OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA POČÍTAČOVÉ SÍTĚ I TOMÁŠ SOCHOR

Transkript

1 OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA POČÍTAČOVÉ SÍTĚ I TOMÁŠ SOCHOR OSTRAVA 2005

2 Recenzenti: Název: Distribuované systémy I. Principy počítačových sítí Autor: RNDr. Tomáš Sochor, CSc. Vydání: první, listopad 2005 Počet stran: Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor. RNDr. Tomáš Sochor, CSc. Ostravská univerzita v Ostravě

3 OBSAH 1 DISTRIBUOVANÉ SYSTÉMY - ÚVOD DISTRIBUOVANÉ SYSTÉMY VÝPOČETNÍ MODELY V POČÍTAČOVÝCH SÍTÍCH Dávkové zpracování Host/terminál Éra izolovaných počítačů Model souborový server/pracovní stanice Model klient/server Výpočetní modely - shrnutí ČLENĚNÍ POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ Dělení sítí dle rozsahu Dělení dle technologií Klasifikace sítí dle architektury Dělení sítí dle role uzlů Dělení sítí dle vlastnictví Dělení sítí dle použité přenosové techniky Virtuální lokální sítě (VLAN) FUNKCE SÍTÍ LAN SÍTĚ LAN - ÚVOD SDÍLENÍ TECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ SÍTĚ SDÍLENÍ SPOLEČNÝCH DAT ELEKTRONICKÁ POŠTA MONITOROVÁNÍ JINÝCH ÚČASTNÍKŮ SÍTĚ DALŠÍ KOMUNIKAČNÍ SLUŽBY STRUKTURA SÍTÍ LAN STRUKTURA SÍTÍ LAN - ÚVOD SÍTĚ SERVEROVÉHO TYPU Síťový server Pracovní stanice (workstation) Komunikace v síti serverového typu KONCEPCE SÍTĚ PEER-TO-PEER ZABEZPEČENÍ SÍTĚ TOPOLOGIE A PŘÍSTUPOVÉ METODY POUŽÍVANÉ V SÍTÍCH LAN TOPOLOGIE SÍTÍ LAN Sběrnicová topologie Kruhová topologie Hvězdicová (stromová) topologie PŘÍSTUPOVÉ METODY CSMA/CD (Carier sense multiple access with colision detection) Token passing SÍŤOVÝ MODEL A SÍŤOVÁ ARCHITEKTURA...36

4 5.1 MODELY POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ - ÚVOD FYZICKÁ VRSTVA LINKOVÁ (SPOJOVÁ) VRSTVA SÍŤOVÁ VRSTVA TRANSPORTNÍ VRSTVA RELAČNÍ VRSTVA PREZENTAČNÍ VRSTVA APLIKAČNÍ VRSTVA SÍŤOVÉ PROTOKOLY SÍŤOVÉ PROTOKOLY - ÚVOD PROTOKOLY NETBIOS A NETBEUI PROTOKOLY IPX/SPX PROTOKOLY TCP/IP Standardy TCP/IP SROVNÁNÍ TCP/IP A REFERENČNÍHO MODELU ISO/OSI TECHNICKÉ A PROGRAMOVÉ VYBAVENÍ SÍTÍ LAN TECHNOLOGIE POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ Technologie sítě Ethernet (IEEE 802.3) TECHNICKÉ VYBAVENÍ SÍTÍ LAN Přenosové médium Síťová karta - adaptér PROGRAMOVÉ VYBAVENÍ SÍTÍ LAN Ovladač síťového adaptéru Síťový operační systém PROPOJOVÁNÍ SÍTÍ - INTERNETWORKING Opakovač (Repeater) Přepínač (Switch), most (Bridge) Získávání informací o topologii sítě Směrovač (Router) Brána (Gateway)

5 Průvodce studiem Cíle modulu: Cílem tohoto modulu je vysvětlit základní pojmy z oboru počítačových sítí a principy jejich fungování s důrazem na nejrozšířenější přenosové technologie, zejména Ethernet včetně jeho moderních variant. Tyto cíle budou splněny prostřednictvím konkrétních cílů specifikovaných v jednotlivých kapitolách. K jejich splnění Vám pomohou kurzívou psané části označené ikonou kompasu nazvané Průvodce studiem, kde se dozvíte, kolik času budete přibližně potřebovat na zvládnutí jednotlivých kapitol. Slušelo by se zde na úvod uvést i celkový čas potřebný ke zvládnutí celého modulu. Sečtením časových požadavků jednotlivých kapitol můžete zjistit, že celý modul lze zvládnout přibližně za 15 hodin intenzivního studia. Je však třeba to považovat za údaj s nízkou vypovídací hodnotou. Je nutné brát v úvahu, že především pro ty z Vás, kteří dosud máte s praktickým využíváním počítačových sítí malou nebo žádnou zkušenost, bude látka náročná, a rozhodně nelze plánovat zvládnutí např. jedné kapitoly denně, natož pak více. Za optimální bych v takovém případě považoval rozvržení studia nejméně do 2 týdnů, pokud možno i do delšího období více, aby byl čas na přestávky umožňující lepší promyšlení látky. Kurs by měl být vždy absolvován za podpory tutora, který je dostatečně erudovaný v oboru počítačových sítí, a který bude nejen hodnotit korespondenční úkoly, ale také bude studentům nápomocen při porozumění obtížnějším pasážím problematiky. Autor kursu 5

6 1 Distribuované systémy - Úvod Co se dozvíte v této kapitole: Co je výpočetní model a čím je důležitý pro problematiku počítačových sítí? Jaké jsou hlavní výpočetní modely, které se dnes v počítačových sítích používají? Podle jakých kritérií a na jaké kategorie se počítačové sítě dělí? Po prostudování této kapitoly byste měli být schopni: Charakterizovat nejvýznamnější počítačové modely, protože výpočetní model je velmi důležitý atribut aplikací pracujících v počítačových sítích (host/terminál, pracovní stanice/souborový server, klient/server). Dále budete znát přednosti a nedostatky jednotlivých výpočetních modelů. Znát význam nejdůležitějších kategorií počítačových sítí zejména podle rozsahu (LAN, WAN), podle funkčního postavení uzlů v síti (peer-topeer, serverová síť). Klíčová slova této kapitoly: Výpočetní model, host/terminál, pracovní stanice/souborový server, klient/server, síť lokální (LAN), síť rozlehlá (WAN), síť peer-to-peer, serverová síť, Doba potřebná ke studiu této kapitoly: Průvodce studiem 2 hodiny Studium této kapitoly je poměrně náročné zejména pro ty z Vás, kteří dosud nemají s prací v počítačových sítích žádnou praxi. V takovém případě Vám zřejmě některé pojmy budou připadat obtížně pochopitelné, ovšem nenechte se tím odradit, potřebné souvislosti vyplynou z látky probírané v dalších kapitolách. Na studium první části pojednávající o výpočetních modelech si vyhraďte zhruba 2 hodiny. Po jejím prostudování doporučujeme dát si pauzu, třeba do druhého dne, a pak se pusťte do druhé části kapitoly. Její prostudování včetně odpovědí na korespondenční otázky by Vám nemělo trvat déle než 2,5 hodiny, někteří jej zvládnou i za méně než 2 hodiny. 1.1 Distribuované systémy Co je vlastně distribuovaný systém? Literatura [1] uvádí následující definici, které se budeme v této publikaci držet: Distribuovaný systém je množina navzájem nezávislých počítačů, který se svým uživatelům jeví jako jediný (konsistentní) systém. Tato definice má 2 aspekty: nezávislost počítačů, který jej tvoří, a iluzi uživatelů, že jde o jediný systém (to se dosahuje softwarově, tato softwarová vrstva se často označuje jako middleware ). Za příklad distribuovaného Distribuovaný systém je množina nezávislých počítačů 6

7 systému můžeme v souladu s výše uvedenou definicí považovat prakticky každou počítačovou síť, na které se provozuje nějaká skutečně síťová aplikace. Představme si například internetový obchod s nějakým zbožím, lhostejno jakým. Jistě nějaký takový obchod znáte, že?. Zákazník takového obchodu nemá obvykle žádnou možnost zjistit, zda veškeré transakce probíhají na jediném počítači (což je možné obvykle jen v případě malých obchodů, a i tehdy je to nepraktické), nebo zda se na jeho fungování podílí více počítačů. Pokud ano, jde jistě o distribuovaný systém, neboť oba aspekty definice (nezávislé počítače a iluze jediného systému) jsou přítomny. Přitom je vhodné zdůraznit jednu skutečnost: počítače tvořící distribuovaný systém jsou nezávislé, tedy mohou mít navzájem zcela odlišný hardware, operační systém apod. To, co je spojuje, jsou distribuované aplikace, a pod nimi ležící vrstva již zmíněného middlewaru. V dalších částech práce se budeme věnovat různým aspektům počítačových sítí, neboť právě počítačové sítě a v nich provozované aplikace jsou základnou, která může (byť nemusí) dát vzniknout naprosté většině dnešních distribuovaných systémů. Zjednodušeně se dá říci, že technologie počítačových sítí zajišťují mimo jiné zmíněný middleware pro fungování distribuovaných systémů. 1.2 Výpočetní modely v počítačových sítích Pochopení vzniku počítačových sítí vychází mimo jiné z pojmu výpočetního modelu. Výpočetní model je ucelená představa o tom, kde jsou uchovávány aplikace jako programové soubory, kde skutečně běží, zda jsou aplikace rozděleny na části a jakým způsobem, jak tyto případné části vzájemně spolupracují, kde a jak se uchovávají a zpracovávají data, kde se nachází uživatel, kdy, jak a jakým způsobem komunikuje se svými aplikacemi atd. Výpočetní model se vyvíjel a stále vyvíjí. Nejstarší výpočetní modely nepočítají s existencí sítě (např. dávkové zpracování), jiné výpočetní modely s existencí sítě spíše počítají, ale bezpodmínečně ji nevyžadují (např. klient/server), další modely vyžadují existenci sítě (např. distribuované zpracování, network-centric computing). Proto je pochopení výpočetních modelů důležité pro zvládnutí problematiky sítí. Výpočetní model se vyvíjel od historicky podmíněné absolutní centralizace zpracování informací až po absolutní decentralizaci a postupně si ve většině aplikací hledá pozici určitého kompromisu. Je třeba na tomto místě zdůraznit, že výpočetní model je vlastností konkrétní aplikace, nikoli nutně počítačové sítě jako celku, proto je možné (a v moderních počítačových sítích běžné), že se souběžně využívá v různých aplikacích různých výpočetních modelů. Výpočetní modely slouží k pochopení funkce sítí Dávkové zpracování Historicky nejstarší výpočetní model je dávkové zpracování (batch processing). Byl vynucen dobou, (ne)dokonalostí technologické základny, malými schopnostmi SW i HW (nebyla systémová podpora multitaskingu), vysokými náklady, potřebou kolektivního využití dostupné výpočetní techniky. Dnes ještě není zcela přežitý, i když jeho použití se omezuje na speciální případy. Podstata dávkového zpracování je naznačena na obr.1.1. Dávkové zpracování: využití drahých počítačů 7

8 Obr. 1.1: Schematické znázornění dávkového zpracování Dávkové zpracování má řadu nevýhod. Uživatel nemá bezprostřední kontakt se svou úlohou, chybí interaktivita, uživatel nemůže reagovat na průběh výpočtu (volit varianty dalšího průběhu, opravovat chyby apod.), doba obrátky (od odevzdání vstupní dávky do získání výstupní sestavy) bývá relativně dlouhá. Dávkového zpracování má však řadu výhod. Především dokáže relativně dobře vytížit dostupné zdroje, vychází vstříc intenzivním výpočtům (úlohám s minimem V/V operací a vysokými nároky na výpočetní výkon), nutí programátory při programování přemýšlet (protože při dlouhé obrátce si nemohou dovolit experimentovat). Dávkového zpracování používalo v prostředí sítě tzv. vzdálené zpracování úloh. Uživatel na jednom uzlu připravil dávku a poslal ji ke zpracování na jiný uzel (tedy uživatel sám určoval, kam dávku pošle) Host/terminál Dalším výpočetním modelem je host/terminál. Vznikl jako reakce na neinteraktivnost dávkového zpracování. Dokáže uživatelům zajistit přímý kontakt s jejich úlohami a interaktivní způsob práce, dokáže obsloužit více uživatelů současně. Realizace byla umožněna zdokonalením software a hardware, především vznikem softwarových mechanismů pro sdílení času a uživatelských pracovišť (terminálů). Pod pojmem host rozumíme počítač, který je hostitelem systémových zdrojů, procesoru, paměti, V/V zařízení, programů, dat, systémových utilit apod. Výpočetní model host/terminál je zřejmý na obr.1.2. Host/terminál: historie používaná dodnes 8

9 Obr.1.2: Schéma výpočetního modelu host/terminál Podstatou modelu host/terminál je, že podobně jako v případě dávkového zpracování je vše pohromadě, programy (úlohy) běží na hostitelském počítači a data se zpracovávají v místě, kde se nacházejí (nedochází k přenosům velkých objemů dat). Mezi hostitelským počítačem a terminály se přenáší pouze výstupy na obrazovku uživatele a vstupy z uživatelovy klávesnice. Terminály mohou být umístěny v různé vzdálenosti tj. buď v dosahu běžného připojení terminálu (místní, lokální terminály) a nebo mnohem dále (vzdálené terminály), případně kdekoli v síti (pomocí tzv. terminálové emulace). Ve výpočetním modelu host/terminál funguje hostitelský počítač v roli centrálního zpracovatele úloh. Je třeba zde rozlišovat hostitelský počítač jako popis funkčního postavení od pojmu jako střediskový počítač, mainframe. Přitom mainframe, což je spíše popis typu hardware, může fungovat dávkově (používá dávkové zpracování) a nebo v režimu sdílení času. Jako hostitelský počítač může fungovat např. PC s Unixem (rozhodující je charakter operačního systému, nikoliv druh hardware). Model host/terminál má řadu výhod. Má centralizovaný charakter, správu stačí zajišťovat na jednom místě, je snazší sdílení dat i programů. Relativně snadná implementace neklade příliš velké nároky na aplikace a neklade velké nároky ani na přenos dat mezi hostitelským počítačem a terminály, protože se přenáší pouze výstupy na obrazovku uživatele a vstupy z uživatelovy klávesnice, což jsou malé objemy dat, protože se (typicky) pracuje ve znakovém režimu. Nevýhody modelu host/terminál jsou v prvé řadě v iluzi uživatele, že má hostitelský počítač výhradně ke své dispozici, ale ve skutečnosti má k dispozici jen n-tou část jeho výkonnosti. Uživatelský komfort je relativně nízký vzhledem ke znakovému režimu. To však není vina výpočetního modelu, ale způsobu jeho využití Terminálové sítě V době největšího rozmachu střediskových počítačů se budovaly celé rozsáhlé terminálové sítě využívající specializovaný prvků (řadičů, koncentrátorů, atd.). Terminálová síť je však pouze rozsáhlý terminálový rozvod, nikoli skutečná počítačová síť. Některé postupy vzniklé v terminálových sítích ovšem byly 9

10 později v počítačových sítích využity, zejména je převzala architektura počítačových sítí SNA firmy IBM. Obr. 1.3: Princip terminálové sítě Terminálová relace je vztah vznikající mezi terminálem a aplikací běžící na hostitelském počítači. Rozeznáváme tak lokální a vzdálené terminálové relace. Při lokální (místní) terminálová relaci jsou data přenášena jen po terminálové síti daného hostitelského počítače, naproti tomu při vzdálené terminálová relaci jsou data přenášena po skutečné počítačové síti. Představa vzdálené terminálové relace je naznačena na obr Vzdálená terminálová relace: efektivní využití sítí propojených hostů Obr. 1.4: Vzdálená terminálová relace Původní podstatou vzdálené terminálové relace byla skutečnost, že terminál jednoho hostitelského počítače se dostal do postavení terminálu jiného hostitelského počítače, tzn.že šlo o vzdálený terminál, kdy cílem bylo využívat zdroje (aplikace, data,...) vzdáleného počítače. V současnosti se do postavení vzdáleného terminálu častěji dostává jednouživatelský počítač (pracovní stanice), který se pouze chová jako skutečný terminál a jedná se o tzv. terminálovou emulaci. Terminálová emulace je naznačena na obr

11 Obr. 1.5: Terminálová emulace Éra izolovaných počítačů Postupně se výpočetní technika stávala čím dál tím lacinější, zrodily se minipočítače, ale výpočetní model se nezměnil. Stále bylo nutné (z ekonomických důvodů), aby více uživatelů sdílelo jeden počítač. Zlom nastal až s příchodem osobních počítačů, kdy už začalo být ekonomicky únosné přidělit každému uživateli jeho vlastní počítač k výhradnímu použití. Vzniká nový výpočetní model, model izolovaných osobních počítačů (viz obr. 1.6). Izolované osobní počítače: pohodlí za vysokou cenu Obr. 1.6: Izolované počítače Od příchodu osobních počítačů si lidé slibovali především vyšší komfort, větší pružnost a flexibilitu, nezávislost na ostatních (žádnou potřebu sdílení). Tyto požadavky se v zásadě podařilo splnit, ale objevily se jiné problémy. Základním problémem izolovaných počítačů je, že dříve se každý problém řešil jednou, na jednom místě, nyní se každý problém řeší vícekrát na různých místech. Uživatelé jsou mnohem více odkázáni na sebe, jsou problémy se sdílením dat a programů. 11

12 1.2.4 Model souborový server/pracovní stanice S vyšším využíváním osobních počítačů se musel začít hledat kompromis mezi přísnou centralizací danou modelem host/terminál a izolovanými osobními počítači. Postupně se začínají prosazovat kompromisní uspořádání, kdy některé prostředky se dají každému uživateli do výhradního používání, zatímco jiné prostředky se naopak budou sdílet. Každý uživatel může mít vlastní výpočetní kapacitu, která je již relativně laciná, a tudíž lze vytvořit uživateli příjemné pracovní prostředí tj. vlastní pracovní místo (klávesnici, monitor, myš, apod.), a dále některé programy a data. Naopak je vhodné sdílet drahé periferie (např. laserové tiskárny, plottery, scannery), společná data (firemní databáze, sdílené dokumenty apod.), eventuálně některá soukromá data, např. kvůli zálohování. Předpokladem úspěšného sdílení je, že uživatel by neměl sdílení poznat a nesmí pozorovat významnější rozdíl v rychlostech přístupu ke sdíleným a privátním objektům. Přitom je vhodné, když si uživatel vůbec nemusí uvědomovat fakt sdílení (to je případ tzv. transparentní implementace mechanismů sdílení). K tomu jsou však nutné dostatečně rychlé přenosové technologie, protože transparentní sdílení je náročnější na objem přenášených dat. S těmito požadavky vznikají první lokální sítě (LAN). Ty odpovídaly především na tyto potřeby: sdílení souborů (programů, dat); sdílení periferií (dražších tiskáren apod.); zvýšení bezpečnosti dat (např. umožněním lepšího zálohování). První lokální sítě byly řešeny tak, aby je nebylo vidět a aby na nich mohly pracovat aplikace, které nejsou uzpůsobeny síťovému prostředí (neuvědomují si existenci sítě). Teprve později, když se objevují aplikace, které přímo počítají s existencí sítě se sítě mohly stát viditelné. Odlišnou motivací pro vznik sítí (především rozlehlých sítí - WAN) je překlenutí vzdáleností pro potřeby komunikace, sdílení výpočetní kapacity a v menší míře sdílení dat. Na vznikajících prvních sítích WAN kvůli omezeným přenosovým možnostem (pomalým přenosům) nelze dosáhnout transparentního sdílení. Proto případné sdílení je řešeno netransparentně a tím si uživatelé musí uvědomovat rozdíl mezi místním a vzdáleným připojením. První výpočetní model, který využívá existence sítě, se nazývá souborový server /pracovní stanice (viz obr.1.7). Souborový server/pracovní stanice: propojení izolovaných počítačů Obr.1.7: Model souborový server/pracovní stanice 12

13 Model souborový server/pracovní stanice je pro aplikace neviditelný a zajišťuje plně transparentní sdílení. Tím je použitelný pro aplikace, které si neuvědomují existenci sítě a pro aplikace určené původně pro prostředí izolovaných počítačů, které umožňuje sdílení dat i programů a umožňuje centrální správu. Model souborový server / pracovní stanice lze snadno implementovat v případě, že tomu operační systém vychází vstříc, tj. pokud operační systém dokáže rozlišit požadavek na místní a vzdálený soubor či prostředek. Model souborový server / pracovní stanice lze však implementovat i v případě, že tomu operační systém nevychází vstříc. Pak se operační systém musí překrýt vrstvou, která toto přesměrování požadavku zajistí Model klient/server Nevýhodou modelu souborový server/pracovní stanice je, že v některých situacích je hodně neefektivní, způsobuje zbytečný přenos a může snadno dojít k zahlcení sítě. Důvodem jsou data, která jsou zpracována jinde, než jsou umístěna (a proto musí být přenášena) a nebo programy, které musí přenést obrovské množství dat pro svoji funkci. Příkladem je práce s databází, kdy je potřebné prohledat databázový soubor větší velikosti (např. 10 MB), ve kterém se nachází určitá položka. V případě použití výpočetního modelu souborový server/pracovní stanice by bylo nutné přenést celých 10 MB dat na stanici (jak znázorňuje obr. 1.8), a pak zase zpět. Klient/server: efektivnější přenosové nároky při práci s velkými soubory Obr. 1.8: Řešení požadavku pracovní stanice na souborový server Efektivnější řešení nabízí výpočetní model klient/server. 13

14 Obr. 1.9: Řešení požadavku v režimu klient/server Základní myšlenkou tohoto výpočetního modelu je ponechat zpracování dat tam, kde se data nachází, a naopak výstupy pro uživatele generovat tam, kde se nachází uživatel. Musí proto dojít k rozdělení původně monolitické aplikace na dvě části tj. na serverovou část, zajišťující zpracování dat, a na klientskou část, zajišťující uživatelské rozhraní. Základní vlastnosti modelu klient/server je, že klient a server si posílají data představující dotazy a odpovědi. Pokud se klient a server dobře dohodnou, mohou účinně minimalizovat objem přenášených dat, tím mají výrazně menší přenosové nároky a mohou pracovat i v prostředí rozlehlých sítí. Klient a server mohou stát na různých platformách. Klasické řešení klient/server rozděluje aplikaci na dvě části. Vznikla tak dvouvrstvá architektura, která je v současnosti často nahrazována třívrstvou architekturou. V tomto případě jsou funkce aplikace rozděleny do 3 částí - prezentační funkce (uživatelské rozhraní, sběr dotazů, prezentace výsledků), aplikační funkce (vlastní logika aplikace) a správa dat (vlastní databázové operace). Představa 3-úrovňové architektury klient/server, s využitím WWW je naznačena na obr Rozdělení aplikace na 3 části: různé varianty Obr. 1.10: Tříúrovňová architektura klient/server Další vývoj výpočetního modelu představují výpočetní model agent/manažer (používaný především pro speciální účely, např. pro aplikace z oblasti správy sítí), dále network-centric computing jako výpočetní model zavedený 14

15 v souvislosti s jazykem Java a technologií ActiveX (jehož nejznámějším produktem jsou tzv. tencí klienti, tedy osobní počítače přizpůsobené hardwarově roli grafických terminálů, které se však díky ceně srovnatelné s plnohodnotnými PC zatím příliš nerozšířily), či plně distribuovaný nebo komponentní model, v nichž jsou části aplikace roztroušeny po síti, aplikace přestávají být monolitní, a jejich části uložené na různých místech v síti potřebným způsobem spolupracují Výpočetní modely - shrnutí Je třeba si uvědomit zásadní skutečnost spočívající v tom, že výpočetní model je vlastností konkrétní aplikace, nikoli celé sítě. Výpočetní modely se neustále vyvíjejí spolu s vyvíjejícím se výpočetním prostředím Vzhledem ke zvyšujícímu se počtu rutinně používaných aplikací v podnicích a institucích se poněkud zvyšuje průměrná doba jejich celkové obměny. Díky tomu dochází k dlouhodobějšímu přetrvání starších a koncepčně překonaných výpočetních modelů, jako např. terminálové zpracování. Lze proto očekávat, že vedle nových aplikací využívajících moderní výpočetní modely se budeme ještě dlouhou dobu setkávat i se staršími výpočetními modely, a to stále častěji i spolu v jednom výpočetním prostředí. Kontrolní otázky: 1. Co je distribuovaný systém? 2. Uveďte praktický příklad distribuovaného systému, který znáte z praxe. 3. Co je výpočetní model? 4. Čím je důležitý pro problematiku počítačových sítí? 5. Je možné používat více výpočetních modelů zároveň? Odpověď. zdůvodněte. 6. Co považujete za nejvýznamnější nedostatky výpočetního modelu souborový server/pracovní stanice? Otázka k zamyšlení: Zkuste najít aplikace, které prakticky používáte, a které využívají různé výpočetní modely. 1.3 Členění počítačových sítí Jak jsme uvedli v předchozí kapitole, potřeba řešení lokálních úloh bez použití jediného ústředního počítače vedla ke vzniku tzv. počítačových sítí, které umožňují uživatelům pracovat v síti i samostatně. Rozvoj počítačových sítí umocnilo též prudké nasazení počítačů řady PC v komerční sféře, což se projevilo prudkým rozvojem sítí lokálních sítí (LAN) v této oblasti v nejrůznějších typech organizací (úřady, školy, obchody, podniky). Abychom mohli počítačové sítě charakterizovat, je nutné mít k dispozici členění podle různých kritérií. Nejobvyklejšími používanými kritérii jsou dosah sítě, architektura sítě, role (postavení) uzlů sítě, účel, kterému síť slouží, vlastnické vztahy k síti a jejím jednotlivým částem, použité přenosové techniky, použité přenosové technologie, použitá přenosová média, mobilita uživatelů apod. 15

16 Všechna tato kritéria nemusí být exaktně definována, ani výsledné kategorie nemusí být přesně vymezeny, hranice mezi nimi nemusí být ostré a konkrétní klasifikace může mít i subjektivní složku, neboť výsledné kategorie mnohdy nejsou vzájemně zcela disjunktní. Výsledné kategorie představující dělení podle různých kritérií se mohou vzájemně prolínat, jedna a tatáž síť může patřit do různých kategorií současně (při uvážení různých kritérií). Pokusme se nyní objasnit některá kritéria Dělení sítí dle rozsahu Počítačové sítě rozdělujeme podle územního rozsahu obvykle do tří skupin : 1. WAN (Wide Area Network) obvykle jsou představiteli této kategorie veřejné datové sítě 2. MAN (metropolitan area network) - městské datové sítě 3. LAN (Local Area Network) - lokální počítačové sítě WAN rozsáhlé sítě nemají definovaný maximální rozsah, přičemž mohou zabírat území celých států či jejich částí, nebo i celých kontinentů. MAN - městské sítě zabírají území města, tedy obvykle řádově až desítky kilometrů. Vznikají spojením vícerých vzdálených sítí LAN. LAN - lokální sítě pokrývají území nepřesahující 1-2 km. Tedy svým nasazením pokrývají rozsah pracovišť, budov, závodů. Protože mezistupeň městské sítě MAN není charakteristický žádným výrazným specifickým rysem, mnozí autoři jej vůbec neuvádějí a zahrnují jej převážně pod sítě WAN. Připustíme-li přičlenění MAN do WAN jako podskupinu, zbývají 2 výrazněji odlišné kategorie. Jejich odlišnosti shrnuje následující tabulka. Sítě LAN, WAN, MAN Hranice mezi LAN a WAN není ostrá a rozdíly mají tendenci se stále zmenšovat, což se projevuje např. v tom, že sítě LAN se zvětšují a sítě WAN se zrychlují. Je zřetelný trend neustálého zmenšování rozdílu mezi oběma kategoriemi sítí. V blízké budoucnosti bude zřejmě uživateli jedno, zda pracuje v síti LAN či WAN, všude bude mít stejné služby a bude používat stejný styl práce a tím si nebude muset uvědomovat rozdíl mezi LAN a WAN. 16

17 1.3.2 Dělení dle technologií Dnes existují přenosové technologie, které jsou buď vhodné jen pro LAN (např. Novell IPX/SPX), nebo vhodné jen pro WAN (např. X.25), ale také technologie vhodné pro LAN i WAN (TCP/IP, ATM). Je tomu proto, že některé technologie vycházejí z určitých předpokladů, např. krátké přenosové zpoždění (IPX/SPX), nebo nespolehlivost přenosových cest (X.25). Vzhledem k tomu, že v dnešní době převládá prakticky ve všech sítích protokolová sada TCP/IP, má dnes používání technologického kritéria spíše okrajový význam, neboť většina sítí je nyní založena na protokolové sadě TCP/IP. Dělení sítí podle technologie Klasifikace sítí dle architektury Dalšími kritérii rozdělení sítí je klasifikace dle celkové architektury, kde jde hlavně o celkovou koncepci síťového modelu (počet vrstev, roli vrstev), o protokoly jednotlivých vrstev (hlavně vyšších), o přístup k otázkám spolehlivosti, charakteru služeb, garanci kvality, apod. Vše tvoří tzv. síťovou architekturu, jejímž příkladem jsou sítě na bázi TCP/IP, sítě ISO/OSI, sítě SNA, sítě IPX/SPX (Novell) apod. Dělení sítí podle architektury Dělení sítí dle role uzlů Jiné kritérium dělení sítí je dle postavení (role) uzlů. Zde jde o to, zda uzel sítě pouze nabízí své vlastní zdroje k využití ostatním uzlům, formou sdílení (chová se jako server), nebo pouze využívá zdroje ostatních uzlů, prostřednictvím sdílení (chová se jako klient), a nebo nabízí vlastní zdroje a současně využívají zdroje jiných uzlů (chová se současně jako klient i server). Pokud v síti převažuje současné využívání i nabízení, jde o síť typu peer-to-peer, kde postavení uzlů je zde symetrické a uzly komunikují jako rovný s rovným. Pokud existuje ostrá hranice mezi nabízením a využíváním prostředků, jde o síť serverového typu, kde je postavení uzlů asymetrické, některé uzly se chovají pouze či převážně jako klienti, jiné pouze jako servery. Srovnání je zřejmé z následující tabulky. Sítě peer-topeer a serverové sítě 17

18 Uvedené dělení se týká hlavně lokálních sítí, přičemž i zde se rozdíly poněkud zmenšují. Obě tyto kategorie v lokálních sítích často splývají především proto, že častá je kombinace obou přístupů, např. v síti řídí server přihlašování uživatelů, přidělování přístupových oprávnění a přístup k centralizovaným prostředkům, ovšem prostředky sítí peer-to-peer se řídí např. přístup k méně významným síťovým prostředkům lokálního dosahu, např. sdílení tiskárny v rámci více uživatelů v jedné místnosti Dělení sítí dle vlastnictví Další kritérium dělení je vztah k vlastnictví sítě. Zde je třeba uvažovat brát v úvahu, kdo je vlastníkem sítě jako celku, kdo je faktickým provozovatelem sítě, kdo je uživatelem sítě, komu smí být služby sítě poskytovány a jaké služby jsou poskytovány. Z těchto hledisek existují sítě privátní, poloprivátní, veřejné, lze sem zařadit dále též virtuální privátní sítě. U privátní počítačové sítě je vlastníkem, provozovatelem i uživatelem tentýž subjekt, i když některé části (např. přenosové trasy) mohou být pronajaty od jiných subjektů a ten, kdo síť vybudoval a uvedl do provozu, může být jiný subjekt (např. externí dodavatel). Pro veřejnou (datovou) síť je vlastníkem i provozovatelem sítě určitý (stejný) subjekt, který sám není uživatelem své sítě a vlastní uživatelé mohou být jiné subjekty. Služby sítě jsou poskytovány na komerčním principu, mohou být nabízeny zájemcům bez omezení (skutečně veřejně ) a nabízené služby mají nejčastěji charakter pouhého přenosu dat. Lze se setkat i s jistým mezistupněm ve formě poloprivátní sítě, kdy vlastníkem i provozovatelem sítě je určitý (stejný) subjekt, který sám (typicky) není uživatelem své sítě. Uživateli mohou být jiné subjekty a služby sítě jsou jim poskytovány buď na komerčním principu, avšak jen určitému omezenému okruhu uživatelů (například jen vlastním zákazníkům). Důvodem pro poskytování služeb jen omezenému okruhu zájemců mohou být zejména Privátní a veřejné sítě 18

19 obchodní strategie a záměr provozovatele, případně obtížnost či nemožnost získání licence na veřejné poskytování. Virtuální privátní síť (VPN) je logicky samostatnou podsítí jiné sítě, typicky veřejné (datové) sítě. Technicky a provozně jde o součást mateřské (veřejné) sítě, z pohledu uživatele jde však o samostatnou síť (uživatel si může myslet, že síť je jen jeho a je mu plně k dispozici). Smyslem takového řešení je, že uživatel chce mít vlastní síť, ale nevyplatí se mu ji budovat a provozovat, neboť na to nemá lidi, znalosti, zázemí a je to pro něj takto výhodnější. Často se s tímto termínem setkáváme také jako označením technologických prostředků, které takovou virtuální síť umožňují vytvořit Dělení sítí dle použité přenosové techniky Dalším kritériem dělení sítí je dle použité přenosové techniky. Základními (a na rozdíl od jiných klasifikací vzájemně neslučitelnými) přenosovými technikami jsou: přenos s přepojováním okruhů přenos s přepojováním paketů. Další podrobnější členění sítí s přepojováním paketů je dle toho, jak velké kusy dat jsou přenášeny najednou. Jde o: přepojování zpráv (přenos velkých bloků dat bez určení horní hranice jeho velikosti) přepojování paketů či rámců (velké bloky dat o velikosti omezené shora i zdola), a přepojování buněk (malé bloky dat pevné velikosti). Konečně je důležité, na jaké vrstvě se realizuje toto přepojování. Může jít buď o přepojování na úrovni síťové vrstvy (přepojování paketů), nebo přepojování na úrovni linkové vrstvy (přepojování rámců a buněk). Základní způsoby přenosu lze porovnat se známými komunikačními službami, listovní poštou a telefonní službou. Přepojování okruhů (circuit switching) lze přirovnat k běžnému telefonování, i zde vzniká mezi příjemcem a odesilatelem přímá, souvislá cesta a komunikace probíhá v reálném čase. Představa je taková, že od odesilatele vede až k příjemci jednolitá roura, přenášená data se nikde nehromadí a data nemusí být příjemci explicitně adresována. Příjemce je jednoznačně určen (je to ten, kdo je na druhém konci roury ). Přepojování paketů (packet switching) lze přirovnat k běžné listovní poště. Mezi příjemcem a odesilatelem nevzniká žádná souvislá vyhrazená cesta a na cestě od odesilatele k příjemci existují přestupní body, které si zásilku postupně předávají, a jsou schopny ji nakonec dopravit až k příjemci. Přenášená data cestují podle principu store&forward, kdy jednotlivé přestupní uzly nejprve přijmou celý přenášený blok dat, a teprve pak jej předají dál (není to v reálném čase). Přenášená data musí být explicitně adresována a musí nějak identifikovat svého příjemce. Metoda přepojování okruhů pochází ze světa spojů (funguje tak většina telefonních sítí jako pro pevné telefony, tak pro telefony mobilní) a je výhodná pro rovnoměrné přenosy např. pro multimediální formáty (živý zvuk a obraz). Používá se např. v sítích ISDN. Metoda přepojování paketů pochází ze světa počítačů a je výhodná pro nárazové přenosy, např. Přepojování okruhů Přepojování paketů 19

20 přenosy souborů a nevhodná pro zvuk a obraz. Takto fungují prakticky všechny sítě LAN i WAN. Existuje několik druhů přepojování paketů a to: přepojování zpráv, přepojování paketů či rámců přepojování buněk. Proto si nyní proveďme detailnější srovnání. Při přepojování zpráv (message switching) se přenáší hodně velké bloky dat najednou, přičemž velikost bloku není apriorně omezena. To může být problematické např. z důvodů nemožnosti vyhrazení dostatečně velké vyrovnávací paměti pro zprávu. Proto se dnes již prakticky nepoužívá. Při přepojování paketů (packet switching) mohou být přenášené bloky různě velké, přičemž je dána maximální a obvykle i minimální velikost paketu. Tedy je předem známo, jak veliký buffer bude stačit pro uložení jednoho paketu. Přepojování rámců (frame relay) je odlehčené přepojování paketů (na úrovni linkové vrstvy), velikost rámce je proměnná a opět shora i zdola omezená. Maximálně odlehčené přepojování (na linkové vrstvě) je přepojování buněk (cell relay). Buňky jsou obvykle velmi malé (řádově desítky bytů) a jejich velikost je pevná. Příklady implementace přepojování paketů v počítačových sítí: X.25: klasická implementace přepojování paketů, dnes zbytečně robustní a příliš těžkopádná; Frame Relay: odlehčená X.25, nemá zabezpečovací mechanismy; Ethernet switching: zdokonalené přepojování rámců v prostředí Ethernetu; TCP/IP: klasické přepojování paketů (na síťové vrstvě); ATM: klasická implementace přepojování buněk, pracuje s buňkami velikosti byte. Poznámka: Čím větší jsou bloky dat, přenášené najednou, tím větší je rozdíl mezi přepojováním paketů a přepojováním okruhů - např. z hlediska podpory přenosu zvuku a obrazu. Zmenšováním velikosti přenášeného bloku se rozdíly zmenšují, při extrémně malých blocích (buňkách, resp. při přepojování buněk) se rozdíly téměř ztrácejí. ATM proto z tohoto hlediska vyhovuje potřebám světa spojů i světa počítačů a lze na něj pohlížet jako na technologii využívající přepojování okruhů Virtuální lokální sítě (VLAN) Na závěr první kapitoly se zmíníme o jednom důležitém a frekventovaném pojmu, totiž VLAN (virtuální síť LAN -Virtual LAN). Dokud se počítače zařazovaly do samostatných sítí, mezi kterými docházelo ke směrování, a příslušnost k dané síti byla dána fyzickým umístěním jednotlivých uzlů ve fyzicky různých sítích, nebylo sítí VLAN třeba. Potřeba pružnějšího uspořádání například ve větších kancelářských budovách obývaných více navzájem cizími organizacemi, které však často sdílejí jednu společnou kabeláž a dělí je třeba jen stěny mezi místnostmi, vyvolala potřebu vzniku tzv. virtuálních LAN. Dalším důvodem byl nástup bezdrátových technologií pro Virtuální lokální sítě 20

21 připojení do sítě (tzv. WiFi), kdy samozřejmě pojem fyzického napojení přenosového média do určitého síťového prvku nelze využít. Při zavádění VLAN fyzické umístění počítačů nehraje roli, jejich zařazení do jednotlivých VLAN je logická záležitost a o zařazení do určité sítě rozhoduje správce pomocí nástrojů konfigurace síťových prvků. Představa VLAN je zobrazena na obr Pro mechanismus VLAN je podstatnou skutečností to, že mezi jednotlivými částmi sítě nebo na jejím okraji musí být připojen jeden či více směrovačů (routerů), které zajistí korektní předávání informací v rámci jednotlivých virtuálních LAN. Obr. 1.11: Virtuální síť LAN Úkoly k zamyšlení: 1. Pokuste se síť, se kterou pracujete v zaměstnání, ve škole či jinde, zařadit do skupin podle všech výše uvedených kritérií. (např. síť lokální/rozlehlá, na bázi protokolové sady TCP/IP, serverového typu/peer-to-peer, privátní síť, ) 2. Může jedna síť patřit zároveň do více kategorií (z hlediska jednoho kritéria dělení)? Korespondenční úkoly: 1. Uveďte příklad použití více výpočetních modelů v jedné síti, nejlépe z praxe! 2. Uveďte z praxe příklad distribuovaného systému a ukažte na něm rysy, které z něj činí distribuovaný systém. 3. Jaký výpočetní model (jaké výpočetní modely) dnes používáte ve své praxi (ilustrujte prosím podrobnějším popisem reálné situace)? 4. Několika (nejvýše 10) větami či heslovitě popište počítačovou síť, s kterou v praxi (ve svém zaměstnání, škole apod.) pracujete. Pokud je takových více, vyberte tu, se kterou pracujete nejčastěji (tu byste měli nejlépe znát). 21

22 Pokud si nejste jisti svými vědomostmi o Vaší síti a máte možnost konzultace této otázky s Vaším správcem sítě, neváhejte ji využít! Shrnutí obsahu kapitoly Úvodní kapitola Vás seznámila s nezbytnými základními pojmy, jejichž osvojení je nezbytné pro pochopení další látky. Z těchto pojmů zdůrazňujeme v následujícím odstavci několik nejdůležitějších Pojmy k zapamatování Výpočetní modely často používané aplikacemi pracujícími v počítačových sítích, zvláště host/terminál, i když jeho používání v moderních sítích postupně ubývá, a zejména pracovní stanice/souborový server a klient/server, případně další; Sítě LAN a WAN Sítě s připojováním paketů a sítě s přepojováním okruhů; Sítě peer-to-peer a sítě serverového typu; Virtuální lokální sítě. Průvodce studiem Pojmy uvedené ve shrnutí kapitoly výše jsou zcela zásadní pro pochopení látky v dalších kapitolách. Po dokončení studia kapitoly doporučujeme udělat si pauzu nejméně do druhého dne, a pak se vrátit ke shrnutí kapitoly. Pokud pocítíte, že jste některému z pojmů zde uvedených zcela neporozuměli, vraťte se k němu ještě předtím, než se pustíte do studia dalších kapitol. 22

23 2 Funkce sítí LAN V této kapitole se dozvíte: Jaké jsou hlavní důvody zřizování lokálních sítí? Jaké druhy služeb mají uživatelé v sítích LAN k dispozici? Po jejím prostudování byste měli být schopni: Charakterizovat druhy služeb, které sítě LAN uživatelům poskytují. Klíčová slova této kapitoly: Sdílení dat, sdílení síťových prostředků. Doba potřebná ke studiu: 1 hodina Průvodce studiem Cílem této kapitoly je seznámit studenty s hlavními funkcemi, které lokální sítě mohou poskytovat. Především se jedná o služby umožňující sdílení dat různého druhu, sdílení technických zařízení sítě (nejčastěji tiskáren), a různé komunikační služby. Studium této kapitoly není příliš náročné. Na její studium by vám měla stačit přibližně 1 hodina, možná i méně. 2.1 Sítě LAN - úvod Síť LAN je vlastně skupina počítačů, které jsou navzájem propojené tak, aby byla možná jejich vzájemná komunikace. Uživatelům mohou poskytovat následující služby: 1. Sdílení technických zařízení sítě 2. Sdílení společných dat sítě 3. Elektronickou poštu mezi uživateli sítě 4. Monitorování jiných účastníků sítě 5. Další komunikační služby Sítě LAN poskytují svým uživatelům nejčastěji první dva druhy služeb. Kromě těchto služeb bývá nejvíc využívanou službou elektronická pošta, která umožňuje zasílat soubory jednotlivým uživatelům sítě. Její realizace je v jednotlivých sítích odlišná. Služby LAN: Sdílení dat Sdílení prostředků Komunikační služby 2.2 Sdílení technických zařízení sítě Síť LAN umožňuje používat všem účastníkům sítě společná technická zařízení. Obvykle se jedná o velkokapacitní disky, laserové tiskárny, a další speciální hardware. Tuto službu si vynutily ekonomické důvody, aby byl zajištěný kompromis mezi vysokou cenou některých zařízení a potřebou jejich používání více účastníky. Na obr. 2.1 je příklad sítě se třemi počítači. Jeden má k dispozici jenom disketovou jednotku A:, druhý má navíc i pevný disk C: Sdílení technických prostředků 23

24 a třetí má i tiskárnu. Síť potom poskytuje každému uživateli v síti tiskárnu, pevný disk, nebo disketové jednotky. Obr. 2.1: Sdílení síťových zdrojů 2.3 Sdílení společných dat Tento důvod bývá v poslední době nejčastějším důvodem budování počítačových sítí LAN, i když sdílení síťových zdrojů má rovněž velký význam. Všichni uživatelé sítě mohou v síti využívat a zpracovávat společná data. Tato služba se používá, jakmile potřebuje větší počet pracovníků přístup ke stejným datům. Takovýto případ je znázorněn obr. 2.2, na kterém je síť počítačů menšího podniku. S daty, která jsou na počítači skladu, kde je evidence skladu, mohou pracovat i pracovníci odbytu, údržby a výroby. Sdílení dat Obr.2.2: Síťové řešení v imaginární firmě 2.4 Elektronická pošta Používá se velmi často, přičemž jde o službu, která umožňuje zasílání a výměnu textových zpráv, případně i jiných souborů či programů mezi uživateli sítě. V různých síťových operačních systémech bývá realizovaná různým způsobem. 2.5 Monitorování jiných účastníků sítě Výhodou služby je hlavně kontrola práce v síti. Monitorování umožňuje zobrazovat na obrazovce počítače obsahy obrazovek jiných počítačů. 24

25 2.6 Další komunikační služby K dalším službám sítí lze zařadit například vzdálené řízení jiných počítačů po síti, což umožňuje uživateli sítě pracovat prostřednictvím svého počítače na vzdálených počítačích sítě. Obvykle se používá jako nástroj pro podporu méně zkušených uživatelů, z důvodu problematického zajištění bezpečného přístupu ke službě se nedoporučuje ji používat ve větších sítích či sítích s kritickými aplikacemi. Korespondenční úkol: Napište, které z funkcí počítačové sítě, které byly popsány v kapitole 2, nejčastěji používáte. Napište také, zda existují také takové funkce, které nevyužíváte vůbec. Pokud ano, proč? Shrnutí obsahu kapitoly Tato kapitola studenty seznamuje se základními službami, které obvykle poskytují lokální sítě. Z těchto služeb zdůrazňujeme na tomto místě především tyto: Sdílení dat, zpravidla ve formě souborů či adresářů; Sdílení zařízení, např. tiskáren; Komunikační služby různého druhu (elektronická pošta, monitorování jiných účastníků, vzdálené řízení apod.). Pojmy k zapamatování server klient sdílení dat sdílení síťových prostředků Průvodce studiem Studium 2. kapitoly nebylo zřejmě příliš náročné. Máte-li chuť a čas, můžete se hned pustit do další kapitoly, která na tuto kapitolu bezprostředně navazuje. 25

26 3 Struktura sítí LAN V této kapitole se dozvíte: Jakou strukturu z hlediska funkcí a jejich přiřazení jednotlivým uzlům mohou mít sítě LAN? Čím se odlišují sítě peer-to-peer a sítě serverového typu a kde je vhodné použít kterou z těchto koncepcí? Jaké existují stupně zabezpečení v počítačových sítích? Po jejím prostudování byste měli být schopni: Charakterizovat síť peer-to-peer a její typické využití. Charakterizovat síť serverového typu a její typické využití. Charakterizovat 3 stupně zabezpečení sítě. Klíčová slova této kapitoly: Server, pracovní stanice, síť peer-to-peer, síť serverová, stupně zabezpečení. Doba potřebná ke studiu: 1,5 hodiny Průvodce studiem Cílem této kapitoly je seznámit studenty se strukturou lokálních sítí. Především se studenti seznámí s principem fungování sítí peer-to-peer a sítí serverového typu jako nejdůležitějších funkčních typů sítí LAN. Studium této kapitoly není příliš náročné, tematicky navazuje na kapitolu 2, proto doporučujeme ji studovat v návaznosti na kapitolu 2. Pokud budete mít při studiu této kapitoly dojem, že jste ne zcela správně pochopili některý pojem, který byl objasněn ve 2. kapitole, vraťte se k němu. 3.1 Struktura sítí LAN - úvod Počítače zapojené do sítě LAN mohou mít funkci serveru, nebo pracovní stanice (workstation). Technickým vybavením se obyčejně liší málo (spíše jen ve výkonnosti, případně spolehlivosti), téměř vždy se však liší svým programovým vybavením. 3.2 Sítě serverového typu V sítích serverového typu jsou funkce serveru realizovány jinými uzly než funkce pracovních stanic, uzly tedy mají asymetrické postavení. Sítě serverového typu Síťový server Server je počítač, který poskytuje ostatním počítačům sítě svoje technické zařízení, anebo svoje data. Slouží tedy potřebám sítě, z čehož plyne i jeho název server (sluha). Servery mohou být dvojího druhu : vyhrazené (dedicated) - takovéto servery slouží jen pro potřeby sítě, není je možné používat pro spouštění jiných úloh jako pracovní stanice; 26

27 nevyhrazené (non dedicated) - vedle práce v síti je možné na nich spouštět i jiné aplikace jako na běžné pracovní stanici. Používání nevyhrazených serverů se z důvodu možného ohrožení stability funkcí serveru nekorektní aplikací nedoporučuje, především ve větších sítích a při zpracování kritických úloh na síti Pracovní stanice (workstation) Pracovní stanice je počítač, který využívá služby sítě. Má k dispozici data a technická zařízení poskytovaná servery. V některých případech mohou být výhodné jsou tzv. bezdiskové (diskless) stanice, které nemají pevný disk ani disketovou jednotku (např. NetPC či jiný druh tzv. tenkého klienta). Ty pracují výhradně v síti, přičemž operační systém získávají při startu z určeného serveru Komunikace v síti serverového typu Komunikace počítačů v počítačové síti probíhá výhradně prostřednictvím serverů. V případě elektronické pošty, když jeden uživatel posílá druhému poštovní zprávu, je zpráva od odesilatele předána na server, který ji uloží do přihrádky adresáta. Tuto komunikaci zachycuje obr Obr. 3.1: Přístupy pracovních stanic k serveru Počet stanic na síti není výrazně omezovaný. U serverů však může být situace jiná. Některé sítě používají centralizovaný server, který slouží pro celou síť, obvykle je však i kvůli eliminaci jednoho kritického místa serverů více, a ty spolu při poskytování služeb uživatelům sítě spolupracují a v případě potřeby se mohou navzájem nahradit, avšak jejich počet se obvykle snažíme udržet co nejnižší, a to jak y důvodů pořizovacích nákladů, tak z důvodu lepší správy a koordinace. 27

28 3.3 Koncepce sítě peer-to-peer Síť peer-to-peer je protikladem centralizované koncepce sítě. Umožňuje, aby každý počítač na síti byl zároveň serverem i pracovní stanicí. Výhodou této koncepce je skutečnost, že všechny počítače na síti si mohou navzájem poskytovat svoje data a technická zařízení. Naopak nevýhodou v praxi je, že díky principiálně nedokonalým zabezpečovacím mechanismům může docházet ke ztrátám dat a díky tomu vzniká chaos. Sítě peer-topeer Obr. 3.2: Síť peer-to-peer 3.4 Zabezpečení sítě Zabezpečení sítě Úlohou zabezpečení sítě je zabránit nepovolaným osobám dostat se do sítě a získat tak přístup k cenným datům. Obvykle se používá třístupňové zabezpečení sítě. 1.stupeň - Každý uživatel má v síti přiřazené svoje jméno a heslo. Při přihlašovaní do sítě musí uvést správné jméno a heslo, a teprve po jeho ověření jsou mu zpřístupněny síťové služby. Uživatel může mít i omezený čas přístupu na síť, případně uzly (pracovní stanice), z nichž se může do sítě přihlásit. 2.stupeň - Jakmile se uživatel přihlásí na síť, má k dispozici jen adresáře, které mu určí správce. Taktéž má určené činnosti, které může v těchto adresářích vykonávat. Tím jsou chráněná data, která mu nepatří. 3.stupeň - Při práci v síti se většinou tvoří kontrolní záznam, v kterém je zachycena činnost v síti. Tímto postupem je možné mapovat činnost jednotlivých uživatelů na síti. Volba příslušného stupně zabezpečení je věcí definice bezpečnostní politiky v rámci organizace, která síť využívá. Problematika bezpečnostních politik však přesahuje rámec tohoto modulu. Podrobnosti lze nalézt např. v knize [6]. Úkol k zamyšlení: Může být jedna počítačová síť být zároveň sítí serverového typu a sítí peer-topeer? 28

29 Shrnutí obsahu kapitoly Tato kapitola studenty seznámila se základními principy fungování lokálních sítí. Na tomto místě je třeba zdůraznit především principy fungování sítí peerto-peer a sítí serverového typu. Kromě toho je v závěru kapitoly nastíněna důležitá problematika zabezpečení sítí. Pojmy k zapamatování síť peer-to-peer síť serverového typu Průvodce studiem Podobně jako v případě předchozí kapitoly Vám asi ani studium 3. kapitoly nečinilo potíže. Přesto doporučujeme udělat si před následující kapitolou přestávku, i když nemusí být příliš dlouhá. 29

30 4 Topologie a přístupové metody používané v sítích LAN V této kapitole se dozvíte: Co je to topologie počítačové sítě? Jakou topologii mají obvyklé počítačové sítě? Co je to metoda přístupu k médiu a proč je v sítích se sdíleným médiem potřeba? Jaké metody přístupu k médiu se v počítačových sítích nejčastěji používají? Po jejím prostudování byste měli být schopni: Charakterizovat základní typy topologií počítačových sítí (sběrnicová, hvězdicová, kruhová) a jejich přednosti a nedostatky. Charakterizovat základní metody přístupu k médiu, především metody CSMA/CD a předávání pověření. Klíčová slova této kapitoly: Topologie počítačové sítě, topologie sběrnicová, topologie kruhová, topologie hvězdicová, topologie stromová, sdílené médium, metoda přístupu k médiu, CSMA/CD, předávání pověření (token passing). Doba potřebná ke studiu: 1,5 hodiny Průvodce studiem Cílem této kapitoly je seznámit studenty s topologiemi používanými v lokálních sítích neboli prostorovým rozložením počítačových sítí. Dále se studenti seznámí s jedním z klíčových prvků řízení provozu ve většině lokálních počítačových sítí, totiž s principy nejdůležitějších metod přístupu k médiu. Studium této kapitoly je poněkud náročnější než dvou kapitol předchozích, i když rozsah textu není výrazně větší. Proto studiu této kapitoly včetně správného pochopení principů fungování metod přístupu k médiu, především CSMA/CD, věnujte náležitou pozornost. 4.1 Topologie sítí LAN Topologie sítě je způsob vzájemného propojení účastníků sítě. Někdy se dále rozlišuje topologie fyzická (popisující fyzické uspořádání sítě) a topologie logická, která popisuje způsob vzájemné komunikace uzlů v síti. Pokud nebude dále uvedeno jinak, omezíme se pouze na topologie fyzické. U sítí LAN se setkáváme nejčastěji s následujícími druhy topologií Sběrnicová topologie Všechny uzly v síti jsou připojeny paralelně na společnou sběrnici. Výhodou této topologie je hlavně snadná instalace a připojení nových účastníků do sítě. Sběrnicová topologie 30