IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected] 3. hodina
Počítačové sítě Použitá literatura: Horák, J., Keršláger, M. Počítačové sítě pro začínající správce. Brno: Computer Press, 2006. 3. aktual. vyd. ISBN80-251-0892-9.
Počítačové sítě 网络 •
historie sítí sahá až do 60. let 20. století, kdy začaly první pokusy s komunikací počítačů; v průběhu vývoje byla vyvinuta celá řada síťových technologií. V poslední době jsou všechny sítě postupně spojovány do globální celosvětové sítě Internet (která používá sadu protokolů TCP/IP).
•
nutnost vzájemného propojení počítačů z několika důvodů – výhody sítí:
1. sdílení dat: soubor, v němž máme důležitá data, je společný pro všechny uživatele sítě 2. snadný přenos dat: kopírování dat z jednoho počítače na druhý je jednoduché 3. sdílení hardwarových prostředků: např. tiskárny, modemy, skenery, disky atp. 4. komunikace v síti: mezi jednotlivými počítači mohou putovat zprávy, e-maily (Internet) 5. ochrana dat: možnost soustředit všechna důležitá data na jedno místo v síti (typicky na speciální počítač – server) – zde uložená data je pak možné zpřístupnit jen některým uživatelům a jiným je skrýt (snažší a levnější je také pravidelné zálohování dat nahromaděných na discích serveru).
Druhy sítí •
různé klasifikace, nejčastější podle parametru rozlehlosti: 1. sítě LAN 局域网 (Local Area Networks): jsou omezeny na jedno lokální místo – jeden podnik, místnost, budovu; zajišťují sdílení lokálních prostředků (tiskáren, dat, aplikací); pro přenos dat se používají kabely. 2. sítě MAN 城域网 (Metropolitan Area Networks): rozsah jednoho (amerického) města, velikost se udává do 75 km; kromě kabelových linek bývají jednotlivé sítě spojeny bezdrátově. 3. sítě WAN 广域网 (Wide Area Networks): rozlehlé sítě; skládají se z více vzájemně propojených sítí LAN (pomocí speciálních linek či bezdrátově); rozlehlost může být různá, od sítí městských či firemních (firma s pobočkami ve více městech/zemích/kontinentech), až po nejznámější celosvětovou síť – Internet; propojují sítě vzdálené desítky km – pro propojení podsítí používají nejčastěji telekomunikační linky. 4. sítě PAN 个人网 (Personal Area Networks): nekladou si za cíl co nejvyšší přenosovou rychlost (ta u PAN typicky nepřekračuje jednotky Mbit/s), jako spíše odolnost proti rušení, nízkou spotřebu energie nebo snadnou konfigurovatelnost. Jejich dosah je typicky pouze několik metrů. Nejznámějším zástupcem osobní sítě je: Bluetooth, IrDA, ZigBee. 1/8
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected]
Základní prvky sítí 1. síťové počítače (běžné počítače pracující v síti) 2. síťový hardware 网络硬件 (síťové karty v počítačích, kabely, aktivní prvky v kabeláži) •
přenosová média, jimiž se šíří signál:
drátově 有线传输 ¾
metalické kabely 金属电缆 (měděný vodič, který přenáší elektrické signály)
¾
optické kabely 光纤缆 (přenášejí světelné impulzy, v nichž jsou zakódována data)
bezdrátově 无线传输 ¾ •
vzduch (šíří se jím elektromagnetické vlnění 电磁波)
důležitá vlastnost: přenosová rychlost 传输速率 – vyjadřuje se v Mb/s (megabity za sekundu, angl. Mbps)
•
aktivní prvky kabeláže: ¾
zesilovač, opakovač (repeater) 中继器 – nejjednodušší aktivní prvek; zesiluje (opakuje) jím procházející signál
¾
převodník (transceiver, media convertor) 收发器 – zesiluje signál a převádí jej z jednoho typu kabelu na jiný
¾
rozbočovač, koncentrátor (hub) 集 线 器 – rozbočuje signál (větví síť), dnes nahrazen switchem
¾
přepínač (switch) 接 线 器 / 交 换 器 – eliminuje postupné zahlcování sítě (stoupající s počtem stanic), odděluje komunikující stanice od zbytku sítě; v podstatě vytvoří virtuální okruh mezi momentálně komunikujícími stanicemi [x pokud je v síti hub a stanice 1 posílá paket stanici 4, je paket poslán všem stanicím sítě, ale pouze stanice 4 jej přijme]
¾
most (bridge) 桥接 – hl. úkolem je oddělení síťových segmentů, plní dvě funkce: 1. filtrace paketů, 2. propojení dvou sítí různých standardů
¾
směrovač (router) 路由器 – shromažďuje informace o připojených sítích a pak vybírá nejvýhodnější cestu pro posílaný paket; typické je použití při připojování sítí k Internetu
¾
brána (gateway) 网关 – slouží k připojování sítí LAN na cizí prostředí
2/8
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected] Tab. č. 1 Přehled aktivních prvků
中继器 收发器 集线器 桥接 接线器/交换器 路由器 网关 •
Aktivní prvek zesilovač (repeater)
Funkce zesiluje signály
převodník (transceiver) převádí signály mezi různými typy kabelů rozbočovač (hub)
rozvádí signály do všech větví sítě
most (bridge)
filtruje pakety
přepínač (switch)
propojuje komunikujícící stanice
směrovač (router)
směruje pakety
brána (gateway)
propojuje dvě rozdílné sítě
standardy síťového hardwaru: (aby se různé sestavené sítě „domluvily“, byly přijaty normy, které definují základní požadavky na technické provedení sítí; normalizaci provádí organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers))
Tab. č. 2 Základní standardy IEEE pro sítě LAN Standard IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.11
Určení Standardy sítě Ethernet Sběrnicové sítě s metodou přístupu token Kruhové sítě s metodou přístupu token Pro bezdrátové sítě
¾
Ethernet (pro rychlost 10 Mb/s)
¾
Fast Ethernet (pro rychlost 100 Mb/s)
¾
Gigabitový Ethernet (pro rychlost 1000 Mb/s)
¾
10GB Ethernet
málo používané: ¾ Token Ring 令牌环
•
¾
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 光纤分布式数据接口
¾
ATM (Asynchronous Transfer Mode) 异步传输模式
bezdrátové sítě LAN (Wireless LAN) 无线局域网, WiFi (Wireless Fidelity): signál se přenáší elektromagnetickým vlněním, elmag. vlny se liší vlnovou délkou a frekvencí; pro bezdrátové sítě jsou používány dvě frekvence: 2,4 GHz (volně použitelné pásmo, používají ho i jiné technologie (např. mikrovlnky, Bluetooth atd. a to může způsobovat rušení přenosu) a 5 GHz (provoz v tomto pásmu je regulován pravidly Českého telekomunikačního úřadu). ¾ výhody: není potřeba kabeláž ¾
nevýhody: bezdrátové prvky jsou stále ještě mírně dražší než je tomu u sítí „klasických“, nedaří se dosáhnout vyšších přenosových rychlostí, zajištění bezpečnosti dat je také podstatně náročnější
3/8
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected] Tab. č. 3 Základní vlastnosti bezdrátových standardů Rychlost přenosu [Mb/s] Frekvence [GHz] Dosah [m] ¾
802.11a 54 5 max. okolo 15 km
802.11b 11 2,4 25 až 100
802.11g 54 2,4 25 až 100
provedení prvků: (ty spolu mohou komunikovat dvěma způsoby)
1. ad hoc – jedná se o přímé propojení od 2 do 5 počítačů; komunikují spolu na stejné úrovni ¾
výhody: rychlá instalace a velmi nízká cena; umožňuje sdílení souborů a Internetu, tisk přes síť atp. jako u klasických sítí LAN
¾
nevýhody: všechna připojená zařízení musí být v dosahu; spojení vzniká až nebezpečně snadno a je obtížné je zabezpečit („černý pasažér“)
2. infrastrukturní mód založený na přístupovém bodu (Access Pointu - AP) – pracuje jako prostředník, přes nějž proudí všechny datové toky mezi klienty sítě ¾
výhody: možnost filtrovat či kontrolovat provoz, včetně zpřístupnění sítě různým klientům
3. síťový software 网络软件 (programy na síťových stanicích, příp. serverech; existují síťové systémy od Microsoftu: MS Windows Server 2000/2003, Novellu: NetWare 5/6 a Linuxu: různé distribuce) •
typy (kritériem je ne/použití serveru):
1. síť peer-to-peer P2P (rovný s rovným) 对 等 网 络 : síť je tvořena jednotlivými síťovými stanicemi (PC), které jsou si navzájem rovny; nabízí si mezi sebou své služby, např. zpřístupnění určitých složek, do nichž je povolen přístup jiným uživatelům, sdílení tisku; je vhodná pro max. cca 10 stanic ¾ výhody: levné řešení (není nutné kupovat server ani žádné síťové OS), pro správu sítě nejsou potřeba žádné velké znalosti ¾
nevýhody: při větším počtu počítačů je obtížné udržet přehled o datech, data jsou málo chráněna proti zneužití, konfigurace přístupových práv je jednoduchá a méně bezpečná
2. síť klient-server 客户[机-]服务器网络 : server (sluha) musí být kvalitní a rychlý (musí obsluhovat mnoho požadavků v krátkém čase) počítač, na kterém je vše (data, služby, údaje o uživatelích...) soustředěno, je důkladně zabezpečen a nabízí služby všem síťovým stanicím, musí na něm být nahrán síťový operační systém. ¾ výhody: vysoká bezpečnost dat, přehlednost, snadná konfigurovatelnost ¾
nevýhody: náklady na nákup serveru a síťového operačního systému, nutnost na kvalifikovaného pracovníka, který bude síťový OS obsluhovat
4/8
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected] •
síťové protokoly: protokol definuje komunikační pravidla, jimiž se řídí výměna dat v síti:
1. NetBEUI – používá se již velmi málo 2. IPX/SPX – sady protokolů vyvinuté firmou Novell pro její síť. OS NetWare 3. Protokol TCP/IP TCP/IP 协议栈 – dnes nejrozšířenější, původně navržena pro síť, z níž se vyvinul Internet; stala se standardem v sítích Novellu i Microsoftu, a tak vytlačila své předchůdce; slouží k přenosu dat (paketů/balíčků) po Internetu. ¾
z funkčního hlediska můžeme TCP/IP rozdělit na tři vrstvy (reprezentované samostatnými protokoly): o aplikační vrstva – spolupracující s konkrétními programy
Tab. č. 4 Neznámější aplikační protokoly Služba FTP – File Transfer Protocol (datový kanál) 文件传输协议 Telnet 远程登录 Server DNS – Domain Name System 域名系统 WWW – protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
超文本传输协议 SMTP – Simple Mail Transfer Protocol 简单邮件传输协议 POP3 – Post Office Protocol 邮局[电子邮件]协议
Funkce používá se pro přenos souborů mezi vzdálenými počítači pro jednoduché terminálové relace (v podstatě ovládáme obrazovku vzdáleného počítače) organizuje jména počítačů v Internetu a jejich vazby na IP adresy protokol používaný k uspořádání www (World Wide Web) 万维网, 全球网络系统 stránek a pohybu mezi nimi protokol zajišťující přenos zpráv mezi servery Internetu (používaný hlavně pro elektronickou poštu) jeho posláním je dopravit poštu z elektronické schránky na náš počítač POP3 第三版邮局协议
o transportní vrstva protokol TCP (Transmission Control Protocol) 传输控制协议 – od aplikační vrstvy přebere data, která rozdělí na segmenty, očísluje a seřadí podle toho, jak mají být postupně odeslány; před začátkem výměny dat zahájí relaci s transportní vrstvou protějšího počítače, poté začne s vysíláním a potvrzováním jednotlivých datových segmentů [vlastní odeslání je již úkolem síťové vrstvy] protokol UDP (User Datagram Protocol) 用户数据报协议 – převezme data od aplikace, sestaví z nich segmenty a předá je k odeslání síťové vrstvě; na rozdíl od TCP nepotřebuje vytvářet před přenosem dat relaci s protějškem a nekontroluje zda byly datagramy protějškem přijaty. [jednodušší, ale méně spolehlivý] o síťová vrstva
protokol IP (Internet Protocol) 互联网通讯协议 – od nadřazených protokolů transportní vrstvy obdrží datové segmenty s požadavkem na odeslání; k segmentům připojí vlastní hlavičku a vytvoří IP datagram IP 数
据报(v hlavičce je především adresa příjemce a odesílatele) a odešle data 5/8
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected] Internetové protokoly 网络协议
应用层 aplikační vrstva
DNS, FTP, TFTP, ENRP, HTTP, IMAP, IRC, NNTP, POP3, RTCP, RTSP, SIP, SMTP, SNMP, SSH, Telnet, BitTorrent, DHCP...
传输层 transportní vrstva
DCCP, SCTP, TCP, UDP, RTP, IL, RUDP...
网络层 síťová vrstva
IP (IPv4, IPv6), ICMP, ARP, RARP, IGMP...
数据链路层 linková vrstva
Ethernet, Wi-Fi, Token Ring, MPLS, PPP...
物理层 fyzická vrstva
RS-232, EIA-422, RS-449, EIA-485, 10BASE2, 10BASE-T...
Komunikace v sítích •
může probíhat podle dvou základních komunikačních modelů: 1. Sítě spojové (with connection)/sítě s navazováním spojení: před zahájením výměny dat je nutné mezi oběma koncovými stanicemi navázat spojení (typický pro telefonní sítě) 2. Sítě nespojové (connectionless)/sítě bez navazování spojení: přenášená data se rozdělí na malé „balíčky“, tzv. pakety 信息包/分组包, které putují sítí, až dorazí k síti; o tom, kudy budou pakety putovat rozhodují jednotlivé uzly sítě – každý paket tak může putovat vlastní cestou, pakety také mohou dorazit do cíle v různém pořadí (přepojování paketů 包/
分组交换) ¾
paket = množina dat uzpůsobená k přenosu
Př. datového paketu pro síťový standard Ethernet Typ Úvodní Cílová Zdrojová datového Datové pole skupina adresa adresa pole
6/8
CRC (pole kontrolního součtu)
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected]
Adresace v sítích TCP/IP •
každý počítač na Internetu má svoji jednoznačnou adresu, tzv. IP adresu IP 地址/国际[因
特网]地址 (zapisuje se pomocí 4 trojciferných čísel oddělených tečkou, pro která využívá 8bitové kódování, jsou tedy od 0 do 256), z níž musí být zřejmé umístění stanice v síti či v síťovém segmentu •
část IP adresy vyjadřuje číslo sítě (adresa sítě), zbytek popisuje adresu počítače v této síti (adresa podsítě); podle toho, jaká část adresy je věnována síti a jaká číslu PC (adresa počítače), jsou IP adresy rozděleny do tříd: Tab. č. 5 Třídy sítí IP Rozsah adres prvního čísla
Počet čísel vyhrazených pro adresu sítě
Počet čísel vyhrazených pro adresu uzlu
Třída A
0-127
1 (adresuje 126 sítí)
3 (adresuje asi 17 mil. uzlů = PC)
Třída B
128-191
2 (adresuje 16 tis. sítí)
2 (adresuje asi 65 tis. uzlů)
Třída C
192-223
3 (adresuje 2 mil. sítí)
1 (adresuje asi 254 uzlů)
•
Použití pro rozsáhlé sítě středně velké sítě menší sítě
IP adresy byly poprvé použity v Internetu a až později se začaly používat v lokálních sítích; aby nedocházelo ke konfliktům adres (internetové x lokální sítě), byly v každé třídě IP adres vymezeny pro lokální sítě adresové rozsahy (třída A: 10.0.0.0 až 10.255.255.255, třída B: 172.16.0.0 až 172.31.255.255, třída C: 192.168.0.0 až 192.168.255.255)
•
síťová maska 网络掩码 – je nedílnou součástí IP adresy v sítích LAN (třída A: 255.0.0.0, třída B: 255.255.0.0, třída C: 255.255.255.0)
•
kvůli mezisíťové komunikaci obsahuje IP adresa bránu (gateway) – je nepovinná
•
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 动 态 主 机 配 置 协 议 – automaticky přiděluje IP adresy (bývá nabízen jako služba síťového OS, jt. program spuštěný na serveru)
•
DNS (Domain Name System) 域名系统 služba byla vyvinuta pro Internet, v němž má každý počítač svoji IP adresu – je jich mnoho a není možné si pamatovat čísla... DNS převádí tato
čísla
na
lépe
zapamatovatelná
jména
(např.
http://209.85.129.104/
na
http://www.google.com). DNS rozděluje počítače do zón, tzv. domén 域(v ČR: .cz). •
IP adresy – je jich nedostatek: statická (neměnná) nebo dynamická (přidělovaná; uživatel dostane dočasnou IP adresu ve chvíli, kdy se připojí, ale jakmile se odpojí, je jeho IP adresa přidělena někomu jinému; při příštím připojení pak může tentýž uživatel dostat úplně jinou adresu)
7/8
IT pro čínská studia, LS 2009 www.kas.upol.cz/itcin
[email protected]
Topologie sítí 网络拓扑结构 •
způsob, jakým jsou stanice v síti propojeny; je prvkem síťového standardu a podstatně určuje výsledné vlastnosti sítě.
1. sběrnicová (bus topology) 总线拓扑 •
ke spojení stanice je použito průběžné vedení, od stanice ke stanici; stanice se k vedení připojují pomocí odbočovacích prvků (např. T-konektorů); používá se především v sítích s koaxiálním kabelem 同轴线; dnes ji najdeme zřídka
•
výhody: poměrně malá spotřeba kabelu, tudíž i nízká cena kabeláže
•
nevýhody: velký počet spojů v kabelu a tím narůstající poruchovost, nespolehlivost – jakékoliv přerušení znamená havárii celé sítě – přerušení komunikace mezi všemi stanicemi; obtížná lokalizace poruchy.
2. hvězdicová (star topology) 星型拓扑 •
každá stanice je připojena vlastním kabelem (nejčastěji kroucenou dvojlinkou1 双绞
线); kabely od stanic jsou pak soustředěny do rozbočovače (koncentrátoru, hubu, dnes především switche), který tvoří jakýsi střed sítě; dnes nejčastěji používaná topologie •
výhody: nízká náchylnost k chybě (porucha jednoho kabelu vyřadí z činnosti pouze jednu síťovou stanici; i lokalizace poruchy je jednodušší), rychlost
3. kruhová (ring topology) 环型拓扑 •
spojovací vedení stanic vytváří souvislý kruh, což dovoluje použít metodu postupného předávání zpráv (token)
•
nevýhody: přerušení vodiče znamená poruchu celé sítě
4. stromová (tree topology) 树状拓扑 (kombinuje sběrnici s hvězdou)
1
kroucená dvojlinka (twisted pair cable) – dnes nejrozšířenější metalický vodič v sítích LAN; skládá se z 8 vodičů, tvořících 4 páry.
8/8
