Co je to počítačová síť?

Transkript

1 Co je to počítačová síť? Pojmem počítačová síť se rozumí zejména spojení dvou a více počítačů tak, aby mohli navzájem sdílet své prostředky. Přitom je jedno zda se jedná o prostředky hardwarové nebo softwarové. Před nástupem počítačových sítí musel mít každý počítač ze kterého se chtělo tisknout vlastní tiskárnu. Případně se musel dokument k tisku nahrát na disketu a odnést k počítači s tiskárnou a vytisknout. Horší situace nastala pokud s jedním dokumentem nebo databází pracovalo více osob. V takovém případě se nedalo zaručit že všichni mají ve stejném okamžiku stejnou verzi s úpravami které provedl kolega před hodinou. Tyto dva příklady ukazují práci v samostatném prostředí. Pokud jsou pracovníci spojeni do sítě mohou sdílet: data zprávy grafiku tiskárny faxové přístroje modemy další hardwarové zdroje Organizační zajištění provozu sítě správce (administrátor) sítě o zodpovídá za provoz sítě a síťových serverů o řeší a odstraňuje technické a softwarové závady sítě a síťových serverů o provádí archivaci síťových dat a programů na síťových serverech o provádí instalace a reinstalace síťových programů na síťových serverech o přiděluje přístupová práva uživatelům o dohlíží nad dodržováním stanovených provozních pravidel provozní pravidla: pravidla, která stanovují chování uživatelů v síti: přístupová práva, využívání aplikací, omezení přístupu k aplikacím, nepřípustné chování v síti, používání legálního softwaru, opatření proti šíření počítačových virů atd. K čemu slouží počítačová síť? Společnosti si instalují počítačové sítě především proto, aby mohli sdílet zdroje a aby umožnily přímou komunikaci. Zdroje zahrnují data, aplikace a periferní zařízení. Periferním zařízením je například externí disketová mechanika, tiskárna nebo modem. Přímá komunikace zahrnuje posílání zpráv, odpovídání na zprávy nebo .

2 Tiskárny a další periferie Před nástupem sítí bylo potřeba mít svou vlastní tiskárnu, ploter a další periferní zařízení. Než vznikly sítě, jedinou možností, jak sdílet tiskárnu, bylo střídat se u počítače, ke kterému byla tato tiskárna připojena. Sítě nyní umožňují, aby data i periferie sdílelo současně několik lidí. Pokud velký počet lidí potřebuje používat tiskárnu, mohou všichni používat tiskárnu, která je zapojena do sítě. Aplikace Pomocí sítí je možné sjednotit používání aplikací, jako například textového procesoru, a zajistit tak, že všichni pracovníci zapojení do sítě budou používat stejnou aplikaci a její verzi. Rozdělení sítí podle rozlehlosti LAN - lokální síť Zpočátku se používaly malé sítě, s asi deseti navzájem propojenými počítači a tiskárnou. Velikost sítě, včetně počtu počítačů, omezovala dostupná technologie. Dnes už je možné dosáhnout podstatně větších sítí. Takovým sítím na jednom podlaží budovy nebo v jedné malé firmě se říká lokální síť (LAN z anglického Local Area Network). Většina moderních sítí LAN podporuje širokou škálu počítačů a jiných zařízení. Každé zařízení musí používat vlastní fyzické protokoly a protokoly datového spojení pro konkrétní síť a všechna zařízení, která chtějí komunikovat se všemi ostatními v síti, musí používat stejný komunikační protokol. Ačkoliv jednotlivé sítě LAN jsou prostorově omezeny (např. oddělení nebo budova úřadu) mohou být propojeny do větších sítí. Podobné sítě LAN se propojují pomocí mostů (bridge), které slouží jako body přenosu mezi sítěmi, rozdílné sítě LAN se spojují ústřednami (gateways, které přenášejí data a zároveň je konvertují podle protokolů používaných sítí příjemce. MAN - metropolitní síť V jednom městě, která např. propojuje lokální sítě organizací státní správy a místní samosprávy, nebo vytváří systém tísňového volání (policie, hasiči, záchranná zdravotnická služba). Veřejná síť pracující vysokou rychlostí a schopná přenášet data na vzdálenost až 80 km. Většinou podporuje data i hlas. Tato síť je menší než WAN ale větší než LAN. Pro klasifikaci pro ní platí přibližně to samé co v síti LAN WAN - rozlehlá síť S růstem geografického dosahu sítí připojováním uživatelů v různých městech nebo státech přerůstá síť LAN a MAN do sítě WAN (Wide Area Network). Počet uživatelů v takové síti může činit od deseti do několik tisíc uživatelů. Příkladem takové sítě je např. celosvětová síť Internet, síť americké armády MilNet, atd. Všechny návrhy sítě vycházejí ze tří základních topologií: sběrnicová topologie hvězdicová topologie kruhová (prstencová) topologie Rozdělení sítí podle topologie Pokud jsou počítače zapojeny v řadě za sebou podél jediného kabelu (segmentu), nazývá se tato topologie sběrnicová. Pokud jsou počítače zapojeny ke kabelovým segmentům, které vycházejí z jediného bodu neboli rozbočovače, nazývá se tato topologie hvězdicová. Pokud jsou počítače zapojeny ke kabelu, který tvoří smyčku, nazývá se tato topologie kruhová (prstencová). Zatímco tyto tři základní topologie jsou samy o sobě jednoduché, v praxi používané varianty často kombinují vlastnosti více než jedné topologie a mohou být složité. Sběrnicová topologie

3 Sběrnicová topologie je také známa jako lineární sběrnice. Jde o nejjednodušší a nejčastější způsob zapojení počítačů do sítě. Skládá se z jediného kabelu nazývaného hlavní kabel (také páteř nebo segment), který v jedné řadě propojuje všechny počítače v síti. Komunikace ve sběrnicové topologii Počítače v síti se sběrnicovou topologií komunikují tak, že adresují data konkrétnímu počítači a posílají tato data po kabelu ve formě elektrických signálů. Posílání signálu Data v síti ve formě elektrických signálů jsou posílána všem počítačům v síti, nicméně informaci přijme pouze ten počítač, jehož adresa odpovídá adrese zakódované v počátečním signálu. V daný okamžik může zprávy odesílat vždy pouze jeden počítač. Protože ve sběrnicové síti může v daném okamžiku data posílat vždy pouze jeden počítač, závisí výkon sítě na počtu počítačů připojených ke sběrnici. Čím více počítačů je ke sběrnici připojených, tím více počítačů bude čekat, aby mohly poslat data po sběrnici, a tím bude síť pomalejší Hvězdicová topologie (strom) Ve hvězdicové topologii jsou počítače propojeny pomocí kabelových segmentů k centrálnímu prvku sítě, nazývanému rozbočovač (HUB). Signály se přenáší z vysílacího počítače přes rozbočovače do všech počítačů v síti. Tato topologie pochází z počátků používání výpočetní techniky, kdy bývaly počítače připojeny k centrálnímu počítači mainframe. Mezi každými dvěma stanicemi musí existovat jen jedna cesta! Hvězdicová topologie nabízí centralizované zdroje a správu. Protože jsou však všechny počítače připojeny k centrálnímu bodu, vyžaduje tato topologie při instalaci velké sítě velké množství kabelů. Kromě toho, selže-li centrální bod, přestane fungovat celá síť. Pokud ve hvězdicové síti selže jeden počítač nebo kabel, který ho připojuje k rozbočovači, pouze tento nefunkční počítač nebude moci posílat nebo přijímat data ze sítě. Zbývající část sítě bude i nadále fungovat normálně. Kruhová (prstencová) topologie

4 Prstencová topologie propojuje počítače pomocí kabelu v jediném okruhu. Neexistují žádné zakončené konce. Signál postupuje po smyčce v jednom směru a prochází všemi počítači. Narozdíl od pasivní sběrnicové topologie funguje každý počítač jako opakovač, tzn. že zesiluje signál a posílá ho do dalšího počítače. Protože signál prochází všemi počítači, může mít selhání jednoho počítače dopad na celou síť. Předávání známky Jeden způsob přenosu dat po kruhu se nazývá předávání známky. Známka (token) se posílá z jednoho počítače na druhý, dokud se nedostane do počítače, který má data k odeslání. Vysílající počítač známku pozmění, přiřadí datům elektronickou adresu a pošle ji dál po okruhu. Data procházejí všemi počítači, dokud nenaleznou počítač s adresou, která odpovídá jim přiřazené adrese. Přijímací počítač vrátí vysílacímu počítači zprávu, že data byla přijata. Po ověření vytvoří vysílací počítač novou známku a uvolní ji do sítě. Může se zdát, že oběh známky trvá dlouho, ale ve skutečnosti se přenáší přibližně rychlostí světla. Známka proběhne kruhem o průměru 200m asi krát za sekundu. peer to peer Rozdělení sítí podle rolí jednotlivých uzlů - Všechny stanice jsou v síti rovnocenné a vytvářejí spojení pouze po dvojicích. klient - server - Server zpracovává požadavky klientských stanic, které se k němu připojují. Základní pojmy v oblasti počítačových sítí uzel, host - počítač nebo síťové periferní zařízení připojené k počítačové síti (počítač, tiskárna, scanner, plotter,...) internetworking - vzájemné propojování počítačových sítí internet - obecný pojem pro jakékoliv navzájem propojené počítačové sítě Internet - konkrétní celosvětová síť spojovaná služba - dvě stanice nejprve navážou spojení, přenášejí data a ukončí spojení (obdoba telefonního hovoru) nespojovaná služba - dvě stanice nezřizují spojení, ale posílají si pouze data (obdoba poštovní zásilky) potvrzovaná služba - přijetí dat příjemcem je adresátovi potvrzeno nepotvrzovaná služba - přijetí dat příjemcem není adresátovi potvrzeno. Služba není spolehlivá.

5 Protokol - říká, jak se má co dělat souhrn jednoznačných pravidel pro přenos dat definice formátů přenášených datových balíků a formátů záhlaví těchto datových balíků je specifický pro určitou vrstvu IP adresa Jestliže chceme v rámci sítě navázat spojení s jiným počítačem, musíme znát jeho IP adresu. IP adresu musí mít každý počítač jinou. Protože jinak by nebylo možné rozlišit s jakým počítačem chceme komunikovat. Jeden počítač může mít i víc IP adres. To pokud má víc síťových adaptérů. IP adresy si nemůžeme jen tak libovolně vymyslet. Přiděluje je mezinárodní autorita pověřená správou IP adres. V současné době je 32 bitová verze IPv4. Protože dovoluje adresování pouze 4 miliard počítačů, je připravena nová verze IPv6. IPv6 už bude 128 bitová a k její implementaci by mělo dojít okolo roku IPv4 adresa má velikost 4 byty = 32 bitů. Nejčastěji se zapisuje v desítkové soustavě, kdy jednotlivé byty jsou odděleny tečkou. Každý byte může logicky nabývat hodnot od Například: Adresa IP se skládá ze dvou částí net - ID (adresa sítě) a host - ID (adresa počítače). Podle toho jak jsou jednotlivé sítě rozlehlé (kolik mají hostů) rozlišujeme tři hlavní třídy IP adres. Existují tři hlavní třídy IP adres: A, B, C Třída A net-id host-id host-id host-id IP adresu třídy A v České republice nikdo nemá. Mají ji hlavně nadnárodní společnosti, vládní organizace USA atp. Dovoluje adresování jen 126 sítí, ale v každé z nich může být až 16 miliónů počítačů. Rozsah hodnot IP adres je: až Třída B net-id net-id host-id host-id Třída B umožňuje adresovat už 16 tisíc sítí a 65 tisíc počítačů v každé síti. První dva byte je adresa sítě a další dva adresa počítače. V Čechách ji mají významné organizace. Rozsah hodnot ve třídě B je: až do Například: Třída C net-id net-id net-id host-id IP adresou třídy C dokážeme adresovat až 2 milióny sítí. V každé síti může být 254 počítačů. IP adresa třídy C je v Čechách nejpoužívanější. První tři byte jsou adresou sítě a jeden byte adresou počítače. Rozsah je: až Speciální IP adresy Některé IP adresy jsou vyhrazeny pro speciální účely. Rozsah od do je zařazen do třídy D. Tato třída je využívána pro multicasting. To znamená pro hromadné vysílání videa nebo audia.

6 Rozsah od do patří do třídy E. Tyto hodnoty jsou rezervovány pro další použití a pro experimentální účely nebo jsou určeny k testovacím účelům. Nazývají se loopback adresy. Tyto adresy používá síťový software. Pošleme-li data na tuto adresu, nebudou vysílána přes žádný ze síťových adaptérů počítače do sítě. Pouze zjistíme zda je funkční software, nezávisle na tom, funguje-li síťový hardware. Síťové adresy, tj. adresy, jejichž host část obsahuje samé nuly. Tyto adresy jsou využívány IP protokolem ke správnému směrování paketů mezi sítěmi. Broadcast adresa, je určena všem hostům v dané síti. Používají se k hromadnému rozesílání paketů. Intranet, pokud je síť izolovaná, bez připojení k Internetu, lze použít libovolné IP adresy. Při připojení vnitřní sítě k Internetu by ale mohla nastat situace že budou existovat dvě stejné IP adresy. Této skutečnosti zabraňuje PROXY brána. Proxy brána může sloužit pro libovolnou službu protokolu TCP/IP. Proxy je ve skutečnosti počítač, který je připojen libovolným způsobem k Internetu. Musí mít skutečnou IP adresu aby viděl "ven" a z "venku" byl vidět. Při napsání nějaké www adresy na počítači ve vnitřní síti, prohlížeč odešle tento dotaz na proxy bránu. Ta se dotáže svým jménem na Internetu a poté předá požadavek zpátky počítači. A na okolních počítačích se nastaví adresa vyhrazená pro vnitřní sítě. Rezervované IP pro vnitřní sítě: Třída A : až Třída B : až Třída C: až Model ISO/OSI Model ISO/OSI je referenční komunikační model označený zkratkou slovního spojení "International Standards Organization / Open Systen Interconnection" (Mezinárodní organizace pro normalizaci / propojení otevřených systémů). Jedná se o doporučený model definovaný organizací ISO v roce 1983, který rozděluje vzájemnou komunikaci mezi počítači do sedmi souvisejících vrstev. Zmíněné vrstvy jsou též známé pod označením Sada vrstev protokolu. Úkolem každé vrstvy je poskytovat služby následující vyšší vrstvě a nezatěžovat vyšší vrstvu detaily o tom jak je služba ve skutečnosti realizována. Než se data přesunou z jedné vrstvy do druhé, rozdělí se do paketů. V každé vrstvě se pak k paketu přidávají další doplňkové informace (formátování, adresa), které jsou nezbytné pro úspěšný přenos po síti. Uvedený model obsahuje následující vrstvy (každá vyšší vrstva využívá funkce vrstvy nižší). 7. Aplikační vrstva 6. Prezentační vrstva 5. Relační vrstva 4. Transportní vrstva 3. Síťová vrstva 2. Linková vrstva 1. Fyzická vrstva 7. Aplikační vrstva 6. Prezentační vrstva 5. Relační vrstva 4. Transportní vrstva 3. Síťová vrstva 2. Linková vrstva 1. Fyzická vrstva

7 Aplikační vrstva realizuje výměnu zpráv (datových souborů nebo datových proudů) mezi aplikacemi prostřednictvím služeb protokolu TCP/IP. (http, ftp, nfs, ssh, smtp, pop3, dns) Transportní vrstva zajišťuje bezpečný přenos datagramů mezi aplikacemi spojovanou a potvrzovanou službou. (tcp, udp) Síťová vrstva zajišťuje směrování a doručení datagramů příjemcům. (ip, icmp, arp) Vrstva síťového rozhraní zajišťuje komunikaci fyzických médií (síťových adaptérů). Příkladem síťového rozhraní je Ethernet. (Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, ATM) Internetové adresy Každý uzel v síti s protokolem TCP/IP je jednoznačně identifikován svojí adresou. Doménová adresa (doménové jméno) - textová adresa na úrovni aplikační vrstvy ve tvaru natura.eridan.cz IP adresa - logická adresa na úrovni síťové vrstvy o délce 32 bitů ve tvaru (čtyři čísla od 1 do 255 oddělené tečkami). Hardwarová adresa MAC [Media Access Control address] - fyzická adresa síťového adaptéru na úrovni linkové vrstvy o délce 48 bitů ve tvaru D (šest hexadecimálních čísel od 00 do FF oddělené pomlčkami nebo dvojtečkami). Doménové adresy v sítích s protokolem TCP/IP Každá síťová aplikace pro otevření spojení a přenos dat potřebuje IP adresu. Uživatelé ale dávají přednost jménům počítačů. Proto existuje databáze, která umožňuje vyhledat odpovídající IP adresu k danému doménovému jménu (doménové adrese). Každé IP adrese může být přiřazeno doménové jméno. Toto doménové jméno můžeme používat ve všech příkazech, kde lze použít IP adresu. Výjimkou, kdy se musí použít IP adresa, je identifikace samotného jmenného serveru. Jedna IP adresa může mít přiřazeno i několik doménových jmen. Internet je rozdělen do tzv. domén, tj. do skupin jmen, která k sobě logicky patří. Doména určuje, kam konkrétní počítač náleží. V rámci domény je možné vytvářet tzv. subdomény. Např. v doméně firmy lze vytvořit subdomény pro oddělení. Doménové jméno odráží příslušnost uzlu do skupiny a podskupiny. Každá skupina má přiřazeno jméno. Z jednotlivých jmen skupin je pak složeno doménové jméno uzlu (počítače). Jméno je uváděno v tečkové notaci a má např. následující formát: kde první řetězec (www) je jméno počítače, druhý řetězec (gymtc) určuje nejnižší subdoménu, poslední řetězec (cz) určuje nejvyšší doménu. Pro jednoznačnost se na konci uvádí také tečka, vyjadřující root doménu. Doména root je nepojmenovaná doména na vrcholu stromu domén. Domény nejvyšší úrovně [top level domains] jsou definovány. Celé doménové jméno počítače si lze představit jako adresu na poštovní zásilce. IP adresy v sítích s protokolem TCP/IP Každý uzel (počítač, síťové zařízení) v síti s protokolem TCP/IP je jednoznačně identifikován IP adresou. IP adresy se seskupují do podsítí. Jednotlivé podsítě jsou od sebe odděleny směrovači [router] nebo síťovými bránami [gateway]. Podsítě [subnet] jsou určeny IP adresou a síťovou maskou [netmask], která určuje rozsah IP adres, které do této podsítě náležejí. Maska podsítě [subnet mask] vymezuje všechny IP adresy určité podsítě svými nulovými bity. Maska podsítě se zapisuje ve tvaru nebo xxx.xxx.xxx.xxx/29 kde xxx.xxx.xxx.xxx je IP adresa podsítě a postfix /29 udává, kolik bitů masky je jednotkových. IP adresa pro oběžník [broadcast] se používá pro zaslání dat, která jsou určena všem uzlům příslušné podsítě.