Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií
E-learning a jeho aplikace v kombinované formě studia Diplomová práce
Autor:
Bc. Tomáš Kazda, DiS. Informační technologie a management
Vedoucí práce:
Praha
Ing. Vladimír Beneš
duben, 2012
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a v seznamu uvedl veškerou použitou literaturu. Svým podpisem stvrzuji, že odevzdaná elektronická podoba práce je identická s její tištěnou verzí, a jsem seznámen se skutečností, že se práce bude archivovat v knihovně BIVŠ a dále bude zpřístupněna třetím osobám prostřednictvím interní databáze elektronických vysokoškolských prací. V Jablonci nad Nisou dne 28. dubna 2012
__________________ Tomáš Kazda
Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat skupině frekventantů e-learningového kurzu, kteří se aktivně účastnili odhalování chyb ve studijním textu a bez kterých by nebyla možná kalibrace testových úloh. Také děkuji svému vedoucímu práce, kterým byl Ing. Vladimír Beneš, za jeho ochotu konzultovat nad vzniklými problémy a za zprostředkování kontaktů na skupinu studentů prezenčního kurzu Technické infrastruktury a síťových technologií.
Anotace Diplomová práce se zaměřuje na praktickou aplikaci LMS Moodle v kurzu sloužícího jako opora kombinované formy studia. Nejprve je specifikován rámec distančního vzdělávání při užití e-learningu, jsou zmíněna rizika s tím související. Je přiblížen rámec Blended learning jako nejběžnější způsob využití LMS v kombinovaném studiu. V analytické části je také přiblížen systém Moodle a jeho možnosti. Nosná – syntetická část je realizována jako praktický e-learningový kurz. Výukové texty a obsah testovacích otázek je součástí příloh práce. V poslední (čtvrté) kapitole dokumentu je vysvětlen postup vytvoření kurzu a jsou zde také komentované výsledky jeho evaluace a revize.
Abstract This thesis focuses on the practical application of LMS Moodle where its course is serving as a support for combined studies. First, the distance education framework is specified while using e-learning, risks associated with it are mentioned. Blended learning framework is explained as the most common way to use the LMS in the combined study. In the analytical part Moodle system and its capabilities are approached. Carrier – synthetic part is implemented as a practical e-learning course. Teaching text and content of test questions are part of the thesis as its attachments. Last (fourth) chapter of the document explains how to create a course and there are also guided results of its evaluation and revision.
Klíčová slova e-learning, blended learning, LMS Moodle, počítačové sítě, studijní opory
Obsah Úvod
....................................................................................................................................................................7
1
Formy studia ........................................................................................................................................8
1.1
Prezenční forma studia ...................................................................................................................8
1.2
Distanční vzdělávání.........................................................................................................................9
1.3
Kombinovaná forma studia ........................................................................................................ 16
2
E-learning ........................................................................................................................................... 17
2.1
Historie ................................................................................................................................................ 17
2.2
Formy e-learningu .......................................................................................................................... 18
2.3
E-learning jako typ pedagogického procesu ....................................................................... 20
2.4
Účastníci e-learningu..................................................................................................................... 21
2.5
Využití e-learningu, přínosy, výhody, nevýhody ............................................................... 23
2.6
Technologie pro e-learning ........................................................................................................ 25
2.7
Software pro e-learning ............................................................................................................... 26
3
LMS Moodle ....................................................................................................................................... 29
3.1
Vytváření kurzů v LMS Moodle ................................................................................................. 30
4
Praktická aplikace studijní opory ............................................................................................ 42
4.1
Výuková strategie a návrh použití multimédií ................................................................... 44
4.2
Evaluace a revize kurzu ............................................................................................................... 46
Závěr
................................................................................................................................................................. 52
Seznam použitých zdrojů.............................................................................................................................. 54 příloha č. 1 – Doplňkový studijní materiál kurzu ..................................................................................1 1
Datová síť ..............................................................................................................................................7
1.1
Síť jako platforma ..............................................................................................................................7
1.2
Komunikace a její kvalita v síti.................................................................................................. 14
2
Síťové architektury a komponenty sítě................................................................................. 20
-5-
2.1
Požadavky na moderní síťovou architekturu..................................................................... 20
2.2
Komponenty sítě ............................................................................................................................. 21
2.3
Druhy sítí ............................................................................................................................................ 28
2.4
Topologie sítí .................................................................................................................................... 30
2.5
Přenosové techniky........................................................................................................................ 34
3
Referenční model ISO/OSI .......................................................................................................... 37
3.1
Referenční model – vertikální dekompozice ...................................................................... 37
3.2
Výhody vrstvového modelu........................................................................................................ 38
3.3
Fyzická vrstva ................................................................................................................................... 40
3.4
Spojová vrstva (datalink layer)................................................................................................. 47
3.5
Síťová vrstva ..................................................................................................................................... 52
3.6
Transportní vrstva ......................................................................................................................... 53
3.7
Datově orientované vrstvy ......................................................................................................... 54
3.8
Propojování sítí................................................................................................................................ 56
4
Veřejné sítě – internet .................................................................................................................. 58
4.1
Přenosové LAN a WAN sítě......................................................................................................... 59
4.2
Síť internet ......................................................................................................................................... 72
příloha č. 2 – Kontrolní otázky (GIFT formát) ........................................................................................1 Datová síť................................................................................................................................................................1 Síťové architektury a komponenty sítě .....................................................................................................5 Referenční model ISO/OSI ........................................................................................................................... 11 Veřejné sítě – internet .................................................................................................................................... 19 příloha č. 3 – Dotazníková šetření ...............................................................................................................1 e-learning ve výuce ............................................................................................................................................1 kurz Úvod do počítačových sítí – zhodnocení ........................................................................................4 příloha č. 4 – Statistické vyhodnocení kontrolních otázek ...............................................................1 příloha č. 5 – CD s kurzem v Moodle ...........................................................................................................1
-6-
Úvod S rozvojem informačních technologií se mění prostředí, ve kterém žijeme, stejně tak i pohled na vzdělávání. Před dvaceti lety si nikdo jistě nepředstavoval, že velká část populace bude mít neustálý přístup k informacím prostřednictvím internetu nebo svých mobilních telefonů. S tímto rychlým rozvojem technologií přichází také tlak na použití nových způsobů ve vzdělávání. Dnešní studenti nechtějí svůj čas trávit pouze v učebnách a přednáškových sálech, chtějí se vzdělávat tak, jak je to pro ně nejjednodušší a nejpříjemnější., přičemž jim moderní technologie přinášejí nové možnosti. Narůstá také potřeba vzdělání u té části populace, která z jakýchkoli důvodů není schopna využívat klasického modelu vzdělávání. To se týká zvláště zdokonalování zaměstnanců ve firmách na všech úrovních, které v dnešní globalizované ekonomice může poskytnout konkurenční výhodu, která má v konečném důsledku přímý vliv na ekonomické výsledky každé firmy. Tradiční vzdělávání ve třídách je proto dnes doplňováno novými alternativními formami využívajícími nové informační a komunikační technologie. Jednou z nových metod je e-learning. Díky masivnímu rozvoji technologií získává tato vzdělávací forma ambice stát se díky své flexibilitě a aplikovatelnosti prakticky v jakékoli sféře lidské činnosti rovnocennou alternativou klasického vzdělávání počínaje sekundárním a konče terciárním vzděláváním. Právě v terciálním vzdělávání má e-learning své nezastupitelné místo a to ve všech formách vysokoškolského studia, především pak kombinovaného. Je však důležitý i pro zkvalitnění prezenční výuky, zvláště při současném trendu vyššího počtu přijímaných studentů. Pokud je možné studijní obor vyučovat distančními prostředky je e-learning tím nejkomplexnějším prostředkem. Cílem práce je zhodnotit autorský nástroj pro tvorbu elektronických výukových kurzů eLMS Moodle ve verzi 2. Vytvořit komplexní kurz realizující distanční vzdělávací podporu pro předmět Technická infrastruktura a síťové technologie – část úvod do počítačových sítí (vyučováno na BIVŠ v letním semestru 2012). V rámci metodiky užití a udržení životaschopnosti kurzu bude provedena výuka s testovací skupinou studentů, kteří následně zhodnotí přínos kurzu a pomohou s nastavením časových a náročnostních parametrů výkladové a zpětnovazební části kurzu.
-7-
V textu práce bude nejprve přiblížena charakteristika distančních vzdělávacích opor a přístup k jejich tvorbě. V rozporu s obvykle doporučovanou metodikou (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007) není ve výkladové části kurzu použit slohově hutný textový celek, který by vedl k neúměrnému nárůstu rozsahu studijní podpory, ale je zvolen přístup přiměřené koncentrace informační hodnoty. Pro čistě distanční kurzy tento postup může ztížit pronikání frekventantů do předložené problematiky. Je třeba ale vzít v úvahu, že kurz je primárně určen pro doplňkové studium kombinované formy. V té je tradičně studenty preferována informační hustota před rozsáhlým a slohově komplexním textem
(KAZDA,
2010).
1
Formy studia
Studium může probíhat v několika podobách. V současné době jsou v českém vzdělávacím systému využívány nejčastěji tři formy – prezenční forma studia, distanční forma a forma kombinovaná. Záleží pouze na možnostech a preferencích potencionálního studenta, kterou formu si vybere, přičemž je omezen nabídkou vzdělávacích institucí. Všechny tři formy by měly poskytnout plnohodnotné kvalitní vzdělání, tzn. nabídnout studentům takový komplex metodik a činností, kterými „se jedinec dostane na vyšší hladinu poznání, získá nové znalosti a dovednosti, které dokáže dále využít, pracovat s nimi. Dovede konkrétní informace třídit, analyzovat a syntetizovat je, zařadit do širšího kontextu apod.“ (ZLÁMALOVÁ, 2008)
1.1
Prezenční forma studia
Nejčastější formou studia, která je využívána zejména v primárním a sekundárním vzdělávání, je prezenční forma. Jedná se o kontaktní formu vzdělání, kdy se student setkává se svým pedagogem v jednom prostoru a dochází mezi nimi k přímému kontaktu a následně k přímému předávání vzdělávacího obsahu, jeho vysvětlení, usměrnění a zařazení do kontextu již dříve nabytých vědomostí. (ZLÁMALOVÁ, 2008) Kromě kontaktu s vyučujícím je jedinec i v přímém kontaktu s ostatními žáky, kteří mají přibližně stejnou úroveň vědomostí. Tato forma je tedy vhodná i k posilování sociálních dovedností.
-8-
Výuka probíhá pravidelně v předem daném čase, ať už jako klasické denní studium, tak v poslední době méně časté studium večerní. Jako vzdělávací texty slouží učebnice, které jsou primárně koncipovány pro prezenční výuku. Jejich obsah a struktura není vhodná pro jiné formy studia. Prezenční forma studia má několik slabých stránek. Když pomineme formální nedostatky, jako jsou časové a místní nároky, je to zejména vyšší podíl závislosti získaných znalostí a dovedností na osobě vyučujícího než v ostatních formách studia.
1.2
Distanční vzdělávání
Někdy mohou nastat situace, kdy se člověk chce nadále vzdělávat, ale okolnosti mu neumožní doplnit si vzdělání formou prezenčního studia. Mohou se vyskytnout překážky časové, kdy se jedinec nemůže účastnit výuky z objektivního hlediska, např. je v době výuky v zaměstnání. Další překážkou může být vzdálenost vzdělávací instituce od místa jeho bydliště, fyzický handicap (např. pohybové potíže) nebo sociální handicap, jako například špatná finanční situace, trvalé péče o jinou osobu apod.
(ZLÁMALOVÁ, 2006)
V těchto případech je ideální formou vzdělávání studium distanční. Podle Zlámalové
(ZLÁMALOVÁ, 2006)
je distanční vzdělávání (DiV) „multimediální forma
řízeného samostatného studia, které je koordinováno vzdělávací institucí a v němž jsou vyučující resp. konzultanti (tutoři) v průběhu vzdělávaní trvale nebo převážně fyzicky odděleni od vzdělávaných.“ Multimediálností zde autorka myslí využívání všech dostupných a zejména účelných didaktických prvků a technických prostředků, které nám mohou pomoci prezentovat učivo, komunikovat se studujícími, hodnotit jejich studijní pokroky i závěrečné výsledky studia. Jako aktuální a efektivní technologickou podporu distanční formy studia uvádí metodu e-learning. Palán (PALÁN, 2002) uvádí že „distanční vzdělávání je multimediální forma řízeného studia, která poskytuje nové vzdělávací příležitosti a podpůrné vzdělávací služby pro zpravidla samostatně studující dospělé účastníky, kde hlavní odpovědnost za průběh a výsledky studia spočívá na studujících, kteří jsou odděleni od vyučujících (konzultantů).“ Evropská komise vymezuje „distanční vzdělávání (studium)“ v Memorandu o otevřeném distančním vzdělávání v Evropském společenství (1991) takto: „Distanční vzdělávání (studium) je definováno jako jakákoliv forma studia, kde student není pod stálým či bezprostředním dohledem učitelů, nicméně využívá plán, vedení a konzultace vzdělávací
-9-
instituce či jiné podpůrné organizace. Distanční vzdělávání charakterizuje samostudium, a proto je silně závislé na didakticky kvalitním návrhu materiálů, které musí nahradit interaktivitu mezi studentem a vyučujícím, běžnou v prezenční výuce. Samostudium je vždy doplněno podporou tutora a dalším podpůrným servisem, který je v ideálním případě poskytován regionálním studijním centrem a využívá ve stále větší míře moderní komunikační média.1“ (ZLÁMALOVÁ, 2008) Z těchto definic lze vyvodit jednotlivé znaky distančního studia: – Samostudium, samostatnost studujících: student a vyučující nejsou v přímém kontaktu, student studuje samostatně, což mu umožňuje individuálně přizpůsobit studium časovým možnostem a stanovit si rychlost osvojování učiva, zároveň je však plně odpovědný za průběh a výsledky studia. – Studijní opory: samostudium je poměrně náročný způsob získávání nových znalostí, je proto nutné, aby se mohl student opřít o kvalitně zpracovaný studijní text a další různorodé multimediální pomůcky, tedy technické, didaktické a komunikační prostředky. – Podpora a koordinace: přestože jedním ze znaků distanční formy výuky je samostudium, vždy je studium jako takové koordinováno vzdělávací institucí, student se řídí přesně daným plánem a může využívat podporu tutora – konzultovat s ním obsah, opravovat úkoly a jinak získávat zpětnou vazbu. Distanční vzdělávání je forma studia, kterou lze aplikovat na různé druhy a stupně studia. Efektivní je především v oblasti vzdělávání dospělých.
(ZLÁMALOVÁ, 2008)
Zájem
o další vzdělávání se podle Zlámalové (ZLÁMALOVÁ, 2006) soustřeďuje do tří hlavních směrů, a sice: – vysokoškolské studijní programy, – kurzy dalšího vzdělávání – ať už krátkodobé nebo dlouhodobé, slouží k doplnění stávajícího dosaženého odborného vzdělání nebo k získání nových znalostí a dovedností, např. jazykové studium, – rekvalifikace – vzdělávací kurzy, které umožní jedinci získat nové odborné vzdělání a uplatnit se tak na trhu práce.
1
volný překlad
- 10 -
Distanční formu studia nelze využít při studiu oborů s převahou speciálních dovedností, jako je například medicína, některé umělecké obory aj. Ač je systém distančního vzdělávání multimediální, základem studia zůstávají tištěné texty, které se však zásadním způsobem liší od textů používaných v prezenčním studiu. Pro DiV se používají tištěné pracovní materiály sestavené problémově – plné otázek, textových vynechávek, námětů na cvičení, krátkých testů, shrnutí, zadání případových studií aj. Cílem je umožnit plnohodnotné, řízené samostatné studium. Takové texty jsou před hromadným nasazením odzkoušeny na vzorku studentů a jsou zpravidla psány zkušenými a speciálně školenými autory. Tyto texty jsou koncipovány tak, že jsou dobře využitelné i pro studenty prezenční formy studia, texty pro prezenční formu se pro distanční nehodí. (ZLÁMALOVÁ, 2008)
1.2.1
Základní model distančního vzdělávání
Vlastní studium probíhá převážně mimo učebny příslušné vzdělávací instituce (nejčastěji v domácím prostředí), je úplně individualizováno, takže se nemusejí vytvářet studijní skupiny. Tvorba studijních skupin je vhodná, protože většina studujících si přeje komunikovat v nějaké skupině a mít jistotu konzultanta, kterého znají i osobně atd. Také pro účely řízení a organizace studia je vytváření studijních skupin efektivní. Setkávání studujících je možné buď z jejich vlastní iniciativy anebo pro speciální didaktické či socializační účely při tutoriálech. Při e-learningu je nahrazeno elektronickým diskusním prostředím, chaty aj. Samostatným studiem lze získat pouze vědomosti, ale ne dovednosti. Proto bývá také častou součástí distančního studia prezenční část (soustředění, nejčastěji tzv. letní škola). Tato část vyžaduje osobní přítomnost studujícího na povinném prezenčním studiu a musí být oznámena studujícímu před započetím studia. Musí být perfektně organizačně zajištěna tak, aby studujícímu nevznikaly zbytečné časové a tedy i finanční ztráty. Distanční forma studia nevylučuje prezenční část tam, kde je to nezbytně nutné pro kvalitní a úplné zvládnutí obsahu studia. (ZLÁMALOVÁ, 2008) Základní prvky systému DiV (KOMENDA, 2006):
1.2.1.1
Studující
Jsou většinou dospělí jedinci, vytíženi pracovně i společensky, u kterých je kladen velký důraz na samostudium a schopnosti sebevzdělávání pod dohledem vzdělávací instituce
- 11 -
s pomocí didakticky dobře zpracovaných studijních materiálů. Většinou je u těchto studujících od posledního systematického vzdělávání poměrně velká přestávka. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007)
1.2.1.2
Vzdělávací instituce
Nabízí studujícímu studijní kurz nebo program a zodpovídá za jeho kvalitu. (ZLÁMALOVÁ, 2008)
Organizuje vlastní průběh studia za pomoci administrativního modelu, odpovídají-
cího potřebám studujících. Připravuje a dodává studijní materiály a zajišťuje studujícímu všestrannou podporu během studia. Jsou to: – odborný personál (autoři studijních materiálů, tutoři, konzultanti), – management vzdělávací instituce, – administrativní personál, – technici a údržbáři, – produkční a zasilatelská střediska, – informační střediska, – regionální studijní střediska (případně síťově propojená), – poradenská střediska.
1.2.1.3
Informační a studijní materiály
Pro každý studijní kurz musí vzdělávací instituce připravit informační materiály a další studijní pomůcky. Bývají utříděny do výukových balíků pro každý modul studia. Ty jsou pak studentům poskytnuty buď na začátku studia, nebo zasílány postupně podle předem dohodnutého harmonogramu, případně předávány během konzultací nebo přístupné přes počítač (tzv. virtuální univerzita = server se softwarovým prostředím poskytující mnohostrannou podporu výuky). Cílem studijního balíčku je umožnit studentům kvalitní řízené samostudium. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007)
1.2.1.4
Komunikační prostředky
Musí být zajištěn způsob komunikace mezi studujícím a ostatními prvky celého systému: – technické zázemí (telefonní linky, e-mail, chat aj.), přestože je v současné době komunikace preferována elektronicky, nelze úplně vyloučit jiné způsoby komunikace, - 12 -
– potřebné množství vyškolených tutorů (konzultantů).
1.2.2
Opora distančního studia
Studijní opory tvoří základ distančního vzdělávání. Zatímco v prezenční výuce je východiskem vzdělávání bezprostřední kontakt se vzdělavatelem, který poskytuje studujícím všestranné zázemí, orientaci ve studované problematice, sděluje pokyny pro samostatné studium, motivuje apod., v distančním studiu přechází všechny zmíněné úkoly na studijní opory. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007) Studijními oporami rozumíme veškeré studijní a informační zdroje, které jsou součástí studia a které studující získá od vzdělávací instituce. Nejčastější používané typy studijních opor jsou: – speciálně vytvořený tištěný studijní text, – audio/video materiál, – multimediálně zpracované informace a zdroje na interaktivním CD, – speciální program šířený elektronicky, – televizní či rozhlasový pořad. Jako studijní opora může být využívána klasická učebnice, musí ale být doplněna o metodický návod nebo příručku, která by měla obsahovat zejména aktivity pro získání zpětné vazby, tedy různé otázky, úkoly, cvičení, testy apod. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007) Dále se do opor distančního studia může počítat tutor, administrátor a organizátor studia a eLMS systém – elektronický systém řízení studia.
1.2.2.1
Pedagogické funkce studijních opor
V distančním vzdělávání plní studijní opory hned několik pedagogických funkcí. Mezi nejvýznamnější patří funkce: – informativní, která spočívá v poskytování nových poznatků, – motivační – její podstata spočívá v eliminaci obtíží učení, v jejich překonávání, například průběžným hodnocením, povzbuzováním apod. a je tím tak posilováno odhodlání jedinců ve studiu vytrvat, – komunikativní – vzhledem k absenci nebo omezení komunikace mezi studentem a vzdělavatelem je vyžadováno, aby studijní opory vedly průběžně - 13 -
se studujícími „výukový rozhovor“, to znamená, aby byl student neustále aktivizován kladením otázek, předkládáním problémů k řešení, vyžadováním různých stanovisek atd., – řídící, která se projevuje záměrným zasahováním do učební činnosti řídícími impulsy a určitým organizováním tak, aby bylo studentovi umožněno úspěšně zvládnout vzdělávací kurz, může jít například o zpětnou vazbu, – diagnostická je založená na požadavku, aby mohl studující sledovat vlastní pokrok, což je mu umožněno například shrnováním problematiky, předkládáním speciálně připravených problémů k řešení, tato funkce je často spojena s funkcí kontrolní a hodnotící, – kontrolní a hodnotící – vyžaduje od studijních opor příležitosti k sebekontrole a sebehodnocení, a to včetně úkolů zaslaných k opravě tutorům – tyto práce umožňují studujícím získávat objektivní posouzení studijních výsledků a autorům kurzu pomáhají získávat zpětnou vazbu o jejich vlastní práci. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007)
1.2.2.2
Tvorba studijního textu
Hlavní studijní oporou v distanční formě studia je studijní text. Tento text se liší od běžných učebnic zejména metodickým a grafickým zpracováním, které je speciálně upraveno tak, aby v maximální možné míře usnadňovalo samostatné studium a umožňovalo řízené sebevzdělávání. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007) Při přípravě studijního textu (a samozřejmě i dalších studijních opor) distančního vzdělávání je třeba nezapomínat, že studující pracují ve specifických podmínkách. Jsou to zejména izolace studujícího, omezený čas pro studium a také fakt, že styk studujícího s tutorem je omezen a většinou probíhá písemnou formou. Proto musí být dodrženy obecné psychologické, pedagogické a didaktické zásady, například srozumitelnost, názornost, postupnost a další. (ZLÁMALOVÁ, 2008) Zlámalová (ZLÁMALOVÁ, 2008) ve své práci vymezuje i řadu zásadních vstupních informací, které musí mít autor studijního materiálu pro distanční vzdělávání k dispozici. Před započetím práce na tvorbě materiálu musíme vědět, pro jakou cílovou skupinu je text určen, jaké jsou vzdělanostní předpoklady skupiny a podle toho tedy zvolit přiměřenou obtížnost textu. Důležité je také mít informace o předchozích znalostech a dovednostech
- 14 -
studujících v daném oboru a vymezit si, k čemu má absolvent dospět, čemu se má naučit. Vědět bychom měli i to, jaké studijní texty budou tvořenému materiálu předcházet a jaké následovat, předem určený by měl být i rozsah textu, který musí adekvátně odpovídat požadovaným cílům. Patrně nejdůležitějším požadavkem na studijní text určený pro samostudium je jeho srozumitelnost. Aby byl text srozumitelný, musí být strukturovaný, členěný na krátké odstavce, které by měly ideálně obsahovat pouze jednu myšlenku. Věty by neměly být příliš dlouhé a složené do složitých souvětí, aby se v nich čtenář neztrácel. Pokud je to možné, neměly by se v textu zbytečně objevovat cizí výrazy, výjimkou jsou samozřejmě odborné termíny, nebo jevy, pro které nemá čeština vhodný přesný výraz. Srozumitelností se v tomto případě rozumí také názornost, proto je vhodné studijní materiál doplnit o různé obrázky, grafy a schémata, která pomůžou studujícímu jedinci s pochopením obsahu textu. (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007) Dalším prvkem distančních materiálů jsou praktické příklady. Pomocí nich lze často objasnit a dát do souvislosti i náročnější učivo, navíc dokážou studujícího zaujmout. Do textu by měly být zařazovány co nejčastěji, všude tam, kde je jimi možné učivo ilustrovat. Materiál by měl obsahovat i shrnutí jednotlivých kapitol. Shrnutí má jasně a stručně vystihovat vše důležité, o čem se v dané kapitole hovoří. Slouží tak k podrobnější představě o obsahu kurtu a může být studentem využíváno při přípravě ke zkoušce. Čím je kapitola obsáhlejší, tím větší má shrnutí metodický význam. Další požadavek, který by měl studijní materiál obsahovat, jsou klíčová slova. Ve většině případů jsou jimi specifické termíny, které se v dané odborné terminologii používají a u kterých je nutné, aby se s nimi studující seznámili, porozuměli jim a naučili se s nimi pracovat. Bývají uvedeny samostatně v úvodu nebo závěru studijního textu. Při tvorbě elektronického textu význam klíčových slov ještě vzrůstá, neboť v tomto případě mohou být klíčová slova aktivní (v podobě tzv. hypertextu), to znamená, že studující může kdykoliv, pokud na daný výraz narazí a není si jistý jeho významem, pouhým kliknutím otevřít jeho vysvětlení, vysvětlující obrázek apod. Materiály pro distanční studium by měly obsahovat i prvky zpětné vazby. Díky nim studující získává informaci o svých studijních pokrocích. Zpětná vazba může být realizována prostřednictvím různých otázek, úkolů a cvičení. Mnohdy je těžké vytvořit - 15 -
otázky tak, aby jí dotazovaný správně porozuměl a aby odpověď na danou otázku splnila svůj účel – potvrdila pochopení studovaného textu. Nejčastěji jsou používány kontrolní otázky, které se vztahují k právě prostudovanému textu. Bávají umístěny na konci kapitoly a slouží k rychlé kontrole, co si studující z dané kapitoly zapamatoval. Velmi často jsou používány i tzv. testy, tedy soubory různých typů testový otázek, které umožní studujícímu ověřit si své vstupní znalosti na začátku studia, průběžně ověřovat dílčí pokroky a zejména testovat své studijní výsledky na konci studia. (ZLÁMALOVÁ, 2008)
1.2.3
Technická podpora distančního studia
Charakteristický znak distančního vzdělávání je umožnění naprosté nezávislosti učení s tím, že student má schopnosti využít ke studiu moderní vzdělávací technologie, k nimž patří elektronicky řízené studium prostřednictvím e-learningu. Studium v rámci e-learningu předpokládá u studenta základní uživatelské znalosti práce s PC a internetu. (NOCAR,
2004)
Dříve byly přístupné jednotlivé studijní materiály, komunikace
probíhala často pouze prostřednictvím emailů. V současné době existují LMS (Learning Management System) – někdy též eLMS (electronic LMS), což jsou systémy pro řízení výuky, které v sobě integrují nástroje pro komunikaci a řízení studia (nástěnka, diskusní fórum, chat, tabule) a zpřístupňují studentům učební materiály. Většina LMS systémů je založena na webových technologiích, umožňující přístup ke studijním materiálům způsobem „anytime and anywhere“ („kdykoliv a kdekoliv").
1.3
Kombinovaná forma studia
Kombinovaná forma studia propojuje předchozí dvě formy – formu prezenční a formu distanční. Vedle části prezenční, kdy student přichází do přímého styku s vyučujícím, probíhá vzdělávání i formou řízeného samostudia. Jedinec tak má dostatek prostoru pro individuální samostudium, kdy si může určovat čas, ve kterém bude studovat, a rychlost, jakou si určené znalosti a dovednosti osvojí, ale má také možnost problematické nebo praktické části vzdělání přejmout přímou intervencí od pedagoga. Podle Květoně(KVĚTOŇ,
2005)
je tato forma považována za optimální způsob studia,
Zlámalová (ZLÁMALOVÁ, 2008) však tvrdí, že by kombinovaný způsob studia neměl být formou konečnou, ale spíše by se mělo jednat o formu přechodnou, která bude postupně přecházet do formy distanční. Odůvodňuje to jednak komplikovaností a také prodražením studia.
- 16 -
1.3.1
Blended learning
Mezi kombinovanou formu studia můžeme zařadit i tzv. „blended learning“. Jedná se o variantu studia, ve které se propojuje prezenční forma s e-learningem. Prezenční část studia probíhá stejně jako u klasického kombinovaného studia, distanční část je potom realizována pouze elektronickou formou ve speciálním elektronickém výukovém prostředí.
2
E-learning
Termínem e-learning jsou označovány různé druhy učení podporované počítačem, zpravidla s využitím moderních technologických prostředků (elektronických pomůcek). Evropská komise definuje e-learning jako aplikaci nových multimediálních technologií a internetu do vzdělávání za účelem zvýšení jeho kvality posílením přístupu ke zdrojům, službám, k výměně informací a ke spolupráci. (ZLÁMALOVÁ, 2008) Podle technologického pojetí „je e-learning spektrum aplikací a procesů, jako je Webbased training (WBT), Computer-based training (CBT), virtuální třídy nebo digitální spolupráce. Zahrnuje přenos obsahu kurzů prostřednictvím elektronických médií, např. Internetu nebo intranetu, satelitního vysílání, interaktivních televizních pořadů a výukových CD–ROM, často s podporou učitele“. (VANĚČEK, 2008) V pedagogickém pojetí je „e-learning vzdělávací proces, ve kterém používáme multimediální technologie, Internet a další elektronická média pro zlepšení kvality vzdělávání. (Multimédia umožňují používání obrazových, zvukových a textových informací k obohacení obsahu výuky. Internet poskytuje lepší přístup ke studijním materiálům a službám, k výměně informací a ke spolupráci vzdělávací komunity)“. (VANĚČEK, 2008) Obecně je možno chápat e-learning jako způsob výuky, který důsledně využívá významný potenciál nových informačních a komunikačních technologií (ICT) a nevyžaduje tedy bezprostřední fyzickou přítomnost učitele.
2.1
Historie
Pokud jde o historii e-learningu tak se již v šedesátých letech minulého století začalo experimentovat se stroji na učení. Říkalo se jim vyučovací automaty. I u nás byl jeden vyvinut pod názvem Unitutor. Probírané učivo bylo v Unitutoru rozděleno na dílčí
- 17 -
témata rozdělená do stran, na jejich konci se nacházela kontrolní otázka. Ta byla doplněna několika možnými odpověďmi. Správné či chybné řešení představovalo zpětnou vazbu a informovalo studenta o správnosti procesu uvažování. Pro svoji složitost a ne přílišnou účinnost se tyto stroje neujaly. Rozvoj e-learningu souvisí s rozvojem informačních technologií a když se v 1. pol. 80 let objevují první šestnáctibitové počítače, začíná se mluvit o elektronizaci školství. V druhé polovině osmdesátých let se objevují první dvaatřicetibitové počítače, trh ovládají osobní počítače PC. Kancelářské aplikace se stávají běžnou náhradou za psací stroje a automatizují proces výkaznictví. Počítače se začínají objevovat i v domácnostech. Ve světě začalo několik vědeckých týmů vyvíjet inteligentní výukové systémy (Intelligent Tutoring Systems). Ty si kladou za cíl tvorbu aplikací, které mohou kontrolovat výukové procesy a do jisté míry nahrazují roli učitele. Vhodně spojují výkladovou část učiva s procvičováním probrané látky a s testy. Využívali zvuk, animace, grafiku a byly schopny vytvořit prostředí integrující nezávislé aplikace. Obsah výuky a výukové tempo bylo individualizováno. Hodnocení studijních výsledků mohlo být analyzováno a na základě toho bylo možné provádět rozhodnutí o dalším postupu ve studiu. Role učitele byla transformována do role tutora, který prováděl kontrolu, řízení studia a obsluhu systémů. Z původně pouze testovací funkcionality byly systémy doplňovány o možnosti vkládání výkladových částí a cvičení. Tak vznikaly ucelené kurzy. Postup studentů ve studiu bylo možné individualizovat na základě jejich výsledků. Role počítače byla nezastupitelná a postupně nahrazovaly jednoúčelové automaty. E-mail jako nástroj rychlé a dostupné komunikace na dálku proniká i do koncepce distančního vzdělávání za využití výpočetní techniky. Od druhé poloviny devadesátých let se zároveň začalo rychle rozšiřovat využití služby www jako nástroj distribuce výukového obsahu. Na přelomu 20. století už hovoříme o e-learningu tak, jak ho známe v dnešní době. (STŘÍTESKÁ, 2003)
2.2
Formy e-learningu
Základní rozdělení podle komunikačních možností je: – off-line vzdělávání: nevyžaduje, aby byl počítač připojen k síti internet. Učební materiály jsou distribuovány na paměťových nosičích (CD, DVD).
- 18 -
– on-line výuka: jednoznačně vyžaduje zapojení počítače do sítě internet či intranet. Distribuce učebních materiálů se děje prostřednictvím síťových prostředků. On-line výuka může probíhat synchronní (neustálé připojení k síti) nebo asynchronní formou (lze studovat i off-line formou).
elektronické vzdělávání
off-line výuka
on-line výuka
synchronní
asynchronní
Obr. 1 – formy e-learningu
Formy e-learningu se dají vyjádřit takto: (KOPECKÝ, 2006)
2.2.1
CBT (Computer Based Training)
Vzdělávací obsah distribuován pomocí CD-ROMů, DVD, disket…, tímto způsobem jsou distribuovány výukové programy, multimediální encyklopedie, monografie, e-books (elektronické knihy) atd., v praxi tohoto způsobu využívají ZŠ, SŠ, VŠ, firmy. Není řízen lidmi (samostudium).
2.2.2
WBT (Web Based Training)
Vzdělávací obsah distribuován pomocí www technologií, jsou to internetové stránky se studijními materiály, které lze studovat přímo nebo je stáhnout pro samostudium offline a jsou umístěné na serverech jednotlivých poskytovatelů nebo na vzdělávacích portálech a v rámci intranetu organizace, v praxi je využíván ZŠ, SŠ, VŠ (méně často). Částečně řízen lidmi.
2.2.3
LMS (Learning Management Systems)
Vzdělávací obsah distribuován pomocí LMS, jsou to internetové stránky se studijními materiály a integrují nástroje pro komunikaci a řízení studia, v praxi tento systém využívají VŠ, SŠ a firmy, existují desítky LMS (například open source LMS Moodle). Plně řízen lidmi.
- 19 -
2.2.4
Blended learning (mix)
Jedna z definic kombinuje e-learning a běžnou prezenční výuku, realizuje se pomocí CDROM, DVD-ROM přímo v hodinách…, MM encyklopedií, výukových programů, elektronických knih (e-books), ale i využívá LMS systémů. V praxi je velmi užívaný na ZŠ či SŠ.
2.3
E-learning jako typ pedagogického procesu
E-learning je specifický typ pedagogického procesu. V praxi je řízený e-learning nejčastěji realizován jako studium v LMS s tutoriály. Prezenční část je realizována tutoriály a distanční část tvoří řízené samostudium s testováním v LMS prostředí. Harmonogram studia pak tvoří: – úvodní tutoriál, – řízené samostudium, – průběžný tutoriál, – řízené samostudium a – závěrečný tutoriál (obhajoba…).
2.3.1
E-kurz
Stejně jako v prezenčním studiu, je jedním ze základních částí e-learningu studijní kurz. V případě e-learningu se jedná konkrétně o elektronický studijní kurz, tzv. e-kurz. Ten je tvořen moduly různých předmětů, již jsou uspořádány v takové podobě, aby bylo možné splnit stanovené cíle vzdělávání. E-kurz je charakterizován zejména těmito složkami: (KVĚTOŇ, 2004) – vzdělávací obsah materiálů – tím je v případě e-kurzů nejčastěji multimediální studijní materiál, jejichž tvorba je komplexní a poměrně náročná činnost, – elektronická distribuce vzdělávacího obsahu – v současné době jsou nejvíce využívány služby WWW, – řízení studia, které v prostředí webu zajišťují softwarové systémy pro řízení studia, tzv. LMS (Learning Management Systems).
- 20 -
E-kurz je tedy komplexní multimediální soubor vzdělávacích materiálů, který musí být všem studujícím s příslušným technickým zázemím přístupný 24 hodin denně. Květoň (KVĚTOŇ, 2004)
dále uvádí, že musí být oproti kurzu klasickému vytvořen s různými
didaktickými úpravami, musí v něm být zařazené jen informace nezbytné k dosažení vzdělávacích cílů, měl by respektovat různé styly učení a v neposlední řadě je při tvorbě takového kurzu předvídat potřebu oprav a změn a zajistit snadnou aktualizaci kurzu. Při přípravě e-kurzu je také třeba respektovat doporučení pro tvorbu distančního textu (viz str. 14) s přihlédnutím k možnosti využít hypertextových vlastností webové služby.
2.4
Účastníci e-learningu
Jak uvádí (KVĚTOŇ, 2005), v distanční formě vzdělávání za počítačové podpory můžeme identifikovat několik rolí:
2.4.1
E-studující
Student musí umět spolupracovat s učitelem i s ostatními studenty s použitím informačních technologií, věnovat připojení do kurzu potřebný čas, aktivně komunikovat a plnit průběžně zadané úkoly. K minimálním požadavkům na účast studujícího v online kurzu patří přístup k počítači a k Internetu a motivace studenta uspět v netradiční formě výuky.
2.4.2
E-učitel jako tutor
Tutor vede výuku v online kurzu. Jde o speciálně vyškoleného učitele. Základem práce tutora je podpora vlastního učení se studujících, poskytování námětů k přemýšlení a k diskuzi, pomoc při překonávání studijních obtíží a hodnocení výsledků studujících. Tutor zajišťuje zpětnou vazbu směrem k vzdělávací instituci, k návrháři kurzu a k autorovi odborného textu.
2.4.3
Učitel jako e-autor
Někteří učitelé prezenční výuky se podílejí i na vývoji tradičních kurzů, například vytvářejí učebnice (skripta) pro přednášky atd. Jako autor v klasické výuce musí dobře znát obsah a musí mít příslušné znalosti o tvorbě učebních textů, dobré pedagogické schopnosti a zkušenosti. V e-kurzu potřebuje mít učitel v roli e-autora ještě další doplňující znalosti, schopnosti a zkušenosti. Především by měl ovládat:
- 21 -
– schopnost posouzení studijních materiálů z hlediska jejich vhodnosti použití jako zdroj didaktické transformace vzdělávacího obsahu do e-learningové podoby, – vhodné kombinování prvků tradiční výuky a výuky s využitím multimédií, – schopnost aplikace vlastních poznatků a zkušeností do tvorby dalších e-learningových podpor
2.4.4
E-vývojář
Pro e-vývojáře platí tyto obecné zásady – kurzy distančního vzdělávání je třeba vytvářet jako blok několika samostatných, krátkých lekcí (studijní doba 5–15 min.), k nim pak zařazovat zpětnou vazbu (kontrolní otázky, zpětnovazební texty, možnost vkládat komentáře a připomínky). Kurz by měl být přístupný po celou dobu trvání studia, optimálně respektovat různé styly učení. Kurz je vhodné strukturovat tak, aby orientace v něm byla pokud možno intuitivní. Použití náročných technologií a složitých řešení při snaze o implementaci interaktivních prvků se nedoporučuje. Opravy, změny a aktualizace kurzu by měla být snadno proveditelná. Etapy tvorby e-kurzů: – návrh výukových cílů, – volba výukové strategie, – posouzení vhodnosti učebních materiálů, – návrh použití multimédií a – evaluace a revize kurzu.
2.4.5
E-manažer
Jeho práce souvisí s úkoly vzdělávací instituce v distančním a elektronickém vzdělávání. Manažer e-learningu by měl mimo jiné umět: – aplikovat strategii tvorby studijních materiálů, – formulovat otázky pro rozbor vzdělávacích potřeb, – analyzovat studijní skupinu,
- 22 -
– navrhnout výukové cíle, – aplikovat základní evaluační metody, – kontrolovat kvalitu elektronického vzdělávání, – vypočítat náklady na zavedení a provoz e-learningu, – zhodnotit efektivitu e-learningu. (SIMONEK, 2006)
2.5
Využití e-learningu, přínosy, výhody, nevýhody
Využití e-learningu a jeho možnostem se věnují hlavně školy a univerzity. Projekt Virtuální univerzity akademických obcí2 patří mezi významné aktivity, jejichž cílem je zavedení kombinovaného studia, spojujícího prezenční a e-learningové formy studia. Také firmy začaly používat e-learning pro své vnitrofiremní vzdělávání. Je tedy zřejmé, že e-learning se stal jedním ze způsobů vzdělávání s důrazem na jeho celoživotní část. Přínosem je snížení nákladů na klasické vzdělávání. Jedná se především o náklady na pronájem učeben, zajištění studijních materiálů, cenu za lektora, dopravu a další. V případě e-learningu jsou tyto náklady zanedbatelné. Mezi významné benefity takového způsobu vzdělávání je časová nezávislost účastníků a možnost individuálního studia. Student sám volí dobu, kdy se bude vzdělávat, vzdělává se tedy ve chvíli, kdy je to pro něj optimální. Přínosem je také zajištění vysoké úrovně předávaných znalostí a jejich udržování. V rámci hodnocení je jistá závislost na lektorovi a ta nemusí přesně korespondovat s úrovní znalostí studenta. V e-learningu je každý student hodnocen podle stejných pravidel. E-learning dává studentovi možnost okamžité zpětné vazby a informuje o jeho výsledcích (jeho i nadřízené). (ČERVINKA, 2009)
2.5.1
Výhody – Možnost studia v čase, který studentovi vyhovuje, – úspora času a nákladů na vzdělávání (dojíždění, studium kdekoliv…), – studium i při zaměstnání, – škola může mít odborníky prakticky odkudkoliv,
2
Nezaměňovat se stejnojmenným projektem popularizujícím datové schránky (virtualniuniverzita.cz)
- 23 -
– není potřeba budov a vybavení, – studující postupuje svým tempem, – využití různých médií ve výuce, – rychlost zavedení nového kurzu, rychlost přístupu k informacím, – relativně snadná aktualizace obsahu a testů e-kurzu, – sledování výuky tutorem a zajištění zpětné vazby, – možnost konzultace s lektorem a s ostatními studenty, – počet studujících omezují pouze technické možnosti internetu, – látka vnímaná více smysly se lépe pamatuje. (PEJSAR, 2007)
2.5.2
Nevýhody – Vysoce sofistikovaná metoda výuky, – absence sociálního kontaktu „face-to-face“, – stávající programy mají limitované interaktivní prvky, – student nerozvíjí schopnost verbálně interpretovat a obhajovat získané znalosti, – nutnost značné motivace studentů, aby studium zvládli, – instruktor nemusí být vždy k dispozici, když potřebuje student, – vysoké počáteční náklady (na LMS, vytvoření kurzu, …), – náklady na PC – HW, SW, nutnost připojení k internetu. (PEJSAR, 2007) Tabulka 1 – porovnání výhod a nevýhod forem vzdělávání (PRAVDA, 2003)
Klasická třída
Virtuální třída
Samostudium v e-kurzu
Dostupnost formy vzdělávání
těžko dostupná – je nutná doprava, časově určeno, obtížné stanovení termínu
středně dostupná – časově určeno, stanovování termínu
vysoce dostupné – kdykoliv, kdekoliv
Náklady na vývoj, školení výuky
spíše vyšší – příprava prezentace a školících materiálů, příprava
střední – příprava prezentace
vysoké – příprava pro všechny eventuality,
- 24 -
cvičení Získaná zkušenost, znalost, vědomosti
programování
vysoká – nejefektivnější interaktivní vzdělávání
spíše vyšší – efektivní částečně interaktivní vzdělávání, nižší průběžná kontrola
střední – omezeně interaktivní vzdělávání, většinou pouze závěrečná kontrola
Náklady na dodání, školení
vysoké – investice do třídy a vybavení, cena lektora a jeho doprava a ubytování
spíše nižší – potřeba PC a pronájem virtuální třídy
I. nízké – potřeba PC II. střední – s investicí do LMS
Náklady na účast na školení, výuce
vysoké – cena ubytování, dopravy, ztracený čas
nízké – připojení na internet a telefon
nízké – připojení na internet
2.6
Technologie pro e-learning
Technologie, užívané v e-learningu i v distančním vzdělávání pro distribuci vzdělávacího obsahu, může být rozdělena do čtyř základních kategorií podle druhu použitého média: – tisk – audio technologie – video technologie – ICT technologie obecně. Každou z uvedených kategorií lze dále dělit, některé se vzájemně prolínají. Jak uvádí (KVĚTOŇ, 2004) v následující tabulce, například videokonference mohou být realizovány za použití počítače a Internetu. (KVĚTOŇ, 2004) Tabulka 2 – přehled technologií, jejich výhody a nevýhody (KVĚTOŇ, 2004) Nevýhody
Výhody
Tisk
Levný materiál Přenositelnost Pohodlné studium Široce dostupné
Neinteraktivní Omezené zapojení smyslů Vyžaduje čtenářské schopnosti Těžko se aktualizuje
Hlasová pošta
Snadné užití Možná interaktivita
Omezená délka záznamu Bez vizuálních prvků
Audio kazeta
Levná a dostupná Snadno se kopíruje
Neinteraktivní Bez vizuálních prvků
Levná
Neinteraktivní
Audio konference
- 25 -
Snadno se realizuje
Bez vizuálních prvků Vyžaduje hardware
Videokazeta
Levná Snadno dostupná Snadno se kopíruje Audio a vizuální prvky
Složité nahrávání Neinteraktivní Vyžaduje hardware Těžko se aktualizuje
Satelitní videokonference
Realistická Může být interaktivní
Drahý hardware Vyžaduje časový rozvrh Obvykle jen jednosměrné vysílání Vyžaduje časový rozvrh Limitovaný dosah Přenos jen v přímé viditelnosti
Realistická Videokonference přenášená mikrovlnami Může být interaktivní Relativně levná
Televize
E-mail
Online Chat
Webové vzdělávání
2.7
Snadno použitelná Snadno dostupná Program lze nahrát Audio a vizuální prvky
Vysoké produkční náklady Vyžaduje hardware Neinteraktivní Vyžaduje časový rozvrh
Flexibilní Interaktivní
Vyžaduje hardware Software se liší
Současná interaktivita Přímá zpětná vazba
Vyžaduje podobný software Vyžaduje časový rozvrh Vyžaduje hardware
Může zahrnout multimédia Celosvětový přístup Interaktivní Snadno se aktualizuje
Vyžaduje počítač Software může být drahý Vyžaduje přístup k Internetu Občas technické problémy
Software pro e-learning
Podle Květoně (KVĚTOŇ, 2004) se dají softwarové systémy v rámci LMS podrobněji rozlišit pro: – řízení kurzů CMS (Course Management Systems), – tvorbu obsahu studia LCMS (Learning Content Management Systems), – řízení podnikového vzdělávání ELMS (Enterprise Learning Management Systems)3. Hlavními kategoriemi softwarových nástrojů pro webové kurzy jsou: (KVĚTOŇ, 2004)
3
V praktické části využitý LMS Moodle umožňuje pouze CMS a LCMS funkcionalitu
- 26 -
2.7.1
Autorské nástroje
Například SW typu Adobe Director nebo Macromedia Authorware jsou určené pro tvorbu multimediálního (a často interaktivního) obsahu kurzu. Jsou koncipovány především pro specialisty na multimédia, ale díky jejich intuitivnímu grafickému rozhraní je může používat i poučený laik. Překážou širšího nasazení je cenová politika firem a celkově horší finanční dostupnost těchto produktů. Vytvořené multimediální produkty mohou být použity buď samostatně, nebo být přidány do nějakého systému pro řízení studia LMS.
2.7.2
Nástroje pro virtuální třídy
Virtuální třídy (Virtual Classrooms) obsahují nástroje umožňující realizovat pomocí webových technologií synchronní výuku. Je to webový interaktivní nástroj, který umožňuje lidem setkávat se, komunikovat a spolupracovat v reálném čase.
2.7.3
Systémy pro řízení studia
Systémy pro řízení studia (Learning Management Systems, LMS) souhrnně označují kategorii SW nástrojů určených pro tutorem řízené studium, ale i pro samostudium. LMS umožňuje správu všech kurzů, také všech uživatelů a jejich práv, sledování a zaznamenávání jejich studijních výsledků i jejich aktualizace. Prostřednictvím LMS mají studující k dispozici souhrnné informace o kurzech, ve kterých studují, a přehled o svých studijních úkolech i výsledcích.
eKurzy
student eAutor
LMS obsah výuky
tutor Obr. 2 – schéma systému e-learningu
- 27 -
Před výběrem LMS je třeba si stanovit, které vlastnosti jsou důležité a které nikoliv. Vzhledem k tomu, že e-kurzy jsou ve většině případů vedeny jako blended learning, jsou požadavky na ně specifické. Mezi standardní požadavky můžeme zařadit integraci s informačním systémem instituce, poskytování výukového obsahu, nástroje pro evaluaci, testování a hodnocení. Mezi běžně dostupné systémy lze zařadit: – Microsoft Class Server, resp. SharePoint LMS – eDoceo (http://www.edoceo.cz/) – Moodle (http://docs.moodle.org/cs/) – JumlaLMS (http://www.joomlalms.com/) – iTutor (http://www.e-learn.cz/ ) – aTutor (http://atutor.ca/) Jak uvádí Eger „v praktické výuce se nevyskytují obvykle „čisté“ formy, například čistá prezenční, elektronická nebo distanční forma. V praxi se prosazuje koncepce smíšeného vzdělávání – blended learning, což je kombinace prvků prezenčního i e-learningového vzdělávání.“
(EGER, 2006)
Tento koncept byl zmiňován ještě před rozšířením e-learningu.
Hovořilo se o hybridním učení, které se zabývalo tím, jak při vzdělávání účinně lze kombinovat prezenční a distanční (tehdy neelektronické) prvky. Kombinované použití, se ukazuje jako efektivnější a hlavně odstraňuje některé nedostatky "čistých" e-learningových kurzů. Dosahuje se tím vyšší efektivita vzdělávání hlavně tam, kde je potřeba, aby absolventi nejen rychle zvládli základní informace, ale kde je důležité vzděláváním získat nejen znalosti, ale i dovednosti, zkušenosti. Popřípadě aby studenti byli skutečně motivováni k praktické činnosti. Kombinací může být celá řada, ale v praxi je to například tak, že e-learningový kurz v LMS předává základní informace, provede základní kontrolu znalostí a ty jsou spolu s elektronickou komunikací prohlubovány na prezenčním semináři či hodnoceny prezenčním zkoušením. Dalším příkladem blended learningu mohou být semináře v kombinaci s videokonferencemi, kurzy v kombinaci s neustálým e-mailovým spojením nebo navazujícím dialogem mezi účastníky. Za blended learning lze považovat i kurzy
- 28 -
poskytované prostřednictvím webových stránek v kombinaci s klasickou výukou ve vzdělávacím zařízení. Je tedy patrné, že blended learning kombinuje synchronní výuku („just in time“) s výukou asynchronní.
3
LMS Moodle
Poznámka: pokud není uvedeno jinak, obsah této kapitoly byl sestaven na základě čerpání z referenčního webu Moodle (MOODLE TRUST, 2012), webu RokIT (SDRUŽENÍ ROKIT, 2011) a webu Virtuální Univerzity (VŠB - Technická univerzita, 2012). Technologie tvorby e-learningových kurzů souvisí s použitím typu softwaru. Jednou z možných technologií a současně nejvíce používaných je Moodle. Jeho rozšířenost v podmínkách ČR a cenová dostupnost (licence GNU GPL) byla hlavním faktorem rozhodujícím při výběru systému Moodle při aplikaci praktické části této práce. Původně byl Moodle akronym pro Modular object – Oriented Dynamic Learning Environment (Modulární objektově orientované dynamické prostředí pro výuku). Moodle je softwarové prostředí pro tvorbu výukových systémů a elektronických kurzů na webu, a to jak intranetu, tak internetu. Vyvíjen je jako nástroj podporující sociálně konstruktivistický přístup ke vzdělávání. Je poskytovaný zdarma, jako tzv. Open Source software, který spadá pod veřejnou licenci GNU. Je chráněn autorskými právy, ale uživatelům poskytuje velkou svobodu. Tvůrci kurzů v prostředí Moodle mají k dispozici řadu modulů pro sestavení obsahu. Nastavení modulů i jejich jednotlivých instancí lze dále přizpůsobovat, a využívat je tak v různých pedagogických situacích. Kromě těch dodávaných přímo v distribuci je k dispozici řada rozšiřujících modulů. Pomocí standardně dodávaných modulů lze do on-line kurzu vkládat např.: – Studijní materiály ve formě HTML stránek, souborů ke stažení, Flash animací, strukturovaných přednášek, apod., – diskusní fóra s možností odebírání příspěvků e-mailem, – úkoly pro účastníky kurzu, – automaticky vyhodnocované testy složené z různých typů testových úloh,
- 29 -
– slovníky a databáze, na jejichž plnění se mohou podílet účastníci kurzu, – další vzdělávací obsah (dle SCORM) Moodle
umožňuje
také
evidenci
studijních
výsledků.
Činnost
uživatelů
je
zaznamenávaná v protokolech participace, sestavách činnosti, účasti a aktivitě v kurzu (DUBOVSKÁ, 2007).
3.1
Vytváření kurzů v LMS Moodle
Kurzy mohou v LSM Moodle vytvářet pouze správci systému nebo tzv. Tvůrci kurzů. Tvorba kurzů je rozdělena do několika částí: – založení nového kurzu, – nastavení vlastností, – role. Pro založení nového kurzu je třeba zadat název kurzu. Měl by obsahovat název kurzu nebo předmětu, který obsahuje. Název musí obsahovat jednoznačný název kurzu. Je doporučeno volit kombinaci zkratky předmětu, učitele, případně skupiny. Doplňující informace by měly přinést informaci, o jaký kurz se jedná, a kdo, nebo pro koho jej chce vytvořit.
Obr. 3 – založení a nastavení kurzu
- 30 -
Uspořádání kurzu může být – týdenní – jedno téma/blok odpovídá výukovému týdnu – začátek a konec bloku se odvíjí od data začátku kurzu – každé další téma začíná s týdenním posuvem oproti předchozímu – tematické – struktura je jako v týdenním uspořádání – blok (témata) se nerozlišují časově, ale názvem tématu – diskusní uspořádání – v hlavním okně nejsou témata, ale kořenové diskuzní fórum – uspořádání je volné – typické užití – elektronická nástěnka Další parametry kurzu: – datum začátku kurzu (a aktivace dostupnosti) – maximální velikost nahrávaných souborů (musí být <= jak omezení dané webových serverem) – režim skupin – žádné (jeden kurz = jedna skupina/třída) – viditelné (formální zavedení studentů do skupin – například začátečníci a pokročilí) – oddělené (vytvoření samostatných studijních skupin – studenti „nevidí“ jiné frekventanty, než ty ve stejné skupině) – přístup pro hosty (zakázat / povolit přístup nezapsaným uživatelům) – host má dostupné studijní materiály – nemůže se účastnit hlasování a vyplňování testů Většinu parametrů lze změnit i v již existujícím kurzu.
- 31 -
3.1.1
Metody zápisu do kurzu
LMS Moodle umožňuje několik metod zápisu do kurzu studenty. V menu Nastavení – Správa kurzu – Uživatelé – Metodu zápisu lze přidávat, odebírat a konfigurovat metody zápisu studenta do právě aktivního (procházeného) kurzu. Ve srovnání s předchozí verzí Moodle (verze 1.9.x) již tedy není tato možnost přístupná přes úpravu nastavení kurzu, ale skrývá se ve struktuře správy uživatelů!
Obr. 4 – metody zápisu do kurzu
Pokud má být kurz přístupný hostům, musí mezi povolenými metodami figurovat i položka „Přístup pro hosty“. Ruční zápis lze preferovat v případě, že tutor (nebo administrátor LMS) zakládá uživatele účelově – tedy platí model jeden uživatel = jeden student přihlášený do kurzu. Pokud je v LMS kurzů dostupných více, anebo se počítá s možností průběžného přihlašování uživatelů do již zahájeného kurzu, optimální metodou zápisu je „Zápis sebe sama“. Metodu Zápis sebe sama je nutné nejprve zkonfigurovat. Prakticky to znamená nastavení hesla (klíče) k zápisu, přiřazení výchozí role (typicky student) a počet dnů, po jejichž uplynutí dojde k automatickému ukončení platnosti zápisu. Uživatel systému Moodle (např. student jiného kurzu) má tak možnost přihlásit se do e-kurzu bez nutnosti vykonání administračních kroků ze strany tutora nebo administrátora. Stačí cílové skupině sdělit klíč k zápisu. Pokud e-kurz pracuje s oddělenými (nebo viditelnými) skupinami studentů, pak je možné místo klíče k zápisu v metodách zápisu použít klíč nastavený přímo v nastavení konkrétní skupiny. Menu Nastavení – Správa kurzu – Uživatelé – Skupiny. Tam pak skupinu vytvořit nebo upravit a nastavit jí klíč k zápisu.
- 32 -
Obr. 5 – klíč k zápisu příslušné skupiny
3.1.2
Uživatelské role
Každý uživatel má přiřazeno několik desítek oprávnění. Ty se týkají možností přistupovat nebo i upravovat k různým částem kurzu (od studijních materiálů, přes testy, spouštění analytických nástrojů, vytváření uživatelů a kurzů). Aby správa oprávnění byla nekomplikovanou činností, je vytvořeno několik předdefinovaných rolí. Jeden uživatel může pak mít přiřazenu jednu nebo více z těchto rolí. Každá role má definovanou skupinu oprávnění, která pak přenáší na uživatele s touto rolí spojené. Mezi nejběžnější role patří: – manažer – jedná se o globální roli – manažer může vstupovat do kurzů a upravovat jejich obsah – může provádět analytickou činnost a disponuje právem přidělování rolí – může zakládat nové uživatele – tvůrce kurzu – může zakládat nové kurzy – jinak má oprávnění jako učitel – učitel – v rámci kurz vytváří a modifikuje veškerý obsah – může známkovat studenty – může provádět zápis studentů do kurzu - 33 -
– může provádět analýzu výsledků testů (studia obecně) – učitel bez práva upravovat – může provádět činnosti jako učitel, – ale nemůže modifikovat obsah kurzu – student – výchozí role frekventanta kurzu – může přidávat obsah tam, kde to učitel dovolí (typicky odevzdání souborů, příspěvky v diskuzních skupinách) – host – uživatel s minimálními právy – u kurzů, které to dovolují, může prohlížet studijní materiál – bez práv vkládat nebo modifikovat obsah (včetně testů) – nemá vytvořen účet v LMS – registrovaný uživatel – uživatel s účtem v LMS – nemá aktivní žádný kurz – může převzít roli student tak, že se zapíše do kurzu (pomocí metody zápis sebe sama do kurzu) Uživatel může mít v různých kurzech různé role. Pouze role Manažer a Registrovaný uživatel je automaticky globální. V každém kurzu má konkrétní uživatel v jednom okamžiku aktivní pouze jednu roli. Role Učitel může převzít dočasně roli Studenta nebo Hosta. Může tak snadno ověřit chování a přístupnost jím přidaných materiálů (typicky přednášek, anket nebo testů).
3.1.3
Nástroje pro správu, řízení a úpravy kurzu
Se správou LMS, vytvářením obsahu a vedením kurzů je spjata celá škála aktivit. V rámci tohoto dokumentu není účelné je jednotlivě rozebírat, neboť není cílem dokumentu vytvořit návod nebo referenční příručku užívání systému Moodle. Proto budou dále
- 34 -
přiblíženy jen ty části, které jsou klíčové k pochopení syntetické části dokumentu (vlastní vzdělávací opory pro kurz Technická infrastruktura a Síťové technologie). Dokumentace LMS Moodle je poměrně přehledná a stále aktualizovaná. Dostupná je na stránce http://docs.moodle.org/21/en/Main_page V české verzi pak http://docs.moodle.org/archive/cs/Hlavní_strana – zde ale je inovace textu značně zpožděná proti vydání aktuální verze Moodle. Za poměrně dobře zpracovaný podklad lze považovat Karty rychlé nápovědy vydané občanským sdružením RokIT. Vztahují se k verzi 2.0, pro nekomerční užití jsou zdarma: http://linuxveskole.cz/informacni-zdroje/materialy-ke-stazeni/
3.1.4
Studijní materiály
Struktura každého kurzu je tvořena několika zdroji studijních materiálů, interaktivní obsah následně zprostředkovávají přidávané moduly činností. Materiály jsou pasivním obsahem a slouží zejména k poskytování doplňkových studijních podkladů a také se pomocí nich vytváří hlavní stránka kurzu. Mezi nejběžnější typy studijních materiálů řadíme: – stránka – základní nástroj pro vkládání obsahu (například výklad) – vizuální editor umožňuje vytvořit stránku s textem, obrázky, tabulkami – soubor – slouží pro vložení odkazu na souboru ke stažení – soubory jsou součástí kurzu v Moodle (např. jsou spolu s kurzem zálohovány) – jedná se o nástroj pro poskytování „off-line“ obsahu – URL – vytváří odkaz na externí webovou stránku
- 35 -
– tutor má k dispozici úplnou evidenci o využití těchto externích zdrojů studenty (každé klinutí je evidováno v logu událostí) – popisek – nejedná se o nástroj přidávání výukového obsahu – slouží k přidávání informací do jednoho tématu (např. klíčová slova, anotace tématu, problémové sentence apod.)
Obr. 6 – studijní materiály a činnosti
3.1.5
Moduly činností
Činnosti umožňují do kurzů přidávat interaktivní obsah. To znamená, že je očekáván aktivní přístup studenta. To zahrnuje odevzdávání souborů s úkoly, vyhotovení testů, účast na anketách nebo průzkumech. Mezi nejčastěji využívané činnosti patří: – Anketa – je nejrychlejší způsob získání zpětné vazby – umožní položit otázku a definovat možné odpovědi – v jednoduché statistice lze následně sledovat rozhodování studentů – Fórum – vytváří diskuzní skupinu zaměřenou na určité téma
- 36 -
– lze tak snadno řešit systém „FAQ“ (často kladených dotazů) – diskuze probíhá nejen mezi tutorem a frekventantem, ale i mezi studenty navzájem – Přednáška – skládá se ze skupiny stránek s dílčí části výkladu – každá stránka může být zakončena jednou nebo více otázkami – na další část je student přesměrován až po korektní odpovědi – více v kapitole 4.1.1 – Interaktivní přednášky – Slovník – vytváření seznamu klíčových slov a jejich definic – každé slovo může být automaticky propojováno s jeho výskyty v textech – Test – nejčastěji využívaná forma interakce – umožňuje vytváření testů složených z otázek v bance úloh – Úkoly – modul pro zadávání „off-line“ úkolů – splnění může být podmíněno odevzdáním souboru (text, obrázek…) – hodnocení provádí tutor (nejedná se o automatickou formu)
3.1.6
Testové úlohy
Opakovací, kontrolní a hodnocené testy se skládají z několika úloh různého typu. Ty jsou vyvářeny v tzv. Bance úloh. Ta obsahuje do kategorií řazení testové otázky. Ty jsou různého typu – jako otázky s jednou možnou odpovědí, s více odpověďmi, přiřazovací, krátké tvořené odpovědi nebo výroky typu pravda/nepravda. Tento systém umožňuje uchovávat otázky k testům na jednom místě, přehledně je řadit do kategorií a jsou kdykoliv znovupoužitelné. Častý postup je takový, že některé otázky z banky úloh jsou jednou použity v opakovacích testech (student je provádí ihned po přečtení části výukových materiálů a kontroluje si tak úroveň právě nabytých znalostí) a
- 37 -
následně jsou zařazeny do kolekce náhodně vybíraných úloh v testech kontrolních a hodnocených (závěrečných).
Obr. 7 – banka úloh pro testy
Mezi běžné typy testových úloh patří: – dlouhá textová odpověď – dovoluje vložit formulovanou odpověď – automatické vyhodnocení je vyloučeno – vyhodnocení realizuje tutor po dokončení testu – krátká tvořená odpověď – zapsaná odpověď je porovnána s možnými modelovými variantami – pro vyhodnocení je možné vytvořit regulární výraz – numerická úloha – odpověď je výpočet (číslo) volitelně doplněné jednotkou – porovnává se s modelovým výsledkem – je možné stanovit toleranční rozsah
- 38 -
– pravda/nepravda – Otázkou je výrok, student volí, zda je pravdivý či nepravdivý – přiřazování – jedná se o kombinaci variant a jejich odpovědí – ke každé variantě je pak nabídnut seznam možných odpovědí vytvořený sloučením odpovědí jednotlivých variant – výběr z možných odpovědí – odpovědi jsou definovány jako seznam možností – lze zvolit, zda bude možné vybrat právě jednu nebo i více možností
3.1.7
GIFT formát
Jednotlivé úlohy lze do banky úloh vkládat prostřednictvím webového rozhraní. Pro jednotlivé úlohy je to komfortní způsob a navíc umožňuje využít zcela potenciálu jednotlivých druhů úloh. Při vkládání většího množství úloh je ale práce s webovým klientem poměrně pomalá, zdlouhavá a nelze automatizovat opakované činnosti. Proto je možnost importovat sady úloh do banky úloh z externích textových souborů. Moodle podporuje několik formátů, tím nejlépe čitelným a snadno editovatelným běžným textovým editorem je formát GIFT (General Import Format Technology). formát otázky s výběrem z možných odpovědí: ::označení úlohy:: Text otázky { = text správné odpovědi ~ text špatné odpovědi ~ text další špatné odpovědi }
formát otázky s výběrem z více možných odpovědí: ::označení úlohy:: Text otázky { ~ %50%
první možná správná odpověď
~ %50%
druhá možná správná odpověď
~ %-50% částečně špatná odpověď ~ %-100% zcela špatná odpověď }
- 39 -
formát otázky s krátkou tvořenou odpovědí: ::označení úlohy:: Text otázky { = modelová varianta 1 = modelová varianta 2 = modelová varianta 3 }
formát otázky s numerickou odpovědí: ::označení úlohy:: Text otázky { # = 30 //hodnota odpovídající správné odpovědi = %50% 30:5 //správná odpověď s tolerancí 5 a bodovým ziskem 50% }
formát otázky s odpovědí pravda/nepravda ::označení úlohy:: Text otázky { TRUE #reakce při špatní odpovědi //nebo FALSE }
formát otázky s přiřazováním ::označení úlohy:: Text otázky { = položka 1 -> příslušná hodnota 1 = položka 2 -> příslušná hodnota 2 }
Nabídka možností u každé položky je sestavena z jednotlivých hodnot příslušným k položkám.
3.1.8
Analytické nástroje
Systém Moodle disponuje celou škálou analytických a souhrnných nástrojů. Tím základním je automatické vyhodnocování a bodování testů. Na základě procentuální úspěšnosti lze nechat přiřadit i hodnocení ve formě známky. Testy lze analyzovat jako celek nebo je možné provádět položkovou analýzu (po jednotlivých úlohách). V celkové analýze je uvedeno srovnání úspěšnosti pro první a případné další pokusy, medián hodnocení jednotlivých úloh a také směrodatná odchylka od průměrné chybovosti. U položkové analýzy úloh je u každé úlohy zobrazena průměrná úspěšnost splnění úlohy a také směrodatná odchylka od průměru. Na těchto hodnotách lze zakládat úvahy
- 40 -
o náročnosti té které úlohy, anebo o možnostech přeformulování textu z důvodu zvýšení jeho srozumitelnosti (pochopitelnosti).
Obr. 8 – náhled na statistiku testu
Kromě analýzy výstupů z testových úloh lze provádět kontrolu aktivity jednotlivých účastníků v sledovaných částech kurzu, je možné sledovat počet zhlédnutí určitého materiálu nebo intervaly a dobu přístupů studentů do kurzu. Za tímto účelem jsou v kurzu připraveny nástroje pro generování sestav a protokolů, které lze následně prohlížet v tabulkové nebo grafické podobě a případně data exportovat v různých formátech pro další zpracování.
Obr. 9 – nástroje generovaných sestav
- 41 -
4
Praktická aplikace studijní jní opory pory
Pro návrh a validaci praktické části – studijní opory v systému Moodle byla použita „klasická“ metodika metodika podle Doc. Květoně (KVĚTOŇ, 2004), jejíž struktura je zmíněna v kapitole E-vývojář vývojář na straně 22. Obsahový rámec kurzu byl stanoven v intencích požadavků na teoretické znalosti základů počítačových sítí, tak jak jsou chápany v současné době. Je počítáno s cirka základů čtyřmi bloky prezenční výuky. Proto i celý kurz je rozdělen do čtyř navazujících částí. Před implementací kurzu do LMS byl proveden rychlý kvantitativní průzkum mezi studenty BIVŠ. BIVŠ. Přestože odpovědi byly získány pouze od 46 respondentů, výsledky šetření se ukázaly dostatečně profilované, profilované, a proto lze tento vzorek považovat za reprezentativní. Všichni dotazovaní měli odpovídající představu o tom, co e-learning e learning nabízí. Pouze nebyla nebyla jednotná představa o jeho šíři. Pro potřebu šetření byl e-learning e learning definován jako „distanční distanční vzdělávání s využitím výpočetní techniky a (obvykle) internetu, který se sklád kládá z řady dílčích celků a aktivit – výukových materiálů v elektronické podobě, zpřístupňuje multimediální obsah (obrázky, zvuk, animace, video, další elektronické a zpřístupňuje webové zdroje), lektor/tutor komunikuje se studenty prostřednictvím diskuzních fór, dotazníků a anket, obsahuje opakování a kontrolní testy." Téměř dvěma třetinám respondentů taková definice odpovídala jejich představě o e-learningu. learningu.
Obr. 10 – představa respondentů o e-learning learningu
Na základě průzkumu bylo dále zjištěno, že e-learning e learning je vhodnou a zajímavou alternativou nebo doplňkem ke klasickým (prezenčním) formám výuky.
- 42 -
Obr. 11 – popularita e-learningu e learningu
Lze předpokládat, že e-learningový learningový kurz jako doplňkový studijní materiál bude vnímán pozitivně, neboť předchozí zkušenosti respondentů s e-learningem learningem jsou pozitivní.
Obr. 12 – zkušenosti s e-learningem e learningem
Z průzkumu je také patrné, že „klasický“ model využití e-learningu e learningu spočívá především v opoře prezenční formy studia. Zastává úlohu zdroje studijních materiálů a přináší auto evaluační možnosti. auto-evaluační
Obr. 13 – předmět e-learningu e learningu
- 43 -
4.1
Výuková strategie a návrh použití multimédií
Na základě výsledků další části dotazníkového šetření byl zvolen konkrétní LMS, do kterého byl e--kurz kurz implementován a následně odladěn. Potenciální frekventanti frekventanti se v minulosti nejčastěji setkali se systémem Moodle. Ten byl také zvolen pro realizaci praktické části. Jak je již uvedeno v předchozí kapitole, mezi klíčové výhody Moodle patří snadná dostupnost, jednoduchá instalace a platformová nezávislost. Také je šířen jako svobodný software s licencí GNU GPL. Několik respondentů mělo zkušenost s komerčním produktem firmy Microsoft – LMS doplňkem aplikace SharePoint. Jeho rozšířenost v podnikovém prostředí je pravděpodobně zapříčiněna orientací firem na MS Server produkty.
Obr. 14 – popularita LMS systémů
Při plánování formy e-kurzu e kurzu bylo kromě doporučení autorů – zejména (BAREŠOVÁ, 2003) (BEDNAŘÍKOVÁ, 2007), 2003), 2007) (ZLÁMALOVÁ, 2006) – a vlastních zkušeností, zkušeností, reflektováno i na požadavky potenciálních účastníků kurzů (jeden z bodů počátečního šetření). Do základní kolekce typů činností a materiálů byly zahrnuty: – otázky a testy k opakování vyložené látky, – veškerý studijní studijní materiál připravený ke stažení a tisku, – výukový text ve formě webové stránky, – součástí textu jsou i hypertextové odkazy na doplňující doplňující informační obsah. obsah
- 44 -
Obr. 15 – očekávání potenciálních frekventantů
4.1.1
Interaktivní přednášky
Přestože méně než polovina dotazovaných uvedla, že v kurzu očekává přítomnost interaktivních přednášek, přesto výkladová část e-kurzu e kurzu je založena na méně známém a teprve relativně nedávno odladěném modulu (činnosti) „přednáška“ (Lesson). Umožňuje totiž jak „standardní“ strukturování výkladu – kdy je téma zpřístupněno jako sled po sobě jdoucích podkapitol s možností výběru pořadí jejich čtení (viz Obr. 16),
konec přednášky
výběr kapitoly
kapitola 1
kapitola 2
...
kapitola N
Obr. 16 – sled aktivit přednášky s asymetrickým symetrickým průchodem
tak takzvanou interaktivní formu. O interaktivitu v pravém slova smyslu se sice nejedná, ale modul umožňuje zařadit za každou část dílčího výkladu jednu nebo více kontrolních otázek. Pokud student odpoví na otázku správně, posouvá se na následující část výkladu. Pokud odpověď správná není, je automaticky přesměrován zpět na stránku s výkladem. Tento systém umožňuje i poměrně složité skoky a přesměrování. Základní princip aktivit činnosti činnosti přednáška je naznačen v následujícím diagramu. (Tento přístup je aplikován v prvním tématu e-kurzu e – Datová síť – Síť jako platforma platforma.)
- 45 -
přečíst následující kapitolu přednášky
zodpovědět kontrolní otázku
zodpovězena správně?
[ne]
konec přednášky?
[ano] [ano]
[ne]
přečíst stejnou kapitolu přednášky
Obr. 17 – struktura aktivit interaktiví přednášky
4.2
Evaluace a revize kurzu
Pro zhodnocení kurzu bylo jeho absolvování nabídnuto primární cílové skupině – studentům prezenčního studia předmětu Technická infrastruktura a síťové technologie na BIVŠ. Protože se jedná o poměrně malý vzorek osob, byla testovací skupina rozšířena o studenty maturitního ročníku oboru informační technologie Střední průmyslové školy strojní a elektrotechnické a Vyšší odborné školy, Liberec4. Ti mají v učebním plánu předmět počítačové sítě, který do určité míry je v korelaci s kurzem TIS na BIVŠ. Toto rozhodnutí se nakonec ukázalo být správným, neboť studijní intenzita studentů BIVŠ narůstá poměrně pomalu a kulminuje až těsně před koncem letního semestru. Včasné získání validních výstupů použitelných pro evaluaci kurzu bylo proto ohroženo. V době od 10.4. do 15.4.2012 bylo provedeno šetření mezi frekventanty e-kurzu, kteří již v této době absolvovali jeho jednotlivé části včetně vyplnění závěrečných testů.
4.2.1
Pozitivní a negativní prvky e-kurzu
V kvalitativní části výzkumu měli frekventanti e-kurzu zhodnotit jeho pozitivní a negativní aspekty. Mezi ty pozitivní lze zahrnout například:
4
Autor tohoto textu na zmíněné škole vyučuje.
- 46 -
– logické a přehledné rozčlenění vykládané problematiky, – možnost stažení podkladů ve velmi přehledné formě, – velké množství informací bez slovní vaty, – možnost ověření znalostí prostřednictvím kontrolních otázek, – provázanost testových otázek s materiálem kurzu. V negativní kritice se objevovaly připomínky typu: – velké množství použitých akronymů, – zavádějící znění některých testových otázek, – příliš mnoho otázek v jednom testu, – krátký časový limit na vypracování testu, – nepřehledné grafické prostředí kurzu. Negativní kritika většinou směřovala do oblastí, které lze v trvale nasazeném e-kurzu poměrně dobře eliminovat. Výchozí grafické prostředí systému Moodle je skutečně méně přehledné a líbivé, neintuitivní. Důvodem vložení většího množství (22–55) kontrolních otázek do jednoho testu byla potřeba odladění celé banky úloh. V praktickém nasazení se postupuje jiným způsobem – do kontrolního testu se náhodně generuje pouze menší množství otázek z dané kategorie. To má i sekundární výhodu – opakovaným spuštěním takového testu obdrží student novou sadu otázek. Tím se snižuje riziko učení se správných odpovědí „nazpaměť“. Použití časového limitu je vhodné pouze tehdy, jedná-li se o hodnocený (zápočtový) test.
4.2.2 V rámci
Zhodnocení kurzu frekventanty závěrečného
zhodnocení
proběhlo
kvantitativní
šetření
mezi
všemi
frekventanty. Těch bylo celkem 34, od 31 studentů se podařilo získat výstup dotazníkového šetření. Studenti měli na šestibodové škále určit, jaké byly jejich znalosti dané problematiky před absolvováním kurzu. Přičemž hodnota „0“ odpovídala žádným znalostem nebo jen obecnému "povědomí" a hodnota „5“ znalostem principů a souvislostí, schopnosti jejich praktické aplikace. Většina studentů označila hodnotu v rozmezí 1 až 3. - 47 -
Následně měli určit subjektivní hladinu svých znalostí po absolvování kurzu (na stejné škále). Nejčastěji označenou hodnotou byla 4. Kromě jednoho všichni respondenti označili nárůst nárůst o alespoň jeden bod. Absolutní nárůst je vidět v následujícím grafu.
Obr. 18 – subjektivní nárůst znalostí v bodech
Dalším zjišťovaným parametrem byla přehlednost kurzu, tedy to jak se frekventanti zorientovali v sytému Moodle jako jako takovém, jeho prostředí a jak pro ně byla snadná orientace v dekompozici problematiky do čtyř základních celků. Ty byly na začátku tématu pro zvýšení efektivity doplněny o vědomostní sentence a klíčová slova. Tak je i částečně kompenzovaná absence uvedených cílů běžně zapisovaná do struktury Bloomovy taxonomie. Studenti hodnotili orientaci jako mírně nadprůměrnou. Z kvalitativní části dotazování vyplývá, že příčinou nižšího hodnocení je struktura systému Moodle jako taková.
Obr. 19 – orientace studentů v kurzu
- 48 -
Srozumitelnost a obsahová skladba kurzu byla hodnocena pozitivně a proto kromě průběžné opravy chyb a opravování dílčích částí nebyla další revize nutná.
Obr. 20 – srozumitelnost a obsahová skladba skla kurzu
Samostatnou kapitolou bylo hodnocení testů studenty. Průzkum byl zaměřen na zjištění postojů k časové náročnosti, srozumitelnosti (pochopitelnosti) otázek úloh a také na subjektivní hodnocení obsahové náročnosti. Jak je již uvedeno v předchozí kapitole, kapitole, důvodem vymezení kratšího časového rámce pro testy byla potřeba zhodnocení jejich náročnosti a srozumitelnosti. V případě delšího nebo žádného časového limitu by student s velkou pravděpodobností vyhledal správnou odpověď téměř vždy a kalibrace testů testů by tak nebyla možná.
Obr. 21 – hodnocení časového rámce testových otázek
- 49 -
Z hodnocení respondentů vyplývá, že jednotlivé otázky jsou srozumitelné v rámci běžných očekávání. Revidovány byly pouze ty otázky, kde chybovost přesáhla 40 % z celkového počtu pokusů jednotlivých frekventantů.
Obr. 22 – hodnocení srozumitelnosti testových otázek
Otázky jsou sestavené na základě jednotlivých subkapitol výkladové části přednášek. Možné dopovědi jsou formulovány tak, aby i ty špatné v sobě obsahovali část situace odpovídající správnému řešení. Tím je do jisté jisté míry ztížena možnost volby odpovědi vylučovací metodou, která obecně v úlohách s uzavřenou odpovědí výrazně usnadňuje jejich řešení. Jak je vidět z průzkumu, tento postup vede k poměrně dobře vyvážené náročnosti testových otázek. Příliš lehké anebo těžké těžké nejsou motivační a jejich vypovídací hodnota je snížena.
Obr. 23 – hodnocen náročnosti testových otázek
- 50 -
4.2.3
Revize kontrolních otázek
Aby bylo možné provést revizi obtížnosti a srozumitelnosti vyplnila testovací skupina studentů všech 180 kontrolních otázek. Ty byly rozděleny do skupin podle tematických okruhů kurzu. Pro vyšší validitu bylo možné zodpovědět každou otázku pouze jednou (tedy korekce špatné odpovědi nebyla možná) a na splnění testu byl časový limit stanoven podle vztahu 0,75 minut × počet otázek v testu. Takto získané výsledky byly rozděleny podle Facility indexu5 (procentuální úspěšnost otázky v testu). Všechny otázky s úspěšností řešení nižší jak 60 % byly analyzovány. Celkem se jednalo o 33 otázek. Největší chybovost se projevila u otázek s výběrem více možných odpovědí – bylo jich celkem 25. Hlavní problém nespočíval v neporozumění nebo neznalosti, ale ve špatném počtu označených odpovědí nebo spolu se správnými byla označena i jedna špatná odpověď (což automaticky znamená zisk 0 bodů – 100% penalizace). Korekce u takových otázek byla dvojí: – u ne zcela špatných odpovědí (částečně špatné nebo záměrně zavádějící) byla penalizace nastavena na hodnotu menší jak 100 % (typicky 50 %), – otázka byla doplněna informací o počtu správných odpovědí. Dvě otázky z 33 byly poměrně náročné. Zde žádná korekce neproběhla. Zbývajících šest problémových otázek bylo typu pravda/nepravda – zhodnocení pravdivosti nějakého výroku. Výroky byly přeformulovány tak, aby bylo možné jednoznačně určit jejich korektnost. Z indexu úspěšnosti těchto otázek bylo patrné, že studenti „tipují“ – index byl blízký 50 %. Na základě požadavků studentů byl do každého tematického celku zařazen modul testu s náhodně generovaným omezeným počtem otázek pro procvičení daného tématu. Student jej má možnost spouštět vícekrát (pokaždé s novou sadou otázek) a není limitován časem. Tento postup přispěje k vyšší míře vstřebání informačního obsahu kurzu.
5
Poměrové číslo, v čitateli je počet bodů získaných všemi respondenty za danou otázku, ve jmenovateli celkový počet bodů, který mohli respondenti v součtu získat.
- 51 -
Závěr Přístupy a metody vzdělávání jsou v současné době velice rychle se měnící oblast pedagogických procesů. Klasická vysoká škola s tradiční formou a strukturou vzdělávání není schopná pružně reagovat na měnící se očekávání a požadavky studentů a také zaměstnanecké sféry. Pružné reagování na požadavky trhu sebou přináší nemalé investice do tvorby, inovace a vydávání nových studijních materiálů. Jednou z možných cest je právě využití e-learningu v kombinovaných a distančních formách studia. Také lze takové kurzy využít pro distribuci studijních materiálů v elektronické podobě a snížit tím významně náklady na tisk a distribuci skript. V době digitální ochrany autorského obsahu není ani problém s případným výběrem licenčních poplatků spojených s distribucí materiálů v jiné než papírové podobě. Na téma analýzy a aplikace systémů a forem distančního vzdělávání vznikla široká škála bakalářských a diplomových prací. Povětšinou staví na klasifikaci LMS systémů a struktury distančních e-kurzů. Některé se zabývají vývojem proprietárního eLMS – jako na BIVŠ oceněná DP Čermák 20106, jiné jsou zaměřeny na sběr podkladů pro projektovaný e-kurz. Tato diplomová práce byla postavena na maximální snaze o praktické využití nástrojů eLMS pro podporu prezenční formy výuky. Studijní text byl vytvořen s ohledem na preference potenciálních frekventantů, které byly zjištěny na základě kvantitativního šetření mezi studenty BIVŠ. Testovací skupina studentů následně ověřila použitelnost kurzu při studiu základů počítačových sítí a zhodnotila jeho přínos v následném anonymním šetření (s prvky kvalitativního průzkumu). Pro sběr dat byla využita webová aplikace GoogleDoc Forms – ta zajišťuje dostatečnou důvěryhodnost v zajištění anonymity respondentů a tedy výsledky tímto způsobem získané lze považovat za dostatečně průkazné. Z šetření vyplývá, že motivačním prvkem, který zvyšuje ochotu frekventanta studovat, je vhodně navržený systém zpětné vazby. Student má tak možnost ověřit své dílčí znalosti a nabývá sebejistoty potřebné pro další studium.
6
ČERMÁK, Jiří. Vývoj e-learningové aplikace: Diplomová práce. Praha: Bankovní institut vysoká škola, 2010. 75 s.
- 52 -
Ukázalo se, že systém kontrolních otázek by měl být integrální součástí modulu přednáška. Tedy studenti preferují ověření svých znalostí ihned po načtení dílčí kapitoly vyučované problematiky. Jsou více motivováni, pokud tyto části slouží pouze pro jejich „interní“ ověření znalostí – nejsou v nich omezeni časem, a nenabývají dojmu, že se jedná o součást dílčího (klasifikovaného) hodnocení studia. Druhou preferovanou možností kontroly vlastních znalostí jsou krátké (do deseti otázek) orientační testy připojené ke každému tématu kurzu. Studenti preferují variantu, kdy při jejich vyplňování nejsou limitováni časem. To akceptují až u kontrolních „klasifikačních“ testů. Vzniklý e-kurz pro úvod do počítačových sítí není definitivním celkem, ale po jeho nasazení je třeba i nadále optimalizovat funkční části. A také průběžně aktualizovat dílčí kapitoly tak, aby byly v souladu se soudobými technologiemi a standardy.
- 53 -
Seznam použitých zdrojů 1.
BAREŠOVÁ, Andrea. 2003. e-LEARNING ve vzdělávání dospělých. Praha: VOX, 2003. ISBN 80-86324-27-3.
2.
BEDNAŘÍKOVÁ, Iveta. 2007. Jak psát "distančně". Olomouc: UPO, 2007. ISBN 978802-4416-816.
3.
ČERVINKA, Michal. 2009. Co je e-learning? eDoceo. [Online] 2009. [2012-04-03] Dostupné z: http://www.edoceo.cz/index.php/co-je-to-elearning.html.
4.
DUBOVSKÁ, Rozmarína. 2007. Perspektiva projektu Moodle při rozvoji e-learningu a distančního vzdělávání. In: Média a vzdělávání 2007. Praha: VŠH, 2007, stránky 5–8. ISBN 978-80-86578-73-6.
5.
EGER, Ludvík. 2006. Efektivnost e-learningových kurzů výhody a nevýhody e-learningu z pohledu účastnících se subjektů. In: E-learning forum. Praha: ECON publishing, 2006, stránky 1–9. ISBN 80-86433-39-0.
6.
GRIMUS, Margarete. 2003. ELearning, eTeaching, eEducation. Brno: Paido, 2003. ISBN 80-731-5052-2.
7.
KAZDA, Tomáš. 2010. Preference frekventantů kurzů v Moodle. Evaulace studijní podpory. Liberec: SPŠSE a VOŠ, 2010.
8.
KOMENDA, Antonín. 2006. LMS Unifor: průvodce stystémem pro studenty. [CD-ROM] Olomouc: Hanex, 2006.
9.
KOPECKÝ, Kamil. 2006. E-learning (nejen) pro pedagogy. Olomouc: Hanex, 2006. ISBN 80-85783-50-9.
10. KVĚTOŇ, Karel. 2005. Úloha e-learningu na školách. [Online] 2005. [2012-04-05] Dostupné z: http://virtualni.osu.cz/e-learning_pro_skoly/Kveton-Uloha_elearningu_na_skolach.pdf. 11. —. 2004. Základy e-Learningu 2003. Ostrava: Ostravská univerzita, 2004. Systém celoživotního vzdělávání Moravskoslezska. ISBN 80-7042-986-0. 12. MOODLE TRUST. 2012. Moodle. [Online] 2012. [2012-02-23] Dostupné z: http://moodle.org/.
- 54 -
13. NIKL, Jiří. 2006. Technologie projektování učebních činností prostřednictvím vzdělávacích cílů. Liberec: TUL, 2006. ISBN 80-7372-120-1. 14. NOCAR, David a kol. 2004. E-learning v distančním vzdělávání. Olomouc: Univerzita Palackého, 2004. ISBN 80-244-0802-3. 15. PALÁN, Zdeněk. 2002. Lidské zdroje. Výkladový slovník: výchova, vzdělávání, péče, řízení. Praha: Academia, 2002. ISBN 80-200-0950-7. 16. PEJSAR, Zdeněk. 2007. Elektronické vzdělávání. Ústí nad Labem: UJEP, 2007. ISBN 978-80-7044-968-4. 17. PRAVDA, Václav. 2003. Zkušenosti s využíváním virtuálních tříd. In: Fenomén e-learningu v současném vzdělávání. Brno: ECON publishing, 2003, stránky 36–41. ISBN 80-86433-20-x. 18. SDRUŽENÍ ROKIT. 2011. RokIT. [Online] 2011. [2012-02-24] Dostupné z: http://www.rokit.cz/. 19. SIMONEK, Jiří. 2006. Účastníci e-learningu. E-learning portál. [Online] 2006. [2012-04-02] Dostupné z: http://vsportal.osu.cz/showCategory92da.html?kod=48. 20. STŘÍTESKÁ, Hana. 2003. Historie e-learningu v České republice. Historie a vývojové trendy ve výpočetní technice. [Online] 2003. [2012-04-02] Dostupné z: http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2003p/xstrites.htm. 21. VANĚČEK, David. 2008. Informační a komunikační technologie ve vzdělávání. Praha: České vysoké učení technické, 2008. ISBN 978-80-01-04087-4. 22. VŠB - Technická univerzita. 2012. VIRTuální UNIVerzita. [Online] 2012. [2012-02-23] Dostupné z: http://www.virtuniv.cz/. 23. ZLÁMALOVÁ, Helena. 2008. Distanční vzdělávání a eLearning. Praha: UJAK Praha, 2008. ISBN 978-808-6723-563. 24. —. 2006. Příručka pro autory distančních vzdělávacích opor. Praha: NCDV, 2006. ISBN 80-863-0239-3.
- 55 -
příloha č. 1 – Doplňkový studijní materiál kurzu
Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií
Technická infrastruktura a síťové technologie Doplňkový studijní materiál kurzu se zaměřením na počítačové sítě
Autor:
Bc. Tomáš Kazda, DiS. informační technologie a management
Praha
duben, 2012
Obsah 1
Datová síť ..............................................................................................................................................7
1.1
Síť jako platforma ..............................................................................................................................7
1.1.1
Realizace spojení – komunikační prvky ...................................................................................7
1.1.2
Protokoly a standardy .....................................................................................................................8
1.1.3
Části sítě .............................................................................................................................................. 10
1.1.4
Typy dat .............................................................................................................................................. 11
1.1.5
Konvergované a dedikované sítě ............................................................................................. 13
1.2
Komunikace a její kvalita v síti.................................................................................................. 14
1.2.1
Metody spojení................................................................................................................................. 14
1.2.2
Aplikace datové komunikace ..................................................................................................... 15
1.2.3
Kvalita komunikace ....................................................................................................................... 17
2
Síťové architektury a komponenty sítě................................................................................. 20
2.1
Požadavky na moderní síťovou architekturu..................................................................... 20
2.2
Komponenty sítě ............................................................................................................................. 21
2.2.1
Aktivní prvky sítě ............................................................................................................................ 21
2.2.2
Pasivní prvky sítě ............................................................................................................................ 22
2.3
Druhy sítí ............................................................................................................................................ 28
2.4
Topologie sítí .................................................................................................................................... 30
2.4.1
Základní klasifikace topologií .................................................................................................... 31
2.4.2
Příklady síťových topologií ........................................................................................................ 31
2.5
Přenosové techniky........................................................................................................................ 34
2.5.1
Circuit switching ............................................................................................................................. 35
2.5.2
Packet switching ............................................................................................................................. 35
3
Referenční model ISO/OSI .......................................................................................................... 37
3.1
Referenční model – vertikální dekompozice ...................................................................... 37
-2-
3.2
Výhody vrstvového modelu........................................................................................................ 38
3.3
Fyzická vrstva ................................................................................................................................... 40
3.3.1
Synchronizace signálů .................................................................................................................. 41
3.3.2
Kódování ............................................................................................................................................. 41
3.4
Spojová vrstva (datalink layer)................................................................................................. 47
3.4.1
Asynchronní a synchronní protokoly .................................................................................... 48
3.4.2
Řízení přístupu k médiu (Media Access Control) ............................................................. 49
3.4.3
Typy vysílání ..................................................................................................................................... 51
3.5
Síťová vrstva ..................................................................................................................................... 52
3.6
Transportní vrstva ......................................................................................................................... 53
3.7
Datově orientované vrstvy ......................................................................................................... 54
3.7.1
Relační vrstva (Session) ............................................................................................................... 54
3.7.2
Prezentační vrstva .......................................................................................................................... 55
3.7.3
Aplikační vrstva ............................................................................................................................... 55
3.8
Propojování sítí................................................................................................................................ 56
4
Veřejné sítě – internet .................................................................................................................. 58
4.1
Přenosové LAN a WAN sítě......................................................................................................... 59
4.1.1
Ethernet .............................................................................................................................................. 59
4.1.2
Wi-Fi ..................................................................................................................................................... 62
4.1.3
Bezdrátové telefonní sítě............................................................................................................. 66
4.1.4
Telefonní sítě – technologie DSL .............................................................................................. 70
4.2
Síť internet ......................................................................................................................................... 72
4.2.1
Model TCP/IP ................................................................................................................................... 73
4.2.2
Internet Protokol ............................................................................................................................ 78
4.2.3
Rodina protokolů nad IP .............................................................................................................. 81
4.2.4
Vybrané aplikační služby a protokoly.................................................................................... 85
-3-
Úvod Tento text vznikl jako podpůrný studijní materiál k předmětu Technická infrastruktura a síťové technologie na BIVŠ a.s., Praha. Konkrétně k části zabývající se počítačovými sítěmi. Dokument je praktickou částí diplomové práce na téma „E-learning a jeho aplikace v kombinované formě studia“. Pokud není uvedeno jinak, jeho obsah je vytvořen na základě autorových zkušeností s výukou počítačových sítí v rámci Cisco Networking Academy Program anebo bylo čerpáno z dokumentu vytvořeného pro komunitu Cisco LCNA a RCNA programu Cisco NetAcad (PÁV, Miroslav. CCNA Exploration. Plzeň: VOŠ a SPŠE Plzeň, 2011.). Nalezené chyby a nepřesnosti v textu prosím odesílejte na email:
[email protected]
-4-
Základní slovníček pojmů Audit (Accounting) Evidence jednotlivých transakcí v síti – tvorba transakčních logů. (Například pokusů o přihlášení uživatele, evidence použitých URL, přenesených souborů atp.)
Autentizace (Authentication) Ověření přihlášení oprávněného uživatele (zjednodušeně řečeno – kontrola správnosti jména a hesla).
Autorizace (Authorization) Přiřazení / povolení konkrétních přístupových práv autentizovanému uživateli.
Data Formalizovaná reprezentace informace ve formě údajů vhodných pro uchování a zpětnou interpretaci.
Datagram / PDU Obecné označení souboru datových bitů (nesené informace ve formě dat) opatřených dalšími údaji potřebnými jejich k úspěšnému přenesení po síti. V angličtině se můžeme setkat spíše s termínem PDU (protocol data unit). Konkrétním datagramem je například segment, paket, rámec nebo datové slovo, případně i jednotlivý bit.
Informace Způsob interpretace dat člověkem. Tedy význam, jaký přisuzujeme datům na základě vlastních znalostí a zkušeností. Informace ovlivňují naše chování a rozhodování.
Internet Veřejná datová globální paketově orientovaná síť vzájemně propojených datových sítí, která nabízí soubor služeb přenášených prostřednictvím protokolu IP (internet protokol). (Mezi neodbornou veřejností se označení Internet nesprávně používá v kontextu nejznámější aplikační služby – worldwide web.)
Kódování Změna formátu dat za účelem usnadnění / umožnění přenosu (transportu) nebo zajištění srozumitelnosti příjemci. (Například zakódování binární přílohy emailu kódem base64 – odstraní se tak z původního obsahu znaky, které mají význam řídicích symbolů emailové komunikace. Nebo překlad z českého jazyka do anglického. Nebo změna
-5-
kódové stránky textových dat z Windows-1250 do UTF-8. Nebo kódování logické nuly a jedničky na vzájemně fázově posunutý signál (tzv. Manchester), což usnadní detekci posloupností stejných logických hodnot.)
Komunikace datová Výměna dat síťového provozu mezi komunikujícími zařízeními v rámci jedné transakce.
Kryptování (šifrování) Změna formátu dat (obvykle pomocí šifrovacího klíče) za účelem jejich znečitelnění před neoprávněnou
osobou.
Běžný
způsob
ochrany
dat
během
jejich
přenosu
nezabezpečenou, veřejnou částí sítě.
Latence Latence je označení pro zpoždění signálu mezi odesláním a příjmem. Z hlediska plynulosti přenosu datového toku je klíčovým parametrem. Nízkou latenci vyžadují zejména přenosy dat v reálném čase (telefonování, video a audio streaming). Je stejně důležitým parametrem při hodnocení kvality přenosové cesty jako datová propustnost („maximální rychlost“).
Protokol Popisuje formu (způsob) komunikace dvou zařízení na určité vrstvě (úrovni abstrakce) tak, aby zařízení mohla vstoupit do užitečného dialogu. Protokol definuje syntaxi, sémantiku a synchronizaci komunikace.
Segmentace Proces rozdělení zprávy do samostatně přenášených datagramů v sítích s přepínáním paketů (packet switched).
Síťová infrastruktura Vzájemně spojené součásti sítě zajišťující správnou činnost v určité geografické oblasti. Je tvořena jednotlivými částmi sítě (pravidla, médium, síťová zařízení).
Transakce Základní jednotky aktivity (úkolů) uživatele nebo zařízení v kontextu protokolu, služby nebo aplikace. (Úkolem může být odeslání emailu, načtení webové stránky, ale i odeslání datagramu s dotazem k DNS serveru.)
-6-
URL (Uniform Resource Locator) Jednoznačný ukazatel na zdroj dat v internetu. Například email, adresa webové stránky a podobně. úplný formát URL - schéma://uživatel:heslo@doména:port/cesta např.: už
[email protected] nebo http://www.websluzba.cz/ nebo ftp://download:
[email protected]/soubory/soubor.zip
Zpráva V kontextu sítí ucelený rámec dat, ze kterých se skládá jedna transakce. Může se jednat o telefonní hovor, emailovou zprávu, komplex webové stránky a podobně.
1
Datová síť Síť, protokoly a standardy, datová komunikace, komunikační prvky, typy dat, metody spojení…
1.1
Síť jako platforma
V kontextu síťových technologií se jedná o datovou komunikační síť podporující přenos zpráv (dat) mezi koncovými zařízeními. Přenos dat je přenášení signálů elektrickou, elektromagnetickou nebo optickou cestou. Data se převádí na signály, ty jsou přenášeny sítí a opět převedeny na straně příjemce do podoby dat. Účel počítačových sítí
Z pohledu využití počítačové sítě lze její účel vymezit ve dvou klíčových oblastech: – komunikace (převažuje v dálkových sítích) zasílání zpráv, přenos souborů, hlasová a obrazová komunikace – sdílení prostředků (je využíváno zejména v lokálních sítích) sdílení dat (databází), programů, technických prostředků (úložný prostor, výpočetní výkon, tisková zařízení…)
1.1.1
Realizace spojení – komunikační prvky
Při přenosu zprávy (sdělení) sítí je tato nejprve kódována – její formát je pozměněn pro usnadnění (umožnění) přenosu. Takto získaný signál je předán vysílači. Úkolem vysílače je signál odeslat prostřednictvím přenosového média. To se obecně nazývá kanál.
-7-
Přijímač na opačné straně kanálu signál zachytí a předá dekodéru. Ten signál změní do původního formátu zprávy, které již je příjemce schopen porozumět.
kodér
kanál A
odeslaná segmentovaná zpráva
101011 vysílač
A
dekodér
101011 přijímač
přijatá segmentovaná zpráva
Obr. 24 – komunikační prvky
1.1.2
Protokoly a standardy
Standardem je požadavek na chování nebo vlastnosti věci, člověka, situace apod., který se buď závazně vyžaduje, nebo podle něhož se hodnotí jejich přijatelnost nebo obvyklost.7 Protokolem rozumíme sérii úmluv nutných k úspěšné výměně informací.8 V souvislosti se síťovou komunikací jsou vydávány buď jako standardy nebo doporučení (v internetu tzv. RFC – request for comments). Kromě protokolů (ve formě standardů a doporučení), které popisují formu (způsob) komunikace dvou zařízení na určité vrstvě (úrovni abstrakce) jsou vydávány i standardy popisující síťový hardware a pasivní prvky (např. tvar a způsob zapojení konektorů). Standardizace umožňuje funkční propojitelnost zařízení různých výrobců, případně realizaci komunikace aplikací různých vývojářů. Příkladem může být kompatibilita WiFi Access pointů různých výrobců, které splňují standard IEEE 802.11g. Nebo téměř stejná schopnost zobrazovat totožnou webovou stránku různými prohlížeči (Opera, Firefox, Chrome…) Standardy (protokoly) jsou buď otevřené – lze je implementovat bez placení licenčních poplatků nebo uzavírání SLA (Service Level Agreement), nebo proprietární – jejich užití je vázáno výhradně na vlastníka práv nebo je nutné s vlastníkem uzavírat SLA. Příkladem mohou být proprietární routovací protokoly IGRP, EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) firmy Cisco. Jejich užití je vázáno výhradně na HW řešení
7
Norma. Wikipedie [online]. 2007-10-09, 2011-12-27 [cit. 2011-12-30]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Norma 8 BENEŠ, Vladimír. Technická infrastruktura a síťové technologie. 1. Praha: Bankovní institut, a.s., 2005, s. 108. ISBN 80-7265-063-7.
-8-
firmy Cisco. V ostatních routerech (například RouterBoard firmy Mikrotik) nalezneme otevřený standard routovacího protokolu OSPF (Open Shortest Path First). V síťových technologiích standardy zahrnují zejména tyto oblasti:
– fyzikální a elektrické vlastnosti média – mechanické vlastnosti média (materiál, typy a kontakty konektorů) – reprezentace bitu v signálu – definice signálů pro jeho přenos Jednotlivé profesní a standardizační organizace spolu úzce spolupracují a mnohé známé standardy a protokoly jsou vyvíjeny ve spolupráci více organizací. Nejvýznamnější standardizační a profesní organizace ISO (International Organization for Standardization)
V oblasti počítačových sítích zaštiťuje mnohé standardy vyvíjené profesními organizacemi (například ISO OSI model nebo standard managementu bezpečnosti informací ISO/IEC 27001) ITU (International Telecommunication Union)
Do roku 1993 známá jako CCITT (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique).
Vydala
nebo
zaštiťuje
asi
nejvíce
známých
standardů
telekomunikačních a datových. Například formát JPEG nebo kodek H.264, OSI model (spolu s ISO), QoS, SDH, WDM, X.25 nebo nejpoužívanější technologii připojení koncových zákazníků k internetu prostřednictvím telefonních linek – ADSL, VDSL… IEC (International Electrotechnical Commission)
Celá řada standardů vydaná jako norma ISO byla vyvinuta právě IEC – například zmíněná ISO 27001; nejznámější ze současných norem je zřejmě IEC 62481, tedy DLNA (Digital living network alliance) – směrnice pro spolupráci domácích síťových zařízení určených pro poskytování multimediálního obsahu používaná u většiny televizních přijímačů. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
Nezisková organizace, jejímž cílem je rozvoj technologií souvisejících s elektronikou. Klíčovým produktem v počítačových sítích je sada standardů v oblasti lokálních a
-9-
metropolitních sítí – IEEE 802. Spadá sem definice Ethernetu (802.3), Wi-Fi (802.11), Bluetooth (802.15.1) a další. TIA (Telecommunications Industry Association)
Je akreditovanou asociací v oblasti ICT produktů Amerického standardizačního národního institutu (ANSI). V počítačových sítích je zřejmě jejím nejznámějším produktem standard ANSI/TIA/EIA-568 – popisujícím telekomunikační symetrickou kabeláž, kterou využívá i Ethernet (tzv. CAT-X standardy). IETF (Internet Engineering Task Force)
Má specifické postavení. Zatímco všechny předchozí uvedené organizace se zabývají výhradně návrhem standardů pro technologii přenosu dat (1. a 2. vrstva modelu OSI), IETF vyvíjí a publikuje standardy internetu (3. až 7. vrstva modelu OSI) ve formě doporučení – tzv. RFC, spolupracuje s ISO/IEC a W3C. W3C (World Wide Web Consortium)
Vyvíjí standardy www – HTTP, HTML, CSS a dalších. Předsedá mu Tim Berners-Lee – tvůrce první podoby webu z roku 1991.
1.1.3
Části sítě
Základní stavební prvky sítě jsou: – Datagram (zpráva) Informace přenášené ve formě dat. – Protokoly a normy Formát, pravidla komunikace dvou zúčastněných stran. – Přenosové médium Prostředí, ve kterém je přenos dat realizován. – Zařízení (devices) Hardwarové a softwarové prostředky, prostřednictvím kterých jsou data přenášena.
zpráva
médium zařízení
zařízení Obr. 25 – základní části sítě
- 10 -
pravidla komunikace
1.1.4
Typy dat
V každé síti jsou přenášeny symboly – (binární) data. Nejedná se ale pouze o data produkovaná uživatelem nebo jemu určená. Podle jejich vzniku a obsahu lze přenášená data rozdělit do několika skupin – režie, řídicí data, vlastní data. Režie (overhead)
Jedná se o data přidaná ke komunikaci (protokolem) z důvodu zajištění úspěšného přenosu (datagramy potvrzující příjem dat, hlavičky datagramů – označení typu dat, adresa příjemce, kontrolní součty apod.) nebo o hodnotu nárůstu objemu dat v důsledku jejich kódování. Do režie bývají zahrnuta i při přenosu poškozená data – teda taková, která je nutné opětovným odesláním nahradit.
Obr. 26 – režie ukrajuje svůj díl z dostupné propustnosti9
Řídicí data
jsou znaky přímo produkované uživatelem nebo aplikací, kterou ovládá; jsou to povely s požadavky na získání vlastních dat (například komunikace se souborovým FTP serverem nebo webovému prohlížeči předaná URL adresa). Někdy není zcela jednoznačné, zda se jedná o řídicí data nebo vlastní data. Vlastní data (Payload)
jsou veškeré informace formalizované do přenositelného tvaru určené uživateli nebo jím vytvořené. Ty lze rozdělit podle požadavků na jejich přenos v průběhu komunikace na text, audiovizuální komunikaci, audiovizuální streaming (kontinuální AV přenos) a binární data. Text
je zvláštní formou binárních dat. Dosud nejrozšířenější způsob uchování informací. Vzhledem k jeho historické hodnotě coby jazykového útvaru s obsahem a funkcí10 má
9
Optimizing NetWare Wide Area Networks. Novell [online]. 1994-05-01 [cit. 2012-03-17]. Dostupné z: http://support.novell.com/techcenter/articles/ana19940504.html 10 BACHMANNOVÁ, J., a kol. Encyklopedický slovník češtiny. 2002. Text, s. 489. ISBN 80-7106-484-X.
- 11 -
v síťové komunikaci specifický význam. Může být součástí souboru nebo je přímo vstupem i výstupem některých služeb aplikační vrstvy (například emailová komunikace nebo dotazy a odpovědi SQL databází). Vzhledem k malým nárokům na přenosové kapacity nejsou kladeny na tento typ komunikace specifické požadavky; lze se setkat s on-line i off-line zpravováním (např. email). Audiovizuální streaming
Pod souhrnné označení audiovizuální streaming můžeme řadit veškeré přenosy zvuku i obrazu šířené pouze jedním směrem – tedy pouze od vysílače k uživateli (příjemci). Jedná se o terestriální, kabelové i satelitní televizní vysílání, rozhlasové vysílání, audio a video na vyžádání (on-demand) jako YouTube, stream.cz, iVysilani, podcasting (audio RSS) apod. Hlavními požadavky na tento typ komunikace je zajištění dostatečných přenosových kapacit v reálném čase – tedy plynulost přehrávání. Požadavky na latenci nejsou klíčové, zpoždění vznikající mezi odesláním a doručením dat konzument běžně nepozná. Audiovizuální komunikace
je jakýkoliv obousměrný přenos obrazu anebo zvuku. Můžeme sem zařadit jak běžnou telefonii, GSM, video-telefonii, konferenční hovory… Stále běžnější je využívání služeb odvozených z VoIP (internetová telefonie nebo přenos obrazu a zvuku) – Skype, Google Voice, Viber, VoxOx, ooVoo11… Kromě požadavků na zabezpečení minimálního datového toku (z důvodu plynulosti přenosu) je důležitá i latence – tedy zpoždění signálu mezi odesláním a příjmem. Při rostoucí latenci (hovorově se nazývá ping) je komunikace ztížena. Prakticky to znamená, že mluvčí na jedné straně komunikačního média dokončí větu a odmlčí se; na druhé straně příjemce ještě ale slyší hovor (přichází se zpožděním). To v důsledku vede k prodlevám v komunikaci a mluvčí si často „skáčou“ do řeči – pokud začne jeden mluvčí hovořit, když druhého neslyší, neznamená to ještě, že ten již nezačal mluvit také. Binární data
Jsou to všechna data, nespadající do předchozích kategorií. Jedná se o soubory určitého typu. Těmi mohou být spustitelné programy, data aplikací, grafika, zvuk, video…
11
NAKANO, Chelsi. 5 Great Skype Alternatives. CMSWire [online]. 2011-05-25 [cit. 2011-12-30]. Dostupné z: http://www.cmswire.com/cms/enterprise-20/5-great-skype-alternatives-011315.php
- 12 -
Z hlediska dodržení QoS jsou na binární data kladeny nejmenší požadavky. I když se může jednat o poměrně velké datové objemy, není důležitá plynulost jejich přenosu a v důsledku není kritická ani doba přenosu. Mají proto obvykle n nejnižší ejnižší prioritu ve srovnání s předchozími typy komunikace.
1.1.5
Konvergované a dedikované sítě
Struktury vyhrazených (dedikovaných) sítí pouze pro jedinou službu jsou již z dnešního pohledu zastaralé. Tyto struktury se někdy také nazývají paralelní, neboť služby služby jako telefonie, televizní vysílaní nebo datové služby jsou poskytovány paralelně – nezávisle jedna na druhé (jak technologicky – samostatná, nesdílená vedení, tak aplikačně – vzájemně nesourodá softwarová řešení). Ukazuje se, že udržování infrastruktury vhodné pouze pro hlasové přenosy (telefonie) a budování přenosových cest pro šíření datových sítí (Internet), (Internet), je velice nákladné. Významných úspor lze docílit zavedením konvergovaných sítí: Konvergovaná síť je taková, ve které existuje jedna platforma pro všechny služby. Prostřednictvím ní lze poskytovat telefonii, televizní streaming i internetové služby. Příkladem konvergence služeb je portfolio od Telefónica O2.
Obr. 27 – představa konvergované sítě12
12
CISCO. CCNA Network fundamentals: Converged Networks. 4.0.4.0. San Jose (USA), 2009.
- 13 -
1.2
Komunikace a její kvalita v síti
1.2.1
Metody spojení
Komunikace může podle svého určení probíhat jednostranně nebo obousměrně. Síťové technologie jsou tomu přizpůsobeny a některé jsou navrženy pouze pro jednosměrný režim přenosu dat, jiné realizují obousměrný přenos s přepínáním směru nebo současným vysíláním i příjmem dat. Simplexní přenos
Systémy s jednosměrným přenosem dat jsou určeny pouze pro jejich distribuci ke klientským (terminálovým) stanicím. Příjemce dat nemůže ovlivnit jejich obsah – neexistuje zpětný komunikační kanál. Pro provoz stačí použít jedno přenosové médium. Příkladem simplexního přenosu je televizní nebo rozhlasové vysílání, teletext a podobně13. Potřeba interakce při komunikaci v souvislosti s poskytováním (nejen) multimediálního obsahu stále roste. Již v dnešní době je patrná snaha klasické televizní, ale i rozhlasové vysílání technicky i obsahově přizpůsobit a umožnit konzumentům ovlivňovat jeho skladbu. Simplexní vysílání je v tomto kontextu již zastaralé a s jeho aplikací se bude možné setkávat tam, kde z principu není interakce vyžadována. Například na světelných tabulích (nádražní odjezdové haly, letiště, burzovní centra) a billboardech.
Obr. 28 – simplex
Half-duplexní přenos
Poloduplexní přenos umožňuje oběma komunikujícím stranám data jak přijímat, tak vysílat. Přenos není simultánní, jedna strana přijímající data musí se svým vysíláním počkat, až do ukončení právě probíhajícího přenosu. Takový princip spojení je technologicky jednodušší a vystačí s jednou (sdílenou) přenosovou linkou. Vyžaduje ale
13
BENEŠ, Vladimír. Technická infrastruktura a síťové technologie. 1. Praha: Bankovní institut, a.s., 2005, s. 112. ISBN 80-7265-063-7.
- 14 -
implementaci protokolů (například kolizní protokoly jako je CSMA), které vyřeší způsob předání oprávnění vysílat – obsadit médium.
Obr. 29 – poloduplex
Full-duplexní přenos
Současný obousměrný přenos umožňuje oběma (více) zařízením současně vysílat i přijímat data. Médium není sdíleno a v podstatě se jedná o nezávislé simplexní přenosy. Technické řešení může být založeno na existenci nezávislých fyzických linek – například u stomegabitového Ethernetu (FastEthernet – 100BASE-TX) je při full-duplexním přenosu použit jeden pár vodičů pro vysílání a druhý pár pro příjem dat. Lze se setkat i se současnou obousměrnou komunikací na jediném médiu – například gigabitový Ethernet data přijímá i vysílá na stejném páru (celkem čtyřech) a data se od sebe vzájemně „izolují“ specifickou technikou kódování (fázovým posuvem); takto smísený signál lze následně zpětně rozdělit.
Obr. 30 – duplex
1.2.2
Aplikace datové komunikace
Podle aplikace datové komunikace můžeme hodnotit proces komunikace z různých hledisek. Dělení podle interaktivity On-line (spřažená)
– Interaktivní komunikace, – zadané příkazy se ihned provádějí, je odesílána odpověď. – Obecně výměna dat v reálném čase. – např. FTP, WWW, ICQ, IRC, VoIP… – V současnosti nejběžnější komunikace.
- 15 -
Off-line (nespřažená)
– Dávková komunikace, – uživatelem připravená úloha se provádí se zpožděním (odložené zpracování), – chybí okamžitá odezva, zátěž počítačů i sítě se rozkládá v čase. – Snadno lze překlenout delší výpadky sítě. – Dosud takto používanou službou je email – protokoly pro odesílání (SMTP) a příjem pošty (POP, IMAP…) jsou vzájemně nezávislé. Neinteraktivní
– Nereagující komunikace, – uživatel (nebo systém) je pouze pasivním příjemcem nebo distributorem dat. – Distribuce / sběr dat. – Např. televizní vysílání, sběr dat z meteorologických stanic, informační světelné panely… Dělení podle účastníků
je pohled na komunikaci podle koncových příjemců a distributorů dat. – člověk – člověk distributorem i konzumentem komunikace je osoba. Například email, chat, VoIP… – člověk – počítač člověk vystupuje v komunikaci nejčastěji jako příjemce, její obsah je jím vyžádán od stroje. Například FPT, WWW… – počítač – počítač Jedná se o podpůrné služby, kdy komunikaci iniciuje i přijímá počítač. Například seřizování času (NTP), automatické přenosy dat, doručování pošty… Rozdělení síťových prostředků
Komunikaci lze rozdělit podle role (postavení) koncových zařízení. Klient – server
– Jeden nebo více počítačů (serverů) poskytuje jiným zařízením (klientským stanicím) své služby.
- 16 -
– Server nikdy komunikaci nezahajuje, pouze naslouchá (listen). – Typickým příkladem klient – server komunikace je služba www. – V jednotné infrastruktuře řešení klient – server lze zavést centrální správu (jednotné zásady / politiky) a výrazně tak zjednodušit správu rozsáhlých sítí. Peer-to-peer
– neboli „rovný s rovným“ je způsob komunikace, kdy všechny stanice mohou vystupovat jak v roli serveru, tak klienta. – Příkladem je sdílení souborů a tiskáren ve Windows (SMB protokol – tzv. Samba) – Síťové zdroje jsou decentralizované a v menších sítích bez hierarchie jsou peer-topeer řešení jednoduší a méně nákladná (nevyžadují centrální správu a administraci). Terminálové připojení
– Veškeré aplikace / operace (klientské i serverové) jsou prováděny na serveru. – Klientský počítač slouží pouze jako vstupní a výstupní zařízení. – (Klient je „vzdálenou“ klávesnicí a monitorem serveru.) – Jsou kladeny zvýšené nároky na výkon serveru, klientské stanice mohou být pouze tzv. tenkým klientem. – Tento koncept se prosazuje u velkých firem na úrovni virtualizace aplikací nebo v tzv. cloudových řešeních.
1.2.3
Kvalita komunikace
Určena skupinou faktorů, které ovlivňují zejména: – plynulost, celkovou rychlost datového toku, – latenci = zpoždění (čas mezi odesláním a přijetím) zprávy, – integritu (soudržnost – neporušenost dat). Faktory ovlivňující kvalitu komunikace Interní faktory
– velikost zprávy – komplexnost zprávy (jednoduchá zpráva je snáze pochopitelná) – důležitost
- 17 -
Externí faktory
– potvrzení přijetí zprávy příjemcem odesilateli – kvalita přenosové cesty – počet změn formátu datagramu v průběhu přenosu – počet přesměrování datagramu během přenosu – množství zároveň přenášených datagramů na dané cestě – množství přiděleného času nutného pro dokončení komunikace Řízení kvality komunikace Best Effort
Best Effort je přístup k přenosu datagramu bez zavedení priorit. Veškerá data jsou přenášena s „nejlepší snahou“ o jejich doručení v co nejkratším čase a s co nejnižší latencí (zpožděním). Historicky nejznámější protokol s tímto typem doručování dat je IPv4 (IP verze 4). Quality of Service
QoS hodnotí jednotlivé datagramy podle typu dat v nich obsažených. Ty následně jsou řazeny do front (queue) podle priorit. Kritické úlohy s požadavkem na minimální latenci mohou být vyřizovány přednostně. Typicky to jsou realtimové úlohy (hlasové služby – VoIP, přenos streamovaného – kontinuálního videa, vzdálená plocha atp.) Rychlost datového přenosu
Pohledů na rychlost datového přenosu jako množství přenesených dat za jednotku času je mnoho a přesahuje rámec tohoto kurzu. Můžeme uvažovat rychlost spojitého (modulovaného) signálu i nespojitého (bitového), na který se data vážou; rychlost přenášených vlastních dat včetně režie nebo bez ní… Následující dělení je tedy do nutné míry zjednodušeno. Jednotkou datové rychlosti je počet bitů za sekundu (bps nebo b/s) a odvozené násobky (kilobity, megabity, gigabity, terabity). V případě datové rychlosti se odvozené jednotky určují z desítkového základu – tedy jeden kbit je 10³ bitů, na rozdíl od datového množství, kdy je počítáno s dvojkovým základem – jeden kibit je 210 bitů. U spojitých, frekvenčně konstantních veličin nesoucích informaci je historicky používanou jednotkou jedna změnová jednotka signálu za sekundu – baud [bód].
- 18 -
Přenosová kapacita / linková rychlost (bandwidth / gross bit rate)
Popisuje absolutní množství informací (signálů / bitů) přenesených za jednotku času jedním segmentem sítě. Je dána použitou technologií a fyzikálními vlastnostmi přenosového média. Jedná se vlastně o teoreticky nejvyšší možnou dosažitelnou přenosovou rychlost (maximální) jednotlivých bitů na úrovni fyzické vrstvy konkrétního segmentu sítě. Například u technologie IEEE 802.11g (Wi-Fi v pásmu 2,4 GHz s kódováním OFDM) to je 54 Mbit/s. V případě hodnocení rychlostí analogových systémů nebo vlastností fyzického média, je udávána přenosová kapacita v hertzích (Hz) a označována jako šířka pásma. Například UTP kabely CAT5 musí svými parametry vyhovět pro šíření signálu o šířce pásma 125 MHz na vzdálenost 100 metrů – to například přesně vyhovuje technologické specifikaci 100 megabitového nebo gigabitového Ethernetu. Propustnost (throughput)
Při hodnocení rychlosti přenosové cesty jako celku propustnost udává rychlost nejpomalejšího místa. Neboť přenosová cesta je tak rychlá, jakou rychlostí jsou data přenášena jejím nejpomalejším místem. Propustnost není pro konkrétní síť konstantním údajem. Její hodnota totiž závisí na mnoha faktorech, mimo jiné na zatížení sítě – to se může v čase měnit (podle počtu aktivních uživatelů a množství zároveň přenášených dat). Propustnost je tedy reálná přenosová rychlost jednotlivých bitů fyzické vrstvy dosažená za jednotku času. Je vždy menší nebo rovna přenosové kapacitě. Pokud některý poskytovatel připojení garantuje minimální přenosovou rychlost, jedná se právě o propustnost. Aplikační přenosová rychlost (goodput)
Je přeneseným množstvím „užitečných“ aplikačních dat za jednotku času. Při komunikaci se v sítí nepřenáší jen aplikační data (například stahovaný soubor), ale také režie (bylo vysvětleno v kapitole Typy dat). Právě goodput je od režie již očištěn. Pokud některá aplikace zobrazuje aktuální přenosovou rychlost (např. stahování souborů), zobrazuje goodput – aplikační přenosovou rychlost. Ta je vždy nižší než propustnost (throughput).
- 19 -
2
Síťové architektury a komponenty sítě Síťové architektury a komponenty sítě, datová média, aktivní prvky, druhy a topologie sítí, přenosové techniky…
Síťovou architekturu tvoří navzájem spojené součásti sítě zajišťující správnou činnost v určité geografické oblasti. Jedná se tedy o soubor jednotlivých částí sítě (pravidel, komunikačního média, síťových zařízení).
2.1
Požadavky na moderní síťovou architekturu
Přechodem na sítě s přepínáním paketů (packet switching) s nespojovanými (connectionless) protokoly (viz přenosové techniky v této kapitole) lze splnit základní požadavky na moderní síťovou architekturu při relativně malých nárocích na HW i SW implementaci. Těmito požadavky jsou: Chybová odolnost (fault tolerance)
Chybová odolnost vyjadřuje schopnost sítě zotavovat se z neočekávaných stavů. Například při kolapsu jedné z redundantních cest přenosové trasy nebo poškození části přenášené zprávy. Rozšiřitelnost (scalability)
Definuje podporu síťové infrastruktury pro rozšíření o další uživatele, aplikace a koncová zařízení. Zabezpečení dat (security)
Není jen ochrana dat před zneužitím neoprávněnou osobou. Je to soubor prostředků aplikovaných v rámci bezpečnostního managementu – ISMS (information security management system). Zahrnuto do normy ISO/IEC 27001. – Důvěrnost dat zajišťována pomocí autorizace, autentizace, auditu a šifrování. – Integrita zajištěna pomocí uložených kontrolních součtů (CRC, hash) případně digitálním podpisem.
- 20 -
– Dostupnost zajišťována pravidelnou aktualizací, zálohováním a záplatováním (patch), využitím antivirů.
2.2
Komponenty sítě
Jedná se o hardwarová zařízení a média realizující přístup k síti, přenos dat a zprostředkovávající komunikaci. Společně utváří fyzickou topologii sítě (viz dále).
2.2.1
Aktivní prvky sítě
Koncová zařízení
Koncová zařízení (end devices) někdy označovaná jako terminálová jsou ta, která používá koncový uživatel. V kontextu struktury sítě jsou tato zařízení nazývána hostitelská (hosts) – hostí (obvykle) logickou adresu (například IP adresa). Hostitel může pracovat jako klient i jako server (případně obojí současně). Hostitelé zahajují komunikaci (klient) a získávají data ze serveru. – počítač (pracovní stanice, notebook, aplikační server…) – síťová tiskárna – VoIP telefon – mobilní zařízení – POS (Point of Sale) – terminál pro bezhotovostní platby kartou – ATM (Automatic Teller Machine) – bankomat pro výběry hotovosti Propojovací zařízení
Zařízení, která zprostředkovávají komunikaci po médiu nebo propojují různé (části) sítě dohromady se nazývají propojovací (intermediary devices). Samostatně nezahajují komunikaci, ale zprostředkovávají přenos dat mezi koncovými zařízeními. Přímo utváří logickou i fyzickou topologii sítě.
- 21 -
Obr. 31 – propojovací (intermediary) zařízení
Základní funkce
– Regenerace a přeposílání datagramů, – správa informací o existujících (často redundantních) cestách propojených sítí, – generování informací o chybách zařízení a selhání komunikace, – náprava chybových situací (například hledání alternativní cesty), – zajištění požadované kvality služeb (Best Effort/QoS), – aplikace bezpečnostních pravidel (zakázání/povolení přenosu datagramu). Jednotlivá zařízení nikdy neimplementují veškerou uvedenou funkcionalitu, ale obvykle jsou specializována na konkrétní oblast činnosti. Proto můžeme propojovací zařízení rozdělit podle způsobu užití. Kategorie zařízení
– Přístupová zařízení (Network Access Devices) připojují koncové uživatele do sítě. Sem řadíme NIC (Network Interface Card) – „síťová karta“, rozbočovače a přepínače (Hub, Switch) a bezdrátové přístupové body (Wireless Access Point). – Mezilehlá zařízení (Internetworking Devices) propojují sítě (nebo její segmenty) navzájem; patří mezi ně opakovače (Repeater), směrovače (Router), komunikační servery (Communication Server) a modem. – Bezpečností zařízení (Security Devices) jsou typicky firewally.
2.2.2
Pasivní prvky sítě
Obvykle mechanické komponenty sítě, které nepůsobí na vlastnosti signálu (aktivně jej nemění), pouze vykazují jeho útlum, jsou označovány jako pasivní prvky.
- 22 -
Slouží pro realizaci propojení aktivních prvků. Jedná se obecně o – konektory (například RJ-45 pro gigabitový Ethernet 1000BASE-T), – kabelové redukce, – přepěťové ochrany, – montážní prvky, – rozvaděče, – zásuvky – a média. Média použitelná pro přenos signálu lze rozdělit do tří základních kategorií: Metalická média
Metalická média (galvanické spojení) využívají k šíření signálu kovové (nejčastěji měděné) vodiče. Nositelem informace jsou elektrické impulzy (změna napěťových úrovní, změna fáze nebo frekvence signálu). Lze se setkat se dvěma typy metalických vedení: Koaxiální
Jedná se o dvojici souosých vodičů. Vnitřní vodič je signálový, vodivý oplet slouží jako zemní vodič a stínění (ochrana proti elektromagnetickým interferencím a vyzařování signálu do prostoru). Vodiče jsou od sebe odděleny izolující vrstvou dielektrika. Nad vodivým opletem je ochranný a izolační plášť (nejčastěji) z PVC. Koaxiální kabely jsou určeny zejména pro přenos vysokofrekvenčního signálu, při kterém se již uplatňuje skinefekt (povrchový jev, kdy střídavý proud je vytlačován k povrchu vodiče). Vnitřní vodiče mají proto relativně velký průměr z důvodu zvětšení plochy vodiče a snížení útlumu vysokofrekvenčního signálu. Koaxiální kabely jsou nejčastěji použity u svodů z VF antén (bezdrátové sítě, satelitní a terestriální radiové a televizní vysílání) nebo ve speciálních případech v koncových přívodech od konvertorů z optických datových vedení.
- 23 -
Obr. 32 – koaxiální kabel
Symetrická (Twisted)
Klasická drátová spojení se v datových sítích nepoužívají, neboť vykazují vysokou citlivost na elektrické rušení, velký útlum VF signálu a vzhledem k charakteru anténního zářiče působí jako zdroj rušivého elektromagnetického záření. Uvedené nevýhody jsou kompenzovány tzv. symetrickým vedením. Jedná se o dvojice pravidelně spirálovitě stočených vodičů v kabelu. Žádný z vodičů není spojen se zemí nebo kostrou, signál je vyjádřen rozdílem potenciálů obou vodičů. Jsou označovány jako TP (Twisted Pair) buď ve stíněné (STP – shielded), nebo nestíněné (UTP – unshielded) formě. Symetričnost vodičů snižuje efekt vnějších vlivů – indukovaný vnější signál je v obou vodičích přibližně stejně velký; užitečný signál je dán rozdílem potenciálů obou vodičů. Indukovaný signál má proto na ten užitečný jen malý vliv. Vhodným zkroucením se zase snižuje vyzařování užitečného signálu do vnějšího okolí. Souběžné vodiče se chovají jako anténní zářič. Jejich zkroucením se tento jev velice minimalizuje. Kabeláž pro komunikační sítě je standardizována podle ANSI TIA/EIA-568 a rozdělena do tzv. kategorií CAT-2 až CAT- 7, jak pro UTP, tak STP kabely. Liší ze zejména maximální charakteristickou frekvencí šířeného signálu při nominální délce (100 m). Pro CAT-5 to je 125 MHz (např. Fast Ethernet – 100BASE-TX).
Nejběžnější
strukturovaná kabeláž pro instalaci 100 megabitového nebo gigabitového Ethernetu je CAT-5e, resp. CAT-6.
- 24 -
Obr. 33 – schéma STP kabelu
Optická
Optická vlákna přenášejí světelné pulzy skleněným (GOF – glass optic fibre) nebo plastovým (POF – plastic optic fibre) jádrem vodiče. Skleněná vlákna jsou založena na bázi křemíku, plastová obvykle na akrylových nebo perfluorových polymerech. (Pozn. pokud není řečeno jinak, velikost úhlu je vztažena vůči ose kolmé na stěnu vlákna.) Skleněná vlákna se užívají při přenosu dat na velké vzdálenosti (desítky kilometrů bez nutnosti signál zesilovat) pro jejich malý útlum. Plastová mají podstatně větší útlum, ovšem snesou výrazně větší ohyb (mají nižší kritické úhly) a namáhání v tahu. Jsou proto vhodná pro instalace uvnitř budov, kde mohou nahrazovat kritické části lokální sítě, které jsou jinak řešené metalickým vedením. Optické vlákno se skládá z jádra (tím se šíří světelný signál) a pláště s rozdílným indexem lomu. Proto při dopadu světla dojde k jeho úplnému odrazu zpět do jádra a není vyzařováno ven. Nesmí být ovšem překročen tzv. kritický úhel dopadu – minimální úhel, pod kterým může paprsek dopadnout na rozhraní jádro-plášť, aby došlo k úplnému odrazu, který závisí zejména na průměru jádra vlákna. (Menší průměr vlákna = větší kritický úhel.) Ideální stav je, kdy světlo vstupuje do jádra rovnoběžně s jeho osou. Další vrstvy vlákna tvoří ochranu jádra a pláště a mechanické zpevnění.
- 25 -
Obr. 34 – schématické znázornění jednoho optického vlákna (v kabelu jich je zpravidla více)
Výhody užití optických kabelů
– Delší použitelná vzdálenost (desítky kilometrů), – větší přenosové rychlosti (teoreticky desítky Tbps, reálně 40 Gbps pro jeden vid), – imunita vůči elektromagnetickému rušení, – žádné vyzařování signálu do okolí (minimalizováno riziko neoprávněného „odposlechu“). Nevýhody užití optických kabelů
– Vyšší cena v porovnání s metalikou, – náchylné na poškození mechanickým namáháním/ohybem, – vysoká technologická náročnost dělení, spojování, oprav vláken. Vidy optických kabelů
– Monovidové (SMF single-mode fibre) GOF (jádro průměr 8 – 10 mikrometrů, plášť průměr 125 µm), pouze jeden vid – cesta světla – malý rozptyl světla, minimální ztráty, na velké vzdálenosti <= 100 km, zdrojem světla laser – typicky 1300 / 1500 nm. – Multividové (MMF multimode fibre) GOF (jádro průměr 50 / 62,5 um, plášť průměr 125 µm), nebo POF (jádro průměr 980 um, plášť průměr 1000 µm), více vidů – cest světla (lze šířit více paprsků – signálu – o stejné vlnové délce), větší rozptyl a ztráty,
- 26 -
vzdálenosti do několika kilometrů, zdrojem světla (laserové) LED diody – typicky 850 nm. Bezdrátová
Signál je přenášen prostorem (Éter) na (obvykle) mikrovlnných frekvencích prostřednictvím elektromagnetických vln. Médium není omezeno vodiči nebo vedením jako tomu je u metalických nebo optických médií. Výhody
– Flexibilita, nízká cena – odpadá nutnost instalovat vodiče, – dostupnost mobilním klientům v oblasti pokrytí signálem, – vícecestné propagace signálu lze využít ke zvýšení přenosové rychlosti (MIMO v 802.11n). Nevýhody
– Terénní překážky a nerovnosti způsobují odrazy a útlum, – prostředí (vzduch – molekuly vody) způsobují útlum (na frekvenci 2,4 GHz velice významně), – interference signálu s jinými zdroji (bezdrátové telefony, fluorescenční světla, jiné zdroje bezdrátové komunikace), – vícecestná propagace signálu a odrazy způsobují několikanásobný příjem s časovým (fázovým) posuvem, – dostupnost signálu i neautorizovaným osobám. Některé komunikační standardy bezdrátových sítí
– IEEE 802.11 – známá jako Wi-Fi pro sítě WLAN (wireless LAN). – IEEE 802.15 – WPAN (Wireless Personal Area Network) známá jako Bluetooth. – IEEE 802.16 – WiMAX síť koncipovaná jako bezdrátová WAN; tedy doplněk k lokální Wi-Fi. – GSM (Global System for Mobile Communications) – mobilní telekomunikační síť pro přenos telefonních hovorů je stále více využívána k datovým přenosům (protokoly GPRS, EDGE, CDMA, UMTS, HSDPA).
- 27 -
2.3
Druhy sítí
Základní dělení sítí lze realizovat s ohledem na jejich geografickou rozlohu, vlastnická a užívací práva, složitost struktury a použité technologie. Lokální sítě (LAN – local area network)
Sítě na ohraničené geografické oblasti (obvykle) spravované a provozované jediným vlastníkem – privátní sítě – jsou obecně označovány LAN. V lokálních sítích jsou využívány technologie specifické pro budování LAN infrastruktury. Příkladem může být Ethernet se strukturovanou UTP kabeláží nebo bezdrátová Wi-Fi síť. Charakteristické rysy
– Provozovatel a uživatel sítě je její vlastník (společná administrativní kontrola), – převládá užití sdíleného média – mnohabodové spoje (nejčastěji strukturovaná kabeláž), – geograficky vymezená oblast (menší rozsah), – střední přenosové rychlosti – aktuálně (rok 2012) 54 Mbps – 1 Gbps, – převládá sdílení prostředků, – komunikace zprostředkována propojením několika LAN prostřednictvím WAN. Dálkové sítě (WAN – wide area network)
Sítě provozované konkrétním poskytovatelem připojení k veřejné síti (typicky Internetu) jsou označovány jako dálkové nebo rozlehlé sítě – WAN. Vlastníci a správci takových sítí jsou označováni jako ISP (Internet Service Provider) nebo TSP (Telecommunication Service Provider). WAN sítě poskytují přístup k (veřejné) síti koncovým zákazníkům, respektive propojení vzdálených lokálních sítí za účelem zprostředkování komunikace. Technologie realizující infrastrukturu dálkových sítí je založena výhradně na dvoubodových spojích, vytváří tzv. páteřní linky o vysokých přenosových rychlostech. Charakteristické rysy
– Vlastník sítě konektivitu pronajímá uživatelům třetích stran, – slouží pro propojení lokálních sítí, – součástí WAN nejsou koncová zařízení (viz Aktivní prvky sítě), – vysoká propustnost páteřních sítí – (rok 2012) 1 Gbps – 40 Gbps,
- 28 -
– obvykle nízké přenosové rychlosti v tzv. „last mile“ (propojení providera s koncovým zákazníkem) – typicky 2 Mbps – 100 Mbps, – převládá komunikace nad sdílením prostředků (WWW, e-mail, ICQ, Skype…).
WAN
LAN
LAN
Obr. 35 – sítě LAN a WAN
Dělení dle rozsahu
Při podrobnějším pohledu na rozdělení sítí podle rozsahu a typické technologické aplikaci, se lze dobrat k následujícímu rozdělení: (To samozřejmě není vyčerpávající a lze se setkat i s dalším členěním.) Lokální sítě
– NFC (Near Field Communication) Je dvoubodová bezdrátová síť vytvářená v okamžiku přiblížení dvou zařízení (master-slave). Funkční rozsah je v jednotkách centimetrů. Nejznámější implementace – RFID. – PAN (Personal Area Network) Síť definovaná v okruhu několika metrů. Například USB zařízení připojená k osobnímu počítači, PDA, Smartphone. V bezdrátové variantě (WPAN) obvykle prostřednictvím Bluetooth. – LAN (Local Area Network) Lokální domácí nebo firemní síť menšího rozsahu (do několika desítek zařízení). Odpovídá nejběžnější sítí pro domácnosti, menší firmy a instituce. Rozsahem odpovídá místnosti až budově. – CAN (Campus Area Network) Lokální síť většího rozsahu (cca do stovek koncových zařízení) v rámci jedné nebo více budov organizace. Skládá se z logicky oddělených LAN, které jsou propojeny
- 29 -
vysokorychlostní sítí s obvykle optickým médiem (např. gigabitový / 10 gigabitový Ethernet). – MAN (Metropolitan Area Network) Svým charakterem se řadí mezi lokální sítě, použitými technologiemi odpovídá sítím dálkovým. Typická je pro velké korporace a organizace (university), kdy jednotlivé provozovny (budovy) jsou rozmístěny po rozsáhlé geografické oblasti (různé části města). Jednotlivá pracoviště jsou pak spojena technologií odpovídající WAN. Administrativně taková část sítě spadá pod stejnou firmu. Dálkové sítě
– WAN (Wide Area Network) Rozsáhlé sítě propojující lokální sítě na velké vzdálenosti. Využívají zejména dvoubodová světlovodná média, v menším měřítku satelitní spoje. – GAN (Global Area Network) Někdy nazývaná Internetwork. Jedná se o obecné označení vzájemně (hierarchicky) provázaných dálkových sítí různých provozovatelů do jednotného celku. Nejrozsáhlejší GAN je v současnosti sít Internet.
2.4
Topologie sítí
Topologie popisuje strukturu – uspořádání sítě – to jakým způsobem jsou jednotlivá zařízení v síti provázána a jakým způsobem vzájemně komunikují. V ideální situaci by všechna zařízení byla spolu přímo vzájemně spojena (tedy každé zařízení s každým). Potom se jedná o samostatná dvoubodová spojení (jedno médium je obsazeno pouze dvěma prvky – jedním na svém začátku, druhým na konci) nebo také o úplnou mesh. Při větším počtu komunikujících stran to ale není prakticky možné. Množství jednotlivých fyzických spojení by bylo neúměrně velké. (Počet nutných spojení lze vypočíst ze vztahu
–
, kde n je počet spojených zařízení.) Jedna přenosová cesta
je sdílena více zařízeními – je sdíleným médiem a podle způsobu spojení jednotlivých prvků utváří různé topologie.
- 30 -
2.4.1
Základní klasifikace topologií
Fyzická topologie
Popisuje uspořádání jednotlivých uzlů sítě – fyzické propojení mezi nimi. Zjednodušeně řečeno, fyzickou topologii „kreslí“ médium (kabely). Je definována fyzickou vrstvou modelu OSI. Dobrým příkladem je gigabitový Ethernet (1000BASE-T). Nejmenší síťový segment je tvořen centrálním prvkem (switch) a jednotlivá koncová zařízení se k němu připojují samostatnými vodiči. Vzniká tak fyzická topologie hvězda. Logická topologie
V síti lze identifikovat i logickou topologii (na spojové nebo síťové vrstvě modelu OSI). Popisuje virtuální spojení mezi jednotlivými uzly sítě, je nezávislé na fyzickém uspořádání. Logickou topologii „kreslí“ přenášené datagramy. Logická topologie určuje způsob přístupu k přenosovému médiu, respektive je určena protokoly, které řídí přístup dat / zařízení k médiu. Logická topologie se může v závislosti na stavu sítě měnit. Obvykle se fyzická a logická topologie konkrétní sítě liší. Již zmíněný Ethernet 1000BASE-T je na logické topologii při běžné komunikaci (unicast) tvořen z jednotlivých (virtuálních) dvoubodových spojů (komunikace point-to-point). V případě všesměrového vysílání (broadcast) je logickou topologií sběrnice.
2.4.2
Příklady síťových topologií
Dvoubodové spojení (point-to-point)
– Ve fyzickém pohledu spojuje přímo pouze dva uzly. – Velice jednoduchá přístupová metoda s malou režií (není třeba identifikovat různé odesilatele a příjemce). – Spojení je full- nebo half-duplexní. – V případě logické topologie je vytvářeno virtuální dvoubodové spojení. – Logická topologie moderních síťových architektur (Ethernet >100 Mbps, SONET/SDH…) Sběrnice (bus)
– Všechna zařízení připojena k jedinému médiu. – Malé množství kabeláže.
- 31 -
– Pružná a snadno rozšiřitelná koncepce. – Rozdělení sítě (výpadek kabelu) na metalickém vedení způsobí nefunkčnost obou segmentů. (Vlivem vzniklých odrazů na vedení.) – Logická topologie v sítích se stochastickým přístupem (používají tzv. kolizní protokoly).
Obr. 36 – topologie sběrnice
Hvězda (star)
– Stanice připojeny ke společnému centrálnímu uzlu samostatným kabelem. – Jednoduchá rozšiřitelnost – připojení další stanice. – Výpadek kabelu způsobí nefunkčnost pouze jedné stanice. – Výpadek uzlu je fatální. – Velké množství kabeláže.
Obr. 37 – topologie hvězda
Rozšířená hvězda (extended star), strom (tree)
– Prakticky spojení několika segmentů s topologií hvězda. – Méně kabeláže v porovnání s hvězdou. – Snadná rozšiřitelnost. – Pokud vzniká jasná hierarchie ve vzniklé struktuře, topologie se označuje strom. – Nejběžnější topologie lokálních sítí (Ethernet).
- 32 -
Obr. 38 – topologie rozšířená hvězda (strom)
Kruh (ring)
– Jednotlivá zařízení spojena sériově do uzavřeného kruhu. – Velice nepružné (problematická rozšiřitelnost a instalace na větší vzdálenosti). – Výpadek kabelu je fatální. – Ve fyzické topologii se již prakticky nepoužívá (dříve Token Ring a FDDI). – Vhodná logická topologie pro deterministické – bezkolizní systémy. Implementace principu tzv. triviálního následnictví. (Bezkolizní systémy jsou vhodné pro průmyslové sítě, kde je nutné garantovat maximální prodlevu mezi požadavkem k přístupu a vlastním odesláním dat – pro časově kritické aplikace.)
Obr. 39 – kruhová topologie
Obecný graf (hybrid)
– Sítě s redundantním spojením nebo spojené nesourodé topologie. – Graf rozlehlých sítí (internet). – Někdy označováno jako částečná mesh.
- 33 -
Obr. 40 – hybridní topologie
Úplná mesh (fully connected mesh)
– Úplné spojení jednotlivých stanic způsobem „každý s každým“ – Nejrobustnější řešení, odolné vůči chybám média i stanic. (Použito např. v NIXu – peeringové centrum českého internetu) – Reálně řešitelné pro malé množství propojených zařízení.
Obr. 41 – topologie úplná mesh
2.5
Přenosové techniky
Komunikaci v sítích můžeme rozdělit podle toho, zda před vlastním přenosem dat dochází nebo nedochází k navázání spojení, případně je přenos dat spolehlivý či nespolehlivý. Hovoříme o spojovaných (connection-oriented) a nespojovaných (connectionless) protokolech, spolehlivých (reliable) a nespolehlivých. Nejběžnějšími jsou nespojovanénespolehlivé (např. Internet Protocol) a spojované-spolehlivé (TCP – internet nebo IPX/SPX – Novell Netware). Ostatní variace jsou méně časté, ale jejich implementace je v zásadě možná. Například protokoly resp. síť ATM (Asynchronous Transfer Mode) je spojově orientovaná-nespolehlivá. Jedná se o síť využívanou pro WAN spojení zejména na konci 90. let 20. století. Dnes je již na ústupu a je postupně nahrazována jinými technologiemi.
- 34 -
Také běžná telefonní síť je spojovaná-nespolehlivá. Před vlastním hovorem je navazováno spojení – tedy je kontaktována protistrana vytočením telefonního čísla. Po přijetí hovoru již probíhá vlastní komunikace až do okamžiku jejího ukončení (zavěšení). Komunikace je nespolehlivá – v závislosti na kvalitě signálu/telefonních linek může být snížena srozumitelnost nebo se mohou objevit výpadky v přenosu řeči.
2.5.1
Circuit switching
V síti s přepojováním okruhů je po dobu přenosu zprávy vytvořeno neměnné spojení (historicky
v analogových
telefonních
sítích
s reléovými
ústřednami
dokonce
galvanické). Z hlediska komunikace se jedná o dvoubodové spojení. Výhodou
je jednoduchá implementace spolehlivosti i vlastního přenosu. Protože je zajištěna přenosová kapacita vyhrazením dílčích částí přenosové linky, je zajištěna kvalita služby vhodná pro interaktivní práci. Mezi nevýhody
lze zařadit alokaci celé přenosové cesty. Tedy po dobu existence spojení nemůže vyhrazenou část přenosové cesty využívat jiné komunikující strany a to ani tehdy, když nejsou v rámci spojení žádná data přenášena. Obvykle také dochází k definitivní ztrátě spojení při výpadku jedné části přenosové linky. Pro datové přenosy jsou sítě s přepojováním okruhů nevhodné.
2.5.2
Packet switching
Síť s přepínáním paketů nevytváří trvalé spojení mezi vysílačem a přijímačem, ale komunikaci rozdělí na nezávisle odesílané datagramy. Segmentace
Proces rozdělení zprávy do samostatně přenášených datagramů se nazývá segmentace. Jednotlivé datagramy obsahují kromě části přenášené zprávy i úplnou informaci nutnou k úspěšnému doručení. Mimo jiné to je adresa příjemce a odesilatele, pořadové číslo datagramu ve zprávě a společnou identifikaci (příslušnost datagramu ke konkrétní zprávě). Datagramy mohou být odeslány vzájemně nezávisle (dokonce po různých fyzických linkách). V případě ztráty nebo porušení jednoho datagramu může být tento odeslán
- 35 -
opakovaně. Na straně příjemce jsou ve vyrovnávací paměti jednotlivé datagramy seřazeny (dle svého pořadového čísla) a zpráva je následně rekonstruována. Multiplexing
Výhodou přepínaných sítí je možnost sdílení přenosové kapacity (linek) více komunikujícími stranami. Jednotlivé segmenty zpráv jsou multiplexovány tak, aby optimálně využili přenosovou linku.
Obr. 42 – multiplexing segmentovaných dat
Nespojované nespolehlivé paketové sítě
Jedná se o nejjednodušší implementaci paketových sítí. Každý datagram je odeslán ihned – není předem kontaktována přijímající strana. Odesílá se bez kontroly doručení a v případě ztráty datagram není automaticky odeslán znovu. V případě, že některé datagramy přijdou mimo původní pořadí, nebudou korektně zařazeny – obvykle se zahodí. Nejznámějšími protokoly jsou internetové IP (na síťové vrstvě) a UDP (na transportní vrstvě). Spojované spolehlivé paketové sítě – virtuální okruhy
Realizace spojení pomocí tzv. virtuálních okruhů (někdy také kanálů) spojuje výhody paketových sítí a sítí s přepojováním okruhů. Po navázání spojení jsou jednotlivé segmenty odesílány v jasně definovaném pořadí a jejich přijetí je vždy odesilateli potvrzováno. Nedoručené nebo poškozené bloky dat jsou odeslány znovu. Z pohledu komunikujících stran se jeví přenos zprávy jako přesun celistvých, nefragmentovaných dat v režimu dvoubodového spojení. Nejznámějším protokolem je internetový TCP na síťové vrstvě.
- 36 -
3
Referenční model ISO/OSI Vrstvy modelu OSI, propojování sítí (aktivní prvky).
3.1
Referenční model – vertikální dekompozice
Potřeba rozdělení problematiky počítačových sítí do vzájemně nezávislých celků (přenos bitu, médium, komunikace lokální a dálková, síťové služby) a postupná snaha o standardizaci jednotlivých částí, vedla k vytvoření konceptuálního – referenčního modelu. Vývoj počítačových sítí v šedesátých a sedmdesátých letech (20. stol.) vedl ke vzniku nesourodých, vzájemně nepropojitelných sítí různých výrobců (Xerox, IBM, Digital…). V roce 1977 byla zahájena aktivita pracovní skupiny, která pod záštitou standardizační organizace ISO (resp. ITU-T) měla za cíl vytvořit sadu standardů popisujících a rozdělujících problematiku komunikačních sítí. V roce 1984 byla zveřejněna mezinárodní norma ISO 7498, dnes známá jako OSI (Open Systems Interconnection). Počítačovou síť dekomponuje do vzájemně navazujících, ale nezávislých sedmi vrstev. Rozdělení není procesní (plošné), ale vertikální. Pohled na komunikaci tedy není členěn podle prvků v komunikaci (aplikace – vysílač – médium – přijímač – aplikace), ale rozděluje proces komunikace podle míry abstrakce. Nejnižší vrstva (první) je přímo řešena hardwarem a zabývá se přenosem signálu (fyzikální veličinou), nejvyšší vrstva (sedmá) je zaměřena na uživatele, respektive služby, které mu jsou poskytovány.
7 6
Aplikační vrstva email, web, DNS...
Prezentační vrstva šifrování, změny formátu dat
Relační vrstva
5
navazování a řízení spojení
4
celistvá komunikace mezi aplikacemi
3
propojování sítí, hledání cest
2
Transportní vrstva Síťová vrstva Spojová vrstva komunikace fyzických uzlů v síti
1
Fyzická vrstva médium, konektory, datové signály
Obr. 43 – sedm vrstev modelu OSI
- 37 -
Definice ISO OSI obsahuje mnoho konkrétních komunikačních i aplikačních protokolů. (Například X.400 – non SMTP email.) Ty se však komerčně neprosadily a v současné době jsou užívány jiné, úspěšné – součástí modelu TCP/IP (internet) nebo GSM (Global System for Mobile Communications). Hlavním důvodem neprosazení OSI a jeho protokolů jako reálného komunikačního standardu je bezprecedentní komerční úspěch Internetu (modelu TCP/IP). V době počátku návrhu modelu OSI již existovaly experimentálně ověřené datagramové protokoly internetové komunikace. Ty ale se nepodařilo zapracovat do utvářeného OSI modelu pro nedůvěru jeho tvůrců k novátorským datagramovým sítím (packet switching) a proto původní koncepce byla postavena na sítích s přepínáním okruhů (circuit switching)14. Situaci kolem vzniku OSI modelu popisuje Vinton G. Cerf ve velice zajímavém interview vedeném Jiřím Peterkou. Vertikální rozdělení pohledu na síťovou komunikaci je celosvětově uznáváno. Proto i v dnešní době má koncepce referenčního modelu OSI význam. Vývoj nových technologií i protokolů probíhá v souladu s myšlenkou koncepce OSI modelu, která je zachycena v doporučení ITU-T X.20015.
3.2
Výhody vrstvového modelu
– Definice základních standardů pro síťovou komunikaci. – Jednotlivé vrstvy jsou samostatně lépe popsatelné a pochopitelné. – Zajištění kompatibility zařízení různých výrobců. – Snazší vytváření komplexních sítí (provázání více dodavatelských systémů). – Jednodušší protokoly (definovány v rámci jediné vrstvy). – Vrstvy jsou nezávislé – při změně jedné z nich, není třeba kaskádní změna dalších. – OSI model zprostředkuje „společný slovník“ mezi síťovými odborníky. Protokol a rozhraní
Protokoly jsou definovány výlučně v rámci jedné vrstvy a (spolu s hardwarem) utváří vrstvu jako funkční celek. Tím je zajištěna vzájemná nezávislost vrstev – změny
14
Přepojovat či nepřepojovat - to je otázka: Interview s Vintonem G. Cerfem, básníkem, architektem počítačových sítí a legendárním "otcem Internetu". PETERKA, Jiří. EArchiv.cz: Archiv článků a přednášek Jiřího Peterky [online]. 1994 [cit. 2012-01-06]. Dostupné z: http://www.earchiv.cz/a94/a429c207.php3 15 ITU-T X.200 11/1988. Reference model of open systems interconnection for CCIT applications. Geneva (Switzerland): ITU, 2008. Dostupné z: http://www.itu.int/rec/T-REC-X.200-198811-S/en
- 38 -
provedené v jedné vrstvě (prakticky to může být jen modifikace nebo přidání nového protokolu nebo HW řešení) se nepromítnou v ostatních vrstvách a nevynutí si ani jejich změnu. – Pro výměnu dat mezi vrstvami jsou definována rozhraní. – Rozhraní obsahuje definici služeb nabízených nadřízené vrstvě. – Nadřízená vrstva tyto služby využívá. – Vlastní služba (její implementace) je realizována protokolem vrstvy, která rozhraní nabízí. (Prakticky je rozhraní definovaným vstupem, respektive výstupem konkrétního protokolu.) Pro zjednodušení si lze zapamatovat, že komunikace probíhající horizontálně – v rámci jedné vrstvy je realizována prostřednictvím protokolů, vertikální komunikaci (napříč vrstvami) zprostředkovává rozhraní. Praktický příklad nezávislosti vrstev
Situace: Na čtvrté vrstvě (transportní) je definován datagram (segment) spolehlivého protokolu TCP. Tento protokol nabízí vyšší vrstvě službu (spolehlivou přepravu dat) prostřednictvím rozhraní (je jím soket). Vyšší vrstva (aplikační) předá přes soket data k přepravě transportní vrstvě, ta vytvoří datagram a předá jej dále protokolu třetí vrstvy (síťová vrstva, internet protokol). Síťová vrstva rozhodne, kterým směrem budou data dále směrována a předá datagram druhé vrstvě (spojové) k přepravě po médiu konkrétní lokální sítí (Ethernet). Varianty: Díky nezávislosti vrstev se při změně typu konkrétní sítě (druhá, resp. první vrstva) nic nezmění ve vyšších vrstvách. Z pohledu uživatele, pohledu protokolu TCP i IP je jedno, zda data budou přenášena po sto megabitovém Ethernetu, gigabitovém Ethernetu, Wi-Fi sítí nebo jinou, dosud neexistující. Tato nezávislost platí i směrem „vzhůru“. Pokud by uživatel použil pro přenos svých dat nespolehlivý protokol UDP (namísto TCP), použije jiný soket (rozhraní), transportní vrstva vytvoří UDP datagram a ten bude předán přes rozhraní síťové vrstvy k přepravě protokolem IP – tedy vše probíhá stejně jako v případě užití TCP protokolu.
- 39 -
Zapouzdření (encapsulation)
Data jsou předávána k další fázi přepravy vrstvě nižší. Nižší vrstva k předanému datagramu (PDU) přidá pomocné informace svého protokolu – hlavičky (typicky obsahují mimo jiné adresu příjemce a odesilatele). Tím je vytvořen datagram příslušné vrstvy. Tento proces se nazývá zapouzdřování (encapsulation), opačný proces je analogicky rozbalování (decapsulation). Vrstva pracuje pouze s hlavičkami svého datagramu a nezasahuje (neanalyzuje) obsah zapouzdřené datové jednotky – nezkoumá obsah zapouzdřených dat (datagramů) vyšších vrstev.
data
hlavička segment segmentu
hlavička paketu
hlavička rámce
paket
rámec
kontrolní součet rámce
z a p o u z d ř o v á n í
Obr. 44 – proces zapouzdření
3.3
Fyzická vrstva
Fyzická vrstva realizuje přenos jednotlivých bitů a definuje prostředky nutné pro přenos signálu. – Přenosové médium (fyzikální a mechanické vlastnosti), – konektory (materiál, rozměry, význam kontaktů (pinouts)), – reprezentaci bitu na médiu (fyzikální veličina a její parametry), – metody kódování signálů a řídicích informací protokolů fyzické vrstvy, – aktivní prvky (vysílací a přijímací obvody). Bit je na médiu reprezentován změnou charakteristické vlastnosti signálu. Signál může bit kódovat změnou – amplitudy, – frekvence, – fáze.
- 40 -
V současné době se bit pro datové přenosy kóduje nejčastěji na signál s proměnnou fází nebo kombinací změny fáze a amplitudy.
3.3.1
Synchronizace signálů
Příchozí signál obsahuje posloupnosti bitů. Počátek posloupnosti musí být jednoznačně identifikován. Každý následující bit je detekován po uplynutí tzv. bit time (doby trvání jednoho bitu). Při přenosu je tedy nutné měřit pravidelné krátké časové úseky – v přesných intervalech zjišťovat hodnotu dalšího bitu (logická 1, logická 0) nebo skupiny zakódovaných bitů. To se děje prostřednictvím hodinového signálu (clock). Ten musí být na straně vysílače i přijímače stejný, musí mít stejnou frekvenci (rychlost změn) i fázi (počátek periody). Hodinový signál lze na straně vysílače i přijímače synchronizovat prostřednictvím – samostatného hodinového signálu (vyhrazený vodič), – synchronizačním signálem, – synchronizací obsaženou v nosné (součást datového signálu – data jsou kódována). Použití vyhrazeného vodiče pro samostatný hodinový (respektive synchronizační) signál je nejjednodušší řešení. Lze se s ním setkat při přenosech dat v počítači (např. datová sběrnice). Obecně v sítích zařízení typu DCE (data communication equipment) poskytuje hodinový signál zařízení DTE (data terminal equipment). To má však i své nevýhody – např. použití nadbytečného vodiče. Z pohledu modelu OSI jsou některé protokoly realizující synchronizaci a řízení přenosu dat rozprostřeny přes fyzickou i spojovou vrstvu. Synchronizace je potom obvykle součástí rámce spojové vrstvy a je implementována v synchronních respektive asynchronních protokolech (viz Spojová vrstva).
3.3.2
Kódování
Kódování je prováděno pro usnadnění přenosu a zpětné detekce jednotlivých bitů a synchronizaci. Bitový tok je přenášen obvykle – v základním pásmu prostřednictvím linkových kódů – nebo přeloženém pásmu prostřednictvím klíčování (shift keying). Zjednodušeně řečeno v základním pásmu jsou data přenášena přímo v pásmu (frekvenci) odpovídajícímu frekvenci signálů reprezentujících jednotlivé bity. Například Ethernet 10BASE-T
(rychlost datového přenosu je 10 Mbps) používá linkový kód
- 41 -
Manchester (viz dále) – každý bit tedy odpovídá dvěma změnám napěťové úrovně signálu. Frekvenční pásmo přenášeného signálu je tedy 20 MHz (2 změny x 10 Mbps). Někdy je výhodnější data přenášet na vyšších frekvencích. Například pro bezdrátové přenosy (Wi-Fi) nebo při skládání paralelních kanálů na symetrických vedeních (ADSL). Potom se digitální datový tok navazuje na vysokofrekvenční signál (tzv. nosná neboli modulovaný signál) a frekvenční pásmo přenášeného signálu odpovídá frekvenci nosné (např. 2,4 GHz u Wi-Fi). Tento způsob kódování signálu se označuje klíčování nebo obecně také digitální modulace v přeloženém pásmu. Linkové kódy
Na metalických vedeních nebo optických vláknech nejsou obvykle data modulována na vysokofrekvenční nosnou. Jsou přenášena v základním pásmu (baseband) a prostý binární kód je změněn na jiný tak, aby byl usnadněn přenos. Skupina kódů označovaná „bez návratu k nule“ – NRZ (Non Return to Zero) vyjadřuje každou binární hodnotu nebo její kombinaci (v případě vícestavových kódů) konkrétní hodnotou charakteristické vlastnosti signálu. Binární jednička tak může být interpretována jako plus jeden volt (+1 V) a binární nula mínus jeden volt (−1 V). Takový signál ale není tzv. autosynchronní – v delší posloupnosti logických jedniček nebo nul může být ztížena přesná detekce jejich množství na straně přijímače. Proto se u vyšších frekvencí (stovky megahertz) můžeme setkat s užitím kódů, které v pravidelných intervalech změní stav výstupu bez ohledu na sekvenci přenášených bitů a usnadňují tak jejich detekci (synchronizace je součástí signálu). Některé linkové kódy používané v datových komunikacích: NRZI (Non Return to Zero Inverted)
– Dvoustavový kód (napětí +/- nebo světlo svítí/nesvítí), – při logické nule zůstává zachován předchozí stav, – při logické jedničce se stav signálu mění na opačnou hodnotu. – Použito například u 100BASE-FX (Ethernet na optické lince).
+U –U
1 0 1 1 0 0 1 0
Obr. 45 – kódování NRZI
- 42 -
MLT-3 (Multilevel Transmission Encoding – 3-levels)
– Rozšíření NRZI, – logická nula – zůstává zachován předchozí stav, – logická jedna – stav signálu se periodicky mění −U 0 +U 0. – Použito například u Ethernetu 100BASE-TX.
+U 0 –U
1 0 1 1 0 0 1 0
Obr. 46 – kódování MLT-3
AMI (Alternate Mark Inversion)
– Třístavový kód – logická nula přenášena jako neutrální hodnota signálu (nulové napětí), – logická jednička vyjádřena střídáním pulzů opačné polarity. – Použito například u S0-bus ISDN
+U 0 –U
1 0 1 1 0 0 1 0
Obr. 47 – kódování AMI
Manchester
– Dvoustavový diferenciální kód, bit kódován změnou fáze. – Logická hodnota je reprezentována změnou úrovně signálu uprostřed periody délky bitu (bit-time). – Například Ethernet 10BASE-T kóduje logickou jedničku do náběžné hrany, logickou nulu reprezentuje sestupná hrana signálu. – Díky pravidelné změně úrovně signálu obsahuje synchronizaci (hodiny) pro přijímač. – Nevýhodou je zvýšení frekvence hodinového signálu (baud rate) na dvojnásobek v porovnání s bitovou rychlostí (bit rate). U zmíněného Ethernetu je šířka pásma 20 MHz a rychlost 10 Mbps.
- 43 -
+U 0 –U
1
0
1
1
0
0
1
0
Obr. 48 – kódování Manchester
2B1Q
– Vícestavový kód – jedna úroveň amplitudy reprezentuje kombinaci dvou bitů. – Celkem čtyři napěťové úrovně (dvě záporné, dvě kladné úrovně napětí). – Baudová rychlost je ve srovnání s bitovou poloviční. – Použito například u základní přípojky ISDN.
+U2 +U1 –U1 –U2
1 0 1 1
1 0 1 1 0 0 1 0
0 1 0 0
Obr. 49 – kódování 2B1Q
Blokové kódy (block coding)
Blokové kódy převádí sekvence bitů na vícebitové kombinace tak, aby došlo k omezení vysílání sekvencí stejných logických hodnot. Výsledná skupina symbolů vždy obsahuje nejméně jednu změnu úrovně, čímž je zaručena synchronizace. Větší počet bitů výsledného kódu umožní přiřadit některým symbolům (výstupní kombinace bitů) speciální význam. Například vyznačení začátku a konce celistvého datového toku, chybový stav nebo neobsazenou linku (idle). Nevýhodou je nárůst režie (objem nevýznamových dat) – například u kódu 4B5B (používá Ethernet 100BASE-TX nebo HDLC) se každé 4 bity kódují do symbolů o pěti bitech, objem přenášených dat tím narůstá o jednu čtvrtinu. Blokové kódy jsou kombinovány s dalšími (výše uvedenými) linkovými kódy. Nejčastěji v současné době používaným blokovým kódem je 8b/10b. Lze se s ním setkat u Gigabitového Ethernetu (1000BASE-T), FireWire IEEE 1394b, SATA, SAS, DisplayPort nebo USB 3.0.
- 44 -
Klíčování (shift keying)
Modulace v přeloženém pásmu – na vyšší nosnou frekvenci se využívá všude tam, kde je z důvodu realizace přenosu vhodné užít vyšších frekvencí (stovky MHz až jednotky GHz) – jak tomu je u bezdrátových přenosů prostorem (Wi-Fi) nebo pokud je třeba využít větší šířku pásma z důvodu navýšení přenosové rychlosti a robustnosti signálu (Wi-Fi nebo xDSL technologie). Modulační signál (data) nabývá omezeného počtu diskrétních hodnot (dvou u binárního kódu, více v případě užití vícestavových kódování) a specifickým způsobem ovlivňuje nosný (analogový / spojitý) signál.16 Modulace s jednou nosnou (Single-Carrier Modulation)
Základní metody klíčování ovlivňují jedinou nosnou a způsobují změnu amplitudy, frekvence nebo fáze. V datových sítích se běžně lze setkat s modulacemi, které kombinují ovlivnění amplitudy (vícestavové modulační signály) a fáze nosného signálu (např. QAM). – ASK (Amplitude-shift keying) modulační signál ovlivňuje amplitudu nosné, frekvence je stále stejná.
+U1 –U1 1
0
1
1
0
0
1
0
Obr. 50 – modulace ASK
– PSK (Phase-shift keying) modulační signál ovlivňuje fázi nosné – u BPSK (binary PSK) logická jednička způsobí změnu nosné do první (kladné) půlperiody (0Pí), logická nula do druhé (záporné) půlperiody (Pí). Dvoubitový QPSK (4-QAM) obrací fázi po 90°.
16
PRAVDA, Ivan. ČVUT FEL. Telefonní přístroje, modulační metody a telefonní modemy. Praha, 2009, s. 819. Dostupné z: http://www.comtel.cz/files/download.php?id=2205
- 45 -
+U1 –U1 1
0
1
1
0
0
1
0
Obr. 51 – modulace BPSK
– QAM (Quadrature amplitude modulation) vícestavový modulační signál (4bitový – 16-QAM, 6bitový – 64-QAM, 8bitový – 256-QAM) ovlivňuje jak fázi, tak amplitudu nosné.
+U2 +U1 –U1 –U2
10 1 10 0 10 1 01 1 11 1 10 1
Obr. 52 – 3bitový 8-QAM
Modulace s více nosnými (Multi-Carrier Modulation)
Použitím více vzájemně frekvenčně posunutých nosných lze přenášet několik nezávislých modulačních (datových) signálů paralelně a zvyšovat tak reálnou přenosovou rychlost. Aby nebylo nutné realizovat velké množství paralelních modulátorů (mnoho paralelních obvodů), modulace se realizuje pomocí signálových procesorů a využívá se při modulaci tzv. inverzních Fourierových transformací pro vyjádření signálů z frekvenční oblasti do časové a při demodulaci naopak. – DMT (Discrete Multi-Tone) princip velkého množství paralelních nosných užívaný na metalických symetrických vedeních – například u ADSL nebo VDSL. – OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) využívá paralelních vzájemně ortogonálních nosných pro širokopásmové přenosy v prostoru (bezdrátový přenos) – například u Wi-Fi.
- 46 -
A
základní pásmo
f Obr. 53 – rozložení frekvenčního spektra při modulaci s více nosnými
3.4
Spojová vrstva (datalink layer)
Úkolem spojové vrstvy je – zapouzdřit datagramy vyšší vrstvy (typicky pakety) ve své datové části, přidat záhlaví a zápatí, – řídit přístup k fyzickému médiu (ve vhodnou dobu předávat sekvence bitů protokolům fyzické vrstvy), – detekovat chyby (poškození dat při přepravě) a informovat o nastalých chybách vyšší vrstvy. Na úrovni spojové vrstvy je většinou (vyjma p2p topologií WAN technologií) třeba identifikovat jednotlivá síťová rozhraní. K tomuto účelu je každému fyzickému rozhraní (zjednodušeně konektor síťové karty) přiřazena fyzická adresa. Implementací fyzické adresy je MAC adresa přidělovaná asociací IEEE. Je 48 bitová, má plochou (nehierarchickou) strukturu. Prvních 24 bitů identifikuje konkrétního výrobce síťového hardwaru (organizationally unique identifier – OUI), druhou část každý výrobce unikátně přiděluje jednotlivým výrobkům. Konkrétní výrobce lze vyhledat na webu IEEE po zadání prvních 3 bajtů MAC adresy. Přestože původní specifikace OSI modelu (CCITT X.200 11/1988) detailnější členění spojové vrstvy nedefinuje, je tato prakticky dekomponována na dvě podvrstvy. – Logical Link Control (LLC, specifikace IEEE 802.2 a IEEE 802.1x) zajišťuje nezávislost vyšších protokolů na použitém médiu respektive síti. (Prakticky to znamená, že na SW úrovni nemusí dojít k žádné změně, pokud bude síť upgradována ze stomegabitového na gigabitový Ethernet nebo přeložena
- 47 -
prostřednictvím bezdrátového Wi-Fi spoje.) Realizuje tedy funkcionalitu klasické definice spojové vrstvy. – Media Access Control (MAC) svým významem zasahuje až do fyzické vrstvy, identifikuje konkrétní HW síťový prvek (interface) v segmentu sítě a řídí přístup k fyzickému médiu.
3.4.1
Asynchronní a synchronní protokoly
Kromě synchronizace hodinového signálu vysílače a přijímače je úkolem protokolů spojové vrstvy definovat a na straně příjemce detekovat začátek a konec přenášeného rámce. Podle způsobu řízení přenosu rozeznáváme dvě „rodiny“ těchto protokolů. Asynchronní přenos
V jednodušších (a obvykle pomalejších) přenosových protokolech předchází skupinu vysílaných datových bitů synchronizace (tzv. preambule), následují start bity, dále přesně daný počet datových bitů (může to být jeden bajt, ale i rámec předaný z L2 o délce několika stovek bajtů) a celá sekvence je ukončena stop bity. Preambule se používá pouze při vyšších přenosových rychlostech (typicky >1 Mbps) a slouží pro zasynchronizování hodinového signálu přijímače s vysílačem. Start bit nebo start bity identifikují počátek datového bloku, stop bity jeho konec. Výhoda asynchronní komunikace spočívá v jednoduchosti systému řízení přenosu. Data jsou vysílána nepravidelně, přesně v okamžiku, kdy jsou připravena k přenosu. Tento způsob komunikace se někdy označuje jako start-stop. Nevýhodou je vyšší režie (preambule, start a stop bity). V průběhu přenosu datového rámce (obvykle) nedochází k úpravě bit time – datové rámce mohou mít pouze takovou délku, po kterou je možné garantovat shodu hodinového signálu na vysílací a přijímací straně. Příkladem použití je historický asynchronní sériový protokol nebo deseti megabitový Ethernet. Synchronní přenos
Pro vyšší přenosové rychlosti a zajištění souvislého přenosu dat jsou častěji v datových sítích využívány synchronní (protokoly) metody přenosu. S vyhrazeným vodičem určeným k synchronizaci se lze setkat jen výjimečně. Synchronizace bývá častěji
- 48 -
přenášena spolu s daty. Je tedy součástí signálů – k synchronizaci je použit modulační nebo nosný signál (nosná, na kterou jsou digitální data navázána). Data jsou před odesláním sdružována do relativně dlouhých bloků (rámců) a teprve následně předána fyzické vrstvě k přenosu (odeslána jako ucelená posloupnost bitů). Jednotlivé rámce jsou na médium vkládány bezprostředně za sebou a není nutná opakovaná synchronizace, jako tomu je u asynchronních přenosů. Výhodou je snížení režie v porovnání s asynchronním přenosem, nevýhodou nutnost použít složitější logiku vysílacího zařízení a vyrovnávací paměti17. Příkladem může být synchronní HDLC protokol (nebo novější PPP). Každý začátek a konec rámce je identifikován tzv. křídlovou značkou – návěstím (flag), která je tvořena posloupností šesti logických jedniček, kterým předchází i za kterými následuje logická nula. Většina současných protokolů realizujících vysokorychlostní přenosy dat je synchronní. Například sto megabitový nebo gigabitový Ethernet.
3.4.2
Řízení přístupu k médiu (Media Access Control)
V případě, že konkrétní fyzické médium není sdíleno více vysílači (vyhrazené médium), je třeba jen velmi jednoduché nebo žádné řízení přístupu k médiu. Při komunikaci se jedná o dvě nezávislá simplexní spojení, která realizují full duplexní komunikaci. Lze se s ní setkat v topologiích dvoubodového spojení (point-to-point – p2p). V bezdrátových sítích a některých metalických se využívá přístup ke sdílenému médiu. Na konkrétním fyzickém médiu se nachází více uzlů (vysílačů / přijímačů). Aby nedocházelo ke kolizím (současné odesílání dat více jak jedním vysílačem, které má za následek smísení/znehodnocení obou signálů) musí být použity kolizní nebo bezkolizní protokoly pro řízení přístupu ke sdílenému médiu. Bezkolizní protokoly
Protokoly, které řídí přístup ke sdílenému médiu tak, aby ke kolizím z principu nemohlo docházet, se označují jako bezkolizní, deterministické nebo s řízeným přístupem (controlled). Všechny komunikující prvky se v každém okamžiku chovají předvídatelně a
17
BENEŠ, Vladimír. Technická infrastruktura a síťové technologie. 1. Praha: Bankovní institut, a.s., 2005, s. 129. ISBN 80-7265-063-7.
- 49 -
nemůže nastat situace, kdy by médium mohlo využívat více zařízení kolidujícím způsobem. Nejvýznamnější výhodou je definovaný „worst-time“. To znamená, že je známá nejdelší možná prodleva mezi zadáním požadavku na odeslání datagramu a jeho skutečným odesláním. Například v průmyslových sítích, je znalost worst-time kritická. Modelová situace: čidlo koncového bodu kolejového pojezdu jeřábu zaznamená dosažení jeho krajní polohy, vyšle datagram s požadavkem na zastavení pohybu jeřábu. Tento požadavek se odešle nejpozději po uplynutí worst-time. Pokud by worst-time nebyl definován, jako tomu je u kolizních protokolů, není zaručeno, že požadavek bude odeslán včas, a jeřáb může sjet z kolejí, projet tovární zdí a plynule pokračovat v cestě za svobodou. Mezi nevýhody bezkolizních protokolů patří ne zcela optimální využití přenosové kapacity při malém počtu komunikujících stanic (v případě TDMA), anebo jsou tyto protokoly relativně komplexní a s vysokou režií (Token passing). Token passing
Je založen na principu řízení předávání oprávnění k vysílání. Pouze zařízení s oprávněním vysílat (tokenem) může odeslat data. Logická (nebo i fyzická) topologie sítě je kruh. Každý datagram je po přijetí jednou stanicí odeslán dále, až je opět doručen odesilateli – tím je informován o jeho úspěšné distribuci. TDMA (Time-Division Multiple Access)
Rozděluje jednu časovou periodu (rámec) na dílčí kvanta (time sloty). Každý time slot je přidělen konkrétnímu zařízení. V každé periodě může zařízení vysílat pouze ve svém timeslotu a nemůže tak dojít ke kolizi. Nevýhodou je vznik nevyužitých time slotů (pokud konkrétní zařízení zrovna nevysílá) a snížení maximální přenosové rychlosti na F/N (kde F je propustnost a N počet komunikujících stran). Některé protokoly optimalizují počet (respektive délku) time slotů podle množství komunikujících stran. Nejznámější aplikací TDMA (resp. TDM) je GSM síť (tzv. 2G). Kolizní protokoly
V datových sítích se častěji lze setkat s kolizními protokoly (ve srovnání s bezkolizními). Zde z principu ke kolizi docházet může a nelze jednoznačně předvídat, kdy k takové situaci dojde. Proto se tyto protokoly označují také jako stochastické nebo s náhodným
- 50 -
přístupem (random). Obecně lze říci, že kolizní protokoly jsou efektivnější a optimálněji využívají přenosové médium při malém nebo středním množství komunikujících stanic a mají menší režii. Aloha a dávková Aloha
Patří mezi nejstarší (počátek 70. let) kolizní protokoly. Pokud nastane kolize, obě vysílající strany se odmlčí po náhodně dlouhou dobu a následně se pokusí vysílání zopakovat. CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
Před vlastním vysíláním nejprve rozhraní ověřuje nepřítomnost jiného signálu. Pokud je nosná obsazena, vyčkává a vysílání započne až po jejím uvolnění. Ke kolizi přesto může dojít (například při současném zahájení vysílání dvou stran). V sítích Ethernet (10Mbit a 100Mbit half duplex) se používá CSMA/CD (collision detection). Pokud stanice detekuje kolizi, vyšle informační signál „JAM“. Tím jsou všechny stanice informovány o nastalé kolizi. Bez tohoto signálu by kolizi nebylo možné detekovat za aktivním prvkem – tzv. vzdálená (remote) kolize. Kolize je totiž rozpoznána díky zvýšení špičkového napěťové úrovně způsobené sečtením (smísením) dvou signálů. Aktivní prvky (hub) signál rekonstruují a napěťové úrovně jimi přeposlaných signálů jsou opět v mezích. V bezdrátových sítích (Wi-Fi) se využívá CSMA/CA (collision avoidance). Zde totiž není zaručena kontrola obsazení nosné pouhým nasloucháním – všechny stanice nemusí být ve vzájemném radiovém dosahu (jsou tzv. skrytým uzlem). Kolizím se proto předchází. Stanice nejprve vysílá řídicímu uzlu (AP – Access Point) signál připravenosti vysílat (RTS) a data odešle po přijetí povolení vysílat (CTS).
3.4.3
Typy vysílání
Na úrovni spojové a síťové vrstvy je možné rozdělit typ vysílání do skupin podle počtu příjemců. Unicast
Standardní komunikace mezi dvěma uzly – jednosměrné vysílání. Příjemce je jednoznačně identifikován unikátní adresou.
- 51 -
Anycast
Speciální podoba unicastu (zavedená např. v IPv6). Více příjemců disponuje stejnou adresou, komunikace je směrována k jednomu (libovolnému) z nich – typicky nejbližšímu uzlu. Multicast
Příjemci definováni v tzv. multicast group – skupině adres se společným rysem. Stejný datagram v jednom segmentu sítě může přijmout více hostů. Je tak redukován datový tok ve srovnání s odesláním stejných dat ve formě několika unicastů. Například v IPv6 je prostřednictvím multicastu umožněno doručení datagramu všem hostům v lokální síti (nahrazuje tak tzv. limited broadcast – viz dále). Broadcast
Je všesměrové vysílání. Nespecifikuje se tedy konkrétní příjemce nebo příjemci, ale data jsou určena pro všechny příjemce, kteří jsou schopni konkrétní datagram zachytit. Praktická implementace je závislá na typu sítě. Například v internetu z pochopitelných důvodů není možné realizovat odeslání dat na všechny hosty v internetu. Broadcast je řešen jako tzv. lokální (limited) a není směrován mimo lokální síť. Část sítě, v které se šíří broadcast se označuje broadcastová doména.
3.5
Síťová vrstva
Síťová vrstva rozšiřuje funkce spojové vrstvy o – řízení toku při nepřímém spojení (zprostředkované přes více dalších hostů), – možnou existenci redundantních cest a s tím související hledání optimální cesty datagramu sítí, – nezávislost protokolů na typu média (metalické, optické, bezdrátové) i typu sítě (Ethernet, Wi-Fi, SONET/SDH…), – logickou adresaci – identifikaci hosta. Každé zařízení na síťové vrstvě hostuje jednu nebo více administrativně přidělených logických adres (v případě Internetu je to IP adresa), proto se tato zařízení (koncový počítač, router, síťová tiskárna…) nazývají obecně – hostitel. Logická adresa není vázána na síťový hardware, jako tomu je u fyzické adresy spojové vrstvy.
- 52 -
Protokoly síťové vrstvy mohou být jak spojované nebo nespojované, tak spolehlivé nebo nespolehlivé. IP protokol třetí vrstvy nejrozšířenější veřejné sítě – internetu – je nespojovaný nespolehlivý. Na úrovni síťové vrstvy je poprvé (ve srovnání s nižšími vrstvami) možné přenášet data mezi různými sítěmi prostřednictvím jiných hostů (typicky routerů) a navíc mezi dvěma libovolnými uzly nemusí existovat jediná unikátní cesta – může jich být více (mohou být redundantní). Proces hledání optimální cesty (rozhodnutí o dalším směrování) se nazývá routování (routing).
3.6
Transportní vrstva
Úkolem transportní vrstvy je – realizace end-to-end komunikace, – identifikace více spojení mezi jednou dvojicí hostů, – segmentace dat (rozdělení zprávy na bloky dat o délce vhodné k transportu sítí), – zpětné složení v korektním pořadí (reassembly), – detekce a zotavení se z chyb. Ve specifikaci OSI modelu je uvedeno, že transportní vrstva nabízí tzv. end-to-end komunikaci (vzájemná komunikace koncových uzlů – typicky klient-server). Z pohledu komunikujících stran je transportní kanál tvořen celistvou komunikační cestou, vůči které jsou jednotlivá (intermediary) zařízení zprostředkovávající přenos transparentní. Spojení na této úrovni se často označuje virtuální kanál – všechna data jsou spolehlivě doručena na stranu příjemce ve stejném pořadí, ve kterém byla odeslána. V praktické aplikaci (sít internet) odpovídá představě transportní vrstvy pouze protokol TCP (transmission control protocol), další nejčastěji používaný – UDP (user datagram protocol) – nezaručuje spolehlivé spojení a tím i spolehlivý přenos dat. Na úrovni síťové vrstvy je možné rozlišit jednotlivé hosty v síti – prostřednictvím logické adresy (v internetu IP). Pokud ale může existovat více nezávislých spojení (datových toků) mezi dvěma hosty, jejich unikátní identifikaci realizuje logická adresa na úrovni transportní vrstvy (v internetu číslo portu). Prakticky to znamená, že na jednom fyzickém serveru může být nabízeno více síťových služeb (www, email, databázový server, …) a zároveň jedna služba může poskytovat více paralelních spojení na jednoho klienta (například více webových stránek v jednotlivých záložkách prohlížeče).
- 53 -
3.7
Datově orientované vrstvy
Zatímco první čtyři vrstvy realizují přepravu dat, relační, prezentační a aplikační vrstva spojení řídí, zajišťuje srozumitelnost dat a poskytuje přístup k datům a službám. Souhrnně jsou označovány jako datově nebo aplikačně orientované. Při komunikaci není vždy nutné využívat služby relační a prezentační vrstvy. Navíc z dnešního pohledu je zřejmé, že míra využití těchto služeb je relativně nízká. Proto v modelu TCP/IP (internet) nejsou tyto vrstvy samostatně implementovány a jejich integrace je ponechána na konkrétních aplikačních protokolech a službách.
3.7.1
Relační vrstva (Session)
Úkolem relační vrstvy je – komplexní řízení dialogu (navazování, udržování, ukončování), – synchronizace (obnovení) dialogu, – řízení interakce (Interaction management). Řízení dialogu není jen navázání a ukončení komunikace. Z pohledu relační vrstvy se komunikace jeví jako jeden souvislý celek. Výpadky v průběhu spojení jsou automaticky navazovány, dialog je konzistentní. Jednotlivá spojení jsou vzájemně nezávislá a neovlivnitelná. V případě výpadku spojení, po jeho navázání, pokračuje komunikace (například přenos souboru) v místě, kde byla přerušena (nestahují se opakovaně již přenesená data) – při komunikaci jsou utvářeny tzv. body obnovení (synchronization points). Charakteristice relační vrstvy nejlépe odpovídá implementace databázových transakcí – tzv. ACID. Na úrovni nižších vrstev může být komunikace realizována pomocí simplexního, poloduplexního nebo plně duplexního spojení (viz Metody spojení). Aby na úrovni relační vrstvy byla komunikace vždy plnohodnotně obousměrná, je tato interakce řízena pomocí předávání oprávnění vysílat.18
18
BENEŠ, Vladimír. Řízení oprávnění. Technická infrastruktura a síťové technologie. 1. Praha: Bankovní institut, a.s., 2005, s. 160. ISBN 80-7265-063-7.
- 54 -
3.7.2
Prezentační vrstva
Veškerá činnost prezentační vrstvy je soustředěna na konverzi dat. Hlavní úkoly prezentační vrstvy se dají shrnout do tří bodů. – Kódování, – kryptování, – komprese. Aby byla data interpretovatelná – na obou koncích komunikujících stran srozumitelná, může prezentační vrstva realizovat kódování dat. Nejlepším příkladem by mohla být automatická konverze mezi různými kódovými stránkami textu na straně odesilatele a příjemce (třeba emailové zprávy). Například jednobajtový kód ISO-8859-2 na dvoubajtový UTF-8. Zmenšení objemu přenášených dat – bezeztrátovou kompresí – a ochrana dat před neautorizovaným přečtením – šifrování – je dalším výrazným rysem prezentační vrstvy.
3.7.3
Aplikační vrstva
Specifikace aplikační vrstvy v jednotlivých revizích ISO modelu prošla mnoha změnami. Od původní představy o standardizovaných síťových aplikacích zahrnujících uživatelské rozhraní, přes standardizaci základu aplikace (jeho funkční části) s možností implementovat vlastní uživatelský interface, až po definici sofistikovaných protokolů nabízejících specifické služby síťovým uživatelským aplikacím. Nejznámějším aplikačním protokolem vydaným v modelu ISO/OSI je MHS (Message Handling System) definovaným v doporučení CCITT (ITU-T) X.400. Jedná se o elektronickou poštu u nás nabízenou v devadesátých letech ve veřejných sítích jako služba ET-Mail, respektive CZ-Mail. (Dnes je již zcela nahrazena její internetovou alternativou a protokolem SMTP.) Mezi další protokoly patří DS (Directory Services) – adresářové služby ITU-T X.500, jejichž zjednodušením vznikla ve světě internetu služba LDAP. Z dnešního pohledu se všechny služby aplikační vrstvy jeví jako příliš robustní a komplexní. To zbytečně komplikuje jejich implementaci v uživatelských aplikacích vývojářů třetích stran. Pravděpodobně i z tohoto důvodu si aplikační protokoly internetu většinou nenašly svou předlohu v protokolech z modelu ISO/OSI.
- 55 -
Více o definici „klasické“ aplikační vrstvy modelu OSI se lze dočíst v článku Jiřího Peterky ze seriálu Co je čím v počítačových sítích z roku 1992.
3.8
Propojování sítí
Síťová média (její pasivní části) vzájemně propojují aktivní prvky sítě – tzv. propojovací zařízení nebo také koncová zařízení. Ty mají různý účel. Od základních funkcí jakými jsou obnovení (zesílení) signálu a propouštění pouze relevantních datagramů, až po aktivní hledání nejoptimálnější cesty pro data a propojování vzájemně nesourodých sítí. Opakovač (repeater)
– Zařízení fyzické (1.) vrstvy OSI. – PDU: bit – Převádí bity na signál a zpět (elektrický, optický, elektromagnetické vlny). – Regeneruje přijatý signál (zesílení, přečasování / synchronizace). – Utváří segment sítě. – Má velice malé zpoždění (typicky jeden bit). Média konvertor (media convertor)
– Specifický druh opakovače. – Využíván pro změnu typu média (metalika – optika, metalika – bezdrát). Rozbočovač (hub / multiport repeater)
– Víceportový opakovač (lze připojit více jak dvě zařízení do jednoho segmentu sítě). – Uzlový prvek fyzické topologie hvězda. Síťový most (bridge)
– Zařízení spojové (2.) vrstvy OSI. – PDU: rámec (frame) – Může kontrolovat rámec, opravit chyby, vadné zahodit (neporušenost na základě kontrolních součtů, které jsou jeho součástí). – Propojuje dvě sítě – segmenty stejné sítě nebo dvě různé sítě spojové vrstvy (Ethernet – Wi-Fi). – Filtruje provoz – do druhé sítě nepropouští rámce, které jsou určené pro zařízení v první síti.
- 56 -
(Filtrování probíhá pomocí přepínací tabulky, kterou most automaticky plní na základě analýzy adres odesilatelů v přijímaných rámcích.) – Plní zároveň funkci opakovače. Přístupový bod (AP – access point)
– Síťový most pro připojení bezdrátových klientů sítě Wi-Fi. – Natolik rozšířený fenomén, že je označován AP (nikoliv bridge). – Ne zcela jednoznačná terminologie (často se předpokládá, že součástí AP je i switch a router). Přepínač (switch)
– Víceportový síťový most (multiport bridge). – Spojení bridge a hubu. – Základní aktivní prvek sítě Ethernet. – Mohou podporovat dva režimy – Cut-Through a Store and Forward – Cut-Through: Jednodušší varianta s menším zpožděním; ihned po přijetí hlaviček rámce započato odesílání datagramu na příslušné porty. (Bez vyrovnávací paměti.) – Store and Forward: Rámec je nejprve přijat celý, analyzován (kontrola chyb) a teprve bezchybné nebo opravené rámce jsou předány dále. Směrovač (router)
– Zařízení síťové (3.) vrstvy OSI. – PDU: paket (packet) – Propojuje (rozdílné) sítě. – Může vytvářet redundantní spojení (zvýšení spolehlivosti). – Rozhoduje o směrování (path finding). – Jedná se o netransparentní (zjistitelné) zařízení – má vlastní adresu. – První směrovač v lokální síti se nazývá výchozí brána (default gateway) – platí pro Internet. Firewall
– Zařízení transportní (4.) vrstvy OSI. – Řešení zabezpečení a důvěryhodnosti síťového provozu. – Brání neoprávněným průnikům do (lokální) sítě.
- 57 -
– Funkce paketových filtrů (pakety síťového provozu nevyhovující nastavené politice jsou zahozeny). – Součástí routerů. – Fungují i jako aplikační firewally. – Často realizují překlad privátních adres na veřejné a zpět (NAT / masquerading) Brána (gateway)
– Ne zcela jednoznačné označení. – Obecně brána – rozhraní různorodých prostředí (LAN – WAN, dvě nesourodé sítě, protokoly apod.) – L3 router je na rozhraní WAN a LAN vůči zařízením v lokální síti tzv. výchozí branou. – Aplikační brána je služba (aplikace) 7. vrstvy modelu OSI umožňující konverzi mezi různými aplikačními protokoly (například SMS brána – Služba umožňující odesílat SMS zprávy do GSM sítě prostřednictvím www). – Označení pro zařízení transportní (4.) vrstvy modelu OSI sloužící pro propojení nesourodých sítí. (Dříve například používáno pro přenos internetových protokolů prostřednictvím nekompatibilní dálkové sítě X.25.)
4
Veřejné sítě – internet Přenosové sítě lokální a dálkové, model TCP/IP, protokoly internetu, služby internetu.
V předchozích kapitolách je přiblížena terminologie, základní principy komunikačního modelu a vztahy mezi jednotlivými částmi komunikačního procesu. Dnes již prakticky jedinou reálně provozovanou (v širším slova počítačovou) sítí je Internet, respektive model TCP/IP. Proto bude tato kapitola soustředěna pouze na něj. Model TCP/IP poskytuje základní skupinu protokolů zprostředkovávajících přenos dat (jsou to protokoly IP, ARP, ICMP, ICMPv6, UDP a TCP) a širokou škálu aplikačních protokolů systémových i uživatelských. Mnoho přenosových technologií je přizpůsobováno právě datagramovému (paketově orientovanému) přenosu protokolu IP.
- 58 -
4.1
Přenosové LAN a WAN sítě
Konkrétní přenosové síťové technologie jsou implementovány do hierarchie modelu OSI na úrovni fyzické a spojové (první a druhé) vrstvy. Vzhledem k tomu, že model TCP/IP se promítá ve vrstvě třetí až sedmé, je vlastní přenos „internetových“ dat nezávislý na použité LAN nebo WAN technologii. Znamená to, že internetová data je možné přenášet prostřednictvím jakékoliv sítě, a to i takové, která ještě nevznikla. (To vše za předpokladu, že budou při návrhu síťových technologií i nadále zohledňovány principy modelu OSI.) V lokálních sítích (LAN) je nejčastěji použita infrastrukturní síť Ethernet (v případě užití metalického média) anebo Wi-Fi (v bezdrátovém prostředí). Dálkové sítě (WAN) zprostředkovávají koncovým zákazníkům (sítě LAN) internetovou konektivitu a propojují vzájemně rozlehlé části sítí. Poslední část WAN sítě propojující poskytovatele (ISP) a koncového zákazníka se někdy obecně označuje jako „poslední míle“ (last mile). Zde se lze nejčastěji setkat s technologií DSL na telefonních symetrických linkách, s bezdrátovým
připojením
poskytovaným
mobilními
operátory,
ale
i
Wi-Fi
optimalizovaným pro přenos ve vnějším prostředí. Principy přenosu dat jednotlivých technologií značně přesahují rámec tohoto dokumentu, a proto zde bude uveden pouze jejich výčet s uvedením klíčových vlastností.
4.1.1
Ethernet
Jednoznačně dominantní technologií lokálních sítí na metalickém médiu je Ethernet. Jeho specifikaci vydává organizace IEEE pod označením 802.3. Jednotlivé verze (lišící se mimo jiné v rychlostech přenosu a použitém médiu) jsou rozlišeny písmenem. Například nejrozšířenější sto-megabitový Ethernet nese označení IEEE 802.3u, gigabitový IEEE 802.3ab. Původně byl Ethernet navržen pro provoz na sdíleném médiu. V jedné části sítě (například místnost) mohlo být připojeno více zařízení k jedinému fyzickému médiu (koaxiálnímu kabelu) s topologií sběrnice. To přináší výhodu v podobě menších nároků na množství použitých vodičů. Od verze 10BASE-T se fyzická topologie změnila. Je použita strukturovaná kabeláž (čtyři páry kroucené dvoulinky) označovaná jako xTP CAT y – například UTP CAT 5e nebo STP CAT 7. Uspořádání odpovídá hvězdě nebo rozšířené hvězdě. Z důvodu zachování
- 59 -
kompatibility jednotlivých verzí Ethernetu je logická topologie sběrnice a pro řízení přístupu k médiu se používá kolizní protokol CSMA/CD. V případě, že komunikace probíhá ve full-duplexním režimu (typický případ), probíhající komunikace je point-topoint a žádné řízení přístupu není nutné. Autonegotiation
Protože
existuje
celá
řada
rozdílných
verzí
Ethernetu,
byl
se
zavedením
stomegabitového Ethernetu implementován systém automatické detekce („vyjednání“) nejvyšší možné rychlosti přenosu. Jednotlivé verze Ethernetu jsou zpětně kompatibilní (až na úroveň 10BASE-T half-duplex), rychlejší zařízení se přepne do režimu pomalejšího z obou komunikujících stran. Tím je zajištěna realizace přenosu dat v lokální síti bez ohledu na typy ethernetových rozhraní jednotlivých uzlů. Verze Ethernetu
Specifikace protokolů Ethernetu je řízena převážně organizací IEEE. Proto jsou jednotlivé verze značeny IEEE 802.3x. Pro konkrétní implementaci (verzi) Ethernetu je historicky používáno označení xBASEy. Kde „x“ označuje bitovou rychlost (v Mbps) a „y“ kód typu použitého fyzického média (dříve, kdy byl používán výhradně koaxiální kabel, byla místo typu média uvedena maximální délka jednoho segmentu sítě ve stovkách metrů – např. 10BASE5). 10BASE-T
– První verze Ethernetu využívající čtyř-párové UTP kabely, konektory RJ-45, – využity pouze dva páry (při full-duplexu), linková rychlost 10 Mbit/s, – použit linkový kód Manchester – jeden bit kódován do dvou změn signálu využitá šířka pásma je 20 MHz (baudová rychlost 20 MBd). 100BASE-TX
– Zřejmě nejznámější a dosud používaná verze Ethernetu, tzv. Fast Ethernet, – určen pro (v době uvedení nejkvalitnější) CAT 5 kabeláž, využívá dva páry ze čtyř, – maximální linková rychlost 100 Mbit/s v každém směru (full-duplex), – použitý linkový kód 4B5B šířka pásma 125 MHz (režie kódu je tedy 20 %), – poprvé se v Ethernetu objevuje tzv. auto-crossover (auto-MDIX) – automatická detekce vysílacího resp. přijímacího pinu v konektoru (nemusí se tak používat
- 60 -
jinak zapojené konektory při propojení dvou stejných nebo různých zařízení [např. switch se switchem nebo switch s počítačem]). 1000BASE-T
– Současná verze Ethernetu – Gigabitový Ethernet (vychází z 100BASE-T4 a 2), – určen pro kabeláž CAT 5e a lepší, využívá všechny 4 páry v kabelu, – maximální linková rychlost je < 1000 Mbit/s, 250 Mbit/s/pár, – použitý linkový kód PAM-5 a 4D-TCM umožňuje zachovat stejnou baudovou rychlost na jeden pár jako u Fast Ethernetu (125 MBd) – celkem 500 MBd, do každého baudu jsou kódovány dva bity, – ve full-duplexním režimu jsou data odesílána po všech párech v obou směrech současně (aby se signály vzájemně nepomíchaly, je použita tzv. adaptivní ekvalizace). 1000BASE-SX
– Synchronní point-to-point Ethernet na optickém médiu, – určen pro Multividové kabely 50/62,5 µm, maximální délka segmentu do 550 m, – vlnová délka 850 nm, – linková rychlost 1000 Mbit/s. 1000BASE-LX
– stejné jako SX, ale – určen i pro užití s monovidovými kabely 10 µm, max. délka 5 km, – vlnová délka 1300 nm. 10GBASE-ZR
– linková rychlost 10 Gbit/s na monovidovém optickém vlákně, max. délka 80 km, – nahrazuje současné WAN technologie dálkových spojů (ATM, SONET/SDH). Tento výčet jednotlivých specifikací Ethernetu není vyčerpávající. Existuje celá řada verzí, které se nedočkaly masového rozšíření nebo se jejich nasazení ve větší míře teprve dá očekávat (jako tomu je v případě 10Gb Ethernetu na metalickém médiu – 10GBASE-T, specifikace z r. 2006).
- 61 -
4.1.2
Wi-Fi
Bezdrátových sítí existuje celá řada. Příkladem může být WPAN IEEE 802.15 známá jako Bluetooth nebo wireless WAN IEEE 802.16 – WiMAX. Nejznámější sítí určenou zejména do lokálního prostředí (odtud WLAN – wireless LAN) je bezesporu Wi-Fi. Zkratka ze slov Wireless Fidelity vytvořená obchodním sdružením Wi-Fi Alliance. Wi-Fi není vlastně konkrétní sítí (síťovou technologií), jedná se o obchodní značku (trademark), propůjčovanou zařízením, které splňují standardy sítí 802.11 (konkrétně 802.11b respektive 802.11a) – tím je zajištěna jejich vzájemná kompatibilita – propojitelnost. Důvod, proč během dvanácti let existence této technologie došlo k tak masivnímu rozmachu je její velice snadné použití – zařízení se může připojit bez nutnosti zásahu do stávající infrastruktury (není nutné manipulovat s kabeláží), zůstává v omezené míře mobilní, pro použití Wi-Fi zařízení není třeba získávat povolení k užití kmitočtového pásma. Wi-Fi pracuje na frekvencích RLAN, které spadají do tzv. všeobecného oprávnění č. VO-R/12/09.2010-12. Zjednodušeně se označuje jako bezlicenční (nesprávně též ISM). Jednotlivá zařízení mohou toto pásmo využívat, pokud splňují některé omezující požadavky – například maximální vyzařovaný výkon, nebo spektrální hustotu. Připojení a komunikace
Koncové uzly se mohou připojovat v ad-hoc nebo infrastrukturním režimu. Ad-hoc režim nevyžaduje žádný řídicí prvek, všechna zařízení jsou rovnocenná v mesh topologii – vykonávají jak klientské, tak řídicí operace. Má také jistá omezení vyplývající z implementace režimu ad-hoc – propojení je realizováno na úrovni druhé vrstvy modelu OSI (režim bridge). Proto se častěji lze setkat s „tradičním“, infrastrukturním uspořádáním bezdrátových prvků. Logickou topologií je hvězda. Uprostřed je prvek tzv. AP (Access point – přístupový bod) řídící a zprostředkovávající komunikaci připojeným stanicím. Stanice jednotlivá AP identifikují prostřednictvím SSID (Service Set IDentifier), při jejich znalosti se mohou pokusit k AP připojit. SSID jednotlivá AP obvykle oznamují do svého okolí, jsou tak snadno identifikovatelná (stanice tato AP „vidí“). Připojení stanice k AP je proces nazývaný asociace. Dochází tak k vytvoření logické vazby mezi AP a stanicí (stanice může být v jeden okamžik připojena právě k jednomu
- 62 -
AP). K asociaci lze najít analogii připojení ethernetového rozhraní ke switchy pomocí UTP kabelu. Protože stanice nemusí mít fyzický kontakt s AP a nelze tak mechanicky zabránit jejímu připojení, předchází asociaci obvykle proces autentizace. Je to proces, kdy AP identifikuje připojující se stanici a kontroluje její autorizaci k přístupu. Autentizace je nedílnou součástí zabezpečení bezdrátové komunikace. Zabezpečení
Signál šířící se volným prostorem je snadné zachytit a data v něm obsažená získat neoprávněnou osobou. Proto je součástí standardu Wi-Fi několik mechanizmů, které mají za úkol realizovat autentizaci stanic a jejich autorizaci k využití konkrétní sítě a také zabezpečit vlastní komunikaci – šifrovat ji. Starší metody zabezpečení WEP (Wired Equivalent Privacy) a WPA se z dnešního pohledu zdají málo bezpečné a zastaralé. Wi-Fi Alliance doporučuje využívat standard IEEE 802.11i, implementovaný ve WPA2 (Wi-Fi Protected Access – Robust Security Network). Pro kryptování dat využívá symetrické blokové šifry AES (Advanced Encryption Standard). Jednodušší varianta určená pro domácí sítě nese označení WPA2-Personal nebo také WPA2-PSK (Pre-Shared Key). Nevyžaduje existenci serveru s centrální evidencí uživatelů, autentizace stanic probíhá pomocí předdefinovaného klíče (hesla) na straně AP. Bezpečnost je zvýšena automaticky generovaným klíčem (unikátním pro každou stanici), který je založen na předdefinovaném klíči – tato technika se nazývá TKIP (Temporal Key Integrity Protocol). Systém zabezpečení navržený pro použití v korporátních sítích je označován WPA2Enterprise nebo také WPA2-EAP (Extensible Authentication Protocol). Ten umožňuje využít protokolů IEEE 802.1x k autentizaci zařízení i osob. Přístupové informace nejsou uloženy na jednotlivých AP, ale jsou zavedeny v centrální databázi podniku. To usnadňuje správu většího množství uživatelů i přístupových bodů. Implementací autorizačního serveru je často server Radius. Modulace
V případě Wi-Fi se lze setkat s několika modulacemi pro rozložení signálu do rozprostřeného spektra – signál není úzkopásmový s vysokou energetickou intenzitou,
- 63 -
ale je rozmítán v relativně velkém frekvenčním rozsahu (desítky megahertz). Důsledkem je podstatně robustnější signál, který není snadno zarušitelný jinými zdroji signálu ve stejném frekvenčním pásmu. DSSS (direct-sequence spread spectrum)
každý jeden přenášený bit se (pomocí Barkerova kódu) převede na tzv. chip – pseudonáhodnou sekvenci jedenácti bitů, které se následně modulují s různým frekvenčním posunem. Každý bit je tak redundantní, rozprostřený navíc po širším frekvenčním spektru. Přijímající strana zná pseudonáhodnou sekvenci a je tak schopna signál detekovat a dokonce (díky redundanci) izolovat od šumu. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
signál je rozložen na velké množství (např. 64, ale i několika tisíc) paralelních datových toků (pomocí rychlé Fourierovi transformace – FFT), které jsou modulovány jako samostatné úzkopásmové přenosy frekvenčně posunuté tak, aby nedocházelo k jejich překrývání (maximem jednoho sub-kanálu prochází minimum sousedního). Každý samostatný kanál je klíčován PSK nebo QAM. MIMO (multiple-input multiple-output)
jedná se o „nadstavbu“ použitých modulací, kdy je využito (jinak nechtěného) jevu vícecestné propagace signálu a komunikace je vysílána více souběžnými cestami, jejichž zpětná detekce je možná díky vzájemnému fázovému posunu vysílaných signálů. Pro zařízení podporující MIMO je typická přítomnost více antén pro vysílání i příjem. Verze IEEE 802.11
Stejně jako v případě Ethernetu, i v této jeho bezdrátové „variantě“ existuje několik verzí. Ty se liší nejen maximálními přenosovými rychlostmi, ale i použitým frekvenčním pásmem a samozřejmě použitou digitální modulací. IEEE 802.11b
– první v ČR používaný standard, – pásmo 2,4 GHz (2,401–2,483 GHz), – využitá šířka pásma jedním komunikačním kanálem je 22 MHz, – pásmo rozděleno na 13 kanálů s odstupem 5 MHz ⇒ existují jen tři vzájemně se nepřekrývající (nerušící se) komunikační kanály, – použitá modulace DSSS,
- 64 -
– maximální linková rychlost 11 Mbit/s. IEEE 802.11g
– standard zavedený v roce 2003, – stejné jako 802.11b ale, – šířka pásma 20 MHz, – použitá modulace OFDM, – maximální linková rychlost 54 Mbit/s. IEEE 802.11a
– vydáno v roce 1999, v 2005 ČTU uvolnil pásmo 5 GHz pro použití v ČR, – stejné jako 802.11g, ale v pásmu 5 GHz, – použitelné frekvence jsou v rozmezí (5150–5725 GHz), – od roku 2003 nahrazováno rozšířením 802.11h – podporuje automatický výběr neobsazeného kanálu a regulování (omezení) maximálního výkonu, dnes nabízená zařízení pod označením 802.11a splňují spíše 802.11h IEEE 802.11n
– od roku 2009 – implementace MIMO, – rozšíření o možnost přenášet data v kanálu dvounásobné šíře (40 MHz), – rozšíření o vícecestnou propagaci signálu (více souběžných přenosů), – doporučeno pro použití v pásmu 5 GHz, – maximální linková rychlost 150 Mbit/s (pro jeden přenos, 40 MHz), (teoreticky až 600 Mbit/s při čtyřech souběžných přenosech). IEEE 802.11ac
– draft standardu od roku 2012 (neoficiální zařízení již v prodeji), – neoficiální označení Gigabitové Wi-Fi – využívá MIMO a Multi-User MIMO, – modulace OFDM, – použitý linkový kód 256QAM, – pouze pro pásmo 5 GHz, – šířka pásma 80 MHz (až 160 MHz), – pásmo rozděleno na streamy – každý o linkové rychlosti až 433 Mbit/s,
- 65 -
– jedno zařízení může využít až 3 souběžné streamy – rychlost tedy dosáhne 1 Gbps!
4.1.3
Bezdrátové telefonní sítě
K bezdrátovému přenosu dat se stále ve větší míře využívají telefonní sítě mobilních operátorů. Vývoj mobilních technologií je proto v současné době zaměřen právě tímto směrem. Správou radiového spektra je v ČR pověřen Český telekomunikační úřad (ČTU), ten reguluje jeho využití podle doporučení Mezinárodní telekomunikační unie (ITU). Radiokomunikačním službám (GSM, UMTS) jsou v současné době přiděleny části radiového spektra podle plánu č. PV-P/10/04.2011-5 a PV-P/6/11.2011-16.19 Těmito kmitočtovými pásmy jsou rozsahy 862–960 MHz, 1900–1980 MHz, 2010–2025 MHz a 2110–2170 MHz. Prakticky existuje i třetí datová síť mobilních operátorů provozovaná O2 a U:fon: v pásmu 450 MHz. Technologicky je podobná UMTS (využívá metodu přístupu CDMA s kanálem širokým 1,25 MHz, aktuálně CDMA2000 1xEV-DO). Její životaschopnost je ovšem diskutabilní. Nabízí totiž reálné přenosové rychlosti do 750 kbit/s – tím konkuruje spíše GSM resp. GPRS a EDGE. Řízení přístupu k médiu
Bezdrátové médium (éter) je vždy sdíleným médiem, neboť v něm (zjednodušeně řečeno) nelze izolovat konkrétní signál v podobě elektromagnetického vlnění od ostatních se stejnou frekvencí. V tzv. celulárních sítích (sítě mobilních operátorů) jsou aplikovány deterministické metody přístupu na rozdíl od obvykle stochastických přístupových metod lokálních sítí (Ethernet, Wi-Fi). Hlavním důvodem je fakt, že stochastické – kolizní metody přístupu mají v bezdrátovém prostředí obvykle velkou latenci (zpoždění mezi odesláním a příjmem) a to je nevhodné pro přenos hlasu (a obrazu) v reálném čase. TDMA (Time-Division Multiple Access)
Rozděluje jednu časovou periodu (rámec) na dílčí kvanta (time sloty). Každý time slot je přidělen konkrétnímu zařízení. V každé periodě může zařízení vysílat pouze ve svém timeslotu a nemůže tak dojít ke kolizi. Nevýhodou je vznik nevyužitých time slotů
19
Správa rádiového spektra. Český telekomunikační úřad [online]. ČTU, 2008 [cit. 2012-03-02]. Dostupné z: http://www.ctu.cz/pusobnost-ctu/sprava-radioveho-spektra.html
- 66 -
(pokud konkrétní zařízení zrovna nevysílá) a snížení maximální přenosové rychlosti na F/N (kde F je propustnost a N počet komunikujících stran). TDMA lze snadno kombinovat s dalšími přenosovými metodami pro rozprostření do širšího spektra, protože vlastní TDM přenos je úzko-spektrální – jednotlivá zařízení využívají společnou nosnou frekvenci (je časově multiplexovaná).
t 1
2
3
4
100110101
Obr. 54 – schéma rozložení kanálů v čase (TDM)
FDMA (Frequency-division multiple access)
Frekvenční pásmo je rozděleno na vzájemně se nepřekrývající sub-pásma, která odpovídají komunikačním kanálům jednotlivých zařízení. Ty jsou tak odděleny frekvenčně a vzájemně se jejich komunikace neovlivňuje – jsou nezávislé. Nevýhodou ve srovnání s ostatními metodami jsou vyšší nároky na frekvenční filtry, které slouží pro oddělení jednotlivých komunikačních kanálů na straně příjemce. FDMA představuje frekvenční multiplex.
f Obr. 55 – schéma frekvenčně posunuých kanálů (FDM)
CDMA (Code division multiple access)
V digitálních sítích často využívanou metodou je tzv. kódový multiplex. Jedná se o širokopásmové kódování v rozprostřeném spektru (spread-spectrum), podobně jako v případě DSSS u Wi-Fi. Každý signál (kanál) je kódován pro něj unikátní sekvencí bitů (o vyšší frekvenci). Tak dojde k rozprostření jednoho bitu komunikace do většího
- 67 -
frekvenčního spektra. Jednotlivé komunikační kanály se sice vzájemně „smísí“, ale díky známé a pro každý kanál unikátní kódové sekvenci je na straně příjemce možná jejich zpětná detekce. Zjednodušeně si tento systém lze představit jako komunikaci několika dvojic lidí ve stejné místnosti. Mluví sice všichni najednou, ale protože každá dvojice mluví jinou řečí (jiným jazykem), vnímají ostatní dvojice jen jako „šum“. Proto se snadno soustředí pouze na vlastní dialog. Typy sítí
V současné době jsou v ČR provozovány pouze dva technologicky odlišné typy sítí mobilních operátorů. GSM (Global System for Mobile Communications)
GSM někdy označovaná jako síť druhé generace (2G) není pro datové přenosy příliš vhodná, neboť její datové implementace (GPRS a EDGE) jsou z dnešního pohledu velmi pomalé (max. desítky kbit/s). Základní frekvenční pásmo (GSM 900 MHz) je metodou FDMA rozděleno na 124 kanálů. Přístupovou metodou na jednotlivých kanálech je TDMA, která je rozděluje na osm timeslotů. – CSD (Circuit Switched Data) Data lze přenášet stejně jako hovor, tarifikace je časová. To je ale velice nevýhodné – zpoplatněny jsou i okamžiky, kdy žádná data nejdou přenášena, protože time-slot je rezervován výhradním způsobem (jedná se o přepojování okruhů). Přenosové rychlosti dosahují maximálně 9,6–14,4 kbit/s. – GPRS (General Packet Radio System) Je paketovou nadstavbou přepojované GSM komunikační architektury (označována 2,5G). Hlavní výhodou je efektivní obsazení přenosové kapacity – time-slot je využíván pouze v okamžiku přenosu dat, tím se komunikace principiálně blíží TCP/IP modelu (GPRS páteřní sít opravdu pracuje nad IP protokolem). Podle kvality spojení (síly signálu, absence rušení) může být v time-slotu použito jedno ze čtyř kódových schémat (CS-1 až CS-4). Kódové schéma CS-1 obsahuje nejvíce kontrolních mechanizmů, přenos je tak nejrobustnější, ale na úkor efektivní přenosové rychlosti. (CS-1: 9,05 kbit/s, CS-2: 13,4 kbit/s, CS-3: 15,6 kbit/s, CS-4: 21,4 kbit/s)
- 68 -
Většina zařízení umí současně využívat více time-slotů (obvykle až 6) a tím celkovou rychlost efektivně navyšovat. Download je ale vždy nižší jak 128 kbit/s. – EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) Pro další navýšení přenosových rychlostí při stávajícím rozdělení frekvenčních kanálů a počtu time-slotů se při optimálních podmínkách používá jiné kódování fyzické vrstvy. Místo dvoustavového GMSK (Gaussian minimum Shift Keying) – jeden bit na periodu – se použije osmistavové PSK (Phase-Shift Keying) – tři bity na periodu. To přináší poslední rozšíření datové komunikace sítí druhé generace, označované jako EDGE nebo někdy 2,75G. Aplikované je jako tzv. EGPRS (Enhanced GPRS). Teoretická nejvyšší přenosová rychlost při využití všech osmi time-slotů je 384 kbit/s. Nasazení EDGE vyžaduje změny hardwaru baseband modulátorů základnových stanic („vysílačů“), proto ne každý vysílač rychlejší EDGE podporuje. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
Všichni operátoři postupně nahrazují na svých vysílačích sítě GSM sítí třetí generace (3G) označovanou UMTS. Standardizována je organizací 3GPP (The 3rd Generation Partnership Project) a implementuje požadavky na sítě třetí generace vydané ITU IMT2000. Ta je od svého počátku navržena pro přenos vysokorychlostních dat, hlasové služby jsou zde specifickou podobou datového přenosu. Dostupnost této sítě je běžná ve větších městech u všech operátorů – O2, Vodafone, T-Mobile (platí v roce 2012). UMTS využívá tzv. širokopásmové WCDMA, které je kombinováno s FDD nebo TDD (viz FDMA, TDMA). Rozdíl je ve způsobu řešení duplexu – uploadu a downloadu. FDD (frequency-division duplexing) přenáší stahovaná a odesílaná data v oddělených frekvenčních pásmech (jako dva simplexy). TDD (time-division duplexing) využívá společné pásmo a data jsou časově multiplexovaná. Zpočátku nevykazovala (z dnešního pohledu progresivnější) technologie UMTS FDD takové datové rychlosti, jaké byly očekávány. V roce 2005, kdy byla českými operátory poprvé nasazována, bylo možné číst celou řadu negativních kritik a předpokladů. Reálné rychlosti se pohybovaly stěží na úrovni technologie EDGE. Proto také T-Mobile nasadil konkurenční UMTS TDD s rychlostmi do 2 Mbit/s označenou komerčním názvem Internet 4G. Po rozšíření UMTS FDD o revizi 5 (HSDPA) a další (HSUPA, HSPA+) dochází k významnému navýšení reálných přenosových rychlostí ostatních operátorů. Proto i
- 69 -
T-Mobile v březnu 2012 oznámil ukončení provozu sítě založené na technologii UMTS TDD. – WCDMA Technologie širokopásmového kódového multiplexu (viz CDMA) je využita ve všech současných moderních metodách bezdrátové mobilní komunikace. V případě UMTS má kanál konstantní šířku 5 MHz. – HSPA (High Speed Packet Access) HSPA je standard 3GPP, který rozšiřuje technologii UMTS založenou na WCDMA o další metody zvyšující datový tok v dopředném i zpětném směru.20 Konkrétně HSDPA umožňuje download rychlostí až 14,4 Mbit/s, HSUPA upload až 5,7 Mbit/s. Operátoři začínají zavádět i specifikaci Evolved HSPA (HSPA+ někdy také HSOPA), která díky použití vícestavových modulací 64QAM, OFDMA a technologii MIMO může v budoucnu dosahovat rychlostí 84,4 Mbit/s. Je součástí specifikací vydanou 3GPP pod označením LTE (Long Term Evolution) a definuje přechod mezi 3G (někdy označenou jako Super3G) a 4G sítí. – E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) Plnohodnotná 4G síť (označovaná i LTE Advanced) nesoucí označení E-UTRA staví na technologiích použitých v HSOPA (Evolved HSPA). Další zvětšování šířky pásma a navyšování MIMO streamů předpokládá u zařízení kategorie 8 (Category 8) rychlosti až 3 Gbps v downloadu a 1,5 Gbps v uploadu.
4.1.4
Telefonní sítě – technologie DSL
Synonymem pro dostupný spolehlivý a rychlý internet je tzv. pevná linka telekomunikačních
operátorů.
Budování
rozsáhlých
analogových
„hovorových“
telefonních sítí ve druhé polovině dvacátého století dalo vzniknout komplexní infastruktuře metalických dvoudrátových (tzv. symetrických) vedení – viz kapitola Komponenty sítě – Pasivní prvky sítě – Metalická média – Symetrická. Veškerá tato kabeláž byla navržena a využívána pouze pro analogový přenos hlasu v tzv. akustickém nebo hovorovém pásmu – tedy do 3,4 kHz. Kvalita těchto vedení ovšem dovoluje využít podstatně větší frekvenční pásmo.
20
HSPA. GSMA [online]. 2012 [cit. 2012-03-03]. Dostupné z: http://www.gsma.com/hspa
- 70 -
Proto byla navržena (organizací ITU) technologie DSL (Digital Subscriber Line). Na existujících vedeních přenáší data (obvykle) nad běžným hovorovým pásmem a je tak možný souběžný provoz služeb (datových a hlasových). Implementací je několik, zachycují je specifikace ITU G.991 až G.995. DMT (Discrete Multi-tone Modulation)
Pro maximální efektivitu využití frekvenčního pásma využívají moderní DSL implementace modulaci DMT. Ta je shodná s OFDM, pouze s tím rozdílem, že DMT se užívá pro tzv. base band pásmo, tedy data nejsou modulována na vyšší nosné frekvence. Princip je takový, že datový tok je rozdělen na více sub-kanálů – paralelně přenášených částí, které jsou vzájemně frekvenčně multiplexovány (FDM). Každý sub-kanál má vlastní nosnou, každá nosná je od následující frekvenčně posunuta tak, aby se vzájemně signál neovlivňoval. Jednotlivé sub-kanály jsou v průběhu komunikace analyzovány, a tam kde dochází k rušení, je snižován datový tok, nebo jsou z komunikace úplně vyloučeny. Tím je přenos dat efektivně přizpůsobován různé kvalitě dvoudrátových vedení a vzdálenosti koncového uzlu od ústředny. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)
– doporučení G.992.1, – využívá DMT rozdělující sub-kanály podle Annex B – upload od 138 kHz do 276 kHz a download od 276 kHz do 1,1 MHz, – maximální délka 3,5–4 km (ústředna–koncový bod), – maximální přenosová rychlost 8 Mbit/s (download), maximální rychlost odesílání dat 448 kbit/s (upload), – asymetrické využití pásma je z pohledu koncového zákazníka výhodnější – více dat je stahováno směrem k němu, než odesíláno od něj. ADSL2
– doporučení G.992.3, – stejné jako ADSL, ale díky optimalizovaným modulačním metodám je maximální přenosová rychlost 12 Mbit/s.
- 71 -
ADSL2+
– doporučení G.992.5, – celková využitá šířka pásma 2,2 MHz, – počet sub-kanálů zvětšen z 256 na 512 – ve srovnání s ADSL, – maximální přenosová rychlost 24 Mbit/s (download), maximální rychlost odesílání dat 1,3 Mbit/s (upload); reálně nabízené rychlosti do 16 Mbit/s. VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line)
– doporučení G.993.1 – celková využitá šířka pásma 12 MHz, – frekvenční rozsah downloadu od 138 kHz do 3,75 MHz a od 5,2 MHz do 8,5 MHz, – upload od 3,75 MHz do 5,2 MHz a od 8,5 MHz do 12 MHz, – maximální rychlost 55 Mbit/s (download), 5 Mbit/s (upload). VDSL2
– doporučení G.993.2 – celková využitá šířka pásma 30 MHz, – maximální souhrnná přenosová rychlost 200 Mbit/s (do 300 m od ústředny), – jak asymetrické, tak symetrické přenosy.
4.2
Síť internet
Dnes již prakticky jedinou veřejnou datovou sítí je síť Internet. Některé její služby (ano, je to world wide web) se staly takovým fenoménem, že běžná veřejnost je přímo označuje názvem internet. Internet je veřejná globální datová síť vzájemně propojených datových sítí, poskytující soubor protokolů a služeb. Jejich přenos je realizován protokoly IP. Celý koncept internetu je zachycen v modelu TCP/IP a publikován jako sada doporučení (RFC) v současné době vydávaných organizací IETF (viz IETF). Internet je logickou jednotkou. Konkrétní fyzické sítě a jejich technologie sice musí být do jisté míry přizpůsobeny k přenosu dat internetu, ale de facto jsou na internetu nezávislé. To znamená, že Ethernet, ADSL, Wi-Fi… slouží k přenosu „internetových dat“, ale stejně dobře mohou přenášet data jiné sítě (dříve například protokoly IPX/SPX sítě Novell NetWare nebo protokoly X.25). Internet je tedy nezávislý na přenosové - 72 -
technologii – to vyplývá z koncepce návrhu modelu TCP/IP. Tím lze odpovědět i na otázku, co internet není? Právě fyzické přenosové sítě nespadají do množiny objímající Internet. Sice přenášejí jeho data, ale jsou na něm nezávislé. Internet je sice decentralizovanou sítí, ale není „samovolně“ fungující. Jak již bylo zmíněno, rozvojem a řízením standardů (doporučení) souvisejících s internetem se zabývá IETF. Správu adresního prostoru – primární přidělování alokovatelných adres (jak IP adres, tak čísel portů) má na starost IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Také je koordinátorem a správcem databáze domén prvního řádu (Top Level Domain). Výkonnou činnost – vlastní přidělování IP adres lokálním registrátorům (to jsou již de facto poskytovatelé internetu – ISP) – realizují regionální registrátoři – RIR. Pro Evropu a Rusko je jím RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre).
4.2.1
Model TCP/IP
Koncept modelu TCP/IP vychází ze základních myšlenek zanesených v modelu OSI, ale zcela mu neodpovídá. Počátek vzniku obou modelů je datován do sedmdesátých let dvacátého století. Dokonce se zpočátku na tvorbě OSI modelu podíleli i autoři TCP/IP. Ovšem pro zásadně odlišné názory na paketové resp. okruhové přenosy se jejich cesty rozešly, jak potvrzuje v jednom z rozhovorů Vinton Cerf – duchovní otec internetu. Připomeňme si, jak vypadá sedmivrstvý OSI model. Fyzická vrstva – spojová vrstva – síťová vrstva – transportní vrstva – relační vrstva – prezentační vrstva – aplikační vrstva. Model TCP/IP má pouze čtyři vrstvy. Síťový přístup – internetová (mezisíťová) vrstva – transportní vrstva – aplikační vrstva I přes tento kvantitativní rozdíl, jsou jednotlivé modely homogenní.
- 73 -
TCP/IP Model
OSI Model Aplikační vrstva
Aplikační vrstva
Prezentační vrstva Relační vrstva
Transportní vrstva
Transportní vrstva
Mezisíťová vrstva
Síťová vrstva
Síťový přístup
Spojová vrstva Fyzická vrstva
Obr. 56 – porovnání TCP/IP s OSI modelem
Vrstvy modelu TCP/IP Síťový přístup (Network access layer)
– Odpovídá fyzické a spojové vrstvě modelu OSI, – obsahuje naprosté minimum doporučení RFC – jádrem této vrstvy jsou konkrétní fyzické přenosové technologie (Ethernet, Wi-Fi, DSL, SONET/SDH…), – protože si nevyžaduje významné zásahy do koncepce přenosové sítě, je de facto možné přenášet pakety internetu po jakékoliv síti, – žádné specifické protokoly internetu zde nejsou definovány, pouze některé síťové protokoly „znají“ typ přenášených dat vyšší vrstvy (například rámec Ethernet II má atribut Type, který identifikuje zapouzdřený protokol). Mezisíťová vrstva (Internet layer)
– Odpovídá síťové vrstvě modelu OSI, – zprostředkovává datagramový, nespojovaný nespolehlivý přenos dat, – veškeré datagramy vyšších vrstev jsou zapouzdřeny v paketu protokolu IPv4 nebo IPv6, – IP adresa identifikující jednotlivé hosty je 32b nebo 128b (IPv4 / IPv6) – to odpovídá teoreticky 4*10^9 respektive 3*10^38 unikátních adres. – zajišťuje směrování na routerech (rozhodování o dalším „skoku“ datagramu), – v základu je veškerá komunikace nezabezpečena, pro IPv6 vzniklo rozšíření IPSec (IP security), bylo také implementováno jako doplněk ke stávajícímu IPv4.
- 74 -
Transportní vrstva (Transport layer)
– Odpovídá transportní vrstvě modelu OSI, – adresou je 16b číslo portu (port number) identifikující konkrétní spojení, – pro přenos uživatelských dat zde jsou definovány dva protokoly – spojovaný spolehlivý TCP a nespojovaný nespolehlivý UDP, – mezi systémové (podpůrné) protokoly patří ARP, ICMP, IGMP, PIM… v IPv6 jsou nahrazeny ICMPv6 Aplikační vrstva
– Odpovídá relační, prezentační a aplikační vrstvě modelu OSI, – je nejkomplexnější vrstvou, – není zaměřena na přenos dat, ale na zprostředkování služeb uživatelům a jejich aplikacím, – jednotlivé protokoly lze kategorizovat do dvou skupin: protokoly síťových služeb – DNS, http, IMAP, SMTP, DHCP, FTP, SSH, SMB… protokoly (jazyky) pro popis struktury a formátu dat – XML, HTML, CSS, SQL… Konfigurace hostitele
Aby libovolný uzel v síti internet mohl plnohodnotně komunikovat, musí mít nastaveno několik parametrů (adres). – Unikátní IP adresa identifikuje každé zařízení v síti, – maska sítě (u IPv6 tzv. prefix) umožňuje identifikovat, zda libovolná IP adresa patří počítači ve stejné síti nebo v cizí (jinak se odesílají data počítačům ve stejné síti a mimo ni), – IP adresa výchozí brány (routeru) umožňuje kontaktovat hosty v cizích sítích (router komunikaci zprostředkovává), – IP adresa DNS serveru umožní kontaktovat DNS server za účelem zjištění IP adresy z doménového jména (lze zadat http://www.pslib.cz/ místo http://195.113.159.18/). Pokud je cílový host ve stejné síti jako odesilatel (prakticky to znamená, že mezi odesilatelem a příjemcem není žádný směrovač (router), ale jen jeden nebo více přepínačů (switch)), potom mu jsou data odesílána přímo. Pokud je cílový host v jiné síti,
- 75 -
jsou data přeposílána přes prostředníka – router, který je uveden v konfiguraci odesilatele jako výchozí brána. Počítače jsou ve stejné síti, pokud jsou shodná jejich čísla sítí (network (network address). address). Číslo sítě se spočítá jako bitový součin masky a IP adresy hosta – maska resp. prefix byl zaveden v roce 1993 jako tzv. CIDR (Classless Classless Inter-Domain Inter Domain Routing Routing). ). Před rokem 1993 byl počet bitů vyhrazených identifikaci sítě stanoven pevně ve třech možných variantách – třídách adres. adres Maska (případě prefix) určuje kolik bitů z IP adresy je vyhrazeno identifikaci sítě (zbytek pak k identifikaci hosta v síti). Příkladem masky je binární číslo 11111111 00000000 00000000 00000000b (tedy 8× 8 binární jedna a 24× 24 binární 0) v případě řípadě IPv4 častěji vyjadřované ve tvaru IP adresy – 255.0.0.0. Pro stejný příklad by prefix byl 8 (určuje přímo kolik bitů je vyhrazeno pro identifikaci sítě). Pro hosta s IP adresou 195.113.159.1/8 to pak znamená, že číslo sítě je 195.0.0.0 a tedy všechn všechny y hostitele s adresou ve tvaru 195.x.x.x považuje za zařízení ve stejné síti.
Obr. 57 – rozdělení IP adresy maskou 255.255.255.0 (prefix /24)21
Cesta datagramu sítí
V modelu TCP/IP je použit jednoduchý a přitom dostatečně robustní princip přenosu dat mezi koncovými uzly. Principiálně vychází z modelu OSI. Data se před odesláním rozdělí na části, které se postupně doplňují o hlavičky jednotlivých protokolů. Tento proces proces se nazývá zapouzdření (zapouzdřování). Nakonec se jednotlivé bity odešlou na úrovni
21
CISCO. CCNA Network fundamentals: Dividing the Networks. 4.0.4.0. San Jose (USA), 2009.
- 76 -
fyzické vrstvy přes síťové médium, po jejich přijetí se zase data „rozbalují“ a nakonec složí do původní (nerozdělené) sekvence. Uveďme si příklad standardního odeslání segmentu dat unicastem: (v příkladu je uvažována cesta odesilatel A – router R1 – router R2 – příjemce B) A
B
R1 R2
Obr. 58 – příklad přenosové cesty
– Odesilatel A na úrovni aplikační vrstvy data rozdělí do bloků optimální délky (např. po jednom kB) – segmentují se. – Segment je vložen do UDP datagramu nebo TCP segmentu – přidá se hlavička s (adresou) číslem portu identifikujícím zdrojovou a cílovou aplikaci (respektive její konkrétní komunikační kanál). – TCP nebo UDP datagram je vložen do IP paketu – je přidána IP adresa odesilatele (A) a příjemce (B). Takto vytvořený paket je po celou cestu neměnný! – Odesilatel (A) zjistí (pomocí protokolu ARP u IPv4 nebo ICMPv6 u IPv6), jaká je MAC adresa routeru R1 (v konfiguraci má zadanou jeho IP adresu jako IP výchozí brány), – IP paket je vložen do rámce (např. Ethernetu) a do hlaviček je doplněna MAC adresa odesilatele (A) a příjemce rámce (router R1). – Takto připravený rámec je jako sekvence bitů odeslán přes příslušný síťový interface (síťovou kartu) po médiu k routeru R1 (přenos bude pravděpodobně zprostředkován jedním nebo více přepínači). – Router R1 rámec přijme, rozbalí z něj paket, a na základě v něm obsažené IP adresy příjemce (B) rozhodne o dalším směrování (ve svých směrovacích tabulkách najde pro tuto adresu směr další cesty – v našem příkladu IP routeru R2). – Odesilatel (R1) získá MAC adresu R2 a IP paket vloží do rámce s MAC adresou odesilatele nastavenou na MAC R1 (momentální odesilatel) a MAC adresou příjemce na MAC R2. – Rámec je doručen k routeru R2, který z něj vybalí IP paket, – z IP adresy příjemce (B) zjistí, že se tento nachází v jedné z přímo k němu připojených sítí.
- 77 -
– Nově vytvořený rámec (do kterého vloží přenášený paket) proto už nebude odesílat dalšímu routeru, ale přímo jej doručí do cíle – MAC adresa příjemce v tomto rámci bude odpovídat MAC B. – Příjemce – host B rámec přijme, vybalí z něj paket, z paketu TCP nebo UDP datagram a na základě čísla portu v něm obsaženém předá data (jejich segment) příslušné cílové aplikaci.
4.2.2
Internet Protokol
IP je základním stavebním kamenem Mezisíťové vrstvy (Internet layer). Slouží k propojení hostů (hostitelů) v síti i mezi sítěmi. Všechna zařízení s přidělenou IP adresou jsou označována jako hostitelé (z anglického host) – hostí IP adresu. (V síťovém žargonu se spíše užívá česky skloňovaná podoba anglického termínu host – tedy v 7. pádě „s hostem“ ne „hostitelem“.) IP adresa má hierarchickou strukturu a identifikuje konkrétní zařízení. V rámci celého internetu proto musí být unikátní. Pokud se na IP adresu podíváme jako na binární číslo, potom prvních několik bitů identifikuje síť, do které host patří, zbývající bity jsou vyhrazeny k identifikaci hosta v rámci sítě. Jak velká část IP adresy je vyhrazena identifikaci sítě určuje maska sítě nebo prefix sítě. Směrování (routing)
Směrovače (zařízení pracující s internet protokolem) propojují jednotlivé sítě, umožňují jejich vzájemnou komunikaci. Procesu rozhodování o další cestě IP paketu (takzvaném „next hop“) se říká směrování nebo také počeštěně routování. Každý hostitel disponuje vlastní směrovací tabulkou. (Směrovací tabulku počítače lze vypsat pomocí utility „route print“) V ní je uveden seznam všech jemu dostupných (známých) sítí s informací, na který jeho síťový interface jsou připojeny, a volitelně také tzv. výchozí cesta (default route). Směrovací proces je následující: – Z IP paketu je přečtena IP adresa cíle, – porovná se, zda patří do některé sítě uvedené v záznamech směrovací tabulky, – pokud ano, je paket odeslán přes interface uvedený v daném záznamu, – pokud ne, je paket odeslán výchozí cestou (pokud není definována, je paket zahozen).
- 78 -
Každý datagram má definovanou životnost v podobě TTL (Time (Time to Live Live)) – v IPv6 označovaná jako Hop Limit. Limit. Je to celé číslo od 0 do 255. Při odeslání paketu je TTL nastaveno na výchozí výchozí životnost (nejčastěji 64 nebo 128). Při každém průchodu směrovačem je TTL sníženo o jedna. Pokud klesne na nulu dříve, než je paket doručen, je paket zahozen.
Obr. 59 – ukázka směrovací tabulky koncového hostitele
IPv4
Nejstarší dosud používanou verzí internet protokolu je IPv4 (IP verze čtyři). V době jeho Nejstarší uvedení (rok 1980)22 celkový počet uzlů internetu nepřevyšoval 200.23 Proto se volba délky IP adresy jevila jako značně nadčasová. Ta je 32bitová a teoreticky tak umožňuje adresovat resovat 2^32 zařízení (4294967296 (4294967296), ), reálně to je zhruba polovina. V roce 2011 již celkový počet uživatelů internetu překročil hranici dvou miliard24 a také veškeré volné IP adresy přidělované IANA byly vyčerpány. Proto celý internet postupně přechází na novější protokol IPv6 s adresním rozsahem o mnoho řádů větším.
22
RFC 760. Internet Protocol. California: USC, 1980. Dostupné z: http://tools.ietf.org/html/rfc760 PETERKA, Jiří. Počet uzlů Internetu. EArchiv [online]. 1995 [cit. 2012-03-10]. 2012 10]. Dostupné z: http://www.earchiv.cz/a95/a504c50b.php3 http://www.earchiv.cz/a95/a504c50b.php3 24 Number of Internet users worldwide reaches two billion. PhysOrg [online]. 2011 2011-01-26 26 [cit. 2012-032012 10]. Dostupné z: http://www.physorg.com/news/2011http://www.physorg.com/news/2011-01-internet--users-worldwide worldwide-billion.html billion.html 23
- 79 -
Formát adresy
IP adresa se zapisuje nejčastěji v desítkové soustavě ve tvaru tzv. čtyř oktetů. Adresa dlouhá 32 bitů se rozdělí po osmi bitech. Každá hodnota se pak zapisuje v desítkovém tvaru – od každé předchozí oddělená tečkou (například 195.113.159.18). Privátní adresy
Pro omezení hrozby vyčerpání adresního prostoru byly v roce 1994 (RFC 1597) vyhrazeny tři adresní rozsahy známé jako privátní adresy (Address Allocation for Private Internets). Privátní sítě nejsou do internetu připojeny vůbec nebo prostřednictvím specializovaných routerů s NAT (native address translation) nebo PAT (port address translation). Při komunikaci do internetu prostřednictvím těchto routerů sdílejí všechny počítače v privátní síti jednu (společnou) veřejnou IP adresu. Navenek se tak jeví jako jeden počítač. To přináší jistá omezení. (Například nemožnost zahájit komunikaci z vnějšího prostředí internetu, komunikaci vždy musí zahájit počítač v privátní síti.) Z těchto rozsahů automaticky přidělují adresy domácí routery a Wi-Fi AP: – 10.0.0.0/8 – 172.16.0.0/12 – 192.168.0.0/16 – 169.254.0.0/16 – rozsah vyhrazený pro autokonfiguraci – APIPA (Automatic Private IP Addressing) IPv6
Nejnápadnější změnou v protokolu IPv6 je čtyřnásobné prodloužení IP adresy. Z 32 bitů na 128. To přináší tak velké zvětšení adresního prostoru, že kdyby každá adresa představovala jednu elementární částici železa, vytvoří železnou krychli o hraně 3 km. Přitom v případě IPv4 by to byla kostka velká jen 8,4 mm. Kromě většího adresního prostoru přináší i integraci QoS (viz Řízení kvality komunikace) a zabezpečení komunikace (IPSec). Mezi změny lze i zařadit výrazné zjednodušení hlavičky datagramu (omezení režie) a možnost tvorby tzv. „jumbo frame“, kdy jeden segment může pojmout až 4 GB dat.
- 80 -
Další významnou změnou je zjednodušení portfolia systémových protokolů postavených nad IP. Funkce dřívějších protokolů ICMP, IGMP, ARP, částečně i DHCP (autokonfigurace hostitele) jsou sjednoceny v protokolu ICMPv6. Formát adresy
IPv6 adresa představuje již velmi dlouhé číslo, její zápis je tomu přizpůsoben. Zapisuje se po šestnáctibitových skupinách vyjádřených jako hexadecimální číslo. Jednotlivé skupiny se oddělují dvojtečkou. Největší skupina po sobě jdoucích nul se v adrese může nahradit dvěma dvojtečkami (::). Platný je tedy jak zápis 0:0:0:0:0:0:0:1, tak ::1 (adresa loopbacku odpovídající 127.0.0.1). Jedna osmina adresního prostoru IPv6 je vyhrazena pro veřejné IP adresy – rozsah je dán prefixem 2000::0/3. Běžné adresy tak začínají číslem 2001. Např. 2001:718:1c01:0:216::d23f Specifické rozsahy
Vzhledem k obrovskému adresnímu rozsahu IPv6 je tento podstatně více hierarchickým než tomu je v případě IPv4. Každý přidělený rozsah (síť) může disponovat 2^(128−prefix) adresami. – 0::1/128 – zpětnovazební smyčka (loopback) – 2000::0/3 – globální unicast (veřejné IP adresy hostitelů) – fe80::/10 – autokonfigurační privátní adresy v lokální síti (odpovídá – 169.254.0.0/16) – fc00::/7 – analogie privátních adres IPv4, mechanismus generování adres je navržen tak, že je zachovaná vysoká pravděpodobnost unikátnosti každé adresy – ULA (Unique Local Address) – ff00::/8 – skupiny multicastových adres (nahrazují také broadcast v IPv6)
4.2.3
Rodina protokolů nad IP
Protokoly nad IP (přenášené v datové části IP paketu) slouží buď k systémovým účelům, nebo pro přenos (uživatelských) dat. Systémové protokoly
Systémové (řídicí, stavové, informační) protokoly jsou obvykle řazeny v hierarchii TCP/IP modelu na rozhraní mezi vrstvu mezisíťovou a transportní. Tyto protokoly mají za úkol - 81 -
– informovat o chybových stavech (ICMP, ICMPv6), – odhalovat síťové okolí (CDP, ICMPv6), – identifikovat hosty v síti (ARP, ICMPv6), – shromažďovat informace potřebné ke směrování (dynamické routovací protokoly – EIGRP, OSPF, BGP), – zprostředkovat multicastový přenos dat (IGMP, ICMPv6). Systémové aplikační protokoly
Na uživatele (a jeho koncová zařízení) orientované protokoly jsou zařazeny na úrovni aplikační vrstvy. Množství zde existujících protokolů je velké. Mezi klíčové služby, které nabízí, patří – stavová konfigurace klienta – konfigurace a přiřazení adres (DHCP a DHCPv6), – překlad doménových názvů na IP adresy (DNS), – zpřístupnění hierarchických adresářových služeb – primitivní „databáze“ (LDAP), – vzdálené spouštění procedur a funkcí (RPC), – správa a získávání informací o rozsáhlých lokálních sítích (SNMP), – šifrování přenášených dat (TLS/SSL)… Transportní vrstva
Transportní vrstva přináší možnost identifikovat konkrétní kanál datové komunikace v rámci jednoho hostitele. Tak jako mezisíťová vrstva identifikuje na základě IP adresy jednotlivé hostitele, transportní vrstva identifikuje na hostiteli komunikační kanál podle čísel portů (port numbers). Čísla portů
Číslo portu je v hlavičce datagramu (UDP, TCP) transportní vrstvy. Jedná se o 16b adresu. Základní činností firewallů je právě povolení, nebo blokace komunikace probíhající po určitém portu. Praxe je totiž taková, že každému serveru (serverové aplikaci respektive službě) náleží jedno nebo více čísel portů, které jsou pro něj typické. Například webové servery (protokol http) standardě „naslouchají“ na portu číslo 80. Při zadávání adresy (URL) do prohlížeče tak nemusíme pokaždé uvádět i číslo portu, protože to za nás doplní prohlížeč. Veškerá příchozí a následně i odchozí komunikace (požadavek na odeslání webové stránky a vlastní obsah stránek) serveru probíhá právě prostřednictvím zadaného portu.
- 82 -
Čísla portů nejsou serverům přiřazena zcela nahodile, jejich (obvyklou) alokaci opět řídí IANA (pozn. stránka s čísly portů se obvykle načítá velice pomalu, někdy je lépe načíst seznam z wikipedie!). wikipedie – známé ámé porty (well (well known ports) ports 0–1023 čísla portů nejběžnějších služeb – definovány v některém RFC – registrované porty 1024–49151 1024 49151 určeno pro komerční i jiné služby stálého charakteru s povinností jejich registrace u IANA respektive ICANN, ICANN – dynamické a soukromé porty 49152–65535 49152 65535 nejsou přidělovány žádné aplikaci a slouží pro serverové aplikace z produkce „uživatelů“. Číslo portu v komunikaci klienta není prakticky nijak omezeno. Pouze musí být splněno pravidlo, že pro každé nové otevřené spojení bude použito jiné číslo odchozího portu. Pro zobrazení aktuálně otevřených spojení s uvedením IP adresy a čísla portu lze použít utilitu netstat s parametrem –f, f, tedy „netstat „ –f“. –
Obr. 60 – ukázka výstupu utility uti netstat
UDP (User User Datagram Protocol) Protocol
UDP je základní (minimální) nadstavbou nad IP paketem. Jedná se o velice jednoduchý protokol s malou režií. Základní charakteristika: – nespojovaný, nespolehlivý protokol, – datagramově orientovaný, – pouze jednosměrný komunikační komunikační kanál, – vhodný pro přenos malých objemů dat,
- 83 -
– latence (zpoždění mezi odesláním a doručením dat) je relativně konstantní – je proto vhodný pro přenos dat v reálném čase (VoIP, video a audio streaming), – jednoduše implementovatelný (programování aplikace využívající UDP nevyžaduje speciální vědomosti ani složitou obsluhu komunikace), – typicky využívá ICMP, DNS, TFTP, NTP, ale i hra Half-Life TCP (Transmission Control Protocol)
Pro zajištění spolehlivého přenosu je na transportní vrstvě definován TCP protokol. Na rozdíl od UDP se jedná o spojovaný přenos – před vlastní přenosem se musí navázat spojení (vytvoření virtuálního okruhu/kanálu). Následně se jednotlivé datové segmenty přenáší v určeném pořadí a protokol zajistí, že ve stejném pořadí budou i doručena. Vytváří se tak spolehlivý spojovaný přenos nad nespolehlivým nespojovaným IP. Nevýhodou je nutnost přenosu několika „řídicích“ segmentů při navazování spojení (kdy se nejprve kontaktuje příjemce a teprve po akceptování nového spojení se mohou přenášet data) a také při jeho ukončování. Pro malé objemy dat (desítky bajtů) tak významně narůstá režie a také latence – v takových případech se upřednostní použití UDP protokolu. Tím, že je protokol spolehlivý, jsou všechna odeslaná data nakonec doručena. To ale má za následek další možný nárůst latence. Nedostane-li host, který data odeslal, včas potvrzení jejich přijetí, odesílá nepotvrzený segment znovu. Tím narůstá prodleva mezi prvotním odesláním části dat a jejich konečným doručením. Základní charakteristika: – spojovaný, spolehlivý protokol, – proudově orientovaný – vytváří virtuální okruh, – obousměrná komunikace (data mohou být v jednom spojení odesílána v obou směrech, jejich přijetí druhá strana vždy potvrzuje), – vhodný pro spolehlivý přenos velkých objemů dat (binární soubory), – latence může kolísat, není vhodný pro realtimové přenosy, – využívá většina aplikačních protokolů (http, FTP, SMTP, SSH, IRC, POP3…).
- 84 -
4.2.4
Vybrané aplikační služby a protokoly
Nejširší a nejvíce komplexní skupina protokolů a služeb náleží do aplikační vrstvy modelu TCP/IP. Vytvořit jejich hrubý přehled by si vyžádalo mnoho stran textu. Omezíme se zde na několik klíčových protokolů a služeb. www (world wide web)
Nejznámější službou internetu je www. Je tvořena protokoly pro přenos dat a sadou formátů definujících obsah a jeho provázanost (hypertextovost) s dalšími zdroji dat. Služba www se stává fenoménem doby a laická veřejnost jej označuje přímo termínem internet jako takovým. Mezi nejznámější webové prohlížeče patří – Internet Explorer – Google Chrome – Firefox – Opera – Safari Přenos dat – http(s)
Protokolem pro přenos dat je http (hypertext transfer protocol). Veškerá komunikace (včetně přenosu) probíhá v textové podobě, podobně jako u emailu. Jedná se o koncepčně velice jednoduchý protokol – umožňuje od serveru vyžádat dokument z konkrétních URL. Není nijak omezen typ dat. Proto je tento dvacet let starý protokol stále použitelný, neboť je schopen vyhovět požadavkům na přenos teprve vznikajících datových formátů. Přenos dat není žádným způsobem chráněn nebo šifrován. To je ponecháno na protokolech nižších vrstev (typicky IPSec v IPv6). Protože je stále systém šifrovaného přenosu dat ve fázi postupného vývoje a nasazování, existuje pro zabezpečený přenos dat na webové stránky protokol https (hypertext transfer protocol secure). Ten přenášená data šifruje a podepisuje pomocí TLS/SSL. URL (Uniform Resource Locator)
Pro lokalizaci konkrétního zdroje na internetu slouží tzv. URL (někdy také URI – uniform resource identifier). Může obsahovat informaci o službě nebo protokolu, identifikaci
- 85 -
uživatele, autentizaci (heslo), adresu serveru (doménu nebo IP), číslo portu služby na kterém naslouchá, hierarchickou cestu k datům… Obecný formát URL: schéma://uživatel:heslo@doména:port/cesta – http://www.pslib.cz/ (URL webové stránky) –
[email protected] (identifikátor emailové adresy) – #193389321@icq (identifikátor IM cíle služby ICQ) Formáty dat
Formátů dat, které lze zobrazovat jako součást stránky je celá řada a jejich rozsah je dán možnostmi toho kterého prohlížeče. Společným jmenovatelem je ale značkovací jazyk HTML, který popisuje celkovou strukturu webové stránky, definuje z jakých částí (dalších zdrojů dat) je složena a také zobrazuje hypertextové odkazy na další webové stránky. – HTML (HyperText Markup Language) jazyk pro vkládání obsahu a popis struktury stránky, založený na XML, aktuální verze HTML 5, – CSS (Cascading Style Sheets) jazyk sloužící k definici vzhledu webové stránky, aktuální verze CSS 3, u prohlížečů vyžadována podpora CSS 2, – JavaScript programovací jazyk vkládaný přímo do HTML kódu, umožňuje manipulaci s webovou stránkou prostřednictvím DOM (Document Object Model) – zpřístupňuje hierarchickou HTML strukturu v objektovém modelu, – Flash standardně podporovaný grafický aplet s možností programování jeho kódu od firmy Adobe, předpokládá se, že bude postupně vytlačován standardními možnostmi HTML 5, – ActionScript na JavaScriptu založený programovací jazyk určený k programování Flash aplikací, – Silverlight aplikační platforma od Microsoftu konkurující a ve svých možnostech převyšující Flash, podporuje programování v jazycích využívajících .NET a pro návrh
- 86 -
vizuálního rozhraní používá značkovací jazyk XAML (Extensible Application Markup Language), – bitmapové a vektorové grafické formáty, – video a zvuk, – … Elektronická pošta (e-mail)
Služba email je nejstarší do dnes běžně využívanou službou internetu. Byla vydána v roce 1982 ve dvou RFC. RFC 821 popisuje protokol SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) určený pro odeslání a přenos zprávy. RFC 822 definuje strukturu emailové zprávy. Je zajímavostí, že termín email se pro tuto službu vžil až později, její oficiální název zněl Arpa Internet Text Messages, který byl teprve později změněn na Internet Message – tedy email. Email je navržen čistě pro přenos textových zpráv. V původní specifikaci není možné vkládat jiné znaky než ASCII s ordinální hodnotou 32 až 127 (zjednodušeně řečeno jen číslice, interpunkce a písmena bez diakritiky), zpráva nemůže také obsahovat více částí (přílohy). MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)
Klíčovým rozšířením formátu zprávy bylo vydání RFC 1341 v roce 1992, respektive jeho rozšíření o rok později. MIME popisuje způsob kódování zprávy tak, aby při zachování kompatibility s původní definicí formátu zprávy bylo možné přenášet znaky národních abeced (diakritiku) a také vkládat vícenásobné binární přílohy. Díky MIME je také možné vytvořit zprávu jako HTML stránku a proto je dnes možné v textu emailu formátovat písmo, vkládat tabulky a obrázky. Text je kódován pomocí qutoed-printable, binární data kódováním Base64. Obě kódování mění vstupní formát dat tak, aby výsledný řetězec obsahoval pouze „bezpečné“ znaky z rozsahu znaků ASCII 32–127 (32. až 127. znak této tabulky znaků). Za účelem identifikace druhu přenášených dat vznikla i specifikace tzv. Media Types, někdy označovaných jako MIME types – RFC 2046. V jednoduchém textovém formátu lze uchovat informaci o druhu a formátu dat – struktura média typu je Contetnt-Type: druh/formát dat. Například Content-Type: image/jpeg, audio/mpeg nebo text/html,
- 87 -
text/plain a podobně. Tento způsob identifikace zdroje dat byl převzat i v dalších službách internetu. Formát zprávy
Emailová zpráva je soubor prostých textových dat. Skládá se ze dvou částí oddělených prázdným řádkem. – záhlaví Obsahuje seznam informací, které mohou emailoví klienti zobrazovat. Typicky to je datum odeslání zprávy, adresa příjemce, odesilatele, adresátů kopií, předmětu zprávy, ale i informace o použití kódování MIME a druhu přenášených dat. Například: To:
[email protected] Cc:
[email protected] From:
[email protected] Reply-To:
[email protected] Date: Mon, 2 Jan 2012 17:33:15 +0100 Subject: předmět zprávy s informací o jejím obsahu – tělo zprávy Obsahuje přímo text zprávy odesílaný příjemci. V případě MIME je v těle zprávy zakódovaný obsah emailu, který se tak může skládat i z více částí (text zprávy, text zprávy s formátováním v HTML, binární příloha). SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
Pro odeslání a přenos zprávy je použit protokol SMTP. Jedná se o textovou komunikaci ve formě dialogu s odesílacím serverem i mezi nimi.
- 88 -
Obr. 61 – ukázka komunikace se SMTP serverem (odeslání zprávy)25
Klient, který zprávu vytváří i přijímá (Outlook, Thunderbird, GMail, Windows LiveMail, OperaMail…), je obecně označován MUA (Mail User Agent), servery zodpovědné za přenos zprávy MTA (Mail Transfer Agent) a servery, na které je zpráva doručena a „umí“ ji zprostředkovat zpět MUA jsou označovány MDA (Mail Delivery Agent).
25
HUMPHRYS, Mark. SMTP. In: School of Computing [online]. DCU, 2010 [cit. 2012-03-18]. Dostupné z: http://computing.dcu.ie/~humphrys/Notes/Networks/email.html
- 89 -
Obr. 62 – schéma přepravy zprávy26
Příjem zprávy
SMTP server (na Linuxu typicky Sendmail) na straně příjemce uloží zprávu do mailboxu. Tam je zpráva uložena dokud ji MUA nevyzvedne. Servery určené k doručení emailu do klientské aplikace se obecně označují MDA. V současnosti se lze setkat se třemi protokoly. – POP3 (Post Office Protocol) Slouží pro stažení obsahu mailboxu (nově příchozích zpráv). Přenos je přitom jednosměrný. Nevýhodou je nemožnost synchronizace s více MUA. (To prakticky znamená, že jednou přečtený email na konkrétním počítači již nepůjde stáhnout do emailového klienta na jiném počítači.) Výhoda tohoto způsobu práce s poštou spočívá v offlinovém způsobu práce – tedy veškerá doručená pošta a pošta připravená k odeslání je k dispozici i když není dostupné připojení k internetu. – IMAP (Internet Message Access Protocol) Je novějším protokolem rozšiřujícím možnosti POP o obousměrný přenos – jednou staženou poštu lze zpětně synchronizovat s mailboxem a je tak možné přecházení mezi více lokálními MUA klienty. – WebAccess Dnes asi nejčastěji používaný způsob přístupu k poště. Nejedná se de facto o žádný konkrétní protokol. Poštovním klientem je přímo webový prohlížeč. Mezi nejznámější MUA patří GMail nebo Hotmail.
26
How email works. In: Kioskea [online]. 2008 [cit. 2012-03-18]. Dostupné z: http://en.kioskea.net/contents/courrier-electronique/fonctionnement-mta-mua.php3
- 90 -
DNS (Domain Name System)
Systémová služba, která umožnila užívání doménových jmen namísto IP adres. Primárně slouží k překladu doménového jména (např. www.pslib.cz) na IP adresu (např. 195.113.159.18). První specifikace vyšla v roce 1983 jako RFC 883, od té doby doznala několika změn a rozšíření. Struktura domén
Protože i doménové jméno (stejně jako IP adresa) musí být v rámci celého internetu unikátní, je jeho struktura hierarchická. Aby se hostitelé mohli jmenovat „www“, „email“, „tisk“ a názvy nekolidovaly se stejnými v rámci internetu, je součástí názvu strukturovaný řetězec specifikující příslušnost hostitele ke konkrétní doméně. Doménový název pak má nejvíce vpravo kořenovou doménu (obvykle se neuvádí – její označení je tečka „.“), následuje doména prvního řádu (TLD), dále doména druhého řádu. Doména třetího řádu je obvykle již názvem hostitele, ale „hloubka“ doménového jména není prakticky omezená. Doménové jméno pak může mít tvar tisk.pslib.cz. nebo www.spsselib.hiedu.cz.
arpa
in-addr
org
iana
kořenová doména
tul
ietf
fp
www
com
cz
www
bivs
domény 1. řádu
google
domény 2. řádu
domény 3. řádu
fm
www
Obr. 63 – ukázka doménové struktury
Správu kořenové domény zaštiťuje IANA. Na jejích stránkách lze i nahlédnout do aktuálně platného seznamu všech domén prvního řádu – takzvané TLD (top-level domains). Domény prvního řádu lze rozdělit do čtyř skupin. – Infrastrukturní / systémové sem patří doména .arpa (Address and Routing Parameter Area), mimo jiné slouží pro realizaci tzv. reverzních dotazů – zjištění doménového jména na základě znalosti IP adresy. - 91 -
– Generické (gTLD) obecné domény bez vazby na konkrétní stát, původně snaha o typové rozdělení domén. Sem patří i původních 6 domén - .com (commercial), .edu (education USA), .gov (government USA), .net (networking), .org (organization), .mil (military USA). Dále .info, .name, .biz a .pro. – Generické sponzorované (sTLD) jsou domény s cílem sdružovat organizace se společným jmenovatelem. Jsou obvykle nadnárodního charakteru. Například domény .aero, .asia, .coop, .jobs, .mobi, .museum, .tel, .travel, .xxx. – Národní (ccTLD) jsou dvoupísmenné kódy sdružující domény jednoho státu. Některé státy umožňují registraci domény bez ohledu na národní příslušnost – např. .cz, .to, .je, .cc, .tv… DNS záznamy
Databáze DNS je poměrně jednoduchá a plochá datová struktura (často zaznamenaná pouze v textovém souboru). Může obsahovat několik typů záznamů: – A (address IPv4) záznam pro překlad ze jména na IP adresu, – AAAA (address IPv6) záznam pro překlad ze jména na IP adresu, – SOA (start of authority) informační záznam o každé doménové zóně – obsahuje kontakt na správce, název hlavního DNS serveru, identifikátory platnosti databáze a další informace, – CNAME (canonical name) přezdívky – alternativní jména domén (www.pslib.cz i opteron.pslib.cz směřují na stejné IP) – MX (mail exchange record) seznamy SMTP serverů přijímajících poštu pro konkrétní doménu, – NS (name server) jména serverů spravujících danou doménu – DNS servery, – PTR (pointer record) reverzní záznamy (in-addr.arpa) pro překlad IP adresy na doménové jméno (to že existuje A záznam ještě neznamená, že musí existovat i PTR),
- 92 -
– a mnoho dalších; prakticky celá informační struktura AD MS Windows serveru je součástí DNS databáze. Dotazy na DNS
Každá skupina (může být i jeden) DNS serverů spravuje určitou doménu – DNS zónu. Například DNS servery domény (zóny) .cz mají informace o všech doménách (respektive jejich správcích – dalších DNS serverech) druhého řádu v doméně .cz (tedy pslib.cz, bivs.cz, msmt.cz a všechny ostatní). Doménový server v doméně pslib.cz zase má informace o doménách a hostech ve své doméně (www.pslib.cz, tisk.pslib.cz, vyuka.pslib.cz…). Doménové servery druhého, třetího a dalších řádů pracují v tzv. rekurzivním režimu. Zatímco servery prvního řádu a kořenové servery v nerekurzivním. – rekurzivní dotazování při dotazu server vždy vrací odpověď – pokud není požadovaná informace uložena v jeho databázi, rekurzivním dotazováním nadřazených serverů se postupně k dané informaci „propracuje“, – nerekurzivní dotazování server dotazy nevyřizuje, pouze předá adresu serveru, který by danou informací mohl disponovat. Proces dotazování může vypadat následovně: – klient v doméně pslib.cz chce kontaktovat počítač www.microsoft.com, – položí dotaz svému DNS serveru (počítači neptun.pslib.cz), – neptun.pslib.cz zjistí, zda požadovanou informaci má ve své cache, – pokud ano, vrátí neautoritativní odpověď, – pokud ne, dotáže se serveru spravujícího doménu .cz (a.ns.nic.cz), – ten pracuje v nerekurzivním režimu, předá proto pouze odkaz na DNS server v doméně .com (a.gtld-servers.net) – ten také pracuje nerekurzivně, předá proto pouze odkaz na DNS microsoft.com (ns1.msft.net), – tento DNS server již má požadovanou informaci přímo ve své databázi, vrátí proto DNS serveru neptun.pslib.cz autoritativní odpověď (v tomto případě – 65.55.12.249),
- 93 -
– neptun.pslib.cz pracuje rekurentním způsobem a tímto postupným dotazováním se dopracoval k hledané informaci – uloží si ji na čas do své cache a také ji navrátí klientovi, který si ji vyžádal. Odpověď, kterou server navrátil z vlastní vyrovnávací cache je označována jako neautoritativní – není 100% zaručeno, že je informace stále platná. Výhodou je, že se omezuje množství dotazů směrovaných na servery vyšších řádů. Odpověď získaná přímo z databáze konkrétního správce domény je považována za autoritativní. Dotazy na DNS servery lze realizovat pomocí utility nslookup (Windows a Linux) nebo dig (Linux). Existuje i řada webových aplikací. Další služby
Aplikačních služeb existuje nepřeberné množství. Uvedeme některé z nich již pouze výčtem. Telnet
– pravděpodobně nejstarší služba internetu vůbec, – poskytuje možnost připojení k textové konzoli vzdáleného počítače (vzdálený „příkazový řádek“, vzdálený terminál). FTP (File Transfer Protocol)
– služba pro přenos binárních souborů, – přenos je efektivnější ve srovnání se stahováním souborů protokolem http, – může mít potíže s prostupováním přes NAT servery. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
– služba určená k automatické stavové konfiguraci klientů, – může přidělovat IP adresu, masku/prefix, výchozí brány, adresy DNS serverů a další. TLS/SSL (Transport Layer Security / Secure Sockets Layer)
– protokoly slouží k zajištění kryptografických služeb, – využívají je další aplikační služby (HTTPS, FTPS…), – data jsou šifrována symetrickou šifrou, – klíče symetrické šifry jsou přenášeny pomocí asymetrické kryptografie, – přenášená data jsou opatřena elektronickým podpisem.
- 94 -
SMB (Server Message Block)
– p2p síťový protokol určený pro sdílení souborů a tiskáren mezi počítači s OS Windows a po implementaci tzv. Samba protokolu i s OS Linux, – Samba je svobodná implementace SMB protokolu vyvinutá pomocí reverzního inženýrství. SNMP (Simple Network Management Protocol)
– protokol pro správu a získávání informací o rozsáhlých lokálních sítích. LDAP (Lightweight Directory Access Protocol)
– protokol pro přístup k datům ukládaných na LDAP adresářových serverech, – často se užívá pro ukládání informací o uživatelích, přístupových oprávněních a podobně, – ty lze následně použít pro autentizaci uživatelů. RPC (Remote procedure call)
– umožňuje vzdálené spouštění procedur a funkcí, – programy mohou vykonávat procedury uložené na jiných serverech, – často využíváno v souvislosti s protokolem SOAP a web API (například Google API).
- 95 -
příloha č. 2 – Kontrolní otázky (GIFT formát) Datová síť ::Realizace spojení – komunikační prvky::Seřaďte posloupnost jednotlivých aktivit realizujících spojení\:{ = 1 -> segmentace = 2 -> kódování = 3 -> odeslání signálů = 4 -> příjem signálů = 5 -> dekódování = 6 -> rekonstrukce segmentovaných dat } ::Protokol a standard, ot. 1::Série úmluv nutných k úspěšné výměně informací je primárně definována\:{ ~ SLA (Service Level Agreement) ~ RFC (Request for Comments) ~ standardem ~ proprietární definicí = protokolem } ::Protokol a standard, ot. 2::Které oblasti síťových technologií primárně standardy nezahrnují?{ ~ %50% minimální zaručenou rychlost přenosu dat ~ %50% uživatelská rozhraní ~ %-50% fyzikální vlastnosti přenosového média ~ %-50% tvary a kontakty konektorů ~ %-50% charakteristické vlastnosti signálů realizujících přenos ~ %-50% způsob kódování bitu do přenosových signálů } ::Protokol a standard, ot. 3::Přiřaďte ke klíčovým produktům a činnostem názvy souvisejících standardizačních a profesních organizací.{ = ITU-T (CCITT) -> Vývoj telekomunikačních a datových standardů (jako ADSL nebo JPEG). = IEC -> Směrnice pro spolupráci domácích síťových zařízení určených pro poskytování multimediálního obsahu (DLNA). = IEEE -> Definice standardů a protokolů lokálních sítí (Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth...). = W3C -> Standardy webových formátů (HTML, CSS...). = IETF -> Definice protokolů a služeb sítě internet (jako tzv. RFC). = TIA -> Standard EIA-568 - definice charakteristických vlastností strukturované kabeláže v kategoriích CAT-X.
-1-
} ::Části sítě otázka 1::Bit nepatří mezi základní stavební prvky sítě.{ TRUE#Bit není základním stavebním prvkem sítě. Je to základní jednotka informace.#Ano, bit není základním stavebním prvkem sítě. Je to základní jednotka informace. } ::Části sítě otázka 2::Metalické vedení nepatří mezi základní stavební prvky sítě.{ TRUE#Špatně! Jedním druhem přenosového média je metalické vedení. Není ale jeho nutnou součástí - přenosové médium může být realizováno i na optických cestách nebo v bezdrátovém prostředí. } ::Části sítě otázka 3::Segment patří mezi základní stavební prvky sítě.{ FALSE#Špatně! Segmentem se obvykle označuje konkrétní část fyzické sítě, která se skládá z jejích základních stavebních prvků (datagram, protokol, médium, zařízení). Nejedná se tedy o základní stavební prvek. } ::Části sítě otázka 4::Protocol Data Unit (PDU) nepatří mezi základní stavební prvky sítě.{ FALSE#Špatně! Všechna data přenášená sítí jsou shlukována do protokolem popsaných skupin bitů - datagramů (resp. PDU). } ::Části sítě otázka 5::Protokol patří mezi základní stavební prvky sítě.{ TRUE#Špatně! Komunikace v každé síti je popsána sadou protokolů! } ::Typy dat - ot. 1::Mezi data souhrnně označovaná jako režie patří:{ ~ %50% hlavičky datagramů ~ %50% dodatečný datový objem vzniklý v důsledku kódování ~ %-100% zašifrovaná data z důvodu zabránění neoprávněnému čtení ~ příkazy a požadavky aplikačních protokolů ~ %-50% libovolná nestrukturovaná binární data ~ %-100% data streamovaného videa přehrávaná v reálném čase } ::Typy dat - ot. 2::Mezi vlastní data nelze jednoznačně zařadit:{ ~ %100% povely s požadavky na získání vlastních dat ~ %-100% audiovizuální streaming ~ %-100% audiovizuální komunikaci ~ %-100% binární data ~ %-100% text } ::Konvergované a dedikované sítě - ot. 1::Která z uvedených sítí je typickým příkladem nekonvergované (dedikované) sítě.{ = terestriální televizní síť
-2-
~ veřejná datová síť internet ~ telekomunikační síť telefonních a datových služeb ~ bezdrátová síť pro mobilní komunikaci } ::Konvergované a dedikované sítě - ot. 2::Trendem dnešní doby je konvergence nebo divergence sítí?{ = Konvergence sítí (sdružování více služeb pod společnou přenosovou platformu). ~ Divergence - budování paralelních sítí s vyhrazeným účelem. } ::Metody spojení::Přiřaďte k jednotlivým metodám spojení tvrzení, které je nejlépe charakterizuje\:{ = Simplexní přenos -> Systém určený pouze pro distribuci dat, bez zpětného komunikačního kanálu. = Half-duplexní přenos -> Přenos dat je obousměrný, v jednom okamžiku však může probíhat pouze v jednom směru. = Full-duplexní přenos -> Současný obousměrný přenos, který musí využívat dvou nezávislých kanálů. } ::Metody spojení - simplex::Jak označujeme metodu spojení (režim přenosu), kdy data jsou přenášena pouze jedním směrem, a neexistuje zpětný komunikační kanál? (Jedním slovem.) { = simplex = simplexní = simplexní přenos = simplexní spojení = simplex přenos } ::Metody spojení - duplex::Jak označujeme metodu spojení (režim přenosu), kdy data lze přenášet oběma směry? (Jedním slovem.) { = duplex = duplexní = duplexní přenos = duplexní spojení = fullduplex = full-duplex = fullduplexní = full-duplexní = halfduplex = half-duplex = halfduplexní = half-duplexní }
-3-
::Dělení podle interaktivity::Jak označujeme druh komunikace, kde uživatelem připravená úloha se provádí se zpožděním, chybí okamžitá odezva a lze tak překlenout i delší výpadky sítě? { ~ %50% off-line ~ %50% dávková komunikace ~ %-50% neinteraktivní komunikace ~ %-50% nereagující komunikace ~ %-50% interaktivní komunikace ~ %-50% zpožděná komunikace } ::Dělení podle účastníků::Které aplikační služby nepatří do komunikace typu člověk-počítač?{ ~ %33.333% email ~ %33.333% chat ~ %33.333% ntp (Network Time Protocol) ~ %-50% ftp ~ %-50% www } ::Rozdělení síťových prostředků::Jakým typem komunikace je služba www? (Interpret kódu - prohlížeč - je spuštěn na jednom počítači, veškerá zpracovávaná data si vyžádá na jiném, prostřednictvím protokolu http.)
{ = klient-server ~ peer-to-peer ~ terminálové připojení ~ cloudové připojení } ::Řízení kvality komunikace::Best Effort je přístup k přenosu datagramu bez zavedení priorit známý z IPv4 protokolu. Jak se ale nazývá řízení kvality komunikace, kde jsou požadavky na odeslání dat s vyšší prioritou vyřizovány přednostně? { = Quality of Service ~ Priority Effort ~ Priority Service ~ Best Service Delivery ~ Quality to Priority } ::Rychlost datového přenosu::Pokud aplikace, která stahuje data na klientský počítač, zobrazuje rychlost stahování (obvykle v kB/s), o jakou rychlost se pravděpodobně jedná? { = aplikační přenosovou rychlost (goodput) ~ propustnost (throughput) ~ celkovou bitovou rychlost (gross bitrate) ~ šířku využitého pásma (bandwidth) }
-4-
::Rychlost datového přenosu - kbps::V jakých jednotkách je typicky uváděna maximální rychlost přenosu dat konkrétní síťové technologie (např. Wi-Fi IEEE 802.11a)?{ ~ %50% kbps ~ %50% kb/s ~ %-50% kB/s ~ %-100% Kib/s ~ %-100% KiB/s }
Síťové architektury a komponenty sítě //Požadavky na moderní síťovou architekturu ::(3)Moderní architektura::Jaké tři základní požadavky jsou kladeny na současnou moderní síťovou architekturu? { ~ %33.33333% Chybová odolnost (fault tolerance) ~ %33.33333% Rozšiřitelnost (scalability) ~ %33.33333% Zabezpečení dat (security) ~ %-100% Soudržnost přenosu (consistency) ~ %-100% Plánování přenosové kapacity (bandwidth planing) ~ %-100% Chronologie (chronology) } ::(1)Zabezpečení dat - obsah::Vyberte který z charakteristických rysů nespadá do oblasti Zabezpečení dat (security)\:{ ~ Důvěrnost dat ~ Integrita dat ~ Dostupnost dat = Replikace dat } ::(2)Zabezpečení dat - důvěrnost::Označte všechny úkony zabezpečení dat související se zajištěním jejich důvěrnosti (confidentiality)\: { ~ %33.33333% Autentizace ~ %33.33333% Audit (Accounting) ~ %33.33333% Šifrování } //aktivní prvky sítě ::(3)Koncová zařízení::Ze seznamu síťových prvků vyberte koncová zařízení\: { ~ %20% notebook ~ %20% aplikační server ~ %20% síťová tiskárna ~ %20% smartphone ~ %20% bankomat (Automatic Teller Machine) ~ %-50% NIC (Network Interface Card) ~ %-50% AP (Wireless Access Point) -5-
~ %-50% switch ~ %-50% router ~ %-50% firewall } ::(3)Propojovací::Ze seznamu síťových prvků vyberte propojovací zařízení (intermediary devices)\:{ ~ %-50% notebook ~ %-50% aplikační server ~ %-50% síťová tiskárna ~ %-50% smartphone ~ %-50% bankomat (Automatic Teller Machine) ~ %20% NIC (Network Interface Card) ~ %20% AP (Wireless Access Point) ~ %20% switch ~ %20% router ~ %20% firewall } ::(2)Aktivní prvky::Přiřaďte k uvedeným aktivním prvkům kategorii, do které náleží\:{ = Aplikační server -> koncové zařízení (End Device) = NIC (Network Interface Card) -> přístupové zařízení (Network Access Device) = směrovač (router) -> mezilehlé zařízení (Internetworking Device) = firewall -> bezpečností zařízení (Security Device) } ::(1)Mezilehlá zařízení::Do kategorie mezilehlých zařízení (Internetworking Devices) nepatří\: { = bezdrátový přístupový bod (AP) ~ repeater ~ router ~ modem ~ komunikační server } ::(2)Propojovací zařízení::Jaké činnosti nepatří mezi základní funkce propojovacích aktivních prvků (intermediary devices)? { = generování časových razítek serverů pro řízení času ~ regenerace a přeposílání datagramů ~ generování informací o chybách ~ náprava chybových situací ~ zajištění požadované kvality služeb ~ aplikace bezpečnostních pravidel } //Pasivní prvky sítě ::(1)Pasivní prvky definice::Jak souhrnně označujeme mechanické komponenty sítě, které nepůsobí na vlastnosti signálu, pouze vykazují jeho útlum?{
-6-
= pasivní prvky sítě ~ propojovací zařízení ~ aktivní prvky sítě ~ montážní prvky ~ útlumové prvky } ::(3)Pasivní prvky výčet::Které z uvedených komponent patří mezi pasivní síťové prvky? { ~ %16.66667% konektory ~ %16.66667% kabelové redukce ~ %16.66667% přepěťové ochrany ~ %16.66667% rozvaděče ~ %16.66667% zásuvky ~ %16.66667% datová média } ::(1)Metalika - galvanické::Metalická média realizují tzv. galvanické spojení.{ TRUE } ::(1)Metalika - média::S jakými metalickými médii se lze v datových sítích setkat nejčastěji? { ~ %50% koaxiální kabely ~ %50% symetrická vedení ~ %-100% zvonkové kabely ~ %-100% kroucená dvojlinka signál-zem ~ %-100% skleněné vlákno } ::(1)Koax::Jaká je skladba běžného koaxiálního kabelu? (Pořadí od středu po vnější obal) { = signálový vodič -> 1 = dielektrikum -> 2 = stínění+zem -> 3 = izolační plášť -> 4 } ::(1)Twisted::V symetrických dvoudrátových vedeních (např. UTP) není žádný z vodičů spojen se zemí nebo kostrou.{ TRUE } ::(1)UTP STP::Se kterými typy kabelů se můžeme běžně setkat u symetrických (twisted) vedení datových sítí?{ ~ %50% UTP (Unshielded Twisted Pair) ~ %50% STP (Shielded Twisted Pair) ~ %-100% DTP (Double-link Twisted Pair) ~ %-100% UTC (Unshielded Twisted Cable)
-7-
~ %-100% DLC (Pair-link Cable) } ::(1)UTPvsKoax::Dnes nejběžnějším metalickým médiem v datových sítích je koaxiální kabel.{ FALSE#V lokálních sítích se nejčastěji setkáváme s UTP, méně často ScTP kabely. } ::(1)Optika - materiál::Z jakých materiálů jsou vyráběna jádra optických vláken, která vedou světlo? { = ze skla i plastů ~ ze skla na bázi křemíku ~ z perfluorových polymerových plastů ~ z ohebných silikonových polymerů } ::(1)Kritický úhel::Jak se označuje minimální úhel, pod kterým může paprsek dopadnout na rozhraní jádro-plášť, aby došlo k úplnému odrazu? { = kritický úhel ~ numerická apertura ~ mezní úhel ~ bod zlomu ~ úhel odrazu } ::(1)průměr jádra::Jaká je typická tloušťka jádra monovidového (single-mode) optického vlákna? { = 9 µm ~ 62,5 µm ~ 50 µm ~ 1,2 mm ~ 900 µm } ::(1)média srovnání::Které z uvedených datových médií lze označit za nejvíce flexibilní z pohledu rozšiřitelnosti?{ = bezdrátová (éter) ~ metalická ~ optická } //LAN ::(2)LAN::Které rysy jsou charakteristické pro sítě LAN? { ~ %25% provozovatel a uživatel sítě je její vlastník ~ %25% převládá užití sdíleného média ~ %25% geograficky vymezená oblast menšího rozsahu ~ %25% převládá sdílení prostředků ~ %-50% vlastník sítě konektivitu pronajímá uživatelům třetích stran ~ %-100% slouží pro propojení lokálních sítí
-8-
~ %-100% součástí sítě nejsou koncová zařízení ~ %-50% převládá komunikace nad sdílením prostředků } //WAN ::(2)WAN::Které rysy jsou charakteristické pro sítě WAN? { ~ %-50% provozovatel a uživatel sítě je její vlastník ~ %-50% převládá užití sdíleného média ~ %-100% geograficky vymezená oblast menšího rozsahu ~ %-50% převládá sdílení prostředků ~ %25% vlastník sítě konektivitu pronajímá uživatelům třetích stran ~ %25% slouží pro propojení lokálních sítí ~ %25% součástí sítě nejsou koncová zařízení ~ %25% převládá komunikace nad sdílením prostředků } //dělení sítí dle rozsahu ::(2)dělení dle rozsahu::Jednotlivým sítím (dělení dle rozsahu) přiřaďte číslo odpovídající jeho pořadí dle velikosti (od nejmenšího po největší)\:{ = NFC (Near Field Communication) -> 1 = PAN (Personal Area Network) -> 2 = LAN (Local Area Network) -> 3 = CAN (Campus Area Network) -> 4 = MAN (Metropolitan Area Network) -> 5 = WAN (Wide Area Network) -> 6 = GAN (Global Area Network) -> 7 } //Základní klasifikace topologií ::(1)logická topologie::Která topologie popisuje graf virtuálního spojení mezi jednotlivými uzly sítě, která je nezávislá na fyzickém uspořádání? { = logická topologie ~ fyzická topologie ~ %50% virtuální topologie#obecně používaný termín je logická topologie ~ mesh topologie ~ virtuální graf } ::(1)fyzická topologie::Fyzická topologie popisuje uspořádání jednotlivých uzlů sítě – fyzické propojení mezi nimi.{ TRUE } //Příklady síťových topologií ::(1)topologie termíny::Který z uvedených termínů není používán pro označení topologie sítě? { = cloud ~ bus
-9-
~ star ~ tree ~ ring ~ mesh } ::(1)Star::Která fyzická topologie je v lokálních sítích pravděpodobně nejběžnější? { = star / tree ~ full mesh ~ bus ~ ring } ::(1)Bus::Jaká je logická topologie LAN při všesměrovém vysílání (broadcast)?{ = bus ~ star ~ tree ~ full mesh ~ ring ~ extended star } ::(1)ring::Která logická topologie je nejvhodnější pro sítě s deterministickým přístupem? (Implementují princip triviálního následnictví.){ = ring ~ bus ~ star ~ tree ~ full mesh ~ extended star } ::(1)hybrid::U které topologie se předpokládá existence redundantních spojení? { = hybrid (obecný graf) ~ ring ~ bus ~ star ~ tree ~ full mesh ~ extended star } ::(2)circuit switching::Mezi výhody sítí s přepojováním okruhů (circuit switching) můžeme zařadit\:{ ~ %50% jednoduchá implementace spolehlivosti přenosu ~ %50% zajištění kvality služeb (QoS) pro interaktivní práci ~ %-100% alokace celé přenosové trasy po dobu trvání spojení ~ %-100% rozdělení komunikace na nezávisle odesílané datagramy
- 10 -
~ %-100% sdílení kapacity přenosové trasy více komunikujícími stranami } ::(2)packet switching::Mezi charakteristické rysy sítí s přepínáním paketů (packet switching) můžeme zařadit\:{ ~ %50% rozdělení komunikace na nezávisle odesílané datagramy ~ %50% sdílení kapacity přenosové trasy více komunikujícími stranami ~ %-100% jednoduchá implementace spolehlivosti přenosu ~ %-100% snadné zajištění kvality služeb (QoS) pro interaktivní práci ~ %-100% alokace celé přenosové trasy po dobu trvání spojení } ::(1)segmentace::Jak se nazývá rozdělení zprávy do samostatně přenášených datagramů v sítích s přepínáním paketů?{ = segmentace ~ multiplexing ~ fragmentace ~ paketizace#tento termín vyjadřuje podobnou činnost, ale v kontextu procesu zapouzdření se neužívá ~ zapouzdření (encapsulation) } ::(1)spolehlivost spojovanost::Protokoly pro přenos dat v sítích bývají nejčastěji (vyberte dvě možnosti)\:{ ~ %50% nespojované nespolehlivé ~ %50% spojované spolehlivé ~ %-100% nespojované spolehlivé ~ %-100% spojované nespolehlivé }
Referenční model ISO/OSI //Referenční model ::(2)OSI - vrstvy::Seřaďte jednotlivé vrstvy modelu OSI (Open Systems Interconnection) vzestupně (od fyzické)\:{ = fyzická (physical) -> 1 = spojová (data link) -> 2 = síťová (network) -> 3 = transportní (transport) -> 4 = relační (session) -> 5 = prezentační (presentation) -> 6 = aplikační (application) -> 7 } ::(1)OSI význam prezentační::Na jaké klíčové činnosti se zaměřuje prezentační vrstva? { = šifrování a změny formátu dat ~ navazování a řízení spojení, obnovení spojení při výpadku - 11 -
~ identifikace více (souběžných) spojení mezi jednou dvojicí hostů ~ propojování hardwarově nesourodých sítí, hledání optimální cesty ~ zprostředkování vzájemné komunikace fyzických uzlů na jednom segmentu sítě ~ kódování (klíčování, modulace) datových signálů, přenos sekvence bitů } ::(1)OSI význam relační::Na jaké klíčové činnosti se zaměřuje relační vrstva? { ~ šifrování a změny formátu dat = navazování a řízení spojení, obnovení spojení při výpadku ~ identifikace více (souběžných) spojení mezi jednou dvojicí hostů ~ propojování hardwarově nesourodých sítí, hledání optimální cesty ~ zprostředkování vzájemné komunikace fyzických uzlů na jednom segmentu sítě ~ kódování (klíčování, modulace) datových signálů, přenos sekvence bitů } ::(1)OSI význam transportní::Na jaké klíčové činnosti se zaměřuje transportní vrstva? { ~ šifrování a změny formátu dat ~ navazování a řízení spojení, obnovení spojení při výpadku = identifikace více (souběžných) spojení mezi jednou dvojicí hostů ~ propojování hardwarově nesourodých sítí, hledání optimální cesty ~ zprostředkování vzájemné komunikace fyzických uzlů na jednom segmentu sítě ~ kódování (klíčování, modulace) datových signálů, přenos sekvence bitů } ::(1)OSI význam síťová::Na jaké klíčové činnosti se zaměřuje síťová vrstva? { ~ šifrování a změny formátu dat ~ navazování a řízení spojení, obnovení spojení při výpadku ~ identifikace více (souběžných) spojení mezi jednou dvojicí hostů = propojování sítí, hledání optimální cesty mezi dvěma vzdálenými uzly ~ zprostředkování vzájemné komunikace fyzických uzlů na jednom segmentu sítě ~ kódování (klíčování, modulace) datových signálů, přenos sekvence bitů } ::(1)OSI význam spojová::Na jaké klíčové činnosti se zaměřuje spojová vrstva? { ~ šifrování a změny formátu dat ~ navazování a řízení spojení, obnovení spojení při výpadku ~ identifikace více (souběžných) spojení mezi jednou dvojicí hostů ~ propojování hardwarově nesourodých sítí, hledání optimální cesty = zprostředkování vzájemné komunikace fyzických uzlů na jednom segmentu sítě ~ kódování (klíčování, modulace) datových signálů, přenos sekvence bitů } ::(1)OSI význam fyzická::Na jaké klíčové činnosti se zaměřuje fyzická vrstva? { ~ šifrování a změny formátu dat ~ navazování a řízení spojení, obnovení spojení při výpadku ~ identifikace více (souběžných) spojení mezi jednou dvojicí hostů ~ propojování hardwarově nesourodých sítí, hledání optimální cesty ~ zprostředkování vzájemné komunikace fyzických uzlů na jednom segmentu sítě
- 12 -
= kódování (klíčování, modulace) datových signálů, přenos sekvence bitů } //Výhody vrstvového modelu ::(2)výhody modelu OSI::V seznamu označte ta tvrzení, která lze považovat za výhody OSI modelu\:{ ~ %20% Definice základních standardů pro síťovou komunikaci. ~ %20% Jednotlivé vrstvy jsou samostatně lépe popsatelné a pochopitelné. ~ %20% Snazší zajištění kompatibility zařízení různých výrobců. ~ %20% Jednodušší protokoly (definovány v rámci jediné vrstvy). ~ %20% Vrstvy jsou nezávislé – při změně jedné z nich, není třeba kaskádní změna dalších. } ::(1)Protokol/rozhraní::Protokoly realizují definici služeb nabízených nadřízené vrstvě, slouží pro výměnu dat mezi vrstvami.{ FALSE#Tato sentence spíše charakterizuje rozhraní. } ::(1?)Protokol::Popisuje formu (způsob) komunikace dvou zařízení na určité vrstvě (úrovni abstrakce) tak, aby zařízení mohla vstoupit do užitečného dialogu. { = protocol = protokol } definuje syntaxi, sémantiku a synchronizaci komunikace. ::(2)zapouzdření::Jak se nazývá proces, kdy data jsou předávána k další fázi přepravy vrstvě nižší. Nižší vrstva k předanému datagramu (PDU) přidá pomocné informace svého protokolu – hlavičky (typicky obsahují mimo jiné adresu příjemce a odesilatele). Tím je vytvořen datagram příslušné vrstvy a opět může být předán vrstvě nižší... { = zapouzdření = zapouzdřování = enkapsulace = encapsulation = encapsulace = enkapsulation } //fyzická ::(1)fyzická::Fyzická vrstva realizuje přenos jednotlivých bitů a definuje prostředky nutné pro přenos signálu.{ TRUE } ::(2)fyzická nepatří::Co nedefinuje fyzická vrstva? (Označte dvě.) { ~ %50% algoritmy kryptování signálů ~ %50% řízení přístupu k fyzickému médiu ~ %-100% přenosové médium
- 13 -
~ %-100% konektory ~ %-100% reprezentaci bitu na médiu ~ %-100% metody kódování signálů } ::(1)bit na médiu::Bit je na médiu reprezentován změnou charakteristické vlastnosti signálu. Signál může bit kódovat změnou\:{ ~ %33.33333% amplitudy ~ %33.33333% frekvence ~ %33.33333% fáze } ::(1)synchronizace::Prostřednictvím čeho nelze synchronizovat hodinový signál na straně vysílače / přijímače?{ = semi-synchronních obvodů přenosové soustavy ~ samostatného hodinového signálu ~ synchronizačního signálu ~ synchronizace obsažené v nosné } ::(1)NRZ::Jaká je hlavní nevýhoda tzv. NRZ (Non Return to Zero) linkových kódů? { = může být ztížena přesná detekce delší posloupnosti stejných logických hodnot ~ logická nula nemůže být kódována jako nulové napětí přenosové linky ~ modulační rychlost je dvojnásobná ve srovnání s bitovou rychlostí ~ hodnotu následujícího bitu nelze ze signálu dekódovat bez znalosti hodnoty bitu předcházejícího } ::(2)4B5B::Jakou režii (overhead) má blokový kód 4B5B, který využívá například Ethernet 100BASE-TX? Pozn. baudová rychlost je 125 MBd, linková 100 Mbps. (Zadejte v procentech bez symbolu % - pouze celé číslo.) {# =20:0 =%50%20:5 } ::(1)QAM PSK ASK::Která z uvedených modulací (klíčování) nepatří mezi modulace s jednou nosnou? { = FDM (Frequency-division multiplex) ~ ASK (Amplitude-shift keying) ~ PSK (Phase-shift keying) ~ QAM (Quadrature amplitude modulation) } ::(1)OFDM::Která modulace s více nosnými využívá více paralelních vzájemně ortogonálních nosných za účelem zvyšování přenosové rychlosti? { = OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ~ %50% FDM (Frequency-division multiplex)#v tomto případě se jedná o rozložení více nezávislých kanálů ~ ASK (Amplitude-shift keying)
- 14 -
~ QAM (Quadrature amplitude modulation) } //spojová ::(1) spojová - úkol::Co je hlavním úkolem spojové vrstvy? { = řídit přístup k fyzickému médiu ~ kódovat bity na signály ~ propojovat nesourodé sítě s rozdílnými fyzickými médii ~ realizovat spojení v případě existence redundantních cest } ::(1) fyzická adresa::Jaká adresa je definována na spojové vrstvě? { = fyzická adresa ~ logická adresa ~ adresa portu ~ adresa zařízení ~ adresa spojení } ::(2) bezkolizní::Které protokoly (metody řízení přístupu k médiu) patří mezi bezkolizní (deterministické)? (Vyberte dva.) { ~ %50% Token passing ~ %50% TDMA (Time-Division Multiple Access) ~ %-100% CSMA/CA (collision avoidance) ~ %-100% CSMA/CD (collision detection) ~ %-100% Aloha access ~ Token ring#zde se jedná o starší typ sítě vyžívající metodu Token passing } ::(2) kolizní::Které protokoly (metody řízení přístupu k médiu) patří mezi kolizní (stochastické)? (Vyberte dva.) { ~ %50% CSMA/CA (collision avoidance) ~ %50% CSMA/CD (collision detection) ~ %-100% Token passing ~ %-100% TDMA (Time-Division Multiple Access) ~ %-100% FDMA (Frequency-Division Multiple Access) ~ %-100% Token ring } ::(2) X-cast::Které názvy neoznačují některý z typů vysílání datagramů? { ~ %50% directcast ~ %50% outcast ~ %-100% unicast ~ %-100% anycast ~ %-100% multicast ~ %-100% broadcast }
- 15 -
::(1) boradcast::Jak označujeme všesměrové vysílání, kdy se nespecifikuje konkrétní příjemce nebo příjemci, ale data jsou určena pro všechny příjemce, kteří jsou schopni konkrétní datagram zachytit? { = broadcast ~ outcast ~ unicast ~ anycast ~ multicast } ::(1) multicast::Jak označujeme vysílání, kdy stejný datagram v jedné části sítě může přijmout více hostů (sdružených do společné skupiny)? { = multicast ~ outcast ~ unicast ~ anycast ~ broadcast } //Síťová vrstva ::(1) logická adresa::S jakým typem adresy se lze setkat na úrovni síťové vrstvy? { = logická adresa ~ fyzická adresa ~ MAC adresa ~ adresa portu ~ adresa rozhraní } ::(1) hostitel::Jak se obecně označuje zařízení disponující adresou na síťové vrstvě? { = hostitel (host) ~ host (guest) ~ prvek (item) ~ zařízení (device) ~ rozhraní (interface) ~ uzel (node) } ::(1) redundance::Od které vrstvy modelu OSI lze v přenosové trase předpokládat mezi dvěma uzly existenci redundantního spojení? { = síťová ~ fyzická ~ spojová ~ transportní ~ relační ~ prezentační ~ aplikační }
- 16 -
//transportní vrstva ::(1) transportní2:: Která vrstva modelu OSI umožňuje na jednom fyzickém serveru existenci více síťových služeb (www, email, databázový server, …) a zároveň to, že jedna služba může poskytovat více paralelních spojení na jednoho klienta (například více webových stránek v jednotlivých záložkách prohlížeče)? { = transportní ~ fyzická ~ spojová ~ síťová ~ relační ~ prezentační ~ aplikační } ::(1) transportní3::Z pohledu komunikujících stran je kanál síťové vrstvy modelu OSI tvořen celistvou komunikační cestou (tzv. virtuální kanál nebo okruh), vůči které jsou jednotlivá (intermediary) zařízení zprostředkovávající přenos transparentní. { FALSE#Toto tvrzení odpovídá představě transportní vrstvy modelu OSI } //Datově orientované vrstvy ::(1) aplikačně orientované vrstvy::Které vrstvy modelu OSI patří mezi tzv. datově (či aplikačně) orientované? { ~ %50% relační ~ %50% prezentační ~ %-100% transportní ~ %-100% síťová ~ %-100% spojová ~ %-100% fyzická } ::(1!) relační::Úkolem které vrstvy jsou následující činnosti? - komplexní řízení dialogu
- synchronizace (obnovení) dialogu
- řízení interakce
{ = relační ~ fyzická ~ spojová ~ transportní ~ síťová ~ prezentační ~ aplikační } ::(3) prezentační::Co patří mezi hlavní úkoly prezentační vrstvy modelu OSI? { ~ %33.33333% změna formátu dat tak, aby si obě komunikující strany porozuměli ~ %33.33333% zabezpečení přenosu proti jeho čtení neautorizovanou osobou ~ %33.33333% snížení objemu přenášených dat
- 17 -
~ %-100% kódování bitů do signálů použitých na přenosovém médiu ~ %-100% realizace ztrátové komprese grafických dat (JPEG) ~ %-100% prezentace dat uživatelskému rozhraní aplikačních protokolů ~ %-100% obnovení spojení po výpadku komunikace mezi dvěma uzly virtuálního kanálu } ::(1) aplikační::Co nikdy není součástí specifikace protokolů aplikační vrstvy modelu OSI? { = uživatelský interface (např. GUI) ~ formáty pro popis struktury dat (např. XML, HTML) ~ popis způsobu výměny informací mezi serverovou a klientskou aplikací (např. HTTP) ~ definice služeb pro podporu efektivity přístupu k dalším aplikačním službám (např. DNS) } //Propojování sítí ::(3) aktivní fyzická::Které aktivní prvky jsou realizované na fyzické vrstvě (jejich PDU je bit)? { ~ %33.33333% Opakovač (repeater) ~ %33.33333% Média konvertor (media convertor) ~ %33.33333% Rozbočovač (hub) ~ %-100% Síťový most (bridge) ~ %-100% Přístupový bod (AP – access point) ~ %-100% Přepínač (switch) ~ %-100% Směrovač (router) ~ %-100% Firewall } ::(2) aktivní spojová::Které aktivní prvky jsou realizované na spojové vrstvě (jejich PDU je rámec)? { ~ %50% Síťový most (bridge) ~ %50% Přepínač (switch) ~ %-100% Opakovač (repeater) ~ %-100% Média konvertor (media convertor) ~ %-100% Rozbočovač (hub) ~ %-100% Směrovač (router) ~ %-100% Firewall } ::(1) aktivní síťová::Které aktivní prvky jsou realizované na síťové vrstvě (jejich PDU je paket)? { ~ %100% Směrovač (router) ~ %-100% Síťový most (bridge) ~ %-100% Přepínač (switch) ~ %-100% Opakovač (repeater)
- 18 -
~ %-100% Média konvertor (media convertor) ~ %-100% Rozbočovač (hub) ~ %-100% Firewall } ::(2!) PDU::Přiřaďte k jednotlivým vrstvám modelu OSI PDU (protocol data unit) se kterým daná vrstva pracuje\:{ = fyzická -> bit = spojová -> rámec = síťová -> paket = transportní -> segment = -> bajt = -> blok }
Veřejné sítě – internet //Přenosové LAN a WAN sítě ::(1) autonegotiation::V Ethernetu je implementován systém automatického nastavení nejvyšší možné rychlosti přenosu a dalších parametrů obou komunikujících stran. Jak se tento systém nazývá? { = autonegotiation ~ autocrossing ~ Auto-MDIX ~ NSS (Non State Settings) ~ DCP (Dynamic Configuration Protocol) } ::(1) Auto-MDIX::Od 100BASE-TX je imlementována automatická detekce vysílacího resp. přijímacího pinu v konektoru (nemusí se tak používat jinak zapojené konektory při propojení dvou stejných nebo různých zařízení). Jak se tato "technika" nazývá? { = auto-MDIX ~ auto-pinout ~ autonegotiation ~ auto TX-RX settings } ::(1) 1000BASE-T::Dnes pravděpodobně nejrozšířenější verzí Ethernetu je gigabitový IEEE 802.3ab. Jak se označuje? { = 1000BASE-T ~ 100BASE-TX ~ 1000BASE-TX ~ 1000BASE-LX ~ 10GBASE-T } - 19 -
::(1) non CSMA::Který kolizní protokol je použit v Ethernetu při full-duplexní komunikaci? { = žádný z uvedených ~ CSMA/CD ~ CSMA/CA ~ Aloha ~ TDMA } ::(1) CSMA/CD::Implementace všech verzí Ethernetu na metalickém médiu obsahuje i jeden z kolizních protokolů (pro řízení přístupu k médiu). Který? { = CSMA/CD ~ žádný z uvedených ~ CSMA/CA ~ Aloha ~ TDMA } ::(1) CAT5e 1GEth::Gigabitový Ethernet IEEE 802.3ab využívá pro komunikaci všechny čtyři páry UTP kabelu, kvalitu které kategorie musí kabel minimálně splňovat? { = CAT 5e ~ CAT 5 ~ CAT 4 ~ CAT 6 ~ CAT 7 } ::(1) Ethernet Optika::Ethernet na metalickém vedení (UTP/STP) má v postfixu svého značení písmeno "-T" (od twisted). Např. 100BASE-TX nebo 10GBASE-T. Pro jaký typ média jsou verze Ethernetu určeny, pokud postfix obsahuje jiná písmena než T? { = optické médium ~ metalická strukturovaná kabeláž ~ metalická koaxiální kabeláž ~ bezdrátové médium (éter) } ::(1) Wi-Fi akronym::Bezdrátová síť Wi-Fi je velice známá. Co tento akronym znamená? { = Wireless Fidelity = WirelessFidelity = Wireless-Fidelity = %50% wireles fidelity = %50% wireles-fidelity = %50% wireless fidellity = %50% wireless-fidellity = %50% wireless fidelitty = %50% wireless-fidelitty
- 20 -
} ::(1) IEEE 802.11::Které standardy IEEE musí splňovat Wi-Fi zařízení? { = IEEE 802.11 ~ IEEE 802.3 ~ IEEE 802.15 ~ IEEE 802.1 ~ IEEE 802.16 ~ IEEE 802.5 } ::(1) Wi-Fi ČTU::Užití Wi-Fi zařízení ... { = je omezené všeobecným oprávněním vydaným ČTU k využívání rádiových kmitočtů a k provozování zařízení pro širokopásmový přenos dat. ~ není žádným způsobem omezeno - z principu bezdrátového spojení jej může každý využívat bez dalších omezení. ~ se omezuje pouze na užití ve volných pásmech 2,4 GHz a 5 GHz. ~ není omezeno, pokud se jedná o prvek zakoupený na území ČR a je opatřen platnou homologací. } ::(1) SSID::Jednotlivá AP jsou v síti identifikována (nalezitelná) prostřednictvím\: { = SSID (Service Set IDentifier) ~ WFID (Wi-Fi IDentifier) ~ WIP (wireless IP) ~ APID (Access Point IDentifier) ~ APIPA (Access Point IP Address) } ::(1) asociace::Jak se nazývá proces připojení stanice k AP? { = asociace ~ autentizace ~ autorizace ~ autentifikace ~ verifikace ~ validace } ::(1) WPA2-EAP::Bezpečnostní standard ISO 27001 doporučuje v korporátních sítích použití systému zabezpečení obsaženého v IEEE 802.1x. Které zabezpečení to je? { = WPA2-EAP (Wi-Fi Protected Access – Extensible Authentication Protocol) ~ WPA2-PSK (Wi-Fi Protected Access Pre-Shared Key) ~ WEP (Wired Equivalent Privacy) ~ TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) } ::(1) WPA2-PSK::Který způsob zabezpečení je vhodný pro domácí sítě, protože nevyžaduje existenci serveru s centrální evidencí uživatelů (radius) a přitom je z dnešního pohledu dostatečně bezpečný? {
- 21 -
= WPA2-PSK (Wi-Fi Protected Access Pre-Shared Key) ~ WPA2-EAP (Wi-Fi Protected Access – Extensible Authentication Protocol) ~ WEP (Wired Equivalent Privacy) ~ RNA (Robust Security Network) ~ HLSP (Homelan Security Protocol) } ::(1) Radius::Vůči jakému serveru se nejčastěji autentizují bezdrátoví klienti připojující se k AP v korporátní síti prostřednictvím IEEE 802.1x? { = RADIUS ~ LDAP ~ DHCP ~ DNS ~ SQL } ::(1) FHSS::Kterou z uvedených metod kódování/modulace neužívá při komunikaci žádný z dnes běžně užívaných Wi-Fi standardů? { = FHSS (frequency-hopping spread spectrum) ~ DSSS (direct-sequence spread spectrum) ~ OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ~ MIMO (multiple-input multiple-output) } ::(1) OFDM::Rychlý datový tok je rozložen na velké množství paralelních (pomalých) datových toků modulovaných s frekvenčním posunem tak, aby nedocházelo k jejich překrývání. Která z modulací v rozprostřeném spektru nejlépe odpovídá tomuto popisu? { = OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ~ FHSS (frequency-hopping spread spectrum) ~ DSSS (direct-sequence spread spectrum) ~ MIMO (multiple-input multiple-output) } ::(1) MIMO::Systém MIMO (multiple-input multiple-output) ve standardu 802.11n využívá pro vysílání více souběžných datových toků na stejné frekvenci ... { = více antén na straně vysílače i přijímače. ~ jednu anténu na straně vysílače a více na straně přijímače. ~ jednu anténu na straně vysílače i přijímače. } ::(2) rychlosti Wi-Fi::K jednotlivým Wi-Fi standardům přiřaďte nominální linkové rychlosti jednoho kanálu - streamu\: { = IEEE 802.11b -> 11 Mbps = IEEE 802.11a -> 54 Mbps (5 GHz) = IEEE 802.11g -> 54 Mbps (2,4 GHz) = IEEE 802.11n -> 150 Mbps = IEEE 802.11ac -> 433 Mbps
- 22 -
= -> 22 Mbps = -> 300 Mbps = -> 1 Gbps = -> 100 Mbps } ::(1) IEEE 802.11abghn::Který z uvedených standardů Wi-Fi nepopisuje žádný z přenosových standardů? { = IEEE 802.11x ~ IEEE 802.11a ~ IEEE 802.11b ~ IEEE 802.11g ~ IEEE 802.11h ~ IEEE 802.11n ~ IEEE 802.11ac } ::(2) GSM, UMTS::S jakými sítěmi pro poskytování radiokomunikačních služeb se lze v současné době (r. 2012) v ČR setkat? (Nápověda: sítě 2. a 3. generace - 2G a 3G) { ~ %50% GSM (Global System for Mobile Communications) ~ %50% UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ~ %-100% CSD (Circuit Switched Data) ~ %-100% GPRS (General Packet Radio System) ~ %-100% EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) ~ %-100% HSPA (High Speed Packet Access) } ::(2) TDMA, FDMA::Se kterými deterministickými metodami řízení přístupu k médiu se můžeme setkat v celulárních sítích (sítě mobilních operátorů)? { ~ %50% TDMA (Time-Division Multiple Access) ~ %50% FDMA (Frequency-division multiple access) ~ %-100% Token passing ~ %-100% CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access /CA) ~ %-100% CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access /CD) ~ %-100% Aloha access ~ %-100% PDMA (Phase-Division Multiple Access) ~ %-100% ADMA (Amplitude-Division Multiple Access) } ::(2) data v GSM::S jakými protokoly (systémy pro přenos dat) se lze setkat při použití GSM? { ~ %33.33333% CSD (Circuit Switched Data) ~ %33.33333% GPRS (General Packet Radio System) ~ %33.33333% EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) ~ %-100% HSPA (High Speed Packet Access) ~ %-100% UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ~ %-100% WCDMA (Wide Code division multiple access)
- 23 -
} ::(2) data v UMTS::S jakými protokoly (systémy pro přenos dat) se lze setkat při použití UMTS? { ~ %33.33333% HSPA (High Speed Packet Access) ~ %33.33333% UMTS FDD (Universal Mobile Telecommunications System) ~ %33.33333% WCDMA (Wide Code division multiple access) ~ %-100% CSD (Circuit Switched Data) ~ %-100% GPRS (General Packet Radio System) ~ %-100% EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) ~ %-100% GSM (Global System for Mobile Communications) } ::(1) rychlost EDGE::Maximální linkové rychlosti EDGE se pohybují\: { = < 1 Mbps ~ >\= 1 Mbps a < 10 Mbps ~ >\= 10 Mbps a < 100 Mbps ~ >\= 100 Mbps } ::(1) rychlost HSPA::Maximální linkové rychlosti HSDPA (R5) se pohybují\: { = >\= 10 Mbps a < 100 Mbps ~ >\= 1 Mbps a < 10 Mbps ~ < 1 Mbps ~ >\= 100 Mbps } ::(1) DSL symetrická vedení::Pro jaký typ datového média je primárně navržena technologie ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)? { = metalická dvoudrátová (tzv. symetrická) vedení ~ metalická koaxiální vedení ~ metalické zvonkové kabely ~ perfluor-polymer polykarbonátová vedení ~ křemičitanová optická vlákna ~ bezdrátové médium } ::(1) DMT::Pomocí jaké modulace se v DSL datových komunikacích rozkládá datový tok do mnoha dílčích datových toků rozložených v širokém frekvenčním spektru? { = DMT (Discrete Multi-tone Modulation) ~ OFDMA (Orthogonal frequency-division multiple access) ~ TDMA (Time division multiple access) ~ MFSL (Multi-frequency Subscriber Line) ~ CDMA (Code division multiple access) } ::(2) DSL bandwidth::K uvedeným DSL standardům přiřaďte šířku pásma, kterou na metalickém médiu využívají pro přenos dat\:{ = ADSL -> 1,1 MHz
- 24 -
= ADSL2+ -> 2,2 MHz = VDSL -> 12 MHz = VDSL2 -> 30 MHz = -> 8 MHz = -> 16 MHz = -> 20 MHz } ::(2) DSL speed::K uvedeným DSL standardům přiřaďte maximální linkovou rychlost, kterou daná technologie umožňuje dosáhnout (u asymetrických je uvažován download)\: { = ADSL -> 8 Mbps = ADSL2+ -> 24 Mbps = VDSL -> 55 Mbps = VDSL2 -> 200 Mbps = -> 12 Mbps = -> 30 Mbps = -> 100 Mbps } //Síť internet ::(1) internet JE::Internet je veřejná globální datová síť vzájemně propojených datových sítí, poskytující soubor protokolů a služeb. Jejich přenos je realizován protokoly IP. { TRUE } ::(1) internet NENÍ::Internet je služba, díky které lze získat přístup k mnoha zdrojům informací, nejčastěji prostřednictvím internetového prohlížeče (Internet Explorer, Firefox, Google Chrome, Safari, ...). Někdy se také označuje jako celosvětová pavučina. { FALSE } ::(1) RFC - IETF::Organizace IETF (Internet Engineering Task Force) publikuje standardy internetu ve formě doporučení. Jak se tato doporučení označují? { = RFC ~ IEEE ~ ITF ~ ISO ~ PDF ~ EIA } ::(2) IANA::Co všechno spravuje organizace IANA (Internet Assigned Numbers Authority) řízená organizací ICANN? { ~ %33.33333% primární alokaci adres IPv4 a IPv6 ~ %33.33333% čísla portů služeb transportní vrstvy
- 25 -
~ %33.33333% databázi domén prvního řádu (Top Level Domain) ~ %-100% alokaci MAC adres jednotlivým výrobcům ~ %-100% koordinaci vydávání RFC standardů ~ %-100% vydávání standardů HTML } ::(1) TCP/IP vs OSI::Model OSI se skládá z celkem sedmi vrstev, TCP/IP model pouze ze čtyř. Kterou část modelu OSI pokrývá TCP/IP model? { = 1 až 7 vrstvu ~ 3 až 7 vrstvu ~ 4 až 7 vrstvu ~ 1 až 4 vrstvu ~ 2 až 5 vrstvu ~ nemají stejnou strukturu } ::(1) TCP/IP 1.::Vrstvy modelu TCP/IP mají stejnou strukturu jako OSI model. Které vrstvě (vrstvám) modelu OSI odpovídá vrstva Síťového přístupu (Network access layer) modelu TCP/IP? { ~ %50% fyzická ~ %50% spojová ~ %-100% síťová ~ %-100% transportní ~ %-100% relační ~ %-100% prezentační ~ %-100% aplikační } ::(1) TCP/IP 2.::Vrstvy modelu TCP/IP mají stejnou strukturu jako OSI model. Které vrstvě (vrstvám) modelu OSI odpovídá Mezisíťová vrstva (Internet layer) modelu TCP/IP? { ~ %-100% fyzická ~ %-100% spojová ~ %100% síťová ~ %-100% transportní ~ %-100% relační ~ %-100% prezentační ~ %-100% aplikační } ::(1) TCP/IP 3.::Vrstvy modelu TCP/IP mají stejnou strukturu jako OSI model. Které vrstvě (vrstvám) modelu OSI odpovídá Transportní vrstva (Transport layer) modelu TCP/IP? { ~ %-100% fyzická ~ %-100% spojová ~ %-100% síťová ~ %100% transportní
- 26 -
~ %-100% relační ~ %-100% prezentační ~ %-100% aplikační } ::(2) TCP/IP 4.::Vrstvy modelu TCP/IP mají stejnou strukturu jako OSI model. Které vrstvě (vrstvám) modelu OSI odpovídá Aplikační vrstva (Application layer) modelu TCP/IP? { ~ %-100% fyzická ~ %-100% spojová ~ %-100% síťová ~ %-100% transportní ~ %33.33333% relační ~ %33.33333% prezentační ~ %33.33333% aplikační } ::(1) TCP/IP 1.-4.::Seřaďte vzestupně jednotlivé vrstvy modelu TCP/IP\:{ = vrstva síťového přístupu (Network access layer) -> 1 = mezisíťová vrstva (Internet layer) -> 2 = transportní vrstva (Transport layer) -> 3 = aplikační vrstva (Application layer) -> 4 } ::(1) network access::Na úrovni vrstvy síťového přístupu (Network access layer) modelu TCP/IP nejsou definovány žádné specifické protokoly internetu. { TRUE } ::(1) mezisíťová::Transportní vrstva modelu TCP/IP je realizována internet protokolem a zprostředkovává datagramový, nespojovaný nespolehlivý přenos dat. { FALSE#toto platí spíše pro mezisíťovou vrstvu } ::(1) IP protokol 32/128::Adresa internet protokolu transportní vrstvy modelu TCP/IP je 32bitová. { FALSE#Adresy jsou 32 nebo 128bitové, IP protokol je definován na mezisíťové vrstvě. } ::(1) TCP a UDP::Spojovaný spolehlivý UDP a nespojovaný nespolehlivý TCP protokol je definován na transportní vrstvě modelu TCP/IP. { FALSE#TCP je spolehlivý, UDP nespolehlivý } ::(1) číslo portu::Kolika bitová je adresa čísla portu (port number) identifikující konkrétní spojení, definovaná na transportní vrstvě (Transport layer) modelu TCP/IP? {# =16:0 }
- 27 -
::(1) aplikační protokoly::S jakými specifikacemi (RFC) se lze setkat na úrovni aplikační vrstvy modelu TCP/IP? { ~ %50% protokoly síťových služeb ~ %50% protokoly (jazyky) pro popis struktury a formátu dat ~ %-100% protokoly definic aplikačního rozhraní ~ %-100% protokoly spolehlivého přenosu segmentovaných uživatelských dat ~ %-100% specifikace parametrů k zajištění kvality služeb } ::(2) nonAplikační protokoly::Které z uvedený protokolů nepatří mezi aplikační protokoly modelu TCP/IP? { ~ %50% TCP ~ %50% ICMP ~ %-100% DNS ~ %-100% http ~ %-100% IMAP ~ %-100% SMTP ~ %-100% DHCP ~ %-100% FTP ~ %-100% SMB } ::(2) konfigurace hostitele::Které parametry konfigurace musí mít hostitel nastaveny, aby mohl plnohodnotně komunikovat v síti internet? { ~ %25% unikátní IP adresa ~ %25% maska sítě (prefix) ~ %25% adresa výchozího routeru (brány) ~ %25% adresa DNS serveru ~ %-100% adresa DHCP serveru ~ %-50% adresa WINS serveru ~ %-100% MAC adresa hostitele ~ %-100% adresa Radius serveru ~ %-100% adresa proxi serveru } ::(1) číslo sítě/hostitele::Pro plnohodnotnou komunikaci v síti internet musí být u hostitele identifikovatelná jeho unikátní adresa v rámci sítě a unikátní adresa sítě, ve které se hostitel nachází.
Jakým způsobem jsou tyto údaje na hostiteli konfigurovány?
{ = Adresa sítě i hostitele je obsažena v jediné 32 nebo 128b IP adrese. ~ 32b nebo 128b IP adresa obsahuje identifikaci hostitele, adresa sítě je obsažena v masce/prefixu. ~ 128b IP adresa obsahuje obě informace v jediném čísle, 32b IP adresa obsahuje pouze identifikaci hostitele, v masce je kódována adresa sítě. ~ Každému hostiteli je přiřazena jediná unikátní IP adresa (32b nebo 128b), adresa sítě je určena konfigurací routeru, který danou síť spravuje.
- 28 -
~ Systém adresace umožňuje detekovat adresu sítě na základě konfigurace třídy adresy, 32b nebo 128b adresa je pak unikátní pro každého hostitele. } ::(1) internet protocol::Na které vrstvě modelu TCP/IP je definován IP (internet protocol)? { ~ vrstva síťového přístupu = mezisíťová vrstva ~ transportní vrstva ~ aplikační vrstva } ::(1) maska/prefix::Maska sítě neboli prefix sítě určuje jak velká část IP adresy je vyhrazena identifikaci sítě.{ TRUE } ::(1) routing table::Která zařízení v síti disponují směrovací (routovací) tabulkou? { = každý hostitel IP adresy v síti ~ směrovače (routery) s tabulkou modifikovanou administrátorem (staticky) nebo dynamickými routovacími protokoly ~ servery a směrovače (routery) ~ všechna propojovací (intermediary) zařízení ~ všechna zařízení kromě koncových (end devices) } ::(1) směrovací proces::Je následující popis procesu směrování správný? - Z IP paketu je přečtena IP adresa cíle
- porovná se, zda patří do některé sítě uvedené v záznamech směrovací tabulky
- pokud ano, je paket odeslán přes interface uvedený v daném záznamu
- pokud ne, je paket odeslán výchozí cestou (pokud není definována, je paket zahozen)
{ TRUE } ::(1) TTL/HL::Každý datagram má definovanou životnost (Time to Live). Jaká bude životnost datagramu s TTL \= 10? { = 10 přesměrování ~ 10 přenosů od příjemce k odesilateli ~ 10 tisíc kilometrů ~ 10 dní ~ 10 minut ~ 10 hodin ~ 10 sekund ~ 10 milisekund }
- 29 -
::(1!) max TTL::Jaká je maximální nastavitelná životnost (Time to Live / Hop Limit) každého IPv4 nebo IPv6 paketu?{ = 255 ~ 256 ~ 1000 ~ 1024 ~ 255 u IPv4, 1024 u IPv6 ~ 2<sup>32 ~ 2<sup>32 u IPv4, <sup>128 u IPv6 } ::(1) IPv4 32::Kolika bitová je adresa protokolu IPv4? {# = 32 } ::(1) IPv6 128::Kolika bitová je adresa protokolu IPv6? {# = 128 } ::(2) privátní adresy::Které zde uvedené adresní rozsahy patří do skupiny privátních adres (Address Allocation for Private Internets) podle RFC 1597? { ~ %33.33333% 10.0.0.0/8 ~ %33.33333% 172.16.0.0/12 ~ %33.33333% 192.168.0.0/16 ~ %-100% 192.168.0.0/12 ~ %-50% 172.16.0.0/16 ~ %-50% 169.254.0.0/16 ~ %-100% 195.169.0.0/16 } ::(1) APIPA::Který adresní rozsah je vyhrazený pro autokonfiguraci – APIPA (Automatic Private IP Addressing) podle RFC 3927? { = 169.254.0.0/16 ~ 10.0.0.0/8 ~ 172.16.0.0/12 ~ 192.168.0.0/16 } ::(1) ULA::Který zde uvedený adresní rozsah patří do skupiny privátních adres IPv6 - tzv. ULA (Unique Local Address)?{ = fc00::/7 ~ ff00::/8 ~ 2000::0/3 ~ fe80::/10 ~ 192.168.0.0/16 ~ 169.254.0.0/16 }
- 30 -
::(1) G Unicast::Který zde uvedený adresní rozsah zastupuje globální unicast IPv6 (veřejné IP adresy hostitelů)?{ = 2000::0/3 ~ fc00::/7 ~ ff00::/8 ~ fe80::/10 ~ 192.168.0.0/16 ~ 169.254.0.0/16 } ::(1) APIA IPv6::Který zde uvedený adresní rozsah je vyhrazen nestavové autokonfiguraci IPv6 (odpovídá APIPA - 169.254.0.0/16 v IPv4)?{ = fe80::/10 ~ 2000::0/3 ~ fc00::/7 ~ ff00::/8 ~ 192.168.0.0/16 ~ 169.254.0.0/16 } ::(2) protokoly nad IP::K jednotlivým systémovým protokolům realizovaným nad IP (přenášeným v datové části IP paketu) přiřaďte jejich hlavní úlohu\: { = testování spojení a informace o chybových stavech -> ICMP, ICMPv6 = odhalování síťového okolí -> CDP, ICMPv6 = identifikace (MAC adres) hostů v síti -> ARP, ICMPv6 = shromažďování informací potřebných ke směrování -> EIGRP, OSPF, BGP = zprostředkování multicastového přenosu dat -> IGMP, ICMPv6 } ::(3) systémové aplikační::Ke klíčovým systémovým službám aplikačních protokolů přiřaďte jejich činnosti\:{ = DHCP a DHCPv6 -> stavová konfigurace klienta = DNS -> překlad doménových názvů na IP adresy = LDAP -> zpřístupnění hierarchických adresářových služeb = RPC -> vzdálené spouštění procedur a funkcí = SNMP -> správa a získávání informací o rozsáhlých lokálních sítích = TLS/SSL -> šifrování přenášených dat } ::(1) port 80::Na které adrese transportní vrstvy (čísle portu) standardě „naslouchají“ webové servery (protokol http)? {# = 80:0 } ::(1) well known ports::Mezi tak zvané známé porty (well known ports) patří\: { = 0-1023 ~ 1-1024 ~ 1-1023
- 31 -
~ 0-1024 ~ 0-1000 ~ 1024–49151 ~ 1023–49151 } ::(2) kategorie čísel portů::Jaké skupiny čísel portů IANA definuje? { ~ %33.33333% známé porty (well known ports) ~ %33.33333% registrované porty ~ %33.33333% dynamické a soukromé porty ~ %-100% vyhrazené (rezervované) porty ~ %-100% volné porty ~ %-100% alokované porty } ::(2) UDP::Které znaky jsou charakteristické pro UDP (User Datagram Protocol)? { ~ %16.66667% nespojovaný ~ %16.66667% nespolehlivý protokol ~ %16.66667% datagramově orientovaný ~ %16.66667% pouze jednosměrný komunikační kanál ~ %16.66667% vhodný pro přenos malých objemů dat ~ %16.66667% konstantní latence ~ %-100% spojovaný ~ %-100% spolehlivý protokol ~ %-100% proudově orientovaný ~ %-100% obousměrná komunikace ~ %-100% vhodný pro přenos velkých objemů dat ~ %-50% kolísající latence } ::(2) TCP::Které znaky jsou charakteristické pro TCP (Transmission Control Protocol)? { ~ %-100% nespojovaný ~ %-100% nespolehlivý protokol ~ %-100% datagramově orientovaný ~ %-100% pouze jednosměrný komunikační kanál ~ %-100% vhodný pro přenos malých objemů dat ~ %-50% konstantní latence ~ %16.66667% spojovaný ~ %16.66667% spolehlivý protokol ~ %16.66667% proudově orientovaný ~ %16.66667% obousměrná komunikace ~ %16.66667% vhodný pro přenos velkých objemů dat ~ %16.66667% kolísající latence } ::(1) WWW prohlížeče::Uveďte název jakékoliv jedné běžně užívané aplikace pro přístup k webovým stránkám\:{
- 32 -
= Internet Explorer = Google Chrome = Firefox = Mozilla Firefox = Mozilla = Opera = Safari } ::(1) http::Ke které službě internetu se váže protokol http?{ = www ~ DNS ~ URL ~ SMTP ~ e-mail ~ TCP ~ internet ~ internet explorer } ::(2) URL::Zapište obecný formát URL (Uniform Resource Locator)\: (bez mezer, česky, s diakritikou) { = schéma://uživatel:heslo@doména:port/cesta = schéma://jméno:heslo@doména:port/cesta = protokol://uživatel:heslo@doména:port/cesta = protokol://jméno:heslo@doména:port/cesta = schéma://uživatel:heslo@název:port/cesta = schéma://jméno:heslo@název:port/cesta = protokol://uživatel:heslo@název:port/cesta = protokol://jméno:heslo@název:port/cesta = schema://uživatel:heslo@doména:port/cesta = schema://jméno:heslo@doména:port/cesta = schema://uživatel:heslo@název:port/cesta = schema://jméno:heslo@název:port/cesta } ::(1) HTML, CSS...::Zapište označení (akronym/zkratka) jednoho libovolného jazyka pro popis formátu dat, který je neodmyslitelně spjat se službou www\:{ = HTML = CSS = Flash } ::(1) MIME::Jak se nazývá klíčové rozšíření formátu zprávy elektronické pošty, které popisuje způsob kódování zprávy tak, aby při zachování kompatibility s původní definicí formátu zprávy bylo možné přenášet znaky národních abeced (diakritiku) a také vkládat vícenásobné binární přílohy? (uveďte akronym - zkratku) {
- 33 -
= MIME } ::(1) QP a Base64::Která dvě kódování užívá MIME ke konverzi zprávy do formátu vyhovujícímu pro přenos SMTP servery (RFC 821)? { ~ %50% qutoed-printable ~ %50% Base64 ~ %-100% MIME ~ %-100% UU Encode ~ %-100% text code ~ %-100% UTF-8 ~ %-100% bin2SMTP } ::(1) SMTP::Který protokol slouží k odesílání e-mailové zprávy? { = SMTP ~ POP3 ~ IMAP ~ DNS ~ http ~ FTP ~ ASCII } ::(1) e-zpráva::Ze kterých částí se skládá e-mailová zpráva?{ ~ %50% záhlaví ~ %50% tělo ~ %-100% obálka ~ %-100% zápatí ~ %-100% atribut ~ %-100% MIME } ::(1) MDA::Jakými způsoby lze získat doručenou zprávu od MDA (Mail Delivery Agent)? { ~ %33.33333% protokolem POP3 ~ %33.33333% protokolem IMAP ~ %33.33333% protokolem http (WebAccess) ~ %-100% protokolem SMTP ~ %-100% protokolem MIME } ::(1) DNS úloha::Primární úlohou DNS serveru je překlad IP adres na doménová jména. { FALSE } ::(1) TLD::Jak se označuje tak zvaná top-level doména (TLD)? { = doména 1. řádu ~ doména 0. řádu
- 34 -
~ kořenová doména ~ národní doména } ::(1) 3. řád DNS::V databázi domény kterého řádu je registrován počítač www.spsselib.hiedu.cz? { = v doméně 3. řádu ~ v doméně 2. řádu ~ v doméně 1. řádu ~ v doméně 4. řádu ~ v kořenové doméně } ::(2) skupiny TLD::K uvedeným doménám prvního řádu uveďte skupinu, do které patří\: { = .arpa -> Infrastrukturní / systémové = .com -> Generické (gTLD) = .travel -> Generické sponzorované (sTLD) = .to -> Národní (ccTLD) = -> neexistuje = -> specifické = -> komerční } ::(3) typy DNS záznamů::K uvedeným typům DNS záznamů uveďte jejich charakteristiku\:{ = A -> záznam pro překlad ze jména na IPv4 adresu = AAAA -> záznam pro překlad ze jména na IPv6 adresu = SOA -> informační záznam doménové zóny = CNAME -> alternativní jména domén = MX -> SMTP servery přijímající poštu = NS -> jména serverů spravujících danou doménu = PTR -> záznamy pro překlad IP adresy na doménové jméno = -> záznam systémové organizační architektury = -> záznam ukazatele na další (zástupnou) adresu = -> neexistující záznam = -> zrušený jmenný záznam } ::(1) autoritativní::Odpověď, kterou DNS server navrátil z vlastní vyrovnávací cache je považována za neautoritativní.{ TRUE } ::(1) neautoritativní::Odpověď získaná přímo z databáze konkrétního správce (cizí) domény je považována za autoritativní.{ TRUE }
- 35 -
příloha č. 3 – Dotazníková šetření e-learning ve výuce URL: http://goo.gl/6lUqD Vážení respondenti, žádám Vás o pomoc při jednoduchém dotazníkovém šetření týkajícím se vašich vědomostí a zkušeností v oblasti distančního vzdělávání – e-learningu. Cílem anonymního dotazníku je zjistit, jaké povědomí mají studenti o e-learningu a o jeho možnostech, v čem vidí v této formě výuky přínos pro své studium a co od ní očekávají. Nejedná se o žádný test znalostí, vyplňte proto dotazník na základě vlastních zkušeností, nepoužívejte žádné další zdroje. K zodpovězené části se již nevracejte. Vyplnění dotazníku nezabere více jak 5 minut. Za vyplnění otázek předem děkuji, Tomáš Kazda. 1.
Na základě následujícího vysvětlení pojmu e-learning se pokuste vybrat takové tvrzení, které je nejbližší vašemu postoji. "E-learning je distanční vzdělávání s využitím výpočetní techniky a (obvykle) internetu. Skládá se z řady dílčích celků a aktivit - výukových materiálů v elektronické podobě, zpřístupňuje multimediální obsah (obrázky, zvuk, animace, video, další elektronické a webové zdroje), lektor/tutor komunikuje se studenty prostřednictvím diskuzních fór, dotazníků a anket, obsahuje opakování a kontrolní testy." – Tato formulace odpovídá mojí představě o e-learningu – Pojem je formulován obsáhleji ve srovnání s mojí představou o e-learningu – Má představa e-learningu zabírá širší oblast (činností a možností) ve srovnání s uvedenou formulací – Moje představa o e-learningu je/byla poněkud jiná
-1-
– Nevím, co si pod takto vysvětleným pojmem mám představit 2.
Je pro vás e-learning (vhodnou, zajímavou) náhradou klasické formy výuky? Uvažujte v tomto kontextu pouze prezenční a kombinované formy vysokoškolského studia. – Ano – Ne – Pouze z části, jako doplnění (klasické = prezenční) formy
3.
Setkal(a) jste se někdy s výukou pomocí e-learningu? – Ano, s touto formou výuky mám již zkušenosti. – Ne, nikdy jsem se s touto formou výuky nesetkal(a).
4.
Vypište všechny druhy LMS, se kterými jste přišel (přišla) do styku: LMS je označení pro systémy/prostředí, ve kterých se realizují e-learningové kurzy. – aTutor, Dokeos, eFront, Moodle, OLAT, Sakai, GlobalScholar, JoomlaLMS, SharePointLMS – Nevím o jaký eLMS se jednalo – Jiný (doplňte)
5.
Myslíte si, že e-learningová podpora Vaše studium zefektivnila? Pokud jste e-learningových kurzů absolvoval(a) více, uvažujte ten, ze kterého jste měl(a) nejlepší dojem. – Ano – Ne – Neumím odpovědět
6.
S jakými možnostmi e-learningového kurzu jste se setkali? Pokud máte zkušenost s více kurzy, uvažujte jejich souhrn. – dokumenty ke stažení/tisku (s výukovým textem) -2-
– výukový text ve formě webových stránek (s vloženými obrázky a odkazy na další webové zdroje) – interaktivní výukový text (další části se studentovi odkrývají až po zvládnutí předchozí kapitoly - jejím přečtením nebo zodpovězením několika otázek) – animace a videosekvence, další multimediální obsah – seznam odkazů na literaturu a další související (webové) zdroje – otázky a testy k opakování – případové studie (příklady) k procvičování – kontrolní testy (jako součást nebo náhrada zápočtu / zkoušky) – diskusní fórum pro komunikaci s tutorem (lektorem) a spolužáky – systém dotazníků a anket pro řešení otázek souvisejících se studiem (FAQ Frequently Asked Questions) 7.
Jak byste nejraději e-learning využívali? – Jako jediný zdroj informací (náhrada přednášek, cvičení, učebních textů) – Místo přednášek – Jako doplněk k přednáškám – Místo učebnic
8.
Co vše by podle vás měl doplňkový e-learningový kurz obsahovat? (Uvažujte situaci, kdy kurz je doplňkem kombinované/prezenční formy studia – tedy s lektorem se v omezené míře setkáváte i osobně.) Zaškrtněte pouze ty možnosti, které považujete za klíčové – bez nichž by kurz nebyl plnohodnotný. – viz 6.
9.
Vaše věková kategorie je: – do 20 let, 21–25 let, 31–35 let, více jak 35 let
-3-
kurz Úvod do počítačových sítí – zhodnocení URL: http://goo.gl/aHOlQ Vážení frekventanti studijní podpory kurzu Úvod do počítačových sítí (Síťové technologie), na závěr Vás prosím o anonymní zhodnocení kurzu. Cílem je odhalení slabých míst a nedostatků, objevení příležitostí pro rozšiřování a aktualizaci kurzu. V průběhu vyplňování se můžete vracet do kurzu za účelem připomenutí si aspektů souvisejících s konkrétním dotazem. Připomínám, že kurz je primárně koncipován jako jedno-semestrový (půlroční) úvod do tématu počítačových sítí – zaměřený tedy spíše na teorii, názvosloví a principy. Kurz lze znovu projít zde: http://vyuka.pslib.cz/moodle2/course/view.php?id=5 Za vyplnění otázek předem děkuji, Tomáš Kazda. 1.
Jaká byla vaše znalost problematiky principů počítačových sítí před absolvováním kurzu? Pokuste se subjektivně zhodnotit stav vašich znalostí, schopností a dovedností v oblasti teorie počítačových sítí. – 0 – žádné znalosti nebo jen obecné "povědomí" – 5 – znalosti principů a souvislostí, schopnost jejich praktické aplikace
2.
Jaká je vaše znalost problematiky principů počítačových sítí po absolvování kurzu? Berte v úvahu subjektivní hladinu znalostí bez ohledu na to, jakým způsob byly nabyty. – 0 – žádné znalosti nebo jen obecné "povědomí" – 5 – znalosti principů a souvislostí, schopnost jejich praktické aplikace
-4-
3.
Jak hodnotíte orientaci v kurzu? Jak bylo pro vás přehledné členění kurzu, návaznost jednotlivých částí a provázanost textu – 0 – zcela nepřehledné – 7 – snadná orientace, výborná návaznost
4.
Jak hodnotíte srozumitelnost a obsahovou skladbu kurzu? Jak byla výkladová část srozumitelná, přiměřeně komplexní, jak vhodně kombinovala odkazy v textu na další zdroje? – 0 – zcela nesrozumitelná nebo příliš málo/mnoho komplexní – 7 – srozumitelná, obsahově vyvážená
5.
S jakou pravděpodobností kurz využijete k přípravě na závěrečnou zkoušku? Zkouškou je myšlena maturitní zkouška nebo zkouška uzavírající předmět v daném semestru. – 0 – určitě nevyužiji – 7 – určitě využiji
6.
Jakou formu „výkladu“ jedné kapitoly (přednášky) v kurzu preferujete? Vyberte pouze tu možnost, která ve vašich preferencích převažuje. – Přečtení výkladu kapitoly jako celku (jedna webová stránka / PDF dokument), volitelně zopakování znalostí v testu. – Čtení výkladu rozděleného do více částí, následně volitelné opakování svých znalostí v kontrolním testu. – Čtení výkladu rozděleného do více částí, kde každá je zakončena kontrolní otázkou. – Čtení výkladu rozděleného do více částí, kde každá je zakončena kontrolní otázkou – dokud není správně zodpovězena, nelze ve studiu pokračovat.
-5-
– Čtení interaktivní přednášky, jednotlivé její části jsou zakončeny kontrolními otázkami, pokud jsou zodpovězeny špatně, dojde k přesměrování na související část výkladu. 7.
Byl časový limit vyhrazený jednotlivým testovacím úlohám adekvátní? Pokud bylo vyvážení jednotlivých úloh nevyrovnané, odpovězte podle převládajícího stavu. – 1 – příliš málo času na test – 5 – zbytečně mnoho času na test
8.
Byly jednotlivé otázky v testech formulovány dostatečně srozumitelně? Nehodnotíte, zda byly otázky lehké nebo těžké, ale zda bylo jasné, na co jste v otázce tázáni. Uvažujte "průměrný stav". – 1 – formulace byla méně srozumitelná – 5 – zcela srozumitelně formulované otázky
9.
Jak byly otázky v testu těžké / náročné? Zhodnoťte celkový subjektivní pocit z náročnosti testovacích otázek. – 1 – těžké nebo zavádějící – 5 – velmi lehké
Závěrečné připomínky ke kurzu Nyní vás poprosím, abyste se pokusili v jedné větě vyjádřit k pozitivním a negativním stránkám kurzu. Dotazník je zcela anonymní a nelze identifikovat respondenta ;-) 10.
Uveďte jeden výrazný prvek kurzu, který považujete ze svého pohledu za pozitivní. Může se týkat přehlednosti, obsahové kvality, členění, srozumitelnosti nebo náročnosti kurzu.
11.
Uveďte jeden negativní aspekt kurzu. Může to být prvek, který vám na kurzu vadil nebo chyběl.
-6-
příloha č. 4 – Statistické vyhodnocení kontrolních otázek Téma Ot.č. Typ úlohy A 1 Přiřazování A 2 Přiřazování A 3 Přiřazování A 4 Výběr z možných odpovědí A 5 Výběr z možných odpovědí A 6 Výběr z možných odpovědí A 7 Výběr z možných odpovědí A 8 Výběr z možných odpovědí A 9 Výběr z možných odpovědí A 10 Výběr z možných odpovědí A 11 Výběr z možných odpovědí A 12 Výběr z možných odpovědí A 13 Výběr z možných odpovědí A 14 Výběr z možných odpovědí A 15 Výběr z možných odpovědí A 16 Krátká tvořená odpověď A 17 Krátká tvořená odpověď A 18 Pravda/Nepravda A 19 Pravda/Nepravda A 20 Pravda/Nepravda A 21 Pravda/Nepravda A 22 Pravda/Nepravda B 1 Přiřazování B 2 Přiřazování B 3 Přiřazování B 4 Výběr z možných odpovědí B 5 Výběr z možných odpovědí B 6 Výběr z možných odpovědí B 7 Výběr z možných odpovědí B 8 Výběr z možných odpovědí B 9 Výběr z možných odpovědí B 10 Výběr z možných odpovědí B 11 Výběr z možných odpovědí B 12 Výběr z možných odpovědí B 13 Výběr z možných odpovědí B 14 Výběr z možných odpovědí B 15 Výběr z možných odpovědí B 16 Výběr z možných odpovědí B 17 Výběr z možných odpovědí B 18 Výběr z možných odpovědí B 19 Výběr z možných odpovědí B 20 Výběr z možných odpovědí B 21 Výběr z možných odpovědí B 22 Výběr z možných odpovědí B 23 Výběr z možných odpovědí B 24 Výběr z možných odpovědí B 25 Výběr z možných odpovědí B 26 Výběr z možných odpovědí B 27 Výběr z možných odpovědí B 28 Výběr z možných odpovědí B 29 Výběr z možných odpovědí B 30 Výběr z možných odpovědí B 31 Pravda/Nepravda B 32 Pravda/Nepravda B 33 Pravda/Nepravda B 34 Pravda/Nepravda C 1 Přiřazování C 2 Přiřazování C 3 Výběr z možných odpovědí C 4 Výběr z možných odpovědí
Název úlohy Metody spojení Protokol a standard, ot. 3 Realizace spojení – kom. prvky Dělení podle interaktivity Dělení podle účastníků Konvergované a dedikované 1 Konvergované a dedikované 2 Protokol a standard, ot. 1 Protokol a standard, ot. 2 Rozdělení síťových prostředků Rychlost datového přenosu Rychlost přenosu - kbps Řízení kvality komunikace Typy dat - ot. 1 Typy dat - ot. 2 Metody spojení - duplex Metody spojení - simplex Části sítě otázka 1 Části sítě otázka 2 Části sítě otázka 3 Části sítě otázka 4 Části sítě otázka 5 (1)Koax (2)Aktivní prvky (2)dělení dle rozsahu (1)Bus (1)hybrid (1)Kritický úhel (1)logická topologie (1)média srovnání (1)Metalika - média (1)Mezilehlá zařízení (1)Optika - materiál (1)Pasivní prvky definice (1)průměr jádra (1)ring (1)segmentace (1)spolehlivost spojovanost (1)Star (1)topologie termíny (1)UTP STP (1)Zabezpečení dat - obsah (2)circuit switching (2)LAN (2)packet switching (2)Propojovací zařízení (2)WAN (2)Zabezpečení dat - důvěrnost (3)Koncová zařízení (3)Moderní architektura (3)Pasivní prvky výčet (3)Propojovací (1)fyzická topologie (1)Metalika - galvanické (1)Twisted (1)UTPvsKoax (2)OSI - vrstvy (2) PDU (1) aktivní síťová (1) aplikačně orientované vrstvy
-1-
Facility index Směrodatná odchylka 93,83% 22,72% 84,57% 28,84% 80,25% 36,11% 37,04% 40,65% 65,43% 37,25% 66,67% 48,04% 100,00% 0,00% 66,67% 48,04% 75,93% 35,00% 96,30% 19,25% 81,48% 39,58% 61,11% 34,90% 88,89% 32,03% 79,63% 39,85% 66,67% 48,04% 88,89% 32,03% 85,19% 36,20% 62,96% 49,21% 48,15% 50,92% 62,96% 49,21% 59,26% 50,07% 77,78% 42,37% 93,48% 22,88% 75,00% 26,11% 83,85% 28,34% 52,17% 51,08% 56,52% 50,69% 69,57% 47,05% 89,13% 29,99% 95,65% 20,85% 50,00% 50,00% 73,91% 44,90% 82,61% 38,76% 82,61% 38,76% 95,65% 20,85% 95,65% 20,85% 86,96% 34,44% 89,13% 29,99% 86,96% 34,44% 100,00% 0,00% 91,30% 28,81% 69,57% 47,05% 43,48% 48,39% 80,43% 26,06% 41,30% 49,20% 78,26% 42,17% 83,70% 29,78% 84,06% 19,77% 72,17% 26,62% 82,61% 38,76% 87,68% 16,06% 59,57% 28,04% 100,00% 0,00% 73,91% 44,90% 82,61% 38,76% 82,61% 38,76% 100,00% 0,00% 68,48% 38,60% 73,91% 44,90% 97,83% 10,43%
Téma Ot.č. Typ úlohy Název úlohy C 5 Výběr z možných odpovědí (1) aplikační C 6 Výběr z možných odpovědí (1)bit na médiu C 7 Výběr z možných odpovědí (1) boradcast C 8 Výběr z možných odpovědí (1) fyzická adresa C 9 Výběr z možných odpovědí (1) hostitel C 10 Výběr z možných odpovědí (1) logická adresa C 11 Výběr z možných odpovědí (1) multicast C 12 Výběr z možných odpovědí (1)NRZ C 13 Výběr z možných odpovědí (1)OFDM C 14 Výběr z možných odpovědí (1)OSI význam fyzická C 15 Výběr z možných odpovědí (1)OSI význam prezentační C 16 Výběr z možných odpovědí (1)OSI význam relační C 17 Výběr z možných odpovědí (1)OSI význam síťová C 18 Výběr z možných odpovědí (1)OSI význam spojová C 19 Výběr z možných odpovědí (1)OSI význam transportní C 20 Výběr z možných odpovědí (1)QAM PSK ASK C 21 Výběr z možných odpovědí (1) redundance C 22 Výběr z možných odpovědí (1) relační C 23 Výběr z možných odpovědí (1) spojová - úkol C 24 Výběr z možných odpovědí (1)synchronizace C 25 Výběr z možných odpovědí (1) transportní2 C 26 Výběr z možných odpovědí (2) aktivní spojová C 27 Výběr z možných odpovědí (2) bezkolizní C 28 Výběr z možných odpovědí (2)fyzická nepatří C 29 Výběr z možných odpovědí (2) kolizní C 30 Výběr z možných odpovědí (2)výhody modelu OSI C 31 Výběr z možných odpovědí (2) X-cast C 32 Výběr z možných odpovědí (3) aktivní fyzická C 33 Výběr z možných odpovědí (3) prezentační C 34 Numerická úloha (2)4B5B C 35 Krátká tvořená odpověď (1)Protokol C 36 Krátká tvořená odpověď (2)zapouzdření C 37 Pravda/Nepravda (1)fyzická C 38 Pravda/Nepravda (1)Protokol/rozhraní C 39 Pravda/Nepravda (1) transportní3 E 1 Přiřazování (2) DSL bandwidth E 2 Přiřazování (2) DSL speed E 3 Přiřazování (2) rychlosti Wi-Fi E 4 Výběr z možných odpovědí (1) asociace E 5 Výběr z možných odpovědí (1) autonegotiation E 6 Výběr z možných odpovědí (1) CAT5e 1GEth E 7 Výběr z možných odpovědí (1) CSMA/CD E 8 Výběr z možných odpovědí (1) DMT E 9 Výběr z možných odpovědí (1) DSL symetrická vedení E 10 Výběr z možných odpovědí (1) Ethernet Optika E 11 Výběr z možných odpovědí (1) FHSS E 12 Výběr z možných odpovědí (1) IEEE 802.11 E 13 Výběr z možných odpovědí (1) IEEE 802.11abghn E 14 Výběr z možných odpovědí (1) MIMO E 15 Výběr z možných odpovědí (1) non CSMA E 16 Výběr z možných odpovědí (1) OFDM E 17 Výběr z možných odpovědí (1) Radius E 18 Výběr z možných odpovědí (1) rychlost EDGE E 19 Výběr z možných odpovědí (1) rychlost HSPA E 20 Výběr z možných odpovědí (1) SSID E 21 Výběr z možných odpovědí (1) Wi-Fi ČTU E 22 Výběr z možných odpovědí (1) WPA2-EAP E 23 Výběr z možných odpovědí (1) WPA2-PSK E 24 Výběr z možných odpovědí (1) 1000BASE-T E 25 Výběr z možných odpovědí (2) data v GSM
-2-
Facility index Směrodatná odchylka 65,22% 48,70% 92,75% 17,28% 82,61% 38,76% 82,61% 38,76% 78,26% 42,17% 73,91% 44,90% 91,30% 28,81% 69,57% 47,05% 86,96% 30,96% 65,22% 48,70% 82,61% 38,76% 100,00% 0,00% 86,96% 34,44% 60,87% 49,90% 73,91% 44,90% 78,26% 42,17% 95,65% 20,85% 91,30% 28,81% 91,30% 28,81% 86,96% 34,44% 47,83% 51,08% 67,39% 46,73% 86,96% 30,96% 67,39% 46,73% 93,48% 22,88% 69,57% 24,77% 86,96% 34,44% 65,22% 44,36% 24,64% 42,90% 56,52% 31,28% 47,83% 51,08% 86,96% 34,44% 95,65% 20,85% 73,91% 44,90% 52,17% 51,08% 90,22% 25,83% 84,78% 23,52% 75,65% 21,71% 86,96% 34,44% 91,30% 28,81% 73,91% 44,90% 86,96% 34,44% 82,61% 38,76% 69,57% 47,05% 56,52% 50,69% 82,61% 38,76% 100,00% 0,00% 95,65% 20,85% 86,96% 34,44% 47,83% 51,08% 60,87% 49,90% 86,96% 34,44% 86,96% 34,44% 82,61% 38,76% 91,30% 28,81% 60,87% 49,90% 78,26% 42,17% 86,96% 34,44% 56,52% 50,69% 59,42% 49,19%
Téma Ot.č. Typ úlohy Název úlohy E 26 Výběr z možných odpovědí (2) data v UMTS E 27 Výběr z možných odpovědí (2) GSM, UMTS E 28 Výběr z možných odpovědí (2) TDMA, FDMA E 29 Krátká tvořená odpověď (1) Wi-Fi akronym E 30 Výběr z možných odpovědí (1) Auto-MDIX F 1 Přiřazování (1) TCP/IP 1.-4. F 2 Přiřazování (2) protokoly nad IP F 3 Přiřazování (2) skupiny TLD F 4 Přiřazování (3) systémové aplikační F 5 Přiřazování (3) typy DNS záznamů F 6 Výběr z možných odpovědí (1) APIA IPv6 F 7 Výběr z možných odpovědí (1) APIPA F 8 Výběr z možných odpovědí (1) aplikační protokoly F 9 Výběr z možných odpovědí (1) číslo sítě/hostitele F 10 Výběr z možných odpovědí (1) e-zpráva F 11 Výběr z možných odpovědí (1) G Unicast F 12 Výběr z možných odpovědí (1) http F 13 Výběr z možných odpovědí (1) internet protocol F 14 Výběr z možných odpovědí (1) max TTL F 15 Výběr z možných odpovědí (1) MDA F 16 Výběr z možných odpovědí (1) QP a Base64 F 17 Výběr z možných odpovědí (1) RFC - IETF F 18 Výběr z možných odpovědí (1) routing table F 19 Výběr z možných odpovědí (1) SMTP F 20 Výběr z možných odpovědí (1) TCP/IP 1. F 21 Výběr z možných odpovědí (1) TCP/IP vs OSI F 22 Výběr z možných odpovědí (1) TCP/IP 2. F 23 Výběr z možných odpovědí (1) TCP/IP 3. F 24 Výběr z možných odpovědí (1) TLD F 25 Výběr z možných odpovědí (1) TTL/HL F 26 Výběr z možných odpovědí (1) ULA F 27 Výběr z možných odpovědí (1) well known ports F 28 Výběr z možných odpovědí (1) 3. řád DNS F 29 Výběr z možných odpovědí (2) IANA F 30 Výběr z možných odpovědí (2) kategorie čísel portů F 31 Výběr z možných odpovědí (2) konfigurace hostitele F 32 Výběr z možných odpovědí (2) nonAplikační protokoly F 33 Výběr z možných odpovědí (2) privátní adresy F 34 Výběr z možných odpovědí (2) TCP F 35 Výběr z možných odpovědí (2) TCP/IP 4. F 36 Výběr z možných odpovědí (2) UDP F 37 Numerická úloha (1) číslo portu F 38 Numerická úloha (1) IPv4 32 F 39 Numerická úloha (1) IPv6 128 F 40 Numerická úloha (1) port 80 F 41 Krátká tvořená odpověď (1) HTML, CSS... F 42 Krátká tvořená odpověď (1) MIME F 43 Krátká tvořená odpověď (1) WWW prohlížeče F 44 Krátká tvořená odpověď (2) URL F 45 Pravda/Nepravda (1) autoritativní F 46 Pravda/Nepravda (1) DNS úloha F 47 Pravda/Nepravda (1) internet JE F 48 Pravda/Nepravda (1) internet NENÍ F 49 Pravda/Nepravda (1) IP protokol 32/128 F 50 Pravda/Nepravda (1) maska/prefix F 51 Pravda/Nepravda (1) mezisíťová F 52 Pravda/Nepravda (1) neautoritativní F 53 Pravda/Nepravda (1) network access F 54 Pravda/Nepravda (1) směrovací proces F 55 Pravda/Nepravda (1) TCP a UDP
-3-
Facility index Směrodatná odchylka 57,97% 35,13% 41,30% 49,20% 80,43% 39,14% 65,22% 48,70% 82,61% 38,76% 97,92% 10,21% 68,33% 36,32% 71,88% 31,55% 92,36% 17,01% 76,79% 32,03% 58,33% 50,36% 79,17% 41,49% 39,58% 48,85% 29,17% 46,43% 54,17% 50,90% 70,83% 46,43% 75,00% 44,23% 58,33% 50,36% 87,50% 33,78% 70,83% 37,19% 87,50% 33,78% 83,33% 38,07% 25,00% 44,23% 91,67% 28,23% 91,67% 28,23% 79,17% 41,49% 95,83% 20,41% 95,83% 20,41% 66,67% 48,15% 87,50% 33,78% 62,50% 49,45% 75,00% 44,23% 66,67% 48,15% 56,94% 43,38% 59,72% 45,02% 65,63% 39,57% 29,17% 46,43% 40,97% 34,75% 86,81% 29,48% 97,22% 13,61% 77,08% 33,98% 83,33% 38,07% 100,00% 0,00% 91,67% 28,23% 87,50% 33,78% 83,33% 38,07% 75,00% 44,23% 75,00% 44,23% 77,08% 41,65% 87,50% 33,78% 58,33% 50,36% 87,50% 33,78% 50,00% 51,08% 58,33% 50,36% 91,67% 28,23% 83,33% 38,07% 87,50% 33,78% 75,00% 44,23% 87,50% 33,78% 79,17% 41,49%
příloha č. 5 – CD s kurzem v Moodle Součástí práce je přiložené CD-ROM s kompletním exportem kurzu pro LMS Moodle. Formát je kompatibilní se všemi verzemi Moodle 2.x. Zkušební verze kurzu je po blíže nespecifikovanou dobu bez garance dostupná na adrese http://vyuka.pslib.cz/moodle2/ – kurz „TIS2 - Síťové technologie“ (vstup i pro hosty).
-1-
