Počítačové sítě 1 Přednáška č.1

Počítačové sítě 1 Přednáška č.1

Vyučující • Garant předmětu – Mgr. Josef Horálek – Katedra softwarových technologií – [email protected]

• Vyučující – Ing. Soňa Neradová – Ing. Stanislav Zitta

Osnova • • • • • •

Cíle a náplň předmětu Literatura a další zdroje Představení požadavků a CISCO certifikací Historie počítačových sítí Základní prvky a principy počítačových sítí Základní síťové modely – – – –

ISO/OSI TCP/IP DECNET XEROX NETWORK MODEL

• Síťových topologie a druhy sítí

Cíl předmětu

• Seznámit posluchače se základními principy činnosti počítačových sítí a způsobu jejich spojování – Historie a klasifikace počítačových sítí, služby, topologie, zpráva, rámec, paket, RM ISO/OSI – Vytváření LAN, základní principy přepínaných sítí – Strukturovaná kabeláž a návrh sítí – Protokoly, principy TCP/IP modelu – Směrovací protokoly IPv4 a IPv6 – Propojování počítačových sítí a směrování, Internet – Transportní vrstva a její protokoly – Aplikační vrstva a její protokoly – Management počítačových sítí

Literatura

http://www.cisco.cz

Literatura • BIGELOW, J. S.: Mistrovství v počítačových sítích, Computer Press, Praha, 2004. ISBN 80-251-0178-9. • DOSTÁLEK, L., KABELOVÁ, A.: Velký průvodce protokoly TCP/IP a systémem DNS, Computers Press, Brno, 2005. ISBN 80-7226-675-6. • TEARE, D.: Návrh a realizace sítí CISCO, Computer Press, Brno, 2003. ISBN 80-251-0022-7. • SPORTAC, M. A.: Směrování v IP sítích, Computer Press, Brno, 2004. ISBN 80-251-0127-4.

On-line zdroje

http://www.svetsiti.cz http://www.cisco.cz http://www.computer.org http://www.techweb.com/tech/networking

Představení požadavků • Požadavky na ukončení předmětu • Zápočet – Docházka povinná, dle studijního řádu (nutné splnit dílčí testy nebo úkoly na cvičení – Splnění půlsemestrálního testu (písemný výpočet podsíťování) – Praktická zkouška (zhotovení a otestování datového kabelu) – Získání certifikátu CISCO CCNA1 (Network Fundamentals) nebo zápočtového testu v češtině (bez možnosti získat uznávanou certifikaci) – Uznání zápočtu za certifikát CISCO CCNA1 (CCNA Exploration 4.0 a vyšší, CCNA Discovery není uznáván)

• Zkouška – Vypracování zkoušky v systému OLIVA (min. 50 %) – Získání bonusu za účast na přednáškách v případě nerozhodné známky

Představení CISCO certifikací • CCNA Exploration – Cisco Certified Network Associate – – – –

CCNA1: CCNA2: CCNA3: CCNA4:

Základy síťových technologií (PSIT1) Směrovací protokoly a koncepty (PSIT2) LAN přepínání a bezdrátové technologie (PSIT3) Připojení k síti WAN (PSIT4)

• CCNP – Cisco Certified Network Professional – – –

CCNP Route CCNP Switch CCNP Troubleshooting

• CCNA Security – –

Zaměřeno na bezpečnost Možnost získat v rámci předmětu OBDAI

Historie a vývoj počítačových sítí

Historie a vývoj počítačových sítí

• Dnešní nejznámější sítí je Internet. • Existuje a existovalo však mnoho jiných sítí. – – – – – – –

1969 ARPANET – Předchůdce Internetu 1972 CYCLADES – Francouzská experimentální síť 1983 MILNET – Americká a evropská vojenská síť 1981 BITNET – Síť pro akademické a výzkumné účely 1981 CSNET - Síť pro akademické a výzkumné účely 1986 NSFNET – První vysokorychlostní páteřní síť 1996 INTERNET2 – Americká iniciativa posouvající možnosti internetu – 1996 CESNET – Česká národní vysokorychlostní výzkumná síť – 2001 GEÁNT – Evropská páteřní akademická síť

ARPANET • • • • • •

První počítačová sít založená na přepínání paketů. Předek dnešního internetu. Původně experimentální akademicko-vojenský projekt. Financována vládní agenturou DARPA ministerstva obrany USA. Koncipována tak, aby připojené počítače byly schopny komunikovat i po zničení části sítě jaderným útokem = princip decentralizace. Základem byly počítače na čtyřech amerických univerzitách (1969): – – – –

UCLA (University of California Los Angeles) SRI (Stanford Research Institute) UCSB (University of California Santa Barbara) University of Utah

• 1973 – Připojení prvních Evropských výzkumných organizací (Spojené království, Norsko). • 1983 – Oddělení vojenské sítě MILNET – přiblížení ARPANETu veřejnosti. • 1990 – Definitivní odpojení sítě ARPANET

ARPANET • ARPANET v září 1971

ARPANET • ARPANET v říjnu 1980

CYCLADES • CYCLADES – Francouzská experimentální informační síť • Vývoj začal v roce 1972 – 13 univerzit a vědecko-technických ústavů

• Úkolem bylo propojit vládní orgány s různými oblastmi Francie • 1974 uvedena do provozu – 16 koncových počítačů – 5 uzlových počítačů

MILNET • Původní ARPANET sjednocoval armádní a výzkumnou síť • 1983 armáda odděluje části ARPANETu, které mají vojenský charakter a vzniká MILNET • Je nadále schopný komunikovat s ARPANETem

BITNET • BITNET - Because It's Time NETwork • vznik v roce 1981 na City University of New York a na Yale University • snaha vytvořit univerzitní síť, pro všechny katedry, ne jen pro katedry informatiky • používá komunikační protokol NJE od IBM, takže není kompatibilní s TCP/IP • většina počítačů BITNETu jsou mainframy • v Evropě nese název EARN (European Academic and Research Network) • dnes je v úpadku hlavně díky nestandardnímu protokolu NJE

CSNET • CSNET - Computer Science NETwork • přístupná všem katedrám informatiky v USA • 1988 je v CSNET zapojeno asi 150 univerzit •

Jedná se o tzv. metasíť – Využívá prostředky jiných sítí a přidává jednu vrstvu, aby se tvářila jako samostatná logická síť – Fyzicky využívá: • •

ARPANET Telefonní sítě – TELENET, UNINET, PHONENET

NSFNET • • • •

NSFNET - National Science Foundation Network Vysokorychlostní páteřní síť vytvořená organizací NSF Připojena k ARPANETu Později spravována konsorciem společností IBM, MCI a Merit Networks – Skupina se zaměřuje na masové zvýšení propustnosti výměnou linek za moderní spoje – NSFNET poskytuje propustnost 1,544 Mb/s, později 45 Mb/s

• NSFNET se postupně stává páteřní sítí ARPANETu

CESNET • CESNET – sdružení založené Českými VŠ a AV ČR 1996 • Hlavním cílem je rozvíjet a udržovat národní vysokorychlostní počítačovou síť pro výzkumné a akademické účely • EDUROAM

www.cesnet.cz

GÉANT • GÉANT - propojuje národní sítě pro vědu, výzkum a vzdělávání v Evropských zemích • Poskytuje spojení s obdobnými sítěmi na dalších kontinentech (především Severní Amerika a Asie) • První generace 2001 • Hybridní síť • Mobilita • Globální konektivita www.geant.net

INTERNET2 • INTERNET2 - iniciativa vzniklá 1996 v USA mající za cíl: – Vytvořit síť s parametry na hranici technických možností – Umožnit podílet se na nové generaci aplikací využívající vysokorychlostní spojení – Napomáhat síření nový služeb do prostředí Internetu

• Základem je vysokorychlostní páteřní síť

www.internet2.edu

Základní prvky a principy počítačových sítí

Počítačová síť a její prvky • Definice: Počítačová síť je celek vzniklý propojením dvou a více výpočetních zařízení umožňující jejich komunikaci a je tvořena: – Zařízeními – počítače, smartphony, směrovače, družice, tiskárny – Přenosovými médii – metalické a optické kabely, prostor – Protokoly – stanovenými pravidly komunikace, formáty datových struktur, výměny řídících a kontrolních informací – Zprávami – přenášenými daty spolu s řídícími informacemi Zařízení

Média

Zařízení v počítačových sítích • Zprostředkující zařízení

• Koncová zařízení

– Zařízení zabezpečující průchod dat skrz síť

– Zdroje a cíle dat – Iniciátoři komunikace

– – – – – – – – –

– – – – – – –

Směrovače (Routery) Přepínače (Switche) Rozbočovače (Huby) Mosty (Bridge) WiFi Směrovače Access Pointy Modemy Firewally IPS/IDS

Počítače Tiskárny Smartphony Servery VoIP telefony Tablety Notebooky

Značení síťových zařízení • Značení zařízení v počítačových sítích

Směrovač (Router)

Přepínač (Switch)

Rozbočovač (Hub)

Most (Bridge)

Firewall

IP telefon

Bezdrátový směrovač (Wireless Router)

Počítač

Přenosová média • Přenosová média poskytují zařízením v sítí fyzické propojení a přenáší modulované vlnění • Metalická kabeláž – elektrické signály – UTP, STP, koaxiál, sériové linky

• Optická kabeláž – světelné signály – Jednovidová a mnohovidová optická vlákna

• Bezdrátové médium – mikrovlnné signály

Protokoly a služby • Protokol je standardizovaný souhrn pravidel, které se zařízení zavazují dodržovat chtějí-li provozovat nebo využívat určitou službu. • Protokoly jsou otevřené nebo proprietální. • Velké množství standardů síťových protokolů je dokumentováno prostřednictvím tzv. RFC dokumentů. SLUŽBA World Wide Web (WWW)

Email

PROTOKOL

RFC

HTTP/1.1

2616

HTTPS

2818

SMTP

2821

POP3

1939

IMAP

3501

Zprávy v počítačových sítích • Zpráva je síťového hlediska jednotka dat a řídících informací přenášená skrz síť. • Řídící informací může být např.: – Adresa odesílatele a příjemce zprávy, kontrolní součet, maximální tolerovaná velikost zprávy, pořadové číslo zprávy a mnoho dalších,…

• Jak konkrétně zpráva vypadá definují používané protokoly. Data (dopis)

+

Řídící informace (adresa a obálka)

=

Zpráva

Základní síťové modely

ISO/OSI model • Referenční ISO/OSI model je jeden ze standardů popisující způsob otevřeného propojování a komunikace počítačových systémů. • Vytvořen 1984 organizací Interational Standard Organization • Rozděluje proces komunikace do sedmi vrstev a u každé z nich popisuje: – Služby, které poskytuje vyšším vrstvám – Funkce, které vykonává a zajišťuje – Protokoly, které na dané vrstvě pracují

ISO/OSI model Webový server

7.Aplikační

MONA.jpg 142KB

6.Prezentační

5.Relační

AFE51R8V 8REV18W V15EV15W E15V15RE WV15R1V 1C8UG2DI

DT

H

4.Transportní H 3.Síťová

H H

H

2.Datová H 1.Fyzická

DATA DATA

DATA DATA

8. 6. 7. SÍŤOVÁ DATOVÁ FYZICKÁ VRSTVA VRSTVA 2. VRSTVA poskytující služby 5. TRANSPORTNÍ VRSTVA 4. RELAČNÍ VRSTVA 1. APLIKAČNÍ Pokud si VRSTVA chceme z webového serveru 3. PREZENTAČNÍ VRSTVA zajišťuje: •přímo směrování má převod na starosti rámců do přenos bitové dat podoby pouze mezi počítačovým aplikacím přijme od realizuje spojení pro aplikační programy (v organizace a synchronizace řídícího dialogu stáhnout obrázek Mony Lisy, webový server kódování, převod datových typů, •každými kódovaní • komunikujícími prováděno dvěma přímo především fyzicky na propojenými webového serveru obrázek Mony Lisy. tomto případě webový server a směrovačích webový mezi systémy předá obrázek své Aplikační vrstvě. šifrování, kompresi •uzly převod •po statické trase na kvs. cílovému dynamické / optické systému /(sessions) mikrovlnné Poskytuje tedy rozhraní mezi uživatelskými prohlížeč) vytváření aelektrické ukončování relací opačné procesy, tak aby mohla na druhém •aplikacemi signály logické fyzická adresování adresace dle protokolu (např. a komunikačním systémem. toto spojení identifikuje dvojicí portů vládání synchronizačních značek do MAC) počítači korektně intepretovat data •Aplikační protokoly zajišťování detekce kolizí IPv4, přístupu na IPv6, médiu na IPX, médium AppleTalk,… vrstva dále předává obrázek (zdrojový a cílový) příjímaných dat Po přijetí obrázku ho převede do přenosové •prezentační výběr implementována end-to-end vcesty ovladači k cíliasíťové skrz síťkarty vrstvě na •této vrstvě segmentace dat příjemce siprobíhá může vyžádat syntaxe (posloupnost znaků) připojí k němu •informace po kontrola obdržení poškozených segmentu rámců odurčité vrstvy, každému přidělena hlavička znovuodeslání datjeod značky osegmentu typu (jedná se otransportní obrázek •kpodle po němu přijetí přidá paketu vlastní kdat němu hlavičku přidá vlastní zdrojovou a použitého protokolu na se této vrstvě předávání pověření k(je přenosu (data token) mona.jpg) a délce velký 142Kb). cílovou hlavičku adresou (s adresami adata dalšími apod.) údaji avrstvě. patičku •Dále jednotkou informace na této vrstvě jestzv. pokud systém data token může data odešle tytoobdrží relační •segment kontrolním jednotkou informace součtem (CRC) na síťové prov.detekci je paket chyb nebo datagram odeslat transportní vrstvě • této datové jednotce říkáme rámec

P

010110011110100010

H H H

DATA

P

segment paket rámec

Model TCP/IP •

Komplexní síťová architektura – –

Soustava protokolů (nejen TCP a IP) Ucelená soustava standardů popisující síťového programového vybavení a rozdělení kompetencí do vrstev

ISO/OSI

TCP/IP

7.Aplikační 6.Prezentační 4.Aplikační 5.Relační 4.Transportní

3.Transportní

3.Síťová

2.Internetová

2.Datová 1.Fyzická

1.Vrstva přístupu k datům

Xerox Network System (XNS) • • • • • •

síťová architektura a sada protokolů vyvinutá koncem 70. let integrace kancelářských a počítačových systémů firmy Xerox později implementována i pro platformu PC Level 0 – XNS ji explicitně nedefinuje, jen zmiňuje podporu pro běžné protokoly (Ethernet, X.25, HDLC,…) Level 1 – protokol IDP (Internet Datagram Protocol), podobný IPv4 Level 2 – sada spolehlivých a nespolehlivých transportních ISO/OSI protokolů – –

–

•

Sequenced Packet Protocol SPP funkčně podoboný UDP Packet Exchange Protocol PEP funkčně podoboný UDP Error Protocol EP protokol pro signalizaci chyb

Level 3 – nabízí protokoly pro uživatelské aplikace – – –

Sdílení dat (Filing Protocol) Síťový tisk (Printing Protocol) A mnohé další …

XNS Level 4

7.Aplikační 6.Prezentační

Level 3

5.Relační 4.Transportní 3.Síťová

Level 2 Level 1

2.Datová 1.Fyzická

Level 0

DECnet • • • • • •

•

DECnet – síťová architektura a sada protokolů vyvinutá 1975 Digital Equipment Corp. První verze DECnet (Phase I) umožňuje komunikaci dvou přímo propojených systémů Současné nejpoužívanější verze jsou DECnet Phase IV a DECnet OSI Podporují proprietální i standardizované protokoly Jednotlivé vrstvy mají velmi podobné kompetence jako v modelu ISO/OSI Proti ISO/OSI modelu omezené adresování DECnet Phase IV ISO/OSI – V jedné DECnet síti může Network 7.Aplikační být naadresováno pouze Management 65000 zařízení Network application 6.Prezentační Model DECnet OSI se snaží Session control skloubit modely ISO/OSI, 5.Relační TCP/IP a DECnet Phase IV 4.Transportní

End communications

3.Síťová

Routing

2.Datová

Data link

1.Fyzická

Physical

Topologie sítí

Topologie sítí •

Topologie – způsob zapojení různých prvků počítačových sítí – –

Fyzická topologie – zachycuje reálné zapojení pomocí drátů a kabelů Logická topologie – zachycuje vnitřní (virtuální) propojení, nemusí nutně kopírovat fyzickou topologii

•

Do jisté míry určuje vlastnosti dané sítě

•

Hvězdicová topologie – –

–

Jeden centrální prvek a mnoho vedlejších Výpadek vedlejšího prvku neohrozí fungování zbytku sítě Výpadek centrálního prvku znamená kolaps celé sítě

Topologie sítí •

Kruhová topologie – – –

•

Jeden prvek je vždy spojen se dvěma dalšími, tak aby tvořily kruh Nehrozí kolize dat na sítí, protože si stanice předávají tzv. token - právo na vysílání dat Výpadek jednoho prvku ochromí celou síť

Stromová topologie – – – –

Hierarchie síťových prvků Použití v rozsáhlejších sítích Výpadek jednoho prvku vede k výpadku podřazené části sítě Dá se lehce rozšířit o redundantní a agregované linky

Topologie sítí •

Sběrnicová topologie – – – – –

•

Společné médium pro všechny zařízení v síti Kolizní topologie Nízké pořizovací náklady Nízká propustnost Vhodné pouze pro malé sítě

Point-to-point / Dvoubodová topologie – – –

Nejjednodušší zapojení Přímé propojení dvou fyzických uzlů Příkladem logické point-to-point topologie může být telefonní okruh

Děkuji za pozornost