ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
Počítačové sítě Účel počítačové sítě: • • • • •
dovoluje sdílený přístup k výpočetním zdrojům (např. sdílení jedné tiskárny více uživateli) dovoluje sdílený přístup k programům a datovým souborům, medium pomocí kterého mohou geograficky rozptýlení uživatelé komunikovat (e-mail, sociální sítě, komunikace v reálném čase), komunitní charakter – skupiny uživatelů informační dálnice, národní informační struktura, kyberprostor
Rozsah počítačových sítí - v dnešní době počítačové sítě překonávají velké vzdálenosti a rozprostírají se na velké ploše naší planety WAN – Wide Area Networks • národní, nadnárodní a světové počítačové sítě – tisíce a stovky kilometrů • využití současných infrastruktur – přenos dat a telefonních hovorů po jedné síti – kabelové spoje (včetně podmořských kabelů), přenos dat pomocí družic MAN – Metropolitan Area Networks • sítě v městských oblastech a regionech – několik desítek kilometrů, • propojení pomocí optických spojů a radiových směrových spojů LAN – Local Area Networks • počítačové sítě uvnitř budov a areálů – několik metrů až několik kilometrů • většinou v majetku instituce, která je vytvořila
Struktura LAN Síť se skládá z jednotlivých počítačů a dalších síťových prvků. Počítače jsou vybaveny síťovými kartami. Síť je propojena přenosovým médiem – kabely nebo bezdrátové propojení (wi-fi). Síť je řízena síťovým operačním systémem, který většinou běží na počítači vyhrazeném pro tento účel – tzv. server. Kabeláž Možnosti: koaxiální kabel, kabel TP, optický kabel TP = twisted pair – kroucený pár. Nejběžnější druh kabelu. Kroucení vodičů omezuje elektromagnetické vyzařování z kabelu a příjem rušení do kabelu. V jednom kabelu jsou 4 kroucené páry, čili celkem 8 vodičů. Rozlišujeme kabely UTP (unshielded = nestíněné) nebo STP (shielded = stíněné). Stíněním se myslí vodivá vrstva v plášti kabelu.
1/8
ver. 20.11.2012
UTP kabel
Počítačové sítě
STP kabel
Ke kabelu patří odpovídající konektor. Konektor k TP kabelu se označuje jako RJ-45.
Zástrčka a zásuvka RJ-45
Síťové komponenty – HUB a SWITCH Síť tvořená TP kabely má hvězdicovou topologii. Znamená to, že na kabelech nejsou odbočky, kabel vždy propojuje jen dvě zařízení. HUB (rozbočovač) a SWITCH (přepínač) vypadají na pohled stejně a plní stejnou funkci – tvoří uzel sítě, střed hvězdy. Zásadní rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že HUB data, která obdrží na jednom portu (zásuvce), pošle na všechny ostatní porty a připojené počítače si už přeberou, co komu patří. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, že data proudí i na porty, kde nemusí být a zahlcují zbytečně porty pro jiná data. SWITCH je „chytřejší“ - ví na kterém portu je připojen který příjemce a data posílá jen tam, kam patří. Dnes se z uvedených důvodů používá především SWITCHů. SWITCHe se vyrábějí v různých provedeních, od nenáročných malých zařízení (tzv. stolní SWITCHe) až po výkonné SWITCHe s větším množstvím zásuvek (portů) – až 48, které se montují do rozvodných skříní při budování velkých sítí – viz obrázky níže. Existují i jiné topologie – sběrnicová, kdy na kabelu jsou odbočky a všechny počítače jsou připojeny k jednomu kabelu a kruhová, kdy propojení počítačů tvoří uzavřený kruh. Nejčastější je ovšem popsaná hvězdicová topologie 2/8
ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
Spojení počítačů pomocí HUBů
Malý stolní SWITCH Sada SWITCHů větší sítě Směrovač – též ROUTER nebo GATEWAY (brána) Propojuje dvě sítě mezi sebou, tvoří „přestupní bod“ mezi sítěmi, provádí směrování dat podle IP adres – pojem IP adresa bude popsán dále. Na obrázku je znázorněna malá síť LAN (modře), připojená k síti WAN (červeně) – tedy k internetu. Uprostřed LAN je SWITCH. V routeru jsou většinou integrovány další funkce, např. firewall, který sleduje data podle jejich druhu a určení, popř. je blokuje a tvoří tak první linii zabezpečení mezi WAN a LAN. Použití routeru v síti
3/8
ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
Síťový protokol Protokol je soustava pravidel, která určují kabeláž sítě, hardware, přenos signálu po kabelu, atd. V podstatě existují 4 protokoly, z nichž nejpoužívanější je protokol ETHERNET. Nabízí kompromis v podobě rozumné ceny a dostatečného výkonu. Ethernet se dělí podle použitého druhu kabelu a přenosové rychlosti. Jak už bylo řečeno, nejrozšířenější je TP kabel. Co se týče přenosové rychlosti: • Ethernet – 10 Mb/s • Fast Ethernet – 100 Mb/s • Gigabit Ethernet – 1 Gb/s
Adresování v počítačových sítích Každé koncové zařízení v síti, přesněji řečeno síťová karta na tomto zařízení musí být v síti jednoznačně identifikovaná. K jednoznačné identifikaci slouží IP adresa. IP adresa musí být v síti jedinečná, tedy nesmí v síti existovat dvě zařízení se stejnou adresou. Struktura IP adresy IP adresa je binární (dvojkové) číslo o délce 4 B. Jednotlivé bajty jsou oddělené tečkou. Např.: 11000000.10101000.00000001.01010000 Nejčastěji se používá dekadický zápis. Např. předchozímu binárnímu zápisu odpovídá dekadický: 192.168.1.80 Jelikož má každá část mezi tečkami 8 bitů, nazývá se oktet. Oktet v dekadickém tvaru tak může nabývat hodnot 0 až 255. Jelikož má IP adresa celkem 32 bitů, máme k dispozici celkem 232 unikátních adres. To se sice může zdát mnoho, ale tento počet při současné expanzi internetu bude v dohledné době vyčerpán. Proto se zavádí nová generace IP adresování, kde IP adresa má délku 128 bitů, což poskytuje dostatečný počet adres. Tyto adresy se označují jako IP v6. Stávající starší systém se potom označuje IP v4. Síťová maska Síťová maska má stejný způsob zápisu jako IP adresa. Od IP adresy se liší tím, že když si ji napíšeme v binárním tvaru, tak má zleva nepřetržitou řadu jedniček a za touto řadou má jen samé nuly. Např. síťová maska 11111111.11111111.11111111.00000000 se dekadicky zapisuje jako 255.255.255.0
4/8
ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
Účel síťové masky Síťová maska vyjadřuje, která část IP adresy je pevná – určuje adresu sítě a která část adresy je prostor pro adresování jednotlivých zařízení. Příklad: vezmeme IP adresu a vynásobíme ji bit po bitu síťovou maskou: 192.168.1.80 = 11000000.10101000.00000001.01010000 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000 11000000.10101000.00000001.01010000 . 11111111.11111111.11111111.00000000 11000000.10101000.00000001.00000000 po převodu výsledku zpět do desítkové soustavy dostaneme: 192.168.1.0 – což je adresa naší sítě z příkladu. Poslední oktet může nabývat hodnot od 0 do 255, tedy celkem 256 možností, ale do této sítě můžeme připojit maximálně 253 počítačů, protože: 192.168.1.0 je adresa celé sítě 192.168.1.1 je adresa směrovače (routeru), pomocí kterého je naše síť připojena do nadřazené sítě (např. naše síť je domácí síť v bytě, máme router a „za routerem“ už je vnější síť – WAN – Internet ) 192.168.1.255 je speciální adresa – tzv. oběžník neboli broadcast. Není určena k přidělení nějakému zařízení. Zbývá nám tak rozsah adres 192.168.1.2 až 192.168.1.254, což znamená, že do naší sítě můžeme připojit až 253 počítačů, což na domácí poměry docela stačí. :-)
Přidělování IP adres Jak už bylo řečeno, každé zařízení v síti musí mít jedinečnou IP adresu (nesmí se vyskytovat dvakrát). Každému zařízení je třeba IP adresu přidělit, což je možné dvěma způsoby: 1. Statická IP adresa Zařízení má trvale přidělenou IP adresu, kterou musíme při konfiguraci ručně zadat. Na nás je taky starost, aby IP adresy byly všechny jedinečné 2. Dynamická IP adresa Jak napovídá název, adresa zařízení se může časem měnit. Přidělování adres, hlídání jedinečnosti řeší síťová služba DHCP (dynamic host control protocol). Tato služba běží na DHCP serveru. DHCP server nemusí být samostatný počítač, často je DHCP služba součástí routeru. Adresa se přiděluje na určitý časový úsek. Potom je buď přidělena znovu ta sama nebo jiná, zrovna volná.
5/8
ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
Příklad konfigurace síťové karty v systému Windows:
Zde je vidět, že přidělení je nastaveno na DHCP, čili adresa, maska a výchozí brána budou přiděleny automaticky, což je pro uživatele příjemné za předpokladu, že je v síti fungující DHCP server. V případě, že bychom chtěli ruční statické přidělení, klikneme na přepínač „Použít následující adresu IP“ a vyplníme údaje ručně. Tyto údaje buď známe, protože jsme si konfigurovali router, nebo nám je sdělí ten, kdo router konfiguroval (nazýván též správce sítě neboli ajťák). Př. Pokud bychom použili situaci z početního příkladu se síťovou maskou, vyplníme následující údaje: Adresa IP: 192.168.1.2 až 254 (cokoliv z tohoto rozsahu, ale nesmí být obsazená) Maska podsítě: 255.255.255.0 Výchozí brána: 192.168.1.1 (IP adresa routeru) Server DNS: 192.168.1.1
6/8
ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
IP adresy v Internetu Pokud do webového prohlížeče zadám adresu www.mojeip.cz, zobrazí se stránka, která obsahuje vše, co se dá mém počítači zjistit „z venku“, z Internetu. IP adresa: myslí se adresa, jakou mi přidělil můj ISP (internet service provider = poskytovatel připojení k internetu). Adresa mého internetového připojení. „Vnější adresa“. Je v celém Internetu (na celém světě) jedinečná. vnitřní IP adresa: adresa, kterou má přidělenu síťová karta mého počítače. Příklad: vnější IP: 178.77.230.254 vnitřní IP: 192.168.1.101 Kromě mě v domě bydlí ještě Lojzek a Franta. Franta má IP 192.168.1.102, Lojzek 192.168.1.103 Všichni tři uživatelé sdílí jednu internetovou přípojku s adresou 178.77.230.254. Jak je možné, že se data nepomíchají a nedorazí třeba moje data k Lojzkovi? 178.77.230.254
WAN
router
192.168.1.xxx
switch
LAN jednotlivé počítače
Jestliže z internetu stahuje Lojzek data, router ví, že tato data má směrovat na IP adresu 192.168.1.103. Při směrování dat router provede přeložení dat z adresy 178.77.230.254 na adresu 192.168.1.103. Tento překlad se označuje zkratkou NAT (network adress translation). Jelikož se děje v podstatě totéž, jako bychom přijatý papírový dopis vybalili z obálky a vložili do jiné obálky s jinou adresou a odeslali dál, označuje se tento proces také pojmem IP masquerade = IP maškaráda. To prosím není žádný slang ajťáků, to je technický pojem.
7/8
ver. 20.11.2012
Počítačové sítě
DNS = domain name server = server s doménovými jmény Na Internetu jsou např webové stránky www.seznam.cz. Tyto stránky jsou umístěny na počítači někde v internetu – takový počítač se nazývá webový server. Chceme-li zobrazit tyto stránky, stačí zadat IP adresu tohoto serveru a stránky se nám zobrazí. Schválně si zkuste místo obvyklého www..... zadat do adresního řádku prohlížeče pouze toto: 77.75.72.3 a stisknout Enter. Nikdo to tak nedělá z prostého důvodu: tato čísla jsou nezapamatovatelná, kdežto www.seznam.cz si zapamatuje každý. Všichni uživatelé webových stránek využívají „dobrodiní“ DNS. Zjednodušeně: DNS je server se jmény webových stránek, ke kterým jsou přiřazeny IP adresy. Jestliže zadáme třeba www.seznam.cz , náž požadavek doputuje na DNS, v jeho databázi se nalezne toto jméno, zjistí se, jaká je k němu přiřazena IP adresa a ta se odešle webovému serveru jako požadavek a ten vrátí uživateli do prohlížeče požadovanou stránku. Je to podobné, jako když máme v mobilu uložen seznam jmen a u každého jména máme přiřazeno číslo. Potom hledáme jen jména, číslo si už mobil zjistí a sám vytočí.
Tímto končí stručný přehled o počítačových sítích. Je opravdu velmi stručný, spousta věcí byla zjednodušena a ještě více jich bylo zcela vynecháno. Kapitolou o DNS jsme se přesunuli z obecné nauky o sítích do světa internetových služeb, což je na další téma
8/8
