Počítačové sítě
Počítačová síť je skupina počítačů (uzlů), popřípadě periferií, které jsou vzájemně propojeny tak, aby mohly mezi sebou komunikovat.
Základní prvky sítě • Počítače se síťovým adaptérem – pracovní stanice a servery. • Komponenty umožňující propojení – přenosová média, pasivní prvky (konektory, zásuvky, …) a aktivní prvky sítě. • Software, který umožňuje sdílení a přístup ke zdrojům – síťový operační systém. • Společná sada pravidel, která definuje způsob komunikace v síti – komunikační protokoly.
Přenosová média • Koaxiální kabel • Kroucená dvoulinka (Twisted Pair), kroucený • • • •
čtyřpár Optický kabel Radiové spoje Satelitní spoje Infračervené přenosy
Aktivní prvky sítě
• • • • • •
Opakovač (Repeater) – zesilovač signálu Koncentrátor (Hub) – propouští všechna data Most (Bridge) – odděluje provoz v segmentech sítě Přepínač (Switch) – propustí data podle segmentů Směrovač (Router) – provádí směrování k uzlu Brána (Gateway) – propojuje velmi odlišné sítě (často až na úrovni aplikační vrstvy) uzel X
uzel Y
Aplikační
Aplikační
Transportní
brána
Transportní
Síťová
směrovač
Síťová
V. síťového rozhraní
most opakovač
V. síťového síťového V. rozhraní rozhraní
fyzický přenos
Aktivní prvky sítě Opakovač
Koncentrátor (HUB)
Přepínače
Rozdělení sítí • Podle rozlehlosti – LAN (lokální počítačové sítě (Local Area Network)), – MAN (metropolitní sítě (Metropolitan Area Network)), – WAN (rozlehlé datové sítě (Wide Area Network)) • Podle topologie – sběrnicová (Ethernet), – kruhová (Token Ring), – hvězda (ARCnet) • Podle přístupové metody – stochastická - CSMA/ CD (Ethernet), – deterministická (Token Ring) • Podle rolí jednotlivých uzlů – peer to peer, klient - server
Topologie sítě (uspořádání kabeláže) Sběrnicová topologie: Ethernet
Topologie se strukturovanou kabeláží (hvězda): Ethernet
Kruhová topologie: Token Ring
HUB HUB
Přístupová metoda - kolizní - CSMA/CD (Carier Sense Multiple Access/Colision Detection)
peer-to-peer
klient -server
Ethernet • Standard, který z pohledu ISO-OSI pokrývá fyzickou a linkovou (spojovou) vrstvu • Používá nedeterministickou přístupovou metodu s detekcí kolize (CSMA/CD) • Původně sběrnicová topologie sítě
Síťová architektura • Představuje strukturu řízení komunikace • Založeny na vrstvových modelech • Standardy: • referenční model ISO/OSI - 70. léta 20. století (Open Systems Interconnection) • rodina protokolů TCP/IP - 60. léta 20. století ARPAnet
Porovnání standardů síťových architektur ISO/OSI – nejznámější standard, 7 vrstev, dokonalé řešení TCP/IP – vývoj modelu měl opačný charakter – od jednoduššího k dokonalejšímu protokoly -> vrstvy, TCP/IP aplikační transportní síťová vrstva síťového rozhraní (fyzická)
ISO/OSI aplikační prezentační relační transportní síťová linková fyzická
Síťová architektura Vrstvový model (říká, co se má kde dělat) • rozdělení problému na dílčí úlohy, o které se starají jednotlivé vrstvy • definuje rozhraní vrstev
Protokol (říká, jak se má co dělat) • souhrn pravidel a technologií pro vzájemnou komunikaci • je specifický pro konkrétní vrstvu • definuje přesný formát dat
Vrstva • • •
Každá vrstva využívá služeb vrstvy nižší Svoje služby každá vrstva nabízí vrstvě vyšší Partnerem vrstvy N při vzájemné komunikaci je opět vrstva N • Spolupráce mezi entitami téže vrstvy je řízena komunikačními protokoly
Vrstva N+1 Vrstva N Vrstva N-1
Vrstva N+1 Komunikační protokol
Vrstva N Vrstva N-1
Činnost v jednotlivých vrstvách TCP/IP Aplikační vrstva Zajišťuje uživatelům přístup k souborům a aplikacím. Má na starosti konverzi dat, navazuje a ukončuje spojení. Zpřístupňuje síťové služby. Transportní vrstva Úkolem transportní vrstvy je zajistit spolehlivost přenosu – o to se stará protokol TCP. Některé aplikace si spolehlivost zajišťují samy v rámci aplikační vrstvy a používají protokol UDP. Síťová vrstva Úkolem síťové vrstvy je zajistit jednotnou adresaci, spojení a směrování (určuje cestu) mezi dvěma počítači. Nejdůležitějším protokolem této vrstvy je IP protokol.
Aplikační vrstva Zajišťuje uživatelům přístup k souborům a aplikacím. Má na starosti konverzi dat, navazuje a ukončuje spojení. Zpřístupňuje síťové služby. Vrstva síťového rozhraní Standardy v rámci této vrstvy definují pravidla pro připojení počítačů ke kabeláži, typy konektorů, způsob zpracování signálů, elektrické parametry signálů, atp. Základní úlohou je příjem, přenos a odesílání bloků dat (rámců) mezi propojenými uzly po přenosovém médiu (kabeláži).
Některé protokoly TCP/IP TELNET FTP
SMTP
TCP IP
ICMP
SÍŤOVÝ HARDWARE
HTTP další
Aplikační
UDP
Transportní
ARP
RARP
Síťová (Internetová) Vrstva síťového rozhraní
Protokoly aplikační vrstvy
FTP (File Transfer Protocol) - pro službu FTP Telnet - pro službu Telnet (terminál) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - pro E-mail POP3 (Post Office Protocol) - pro službu E-mail HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - pro službu WWW
Protokoly transportní vrstvy TCP (Transmission Control Protocol) - kladně potvrzovaný přenos dat UDP (User Datagram Protocol) - nepotvrzovaný přenos dat
Protokoly síťové vrstvy IP (Internet Protocol) - přenos paketů, směrování přes IP adresy ARP (Address Resolution Protocol) - MAC adresa z IP adresy RARP (Reverse Address Resolution Protocol) - automatické přidělení IP adresy připojenému počítači ICMP (Internet Control Message Protocol) - přenos služeb. informací
Komunikace v sítích TCP/IP Adresace v TCP/IP Každý uzel v síti je jednoznačně identifikován svojí adresou. Pro komunikaci mezi uzly je třeba rozlišovat několik typů adres: • Doménová adresa = textová adresa (na úrovni aplikační vrstvy) např. www.seznam.cz • IP adresa = logická adresa (na úrovni síťové vrstvy) 32 bitů - např. 195.119.180.19 • MAC adresa = fyzická (skutečná) adresa (na úrovni vrstvy síťového rozhraní)
48 bitů - např. 00-00-64-65-73-74
Adresace v TCP/IP sítích IP adresa (IP verze 4) • 32 bitové číslo zapsané jako čtveřice dekadických čísel oddělených tečkou. • logická (abstraktní) adresa Příklad IP adresy: 147.229.22.10 0
7 8 1001 0011
15 16 23 24 31 1110 0101 0001 0110 0000 1010
Konečný počet adres: 2 32 Pro potřeby směrování je IP adresa (p.q.r.s) tvořena 2 složkami: - netid (přiděluje správce IP adres) - hostid (přiděluje správce IP adres) 147
229
22
10
Přenos dat mezi sítěmi Každý uzel v síti musí znát: - svoji a cílovou IP adresu, - IP adresu směrovače na své fyzické síti - svoji MAC adresu • Sítě spolu komunikují přes směrovače (routery) - přes IP adresy sítě
B
A Router 1 Router 2 C
Router 3 D
E
Komunikace v sítích TCP/IP Uzel X
každá vrstva při odesílání dat přidává svoje záhlaví nebo je odebírá při příjmu dat
Aplikační vrstva
data z aplikace zpráva
Transportní vrstva
TCP hlavička
paket
Síťová vrstva Vrstva síťového rozhraní
TCP data
IP hlavička
hlavička rámce
IP data datagram data rámce rámec
fyzický přenos
Uzel Y
Aplikační vrstva Transportní vrstva Síťová vrstva Vrstva síťového rozhraní
Ethernet a adresace
• • •
Adresa MAC má 6 bytů Adresa by měla být unikátní Horní 3 byty dostává výrobce od autority – 3Com 00-20-AF – SMC 00-40-27 • Rámce – Ethernet II – Ethernet 802.3 – Ethernet 802.2 – ...
Některé užitečné příkazy Nefunguje-li síť, zadáme z příkazového řádku: ipconfig - zjistí IP adresu směrovače (výchozí brány) ping IP adresa brány - odezva uzlu
tracert adresa
výpis trasy k danému uzlu
