Základy počítačových komunikací

Transkript

1 Informatika 2 Technické prostředky počítačové techniky - 8 Základy počítačových komunikací Přednáší: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Přednášky: středa Spojení: jan.skrbek@tul.cz tel.: Obsah: Výhody a nevýhody datových komunikací Počítačové sítě PAN, LAN, MAN, WAN Přenosová média komponenty Přenosové protokoly 1

2 Úroveň integrace počítačů Samostatné počítače nevylučuje vzájemnou komunikaci (např. víceuživatelské systémy) Počítačová síť skupina autonomních, navzájem propojených (komunikujících) počítačů Distribuovaný systém skupina počítačů, která se chová jako kompaktní celek vůči uživateli je existence jednotlivých strojů transparentní 2

3 Důvody a výhody Datové komunikace zpřístupnit data na vzdáleném počítači, rozšířit kapacity běžného počítače (cloud computing) snadná komunikace mezi uživateli a programy distribuované aplikace sdílení drahých a unikátních technických zařízení a služeb vznik sociálních sítí, vyhledávače, úspora nákladů připojením jednodušších počítačů k výkonným serverům 3

4 Využití a výhody sítí Datové komunikace Sdílení prostředků datových souborů (programy, data) technických prostředků (periferie, výpočetní kapacity) Komunikace mezi uživateli, mezi programy distribuované aplikace Vyšší spolehlivost možnost zálohování, redundantní infrastruktury Úspora peněz seskupení menších počítačů je levnější, než jeden superpočítač 4

5 Nevýhody počítačových sítí cenová náročnost vyškolení administrátorů i uživatelů sítě nutnost ochrany dat před neoprávněným přístupem a zneužitím systému možnost poškození dat, technického či programového vybavení 5

6 Typy sítí Osobní sítě - PAN (Personal Area Network) velice malá počítačová síť propojení osobních elektronických zařízení typu mobilní telefon, PDA, notebook většinou nízká přenosová rychlost - nepřekračuje několik megabitů za sekundu cílem odolnost proti rušení, nízká spotřeba, snadná konfigurovatelnost velmi malý dosah, obvykle jen několik metrů nejčastěji je realizované pomocí technologie Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee nebo IrDA 6

7 Typy sítí Lokální síť - LAN (Local Area Network) sítě v relativně omezené geografické oblasti (místnost až areál - příklad LIANE) jeden vlastník (a správce)!!! vlastní komunikační infrastruktura (kabeláž, bezdrátový přenos) nízká chybovost, vysoké přenosové rychlosti (až desítky GB) odděleny (či propojeny) od dalších počítačových prostředí (dalších sítí) rychlosti: 100 Gb/s Ethernet (Alcatel-Lucent) 7

8 Typy sítí Rozlehlé počítačové sítě - WAN (Wide Area Network) umožňují datové komunikace v geograficky rozlehlých oblastech (přesahují hranice států i kontinentů) pronajatá komunikační infrastruktura (optická vlákna, mikrovlnné trasy, satelity) velké rozpětí přenosových rychlostí (64 kb/s 100 Gb/s) chybovost závislá na technologii obsahují často nejrůznější druhy počítačové techniky, přenosových médií a protokolů (heterogennost) primárně určeny pro vzdálený přístup 8

9 Typy sítí Metropolitní sítě - MAN (Metropolitan Area Network) menší geografická rozloha, než WAN slouží především pro přenos dat, zvuku a obrazu charakteristická je tzv. páteřní síť, propojující jednotlivá centra, do kterých jsou napojeny rychlými přípojkami jednotlivé lokální sítě koncových účastníků 9

10 Struktura počítačové sítě Komponenty připojené počítače spoje (linky, kanály) aktivní přepojovací prvky Topologie vzájemné uspořádání jednotlivých prvků vychází z vlastností kanálů (dvoubodové/sdílené) 10

11 Síťové karty (adaptéry) Síťová karta je zařízení, které umožňuje připojení počítače nebo externího zařízení (tiskárna, scaner, ) do počítačové sítě Řídí tok dat mezi vnitřní datovou sběrnicí počítače (externího zařízení) a sériovým tokem dat v kabelovém rozvodu sítě Každé síťové médium se k síťové kartě připojuje pomocí specifického konektoru, který karta obsahuje 11

12 Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) kroucená dvoulinka (Twisted Pair - TP) nejstarší a nejrozšířenější přenosové médium původně telefonní kabel, kroucením sníženo rušení typický dvoubodový spoj UTP ( Unshield Twisted Pair ) - nestíněná STP ( Shield Twisted Pair ) stíněná - tvořena čtyřmi kroucenými páry vodičů 12

13 Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) Strukturovaná kabeláž Při realizaci sítě v rámci budovy se často používá tzv. strukturovaná kabeláž pro horizontální rozvody (v rámci patra) se používá kroucená dvojlinka; pro vertikální rozvody je použito optického vlákna: jednotná kabeláž pro telefony a data svedena do jednoho centra umožňuje pružně přepojovat a přizpůsobovat topologii zásuvka se může stěhovat s uživatelem 13

14 Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) koaxiální kabel vnitřní a vnější vodič odděleny dielektrickou izolací větší šířka pásma, nízký šum dražší, než TP, horší manipulovatelnost přenosové rychlosti kolem 100 Mb/s 14

15 Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) Optický kabel tenké skleněné vlákno dvě vrstvy z materiálů s vhodnými indexy lomu světlo se udrží uvnitř jádra data transformována do světelných pulsů vysílaných do vlákna laserem použití při přenosech na velké vzdálenosti či velkých objemech dat (páteřní sítě) 15

16 Přenosová média datových sítí radiové spoje používají obvykle pásem VKV, dosah do cca km elektromagnetické vlny v pásmech VKV nesledují zakřivení zemského povrchu pozemní směrové spoje mikrovlnná pojítka => vzájemná viditelnost vysílače a přijímače à parabolické antény 16

17 Přenosová média datových sítí satelitní spoje - typicky na geostacionární dráze principiálně spojení do hvězdy pokrytí velkého území jedním satelitním vysílačem (z družice) zpoždění signálu (geostacionární družice) nevhodné pro interaktivní práci ( km od středu Země, orbitální rychlost 3,075 km/s) potřeba vyššího výkonu pozemních vysílačů vhodné pro aplikace, prováděné formou dávkových přenosů dat Způsoby komunikace: jednokrokové spojení dvoukrokové (či vícekrokové) spojení - přes pozemní řídící stanici (země - satelit - řídící stanice - satelit - země) spojení point - to - multipoint (jedna stanice vysílá a několik stanic přijímá) 17

18 Přenosová média datových sítí nízkoorbitální satelitní spoje odstranění zpoždění vysílače s nižšími výkony komplikovaná synchronizace retranslačních družic laserové spoje nutnost přesného nasměrování velká šířka přenášeného pásma jednosměrná komunikace a potřeba přímé viditelnosti 18

19 Přenosová média datových sítí Technologie ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) využívá místní smyčku na maximum paralelně s telefonem, před ústřednou data odbočí rychlost stahování dat (downstream) až 40 Mb/s ADSL-2+ (závisí na kvalitě a délce vedení), ve druhém směru (odesílání dat - upstream) cca desetina vhodné pro koncové uživatele konzumenty dat 19

20 Přenosové protokoly Datové komunikace Rozhraní vrstev definice služeb nabízených nadřízené vrstvě implementaci určuje zdejší protokol, nadřízená vrstva o ní nic neví rozhraní závisí na implementaci (např. OS) Zdroj: Pavel Satrapa 20