Návrh malé až střední počítačové sítě LAN

Transkript

1 Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta informatiky a statistiky Vyšší odborná škola informačních služeb v Praze Trondin Anton Návrh malé až střední počítačové sítě LAN Bakalářská práce 2010

2

3 Prohlašuji, že jsem diplomovou bakalářskou práci na téma Návrh malé až střední počítačové sítě LAN zpracoval samostatně a použil pouze zdroje, které cituji a uvádím v seznamu použité literatury. V Praze dne Podpis

4

5 Anotace/ Annotation Tato bakalářská práce se zabývá návrhem konkrétní počítačové sítě podle požadavků zadávající firmy. Síť je realizovaná na měděných kabelech kategorii 5e a na nich je provozován gigabitový Ethernet 1000BASE-T. Důležitou částí je základní nastavení serveru a doplňujících serverů jako je tiskový a souborový a nastavení služby v podobě automatického zálohování dat. Síť má být vždy připravená k jednoduchému budoucímu rozšíření. Práce dále porovnává dvě různá řešení operačního systému serveru Linux a Windows server. Výstupem z práce je návrh nejvhodnějšího řešení malé počítačové sítě ve firmě Limpopo outdoor. This thesis deals with a particular computer network required by the contracting company. The network is implemented on category 5e copper cables and run them Gigabit Ethernet 1000BASE-T. The important part is the basic server configuration and additional servers such as print and file settings and services in the form of automatic data backup. Network is always ready for easy future expansion. This thesis works also on comparing two different solutions, a server operating system - Linux and Windows server. The outcome of the work is to design the most appropriate solution of a small computer network in the company Limpopo outdoor. 6

6 Poděkování Tímto bych rád poděkoval Ing. Antonínu Skopcovi, z Vyšší odborné školy informačních služeb v Praze, za jeho cenné rady, inspiraci a vynaložený čas. 7

7 Obsah Anotace/ Annotation... 6 Obsah Historie počítačových sítí a jejich postupný vývoj Krátce o LAN Rámcový vývoj komunikace mezi počítači Standardy Sítě Ethernet podle normy IEEE Specifikace Ethernet Specifikace Fast Ethernet (rychlost 100 Mb/s) Pro instalaci sítě Fast Ethernet platí Gigabitový Ethernet (rychlost Mb/s) Přehled standardu Ethernetu a jeho specifikace Typy kabelů Tenký koaxiální kabel Kroucená dvojlinka (Twisted Piar) UTP (Unshielded Twister Pair) Optický kabel (fiber optic cabel) Mnohovidové (MMF multi mode fiber) Jednovidové (SMF Single Model Fiber) Srovnání jednotlivých typů kabelů

8 4. Topologie počítačových sítí Sběrnicová topologie Kruhová topologie Hvězdová topologie Logická topologie Lineární Token Ring Logický Lineární Ethernet Logický Token Ring Obecný model architektury počítačové sítě Základní požadavky kladené na architekturu počítačové sítě Typické architektury počítačových sítí Architektura RM-OSI Architektura TCP/IP Aplikace počítačových sítí v oblasti informačních systémů Konvergentní sítě Analyzování potřeb a současného stavu Analýza místa Požadavky na vybavení Kabeláž Propojovací zařízení Server Pracovní stanice Pro administrátora (správce sítě a e-shopu): HP Elite 7100 Microtower + 20" HP Pavilion 1010i dvakrát

9 9.5 Periferní zařízení Software Volba nejvhodnějšího operačního systému pro server Návrh sítě Nastavení serveru Souborový systém Klient DHCP Server DHCP Nastavení rozsahu přidělovaných adres Server DNS Ověření činnosti DNS Vytvoření účtů Souborový server Oprávnění NTFS Tiskový server Ochrana dat Nastavení automatického zálohovaní Instalační deník Závěr Seznam použitých zdrojů Seznam obrázků Seznam tabulek

10 Úvod V dnešní době jsou počítačové sítě nedílnou součástí prosperující firmy. Většina vnitřní komunikace probíhá přes LAN sítě a aplikace, které poskytuje. Síť velmi urychluje mezi firemní a vnější komunikaci, vše to přispívá firmě ke zvýšení její produktivity. Pojmem počítačová síť se rozumí zejména spojení dvou a více počítačů tak aby mohli navzájem sdílet své prostředky. 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. Můžeme se setkat s těmito druhy sítí: LAN local area network, spojuje počítače do jedné sítě v rámci maximálně jedné budovy, ale nejčastěji v rámci kanceláří. MAN metropolitan area network, spojuje městské sítě a sítě LAN. WAN wide area network velké, rozlehlé sítě, umožňující komunikaci na velké vzdálenosti. Další důležitou součástí každé počítačové sítě jsou síťové kabely ať už měděné nebo optické. Jsou kritickou součásti infrastruktury pro přenos hlasu a dat. Také se můžeme setkávat i s bezdrátovou sítí - technologií Wi-Fi. Sítě z hlediska vzájemného vztahu stanic můžeme potkat sítě typu peer to peer nebo client-server. Peer to peer - termín pochází z angličtiny a znamená rovný k rovnému, označuje se také zkratkou P2P. Každá stanice v síti může vyčlenit některý svůj prostředek třeba jako tiskárnu nebo úložné médium atd., ke sdílení. Client -server - server poskytuje služby pracovním stanicím v síti klientům. Serverů existuje více typů podle poskytovaných služeb, můžou být třeba: poštovní server, souborový server, www server, tiskový server atd. 11

11 1. Historie počítačových sítí a jejich postupný vývoj Použité zdroje: [1], [2], [10] [16] Za posledních 30 let došlo ve světě k informačnímu a komunikačnímu výbuchu, který je spojen s velkým vývojem informačních služeb. Každé odvětví lidské činnosti potřebuje pro dosažení maximální kvality a efektivity práce aktuální a relevantní informace. Standardní papírová komunikace už dlouhá léta ustupuje vůči stalé více používaným alternativním mediím, výhodných pro použití na výpočetní technice, jež je jediná schopna zdolávat pomocí člověka informační nápor. Oddělení pro poskytování informací si pouze pomalu uvědomovalo význam stolních počítačů, a na začátku 80. let je považovalo jen za hračky, a nikoliv stroje na zpracování informací. Postupně se počítači stávaly výkonnějšími a zvládaly mnohem více: jednoduché tabulkové procesy, databázové nástroje a textové editory. Ve firmách si začali uvědomovat, že obchodní informace je užitečná, pouze pokud bude sdílena mezi lidmi a bude aktuální. Tím začal proces šíření a přenosu informace mezi uživateli. Jelikož se začalo pracovat s velkým množstvím informací, bylo nemožné předávat všechny papírové kopie s informacemi, a žádat každého uživatele aby je vkládal do vlastního počítače. Kopírování souborů na pevné disky a jejich předávání dál bylo o něco lepší, ale stálé to bylo nepohodlné a s časového hlediska náročné, pokud bylo potřeba předat informace uživateli vzdálenému více než Vaše budova, nastal problém. Nikdy nebyla jistota, že pravě obdržené informace jsou aktuální, které jste získali na přenosném mediu, a že je uživatel už nezměnil během přenosu. Z toho vyplynuly požadavky na úzký kontakt mezi jednotlivými počítači a jejich okolím. Začala se prosazovat úsporná technologie založena na úvaze, že informace stačí vložit jednou do systému a jejich další využívání spočívá pouze v jejich přenosu pomocí vhodného zpracování a potřebných technologií. Základním předpokladem pro vzájemnou komunikaci zůstává však pokrok ve vývoji výpočetní techniky a vyřešení vzájemné komunikace. 1.1 Krátce o LAN Klasická síť představuje z fyzického pohledu strukturovanou kabeláž, která spojuje počítače, tiskárny, směrovače, přepínače a další zařízení. Je to medium, jehož 12

12 prostřednictvím komunikují mezi sebou všechny počítače zapojené do sítě. Na síť spoléhají všechny součásti našeho moderního komunikačního prostředí. Díky rychlému rozvoji sítí dnes můžeme data včetně zvuku a videa po místních sítích posílat na dlouhé vzdálenosti rychlostí až 10 gigabitů za vteřinu. Velké firmy, vládní orgány a organizace jsou navzájem propojovaný tenkými měděnými dráty a optickými vlákny. Tyto jemné elektronické cesty používá prakticky veškerá moderní komunikace, s pomocí Ethernetu a internetového protokolu (IP) se dnes odehrává velká část našeho života. Data byla v Ethernetu a IP vždy jako doma. Před pár lety se k tomu přidal hlas a video. Technologie přenosu hlasu a videa po protokolu IP se objevují častěji, a do praxe se nasazují úžasnou rychlostí. Rychlý přechod k digitální komunikaci stojí na kabelech, po kterých probíhá přenos bitů. Města jsou propojena skrz na skrz měděnou a optickou kabeláží. Tato struktura se dávno cítí jako doma v našich kancelářích, a čím dál tím více se dostává i do našich domovů. Abychom toto médium co nejlépe využili, musíme mu rozumět a umět správně navrhnout, nainstalovat a používat kabelové sítě. Je velice důležité, aby kabeláž pro budoucí síť byla správně navrhnutá, popsaná a zapojená, aby mohla poskytnout maximální spolehlivé služby. Pří použití vhodných součástek a správních postupů budoucí síť splní výkonnostní parametry, které se od ní očekávají. Navíc by se mělo počítat s co největší možností budoucího růstu. Ne vždy si můžeme dovolit poslední výkřik technologie, ale síť by měla být navržená tak, aby její budoucí aktualizace probíhala bez výměny kabeláže. Proto pří návrhu sítě musíme dobře uvažovat o jejich parametrech. 1.2 Rámcový vývoj komunikace mezi počítači Vývoj probíhal postupné v několika etapách. Na počátku, když síť neexistovala, se údaje přenášely mezi počítači na příslušných médiích třeba na disketách, discích a štítcích. Takovéto systémy jsou označovány jako off-line neboli nespřažené. Uživatelé však volali po komunikace v reálném čase prostřednictvím on-line neboli spřažených sytémů. Jednoduchým řešením bylo by popojit počítače dohromady a skupinu spojit se sdíleným médiem. Na začátku počítače nebyly konstruovány s touto možností, ale nikdo nechtěl zahodit svůj počítač a nahradit ho novým, který byl přizpůsoben pro komunikaci mezi uživateli. Proto výrobci počítačů přišli s dodatečnými komponenty, které umožňovaly sdílení dat mezi počítači a přistupovat k centrálnímu zdroji informací. Pro tyto účely se velmi rychle začaly využívat sériové a paralelní porty pro dvojbodové propojení počítačů, což představovalo mnohem rychlejší přenos dat mezi uživateli. Později byly vybudovány terminálové sítě, již umožňovaly práci více uživatelů na jednom, obvykle 13

13 na sálovém počítači (mainframe). Nevýhodou této koncepce však byla úplná závislost terminálů na ústředním počítači. Vzájemné propojení počítačů mezi sebou můžeme realizovat různými způsoby. Nejjednodušší způsob propojení počítačů představuje propojení dvojice počítačů mezi sebou datovým okruhem. 14

14 2. Standardy Použité zdroje: [3], [4], [5], [6], [7], [8] [11], [14], [15], [18], 2.1 Sítě Ethernet podle normy IEEE Lokální počítačová síť Ethernet byla vytvořena pod vedením Dr. Roberta Metcalfeho z firmy Xerox koncem 70. let. Pod jeho vedením se řešila velká úloha vzájemného propojení 100 pracovních stanic firmy na vzdálenost 1000 metrů. Propojení bylo realizováno prostřednictvím koaxiálního kabelu jako propojovací sběrnice o rychlostí 2,9 Mb/s, přičemž přístup ke sběrnici zabezpečovala přístupová metoda od rádiových sítí ALOHA 1 s názvem CSMA 2. Odtud historicky pochází i název sítě Ether-net, kde ether označoval použité prostředí pro přenos prostřednictvím elektromagnetického vlnění. R. Metcalfe, převzal tento pojem a symbolický označil tuto sběrnici, kterou se šíří datový signál mezi počítači za Ethernet. V roce 1982 bylo firmami Digital, Intel a Xerox navřeno řešení prohlášeno jako mezifiremní standart označeny DIX Ethernet. Poté v roce 1985 byla specifikace DIX převzata pracovní skupinou mezinárodní organizace IEEE 802, jako samostatná norma pro lokální sítě typu Ethernet IEEE Skupina pracuje i na dále na dalším vývoji sítě Ethernet, což svědčí rozšíření pro Ethernet s optickou a UTP kabeláží i vysokorychlostní Ethernet 100 Mb/s jinak řečeno Fast Ethernet. Tato variabilita však působí proti základnímu poslání sítí, různě sestavené sítě se spolu nemusí komunikovat. Proto byly přijaty normy standardy, které definují základní požadavky na technické provedení sítí. Normalizaci provádí organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engeneers), jednotlivé formy nesou její označení. Pro počítačové sítě LAN jsou důležité standardy uvedené v tabulce: 1 Aloha radiová síť vybudovaná pro spojení universit na Havaji v 70. letech. Podle ní je nazvaná i neřízená distribuovaná metoda. Vznikla na univerzitě na Havajských ostrovech, využívá rádiového přenosu éterem. Nekontroluje stav přenosového média (Nedívá se, zda už někdo vysílá). Pokud některá ze stanic chce něco vysílat, tak prostě pošle zprávu. Pokud do určité doby nedostane potvrzení, pošle zprávu znovu. Potvrzování musí být řešeno na vyšších vrstvách, například transportní. Metoda nevyžaduje žádnou řídící stanici, každá stanice se snaží vstupovat do sítě na základě vlastního odhadu situace provozu sítě. Tato metoda je velmi jednoduchá a dá se jí aplikovat asi do 20% zatížení sítě. Při větším zatížení (pokud soupeřilo o vysílání více stanic) docházelo k přetížení až zahlcení sítě opakováním zprávy. 2 CSMA (Carrier Sense Multiple Access) je pravděpodobnostní protokol přístupu k médiu (Media Access Control protocol, MAC protocol), ve kterém uzel ověřuje nepřítomnost dalšího provozu před vysíláním na sdíleném fyzickém médiu, jako například elektrickém propojovacím vedení či pásmu elektromagnetického spektra. Jedná se o modifikaci sítě Aloha. Carrier Sense ( Naslouchání nosné ) popisuje fakt, že vysílač naslouchá nosné vlně před pokusem vysílat. To znamená, že se Multiple Access ( Vícenásobný přístup ) popisuje fakt, že na médiu vysílá a přijímá více uzlů. Vysílání jednoho uzlu je obecně přijímáno všemi ostatními uzly užívajícími médium. 15

15 Standart Určení IEEE Standardy sítě Ethernet IEEE Sběrnicové sítě s metodou přístupu token IEEE Kruhové sítě s metodou přístupu token IEEE Pro bezdrátové sítě Tabulka 1 - Základní standardy IEEE pro sítě LAN Hlavní výhodou standardu IEEE 802 je pro konečného uživatel to, že zřejmě vyústí do standardizace fyzické a spojové vrstvy v modelu OSI. To znamenám, že různé výrobci, kteří vyhovují těmto standardům, budou vyrábět hardware, který může pracovat ve společném systému. 2.2 Specifikace Ethernet Pří stavbě ethertnetové sítě je nutné dodržovat topologická pravidla především délku segmentu v celé síti. Kolizní přístupová metoda totiž předpokládá, že se signál v sítě šíří nekonečně rychle. Začne-li vysílat jedna stanice na začátku sítě, je jí okamžitě slyšet na konci sítě. Fyzikálně je to nesmysl a na základě toho jsou stanoveny maximální vzdálenosti, pří kterých bude CSMA/CD 3 ještě fungovat. Pro maximální rozměr sítě se také používá termín kolizní doména. Vzdálenost závisí na elektronických vlastnostech přenosového média a rychlosti přenosu dat. V ethernetové síti, kde jsou stanice propojeny kroucenou dvojlinkou, tvoří kolizní doménu všechny stanice propojené pomocí hubu, protože hub pracuje na fyzické vrstvě modelu ISO/OSI. Použije-li se pro propojení stanic switch, který pracuje na linkové vrstvě modelu OSI, nejedná se již o kolizní doménu (switch dělí kolizní doménu). V ethernetové síti, kde jsou stanice propojeny pomocí koaxiálního kabelu, pak patří do kolizní domény všechny připojené počítače včetně těch, které odděluje opakovač (repeater), který stejně jako hub pracuje na fyzické vrstvě modelu ISO/OSI. 3 CSMA/CD (CSMA s detekcí kolizí, Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) jsou vysílající uzly schopny detekovat výskyt kolize a zastavit vysílání okamžitě a počkat náhodnou dobu před dalším pokusem o odeslání. Toto vede k mnohem efektivnějšímu využití média, protože se neplýtvá časem na vysílání celých kolidujících rámců. CSMA/CD však nelze použít pro všechna média (např. pro rádio) a vyžaduje přídavnou elektroniku (to při současných technologiích nepředstavuje vážnější problém, ale je jedním z důvodů proč Apple použil LocalTalk založený na CSMA/CA namísto tehdy podstatně dražšího Ethernetu). 16

16 Značení Ethernetu má pevná pravidla: První číslice označuje rychlost, se kterou standart pracuje Slovo BASE charakterizuje metodu, ve většině případů jede o metodu BASE Písmeno na konci popisuje kabel: F = optický kabel (fiber optical kabel), T = nestíněná kroucená dvojlinka (unshielded twisted pair) Nejstarší, dnes už nepoužívaný Ethernet je norma 10 Base. O tomto standartu krátce. Existoval v těchto variantách: 10BASE-5 (Tlustý Ethernet): jeho základem byl tlustý koaxiální kabel a sběrnicová topologie. Když vytvořil výbor 802 svůj standart pro sběrnicovou síť, představoval silný koaxiální kabel normou pro síť Ethernet. Následkem toho se někdy původní řada specifikací IEEE označuje jako 10BASE-5, který může přenášet data rychlostí 10 Mb/s na maximální vzdálenost 500 metrů. 10BASE-2 (Tenký Ethernet): šlo o standart velmi rozšířený, používající tenký koaxiální kabel, tedy sběrnicovou topologii. Mnoho dodavatelů sítí přišlo na to, že je mnohem snazší a levnější použít pro instalaci sběrnicové sítě tenký koaxiální kabel. Specifikace IEEE BASE-2 popisuje sběrnicovou síť vytvořenou pomocí tenkého koaxiálního kabelu, který může přenášet data rychlostí 10 Mb/s na maximální vzdálenost 100 metrů. Stanice se připravovali pomoci členu T, nebo zásuvek EAD. Délka kabelového segmentu byla maximálně 185 metrů a celé sítě pak 910 metrů. V jednom segmentu tak mohlo být maximálně 30 uzlů (stanic, zesilovačů, můstků atd.), celkový počet uzlů v síti nesměl být vyšší než Na konce kabelového systému museli být opatřeny zakončovacími odpory. 10BASE-T (kabeláž kroucenou dvojlinkou): ve své době opět hodně používaná norma. Jejím základem je kroucená dvojlinka, HUB 4 (později switch) a topologie hvězda. V sítí mohly být maximálně 4 rozbočovače, použitím mostů bylo možné toto pravidlo obejít. Ačkoli je tato síť logickou sběrnicí, kde se data přenášejí po celé síti, je prostorově vytvořena jako distribuovaná hvězda pří použití levného krouceného páru. Pro správce sítí 10BASE-T přitažlivá proto, že všechny stanice jsou propojeny do koncentrátoru, který obsahuje vestavěnou diagnostiku. Když koncentrátor rozezná, že je stanice porušena, 4 Ethernetový hub nebo pouze hub, česky rozbočovač, je aktivní prvek počítačové sítě, který umožňuje její větvení a je základem sítí s hvězdicovou topologií. Chová se jako opakovač 17

17 může jí obejít, a celá síť tak není narušena. Maximální délka kabelu mezi PC a HUB byla 100 metrů. 10BASE-F (kabeláž optickým kabelem): ethernetový předpis pro optickou kabeláž měl 3 specifikace: 10BASE-FP (fiber passive) pro připojování stanic. 10BASE-FL (fiber link) k propojování pracovních stanic a Hubů. Ta je pro sítě LAN nejdůležitější, délka segmentů může byt až 2 kilometry. Je možné propojit dva Huby, což je nejvíc rozšířené, vlastně se tak spojují dva síťové segmenty. 10BASE-FB (fiber backbone) pro páteřní rozvody mezi budovami. 2.3 Specifikace Fast Ethernet (rychlost 100 Mb/s) 100 Mb/s Ethernet je momentálně nejpoužívanější normou, a však začíná být hodně populární gigabitový Ethernet. Technologie 100BASE-T navazuje na vlastnosti a koncepci osvědčené Ethernet sítě 10BASE-T. Podporována je podobná topologie sítě, typy kabeláže, použitá přístupová metoda a typy rámců MAC 5. Změny se promítly jen do implementace fyzické vrstvy, která teď musí zabezpečit desetinásobné zkrácení doby přenosu prvků signálu. Na rozdíl od norem Ethernetu pro rychlost 10 Mb/s není možné použít koaxiální kabel. 100BASE-T rychlý ethernet je definován ve třech variantách: 100BASE-TX pracuje na kabeláži s nestísněnou kroucenou dvojlinkou, určena taky pro linkové kategorie 5 s využitím dvou párů. Je také možné použit stíněnou dvojlinku, maximální délka segmentu může být 100 metrů. 100BASE-FX je určena pro optické kabely, délka segmentu může dosahovat až 412 metrů pro více-vidové kabely a poloviční duplex, anebo až metrů pro jednotlivý kabel a duplexní režim 100BASE-T4 je modifikovanou variantou pro linkové segmenty UTP 6, STP s méně kvalitní kabeláží kategorie 3 s maximální frekvencí 25 Mhz. Přenos je realizován pomocí čtyř samostatných párů: vysílacího přijímacího, a dvou obousměrných. Po těchto párech se přenášejí data s nosovou frekvencí 25 5 MAC adresa (z anglického Media Access Control ) je jedinečný identifikátor síťového zařízení, který používají různé protokoly druhé (spojové) vrstvy OSI. Je přiřazována síťové kartě NIC bezprostředně při její výrobě (u starších karet je přímo uložena do EEPROM paměti) a proto se jí také někdy říká fyzická adresa, nicméně ji lze dnes u moderních karet dodatečně změnit. 6 Kabely mohou být nestíněné (UTP - Unshielded Twisted Pair) a stíněné (STP - Shielded Twisted Pair), které se používají v průmyslovém prostředí - jsou odolnější proti rušení. Používá se stínění celého kabelu, nebo i jednotlivých párů. Provedení strukturované kabeláže se dělí na kategorie podle svých elektrických a přenosových vlastností. Na kategorii závisí maximální možná přenosová rychlost. 18

18 MHz a kódovacím systémem 8B6T 7, zbývajícím párem se přenáší detekce kolize Pro instalaci sítě Fast Ethernet platí Topologická pravidla jsou velmi přísná, signál se šíří 10krát rychleji než u Ethernetu 10BASE, ale nejdříve si musíme uvědomit, že Fast Ethernet rozeznává dvě kategorie koncentrátorů (Hubů, rozbočovače): Class 1 (translational repeater) převádí signál do digitální formy, což způsobuje zpoždění při zpracování signálu. Proto může být v doméně pouze jeden rozbočovač, ale dovoluje kombinaci obou fyzických signálních schémat, 100BASE-TX i 100BASE-T4 Class 2 (transparent repeater) signál pouze zesiluje, a tak je nutno používat pouze jednu normu, buď 100BASE-TX anebo 100BASE-T4. V jedné doméně však mohou být použity dva rozbočovače typu Class 2, mezi nimi však musí být minimální vzdálenost 5 metrů. 2.4 Gigabitový Ethernet (rychlost Mb/s) Většina gigabitového internetu používá standardy 1000BASE-FX nebo 1000BASE-LX. Optické kabely logicky vládnou v těchto normách, protože byly první technologií, která gigabitové přenosy dovolila. Obě gigabitové normy jsou poměrně omezené, co se týče vzdálenosti. Zvládnou na výbornou stometrový horizontální limit TIA/EIA-568- C, ale pokud budeme chtít tuto normu použít pro páteřní rozvody a nebo optiku přímo na stůl, můžeme počítat se vzdálenosti v rozmezích metrů. To jsou minimální vzdáleností udávané IEEE 802.3z, kterou většina výrobců o rozumné hodnoty překračuje. Písmeno S v názvu normy standardně označuje krátkou (short) vlnovou délku 850 nm a používá se v kombinace s vícevidovým vláknem. Písmeno L označuje delší vlnovou délku 1300 nm pro vícevidové a 1310 nm pro jednovidové vlákno. Začínají se pomalu objevovat i technologie, které se gigabitový Ethernet snaží rozšířit i do současné sítě, patří sem proprietální režimy SLX, ELX, ZX, u kterých je dosah kabelů až na vzdálenost 10, 70, 80 kilometrů. Díky těmto dalekonosným variantám gigabitového Ethernetu se dají klasické IP přenosy používat i ve velkých metropolních sítích s velkou kapacitou. 7 Signaling specified by 100BASE-T4 Ethernet, while it has three levels, is not compatible with MLT-3. It uses selective base- 2 to base-3 conversion with direct mapping of base-3 digits to line levels (8B6T code). 19

19 2.5 Přehled standardu Ethernetu a jeho specifikace V tabulce je seznam současných standardů a jejich specifikaci. Standart Specifikace Druh kabelu Rychlost Délka Ethernet 10BaseT IEEE 802.3i CAT5 UTP 10 Mb/s 100 metrů Ethernet Fast Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet 10BaseF: 10BaseFB 10BaseFL 10BaseFP IEEE 802.3j Fiber 10 Mb/s 2000 metrů 2000 metrů 500 metrů 100BaseT IEEE 802.3u CAT5 UTP 100 Mb/s 100 metrů 100BaseFX IEEE 802.3u MMF MMF SMF 1000BaseT IEEE 802.3ab CAT5/CAT6 UTP 1000BaseCX IEEE 802.3z Shielded, balanced coax 1000BaseSX IEEE 802.3z MMF (850 nm) MMF (850 nm) 1000BaseLX IEEE 802.3z SMF (1300 nm) 100 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s 412m half duplex 2km full duplex 15-20km full duplex 1 Gb/s 100 metrů 1 Gb/s 25 metrů 1 Gb/s 1 Gb/s 1 Gb/s 1 Gb/s 1 Gb/s 550 metrů od 220 do 275 metrů 5 kilometrům 550 metrů 550 metrů Gigabit Ethernet 1000BaseLH IEEE 802.3z SMF ( GB/s 10 kilometrů Tabulka 2 Standardy Ethernetu a jeho specifikace 20

20 3. Typy kabelů Použité zdroje: [1], [4], [13], [17], [19] V lokálních sítích se v současné době pro připojení počítačů do sítě nejvíc používá několik základních druhů kabelů. Kromě rozdílů v přenosových schopnostech jsou kabely klasifikovány podle typu konstrukce. Mezi nejběžnější typy patří koaxiální kabel, kroucená dvojlinka a optický kabel. 3.1 Tenký koaxiální kabel Jedná se o souosý kabel, který je tvořen dvěma vodiči. Po vnitřním vodiči, obklopeným izolační vrstvou, jsou přenášena data, izolační vrstva je pak ovinutá druhým vodičem, který je tvořen sítí tenkých drátků. Druhý vodič slouží k elektromagnetickému odstínění vnitřního vodiče. Tenký koaxiální kabel je typický svou černou barvou. Používá se k propojení počítačů v sítích s topologií sběrnice a konkrétně pro Ethernet specifikace 10BASE Kroucená dvojlinka (Twisted Piar) Krocená dvojlinka se podobá telefonnímu kabelu. Skládá se z párů vodičů vzájemné kroucených. Kroucená dvojlinka je dražší než koaxiální kabel, přesto je koaxiální kabel považován za mnohem odolnějším ve srovnání s dřívějšími kroucenými dvojlinkami. Střední vodič koaxiálního kabeli je totiž vnější izolace mnohem lepé chráněn před okolními vlivy. Tento rozdíl se dá spatřit, jestli porovnáme televizní a telefonní kabely, kroucené dvojlinky byly mnohem tenčí a náchylné na zlomení nebo porušení, vnější izolace byla tenčí. Moderní kabely jsou mnohem odolnější, tato zlepšení dokázala zvýšit spolehlivost kroucené dvojlinky a tím také zvýšila její přenosovou kapacitu až na 100 Mb/s. Další její výhoda spočívá v neovlivnění sítě jako celku. Pří porušení kroucené dvojlinky nespadne celá síť, jak by se mohlo stát u sítě propojené koaxiálním kabelem. 3.3 UTP (Unshielded Twister Pair) Nestíněná kroucená dvojlinka. Jednolité kroucené páry tedy nejsou stíněné žádným způsobem. UTP se dále dělí na několik kategorií, z nichž největší uplatnění nacházejí kategorie 5 pro Ethernet specifikace 100BASE-T. Níže v tabulce uvádím nejrozšířenější kategorii: 21

21 Název kabelu Kroucená dvojlinka Kroucená dvojlinka Kroucená dvojlinka Kroucená dvojlinka Standart Označení Rychlost přenosu 100BASE-T Kategorie Mb/s 1000BASE-T Kategorie 5e 1000 Mb/s 1000BASE- TX 1000BASE- TX2 Kategorie 6 Kategorie Mb/s 1000 Mb/s Tabulka 3 Nejrozšířenější kategorii Ethernetu 3.4 Optický kabel (fiber optic cabel) Je založen na odlišném přístupu než metalické kabely. Data nejsou přenášená elektricky v kovových vodičích, ale světelnými impulsy ve světlonosných optických vláknech Mnohovidové (MMF multi mode fiber) Jejichž optické vlastnosti jsou horší, je to dáno tím, že index lomu není ve všech částech kabelu stejný a tím dochází k lomu světelného paprsku. Světlo se rozpadá na několik části vidů. Vidy dorazí na konec vlákna v různém časovém intervalu, což způsobuje zkreslení signálu. Mnohovidové kabely sice mají horší vlastnosti, ale síť z nich složená je mnohem levnější, přispívá také k tomu horší zdroj světla LED dioda. Horší vlastnosti kabelů se projeví na kratších vzdálenostech, na kterou je kabel schopen přenášet signál. Řádově jde o stovky metrů, což je pro většinu LAN dostačující, a proto se v nich setkáváme s mnohovidovými optickými kabely Jednovidové (SMF Single Model Fiber) V nich je index optického lomu mezi jádrem a pláštěm vlákna velmi malý a konstantní. Kabelem prochází je jeden paprsek bez lomů a ohybů. Jednovidové kabely mají lepší vlastnosti, vyšší přenosovou kapacitu a dovedou přenést signál na delší vzdálenost než mnohovidové kabely. Jsou ale drahé, k tomu přispívá dražší, kvalitnější zdroj světla laser. Většinou je používají telekomunikační firmy, u sítě LAN se s nimi můžeme potkat jen výjimečně. 22

22 3.5 Srovnání jednotlivých typů kabelů Na závěr uvádím srovnávací tabulku vlastností výše popsaných kabelů Typ kabelu Kroucená dvojlinka Optický kabel Výhody Nevýhody Použití Levná, jednoduchá montáž, rychlost 100 a 1000 Mb/s Rychlost 100 a 1000 Mb/s, odolnost proti rušení, přenos na dlouhé vzdálenosti. Galvanické 8 oddělení spojovacích sítí. Musí se používat aktivní prvek switch Drahé příslušenství a montáž především konektorů Dnes je nejvíc používaná Pro propojování jednotlivých sítí nebo budov Tabulka 4 Srovnávání jednotlivých typů kabelů 8 Galvanické oddělení je v elektrotechnice způsob, jakým se oddělují dvě nebo více částí obvodu, aby nebyly spojeny vodičem, ale přitom aby docházelo k přenosu el. energie (práce a výkonu), případně impulzů. Zdroj: 23

23 4. Topologie počítačových sítí Použité zdroje: [4], [11], [20], [2], [12] Topologie je pojem, který se používá pro propojení počítačů do sítě. Fyzická topologie popisuje vlastní strukturu síťového hardwaru. Logická topologie chování postačí v síti z pohledu uživatele. V místních sítích se nejčastěji vyskytuje topologie sběrnicová, kruhová, stromová anebo hvězdová. 4.1 Sběrnicová topologie Neboli jinak lineární sběrnice je běžná a často využívaná struktura. Jediný hlavní kabel spojuje každý uzel sítí. Každý uzel je připojen ke dvěma dalším, kromě strojů na obou koncích kabelu, které jsou propojený pouze k jednomu uzlu. Síťový operační systém připojuje každému uzlu jedinečnou elektronickou adresu, a řídí tok informací podle adresovacího serveru. Tato technologie má výhodu v tom, že nevyžaduje, aby byl pro funkčnost sítě zapnut každý počítač, protože cely běh sítě je závislý pouze na jednom kabelu, výkon někdy může být nízký, kvůli zatížení kabelu. Tato topologie se často vyskytuje v systémech klient/server, kde jeden ze strojů je určen jako souborový server a stará se pouze o distribuci velkých datových souborů v rámci sítě a není obvykle použit na nic jiného. Vlastnosti: Lze snadno doplňovat, připojovat nebo odstraňovat další pracovní uzly do/od sítě K připojení nového uzlu do sítě nejsou zapotřebí další prvky, jako u jiných technologií Všechny informace se přenášejí přenosovým médiem přímo od zdroje k příjemci Porucha určitého uzlu znamená poruchu konkrétního uzlu, což znamená, že nedostupný je pouze porouchaný uzel Je prostředkem pro přímou komunikaci každého uzlu s každým. 24

24 PC PC PC PC PC Obrázek 1 Sběrnicová topologie 4.2 Kruhová topologie Toto struktura je podobná lineární sběrnici, kromě toho, že uzly jsou spojeny do kruhu pomocí kabelových segmentů. Každý uzel je propojen se dvěma dalšími. Každý uzel přenáší informace do té doby, než dosáhne svého cíle, výkon na tomto sytému je většinou větší, protože každá část kabelového sytému přenáší pouze tok dat mezi dvěma počítači. Tento typ topologie nejčastěji můžeme objevit v sítích typu peer-topeer, kde každý stroj řídí zpracování informace a distribuovaní datových souborů. Vlastnosti: Rozšiřování sítě lze provést jednoduše a snadno Pří poruše některého z uzlu by se přerušil přenos zpráv v síti. Proto by bylo nutné zajistit, aby v případě poruchy uzlu byl tento uzel přemostěn PC PC PC PC Obrázek 2 Kruhová topologie 25

25 4.3 Hvězdová topologie Jednou z nejstarších síťových topologií je hvězdová topologie, která využívá k příjmu a vysílaní zpráv stejného přístupu jako telefonní systém. Právě tak jako telefonní centrála propojuje hovory jednoho účastníka s druhým účastníkem, musí všechny zprávy v sítí s hvězdovou topologií procházet centrálním počítačem, jenž řídí tok všech dat. U této sítě je snadné přidávat nové stanice. Vše, co je potřeba, je kabel od centrálního počítače k síťovému rozhraní nové statice. Centrální uzel může být: Řídícím uzlem, který zajišťuje směrování zpráv v síti. Ostatní uzly se v tomto případě směrováním vůbec nezabývají. Toto uspořádaní je vhodné v těchto případech, kdy v sítí převažuje komunikace mezi řídícím uzlem a jinými uzly v sítě Normální uzel ne řídící. V tomto případě má síť obdobné vysílací vlastnosti jako linková topologie v tom smyslu, že zpráva vyslaná jakýmkoliv uzlem postupně dorazí ke všem ostatním uzlům sítě Síť s řídícím uzlem má tyto vlastností: Levné rozšiřování sítě Vyšší základní cena sítě Nižší spolehlivost daná řídícím uzlem, ke zvýšení spolehlivosti přispívá připojením každého uzlu vlastním médium, tj. je snadná izolace vadného uzlu či vadného připojení k centrálnímu uzlu PC PC PC Centrální počítač PC Obrázek 3 Hvězdová topologie 26

26 4.4 Logická topologie Pojem logická topologie popisuje schéma, které síťový operační systém používá pro řízení toku informací mezi uzly. Schéma komunikace operačního systému ovlivňuje pohled na vzájemné komunikace mezi počítači z hlediska uživatele. Většina sítových operačních systému používá jeden ze dvou základních druhů topologie Lineární Toto komunikační schéma pracuje podobně jako topologie typu lineární sběrnice a často se s ním můžeme setkat v systému Ethernet. Každý uzel má jedinečnou adresu, k adresám se přistupuje sekvenčně. Informace v systému jsou předávány v seznamu sem tam, pokud nenajdou požadované místo určení Token Ring Toto schéma můžeme nalézt v topologii typu lineární sběrnice a kruh. Každý uzel má jedinečnou adresu, k adresátům je přistupováno kruhově. Logické adresy nemusí odpovídat fyzickému umístění počítačů. PC 1 PC 4 PC 2 PC 5 PC 3 Obrázek 4 Fyzická struktura lineární sběrnice Rozdíl mezi lineární a token ring topologií: V lineárním systému logické adresy odpovídají fyzickému umístění počítačů v síti V systémech Token Ring logické adresy přesně neodpovídají struktuře sběrnice 27

27 4.4.3 Logický Lineární Ethernet PC 1 PC 3 PC 5 PC 2 PC 4 Obrázek 5 Logický Lineární Ethernet Logický Token Ring PC 1 PC 2 PC 3 PC 6 PC 5 PC 4 Obrázek 6 Logický Token Ring 28

28 5. Obecný model architektury počítačové sítě Použité zdroje: [2], [10], [12], [13], [20], [6] 5.1 Základní požadavky kladené na architekturu počítačové sítě Realizace komunikace mezi koncovými prvky sítě vyžaduje vykonání určitě sekvence činností, respektive funkcí ze strany sítě. Typickým příkladem může být navozování spojení, rozklad přenášených informaci do bloku, přenos bloků, jejich zabezpečení proti chybám apod. Výrobci komunikačních zařízení se v minulosti drželi zejména vlastní specifikace řešení a firemní architektury omezené pouze na vzájemnou komunikaci prvků jednoho výrobce. Typickým příkladem z této oblastí byla například firemní specifikace firemních značkových terminálů VT 100 od firmy DEC a 3270n od firmy IBM, jimž se přizpůsobovali i ostatní výrobci ve svých řešeních nebo programových emulacích, čímž původně firemní specifikace dosáhli téměř standardů. Některé komunikační systémy a sítě mohou mít odlišné nároky na jednotlivé vrstvy modelu, dokonce ani nemusejí vyžadovat všechny funkce modelu. Příkladem jsou průmyslové sítě, které nevyžadují směrování, a proto síťová vrstva není nutná, a tudíž není třeba ji implementovat. Dalším příkladem je i původní řešení sítí Windows (WfW, PC-Net) založené jen na transportní a linkové vrstvě NetBIOS/NetBEUI 9. Jiným příkladem je vzájemné propojení sítí stejného typu pomoci propojovacích prvků ve formě mostů (bridge) nebo propojení nekompatibilních typů sítí prostřednictvím bran (gateway). 9 NetBIOS (Network Basic Input Output System) je softwarové rozhraní (API) poskytující služby, které mají vztah s 5. (relační) vrstvou ISO/OSI modelu. Programové rozhraní je určeno ke zpřístupnění dat uložených na vzdálených počítačích. Cílem bylo zpřístupnění síťových zdrojů a služeb pomocí názvů. Původně byl vázán pouze na protokol síťové/transportní vrstvy NetBEUI. Zároveň zajišťoval službu názvů v rámci lokální sítě. Směrování nebylo možné. Později byly provedeny modifikace, které umožnily provoz tohoto protokolu i nad směrovatelnými protokoly, např. IP nebo IPX. Zdroj: 29

29 5.2 Typické architektury počítačových sítí Již od počátku budování sítí se objevovala snaha o vytvoření univerzálních konceptů sítě. Jelikož v této oblasti pracovaly souběžně dvě nezávislé různé světové firmy, např. IBM, a odborníci z oblasti informačních systémů, telekomunikačních a mezinárodních standardizačních komisí (ISO, ITU, IEEE, ANSI), vzniklo postupem času několik vzájemně nekompatibilních architektur. Níž uvedu ty nejpoužívanější: RM-OSI - architektura pro komunikace tzv. otevřených systémů TCP/IP - architektura pro heterogenní sítě Architektura RM-OSI Architektura RM-OSI (Reference Model-Open System Interconnection) referenční model propojování otevřených systémů, byla vytvořena v roce 1979 mezinárodní standardizační organizace ISO (International Organization for Standartisation) pod normou s označením Referenční model nespecifikuje vlastní implementaci komunikačních systémů, omezuje se jen na specifikaci základního modelu komunikace, rozčleňuje komunikaci na sedm základních vrstev, popisuje nejen funkce a služby jednotlivých vrstev, ale i komunikace mezi sousedními vrstvami. Referenční model otevřených systému RM-OSI jako mezinárodní standart a koncept architektury základní počítačové sítě se dá charakterizovat následovně: Uzly systému se rozdělují na koncové uzly komunikující po síti chápané jako koncové datové zařízení (DTE) a mezilehlé uzly zabezpečující vlastní komunikaci propojovací prvky sítě (DCE), Komunikace a její vlastní řízení je rozčleněno do sedmi elementárních a vzájemné spolupracujících vrstev (sedmivrstvý model). Komunikace probíhá přesně definovaným způsobem mezi odpovídajícími a sousedními vrstvami modelu prostřednictvím tzv. služebních entit vrstev. Při komunikace se využívají specifikované služební primitivní architektury. 30

30 Koncový uzel 7 aplikační 6 prezentační 5 relační 4 transportní 3 síťová 2 linková 1 fyzická Protokoly 3 síťová 2 linková 1 fyzická Koncový uzel 7 aplikační 6 prezentační 5 relační 4 transportní 3 síťová 2 linková 1 fyzická Obrázek 7 Architektura RM-OSI Mezilehlý uzel Principielně je architektura označená na obrázku výše, který zobrazuje jednotlivé prvky modelu, konkrétní vrstvy a jejich členění. Aplikační vrstva - představuje nejvyšší 7. vrstvu architektury. Při komunikaci tato vrstva poskytuje koncovým aplikačním procesům podpůrné aplikační funkce ASE (Application Service Element). Obvykle členěná na specifické aplikační služby SASE (Specific ASE) a podpůrné aplikační služby CASE (Common ASE). Služby SASE, jsou obvyklé vázány na určitý okruh aplikací například: pro přenos souborů, elektronickou poštu anebo terminálový přístup. Podpůrné aplikační služby CASE jsou koncipovaný univerzálně pro aplikace různého charakteru. Prezentační vrstva - určuje a upravuje tvar dat, v jakém jsou dostupné uživateli (abstrakt syntax) a jakým se přenášejí sítí (transfer syntax). Do její působnosti spadá formalizace datových struktur, kryptografické metody a vlastní komprimace přenášených dat. Relační vrstva - vytváří tzv. relace, tj. časové intervaly, v nichž probíhá vlastní komunikace mezi aplikačními procesy. Vrstva řídí synchronizace přenosu, přiděluje pověření k přenosu (příznak provedení). Funkce synchronizace vytváří kontrolní body, od nichž je možné pokročovat v přenosu při poruchách. Transportní vrstva - je poslední vrstvou, která řeší komunikace koncových prvků systému. Přijímá data z relačních vrstev, rozkládá je na menší části pakety, potvrzuje správnost přijetí a odevzdává je síťové vrstvě. Zabezpečuje, aby se všechny části zprávy dostaly správně k příjemci a byly uspořádány ve správném pořadí. Vrstva 31

31 vytváří síťová spojení (přes síťovou vrstvu), multiplexuje a demultiplixuje data mezi transportními spoji koncových procesů, sestavuje nebo ruší několik spojení současně. Síťová vrstva - zabezpečuje adresování a směrování dat v síti od zdroje k cíli přes několik mezilehlých prvků. Směrování může být vykonáváno dynamicky na bázi aktuálního stavu komunikačního systému, kdy se přenosová cesta dynamicky mění pří průchodu paketů jednotlivými mezilehlými prvky, tzv. datagramová služba. V jejím případě se na začátku spojení nejprve vytvoří virtuální cesta přes mezilehlé prvky, kterou jsou potom v průběhu spojení přenášeny, tzv., spojově orientovaná služba. Linková vrstva - poskytuje funkce zabezpečení spolehlivého spojení, kterou se přenášejí data po fyzických přenosových médiích komunikujícími prvky. Vrstva formátuje přenášena dat (zprávy, pakety) do datových rámců (frame) obsahujících potřebné informace pro adresování uzlů na lince a zabezpečení přenosů proti chybám. Vlastnosti vrstvy je rozpoznávání rámců. Proto každý rámec obsahuje na začátku i na konci speciální kódy určené k synchronizaci a rozpoznání rámce (Preamble). Linková vrstva zabezpečuje řízení toku na lince, respektive obsluhu chybnosti, číslování rámců a opakování přenosů poškozených rámců. Fyzická vrstva - umožňuje přenos jednotlivých bitů komunikačním kanálem bez ohledu na jejich význam. Zabezpečuje též synchronizaci fyzického vysílače a přijímače. Ve fyzické vrstvě jde hlavně o definici fyzických signálů používaných k reprezentaci log. 0 a log. 1 na konkrétním fyzickém médiu. Vrstva rovněž předpisuje požadované vlastnosti přenosového média, mechanické a elektrické charakteristiky rozhraní. V průběhu komunikace výkonová každá vrstva vlastní službu a v kooperaci s navazujícími sousedními vrstvami. Jedna vrstva je členěna na množinu dále nedělitelných aktivních částí, tzv. entit. Entity jedné vrstvy jsou při komunikaci v přímé interakci s entitami sousedních vrstev, jejichž služby využívají. Spolupráci odpovídacích entit mezi komunikačními vrstvami vykonávají specializované vrstvové protokoly prostřednictvím definovaných přístupových bodů SAP (Service Access Point). Celkový model je zobrazen níže. 32

32 Vrstva Formy protokolů 7 Aplikační AH/DATA 6 Prezentační PZH/DATA 5 Relační RH/DATA 4 Transportní TH/DATA 3 Síťová SH/DATA 2 Linková LH/ DATA/DT 1 Fyzická BITY Tabulka 5 Přenos dat podle modelu OSI Skutečnou funkcí každé vrstvy modelu OSI je poskytování služeb vyšší vrstvě. Jestliže je vrstva N vykonavatelem či realizátorem služby (Service Provider), tak vrstva N+1 je jejím uživatelem (Service User). Vrstvy mohou nabízet vyšším vrstvám služby spojované a nespojované, viz tabulka níže. Modelem spojované služby je telefonní systém. Chová se tak, že na vstupním bodě se informace do systému a na výstupu ve stejném pořadí odebírají. Příkladem nespojované služby je klasická pošta, kdy některá zpráva nebo její část může být příjemci doručena později než následné odeslaná zpráva. Druhy služby Služba Spojovaná (např. CONS) Nespojovaná (např. CNLS) Spolehlivý proud zpráv Spolehlivý proud slabik Nespolehlivé spojení Spolehlivé datagramy Potvrzované datagramy Dotaz-odpověď Příklad Přenos souborů Vzdálené přihlášení Číslicový přenos hlasu Elektronická informační služba Doporučeny dopis s návratkou Databázové dotazy Tabulka 6 Základní druhy služeb Služby podle modelu OSI využívají čtyř základní primitivní operace, které má uživatel k dispozici. Tyto operace jsou zobrazeny v tabulce. Pro službu potvrzovanou se používají všechny pro nepotvrzovanou jen dvě (označené *) z primitivních operací. 33

33 Primitivní operace Překlad Význam Requet * Požadavek Entita žádá službu o určitou činnost Indication * Indikace Entita je informována o události Response Odezva Entita žádá odpověď na událost Cinfirmation Potvrzení Entita je informována o svém požadavku Tabulka 7 Primitivní operace služeb Architektura TCP/IP Architektura TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol) byla vytvořena v rámci výzkumných prácí iniciovaných Ministerstvem obrany USA DoD (Departament of Defence) na pokusné akademické síti ARPANet. Protokoly TCP/IP byli vyvíjeny jako přímá náhrada za původní protokoly sítě ARPANet NCP (Network Control Protocol). Práce na protokolech TCP/IP byly ukončeny v letech , dále následovalo jejich experimentální ověřování v síti ARPANEt. Od roku 1982 jsou protokoly oficiálním komunikačním prostředím sítě ARPANet, která vlastně byla předchůdcem dnešního internetu. Vzhledem k tomu, že vzniká architektura TCP/IP ještě před specifikaci modelu RM-OSI a není s ním vnitřně kompatibilní. Porovnávání vrstev a protokolů obou architektur je představená v tabulce níže. Číslo Model OSI Číslo Model TCP/IP 7 Aplikační 6 Prezentační 5 Relační 4 Aplikační http SMTP, POP3 Telnet, FTP 4 Transportní 3 Transportní TCP UDP 3 Síťová 2 Internet IP ICMP 2 Linková 1 Řadič Packet Driver -ARP 1 Fyzická DNS, DCHP,SMNP TFTP Tabulka 8 Síťové vrstvy modelů OSI a TCP/IP 34

34 Model TCP/IP vzchází z definice čtyř základních vrstev: 1. Vrstva sítového rozhraní má hlavní úlohu zajistit fyzickou komunikace uzlů sítě, přičemž mapuje funkce fyzické a linkové vrstvy. Je specifikovaná jen pro rozhraní sloužící k přenosům paketů IP pomoci různorodým přenosovým prostředím. 2. Síťová vrstva zabezpečuje funkci na bázi 3. vrstvy OSI. Zajišťuje adresování sítě a nezabezpečenou výměnu paketů protokolem IP v sítí, které jsou přenášeny přes mezilehlé prvky sítě (IP směrovače). Jedná se o klasickou datagramovou službu. 3. Transportní vrstva poskytuje spolehlivou transportní službu se zabezpečením přenosu mezi komunikujícími aplikacemi protokolem TCP. Nespolehlivý přenos diagramů mezi komunikujícími aplikaci protokolem UDP. Je mapovaná na úrovni 4. (transportní) vrstvy modelu OSI. 4. Aplikační vrstva nahrazuje 5. až 7. vrstvu modelu OSI a zabezpečuje vlastní aplikační služby prostřednictvím aplikačních protokolů, např. protokolu http pro přístup k WWW a nebo SMTP pro elektronickou poštu. Architektura TCP/IP má vlastnosti otevřenosti zejména kvůli rozšiřováním internetu, vzájemným propojováním privátních sítí protokolem IP a podporou internetových aplikací jako WWW, B2B, B2C. Architektura TCP/IP tak dosáhla dominantního postavení jako globální standart. Hlavním účelem protokolu TCP je získávat elektronické zprávy libovolné délky a převádět je do paketů o velikosti 64 Kb. Díky tomu může software řídící síťovou komunikaci zasílat zprávy po sekcích a kontrolovat každou zvlášť. Pokud je paket během přenosu poškozen, musí být opakován přenos pouze příslušného paketu, a nikoli celé zprávy od začátku. Poškození dat může nastávat čas od času, především pří přenosu na velké vzdálenosti, je táto metoda v tomto případě je velmi účinná. Internet Protocol (IP) u každého paketů ověřuje její přesnost a adresuje ji na místo určení. Zajišťuje taky, aby pakety byly doručovaný ve správném pořadí. IP zahrnuje informace o různých adresovacích schématech a používá schéma, které je nejvíc vhodná pro místa určení. Tato vlastnost umožňuje kompatibilitu protokolu TCP/IP s různými druhy sítí. 35

35 Po přípravě zprávy pro IP, TCP může zpracovávat různé druhy zpráv různými způsoby. TCP se tak stává hostitelem pro tyto skupiny protokolů: Simple mail Transfer protocol (SMTP) - zpracovává textové zprávy, které obsahují série znaků ASCII (A-Z, čísla a standardní klávesové interpunkční znaky) a cílovou adresu. File Trasfer protocol (FTP) - je větší skupinou pravidel pro zpracování zpráv. Je určen na zpracování složitých zpráv. Například zprávy co obsahují znaky jiné než ASII binární znaky čitelné pouze pro počítač. FTP může také použit pro automatizační zasílání zpráv, jako je například zasílání dávek různých zprav každou hodinu. Telnet - je množinou pravidel, která dovoluje osobě u síťového počítače získat přístup k jinému počítači v síti. Tomu to procesů se říká vzdálený přístup, je mnohem účinnější, než zasílání velkého množství dat přes síť. Telnet vysílá lokální klávesové příkazy na vzdálený terminál a vrací výsledky příkazu zobrazené na obrazovce vzdáleného terminálu zpět na lokální terminál. Síť tvoří propojovací prvky směrovače koncová zařízení a specializované brány. Směrovače slouží k přenosu dat v podobě IP paketů, a jejich směrování, od zdrojového k cílovému uzlu sítě na základě IP adres uzlů sítí. Přenos paketů je zabezpečován nespolehlivou datagramovou službou. Brány jsou specializované uzly na propojení systému na aplikační úrovni, např. bezpečnostní brány (Firewall), poštovní brány různých systémů X 400 a SMTP hlasové brány (VoIP) pro hlasovou komunikace uživatelů počítačových sítí s uživateli klasických telekomunikačních sítí. Všechny přenosy z hlediska aplikační vrstvy jsou chápány jako volání služeb TCP/IP. Vždy proti sobě komunikují konkrétní aplikace, adresované prostřednictvím přidělených čísel tzv. aplikačních protokolů, formou přenosů bloků dat UDP (datagramová služba) aneb přenosem proudu slabik (stream) přenášených v paketech TCP. Aplikace vědí a rozhodují, co jednotlivá data znamenají, a proto odpovídají funkce jako např. navozovaní relace a prezentace dat. V porovnání s architekturami podle OSI jsou architektury TCP/IP ve velké převaze. Pro porovnání s architekturou OSI je v tabulce níže znázorněn princip přenosu dat užitím TCP/IP. 36

36 Vrstva TCP/IP Zapouzdřování protokolů 5 Aplikační AH/DATA 4 Transportní TCP/UDP/DATA 3 Internet IP/DATA 2 Linková MAC/DATA/CRC 1 Fyzická BITY Tabulka 9 Přenos dat podle TCP/IP TCP/IP je použitá ve většině UNIXovskýhc sytému, Banyan VINES, Microsoft LAN Manager a Novel Netware. Zpracování SMTP FTP Telnet Zpracování Verifikace, dat pro TCP dat pro IP adresování přenos přenos Obrázek 8 Vztah mezi protokoly v souboru protokolů TCP/IP 37

37 6. Aplikace počítačových sítí v oblasti informačních systémů Použité zdroje: [2], [1], [6], [16], [19], [21], [20], [17] Základní doménou počítačových sítí jsou právě informační systémy podniků, ve kterých jsou počítače a počítačové sítě už tradičně plní funkci komunikačního a zpracovatelského subsystému. Počítačové sítě kromě zabezpečení základní komunikace mezi komponentami informačního systému, nabízí i celou řadu podpůrných funkcí a služeb využívaných v rámci celého informačního systému. Uplatňují se nejen při budování místních IS, ale přímo podporují i tvorbu distribuovaných IS s neomezeným dosahem a globální působností (sítě WAN). LAN sítě v podnicích jsou obvykle využívány jako: 1. Integrující prostředí pro vzájemné propojení heterogenních prvků IS, kdy počítačová síť propojuje heterogenní prostředky výpočetní techniky, např. počítače různých tříd (mainframe, minipočítače, PC), terminály nebo periferní zařízení (disková pole, tiskárny). Toto prostředí dovoluje nám vzájemnou komunikace s různými počítači v rámci jednotné sítě. 2. Informační systém s integrovanými službami, v němž počítačová síť poskytuje IS svoje vnitřní aplikační služby. LAN obvykle pro IS zajišťuje služby určitého přístupu k datům a aplikacím IS, služby zabezpečení dat a ověřování přístupu ke zdrojům sítě K nejčastějším používaným službám počítačových sítí v informačním prostředí patří následující elementární služby: 1. Lan sítě umožňují lepší správu zdrojů. Je vhodné, když několik uživatelů může sdílet velmi kvalitní tiskárnu, než kupovat tiskárny ke každému počítači, což velmi šetři výdaje na tiskárny. Také licence k síťovému software je mnohem levnější než stejné množství licence pro stejné množství uživatelů na samostatných počítačích. 38