý „celistvý“ kabel, na který jsou napojeny jednotlivé uzly koaxiální kabel
29
16.12.2012
Sběrnicová topologie vyslaná informace putuje ke všem uzlům výhody: porucha jednoho uzlu neovlivní funkčnost sítě, poměrně snadné připojení nových uzlů nevýhody: porucha na kabelu znefukční celou síť, menší spolehlivost
Kruhová topologie
uzly propojeny do kruhu, po kterém putuje vyslaná informace od jednoho U k druhému speciální síťové karty – vstup a výstup, řešení vypnutí uzlu
U
U
U
30
16.12.2012
Kruhová topologie výhody: zaručení maximální doby doručení, lze přenášet i více informací najednou nevýhody: porucha kabelu znefukční celou síť, složitější síťové karty finančně náročnější
Hvězdicová topologie
uzly jsou samostatnými kabely připojeny k centrálnímu prvku sítě – koncentrátoru (HUB – střed kola) kroucená dvoulinka
U
U
HUB
U
U
31
16.12.2012
Hvězdicová topologie úloha koncentrátoru – rozeslat informaci z příchozích směru do všech ostatních výhody: necitlivost funkčnosti sítě na přerušení jednoho kabelu, levnější než předchozí nevýhody: porucha koncentrátoru znefunkční celou síť, problémy při připojování nových uzlů
Hvězdicový kruh
kombinace hvězd spojených do kruhu založeno na tom, že většina provozu se odehrává lokálně v jednotlivých hvězdách
U
U K
U
U
KONCENTRÁTOR
U
K
K U
U
K U
U
U
32
16.12.2012
Stromová topologie
kombinace vzniklá propojením více hvězd nejpoužívanější
U
U
U
K
K
U
U
U KONCENTRÁTOR ROZBOČOVAČ
Polygonální topologie
propojení každého uzlu s každým! velká spotřeba kabelů: n*(n-1) pro n uzlů
U U
U
U
U U
33
