3. hodina Počítačové sítě Použitá literatura: Horák, J., Keršláger, M. Počítačové sítě pro začínající správce. Brno: Computer Press, 2006. 3. aktual. vyd. ISBN80-251-0892-9. Počítačové sítě 网 络 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). nutnost vzájemného propojení počítačů z několika důvodů výhody sítí: 1. sdílení dat: soubor, v němž máme důležitá data, je společný pro všechny uživatele sítě 2. snadný přenos dat: kopírování dat z jednoho počítače na druhý je jednoduché 3. sdílení hardwarových prostředků: např. tiskárny, modemy, skenery, disky atp. 4. komunikace v síti: mezi jednotlivými počítači mohou putovat zprávy, e-maily (Internet) 5. ochrana dat: možnost soustředit všechna důležitá data na jedno místo v síti (typicky na speciální počítač server) zde uložená data je pak možné zpřístupnit jen některým uživatelům a jiným je skrýt (snažší a levnější je také pravidelné zálohování dat nahromaděných na discích serveru). Druhy sítí různé klasifikace, nejčastější podle parametru rozlehlosti: 1. sítě LAN 局 域 网 (Local Area Networks): jsou omezeny na jedno lokální místo jeden podnik, místnost, budovu; zajišťují sdílení lokálních prostředků (tiskáren, dat, aplikací); pro přenos dat se používají kabely. 2. sítě MAN 城 域 网 (Metropolitan Area Networks): rozsah jednoho (amerického) města, velikost se udává do 75 km; kromě kabelových linek bývají jednotlivé sítě spojeny bezdrátově. 3. sítě WAN 广 域 网 (Wide Area Networks): rozlehlé sítě; skládají se z více vzájemně propojených sítí LAN (pomocí speciálních linek či bezdrátově); rozlehlost může být různá, od sítí městských či firemních (firma s pobočkami ve více městech/zemích/kontinentech), až po nejznámější celosvětovou síť Internet; propojují sítě vzdálené desítky km pro propojení podsítí používají nejčastěji telekomunikační linky. 4. sítě PAN 个 人 网 (Personal Area Networks): nekladou si za cíl co nejvyšší přenosovou rychlost (ta u PAN typicky nepřekračuje jednotky Mbit/s), jako spíše odolnost proti rušení, nízkou spotřebu energie nebo snadnou konfigurovatelnost. Jejich dosah je typicky pouze několik metrů. Nejznámějším zástupcem osobní sítě je: Bluetooth, IrDA, ZigBee. 1/8
Základní prvky sítí 1. síťové počítače (běžné počítače pracující v síti) 2. síťový hardware 网 络 硬 件 (síťové karty v počítačích, kabely, aktivní prvky v kabeláži) přenosová média, jimiž se šíří signál: drátově 有 线 传 输 metalické kabely 金 属 电 缆 (měděný vodič, který přenáší elektrické signály) optické kabely 光 纤 缆 (přenášejí světelné impulzy, v nichž jsou zakódována data) bezdrátově 无 线 传 输 vzduch (šíří se jím elektromagnetické vlnění 电 磁 波 ) důležitá vlastnost: přenosová rychlost 传 输 速 率 vyjadřuje se v Mb/s (megabity za sekundu, angl. Mbps) aktivní prvky kabeláže: zesilovač, opakovač (repeater) 中 继 器 nejjednodušší aktivní prvek; zesiluje (opakuje) jím procházející signál převodník (transceiver, media convertor) 收 发 器 zesiluje signál a převádí jej z jednoho typu kabelu na jiný rozbočovač, koncentrátor (hub) 集 线 器 rozbočuje signál (větví síť), dnes nahrazen switchem přepínač (switch) 接 线 器 / 交 换 器 eliminuje postupné zahlcování sítě (stoupající s počtem stanic), odděluje komunikující stanice od zbytku sítě; v podstatě vytvoří virtuální okruh mezi momentálně komunikujícími stanicemi [x pokud je v síti hub a stanice 1 posílá paket stanici 4, je paket poslán všem stanicím sítě, ale pouze stanice 4 jej přijme] most (bridge) 桥 接 hl. úkolem je oddělení síťových segmentů, plní dvě funkce: 1. filtrace paketů, 2. propojení dvou sítí různých standardů směrovač (router) 路 由 器 shromažďuje informace o připojených sítích a pak vybírá nejvýhodnější cestu pro posílaný paket; typické je použití při připojování sítí k Internetu brána (gateway) 网 关 slouží k připojování sítí LAN na cizí prostředí 2/8
Tab. č. 1 Přehled aktivních prvků Aktivní prvek Funkce 中 继 器 zesilovač (repeater) zesiluje signály 收 发 器 převodník (transceiver) převádí signály mezi různými typy kabelů 集 线 器 rozbočovač (hub) rozvádí signály do všech větví sítě 桥 接 most (bridge) filtruje pakety 接 线 器 / 交 换 器 přepínač (switch) propojuje komunikujícící stanice 路 由 器 směrovač (router) směruje pakety 网 关 brána (gateway) propojuje dvě rozdílné sítě standardy síťového hardwaru: (aby se různé sestavené sítě domluvily, byly přijaty normy, které definují základní požadavky na technické provedení sítí; normalizaci provádí organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)) Tab. č. 2 Základní standardy IEEE pro sítě LAN Standard Určení IEEE 802.3 Standardy sítě Ethernet IEEE 802.4 Sběrnicové sítě s metodou přístupu token IEEE 802.5 Kruhové sítě s metodou přístupu token IEEE 802.11 Pro bezdrátové sítě Ethernet (pro rychlost 10 Mb/s) Fast Ethernet (pro rychlost 100 Mb/s) Gigabitový Ethernet (pro rychlost 1000 Mb/s) 10GB Ethernet málo používané: Token Ring 令 牌 环 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 光 纤 分 布 式 数 据 接 口 ATM (Asynchronous Transfer Mode) 异 步 传 输 模 式 bezdrátové sítě LAN (Wireless LAN) 无 线 局 域 网, WiFi (Wireless Fidelity): signál se přenáší elektromagnetickým vlněním, elmag. vlny se liší vlnovou délkou a frekvencí; pro bezdrátové sítě jsou používány dvě frekvence: 2,4 GHz (volně použitelné pásmo, používají ho i jiné technologie (např. mikrovlnky, Bluetooth atd. a to může způsobovat rušení přenosu) a 5 GHz (provoz v tomto pásmu je regulován pravidly Českého telekomunikačního úřadu). výhody: není potřeba kabeláž nevýhody: bezdrátové prvky jsou stále ještě mírně dražší než je tomu u sítí klasických, nedaří se dosáhnout vyšších přenosových rychlostí, zajištění bezpečnosti dat je také podstatně náročnější 3/8
Tab. č. 3 Základní vlastnosti bezdrátových standardů 802.11a 802.11b 802.11g Rychlost přenosu [Mb/s] 54 11 54 Frekvence [GHz] 5 2,4 2,4 Dosah [m] max. okolo 15 km 25 až 100 25 až 100 provedení prvků: (ty spolu mohou komunikovat dvěma způsoby) 1. ad hoc jedná se o přímé propojení od 2 do 5 počítačů; komunikují spolu na stejné úrovni výhody: rychlá instalace a velmi nízká cena; umožňuje sdílení souborů a Internetu, tisk přes síť atp. jako u klasických sítí LAN nevýhody: všechna připojená zařízení musí být v dosahu; spojení vzniká až nebezpečně snadno a je obtížné je zabezpečit ( černý pasažér ) 2. infrastrukturní mód založený na přístupovém bodu (Access Pointu - AP) pracuje jako prostředník, přes nějž proudí všechny datové toky mezi klienty sítě výhody: možnost filtrovat či kontrolovat provoz, včetně zpřístupnění sítě různým klientům 3. síťový software 网 络 软 件 (programy na síťových stanicích, příp. serverech; existují síťové systémy od Microsoftu: MS Windows Server 2000/2003, Novellu: NetWare 5/6 a Linuxu: různé distribuce) typy (kritériem je ne/použití serveru): 1. síť peer-to-peer P2P (rovný s rovným) 对 等 网 络 : síť je tvořena jednotlivými síťovými stanicemi (PC), které jsou si navzájem rovny; nabízí si mezi sebou své služby, např. zpřístupnění určitých složek, do nichž je povolen přístup jiným uživatelům, sdílení tisku; je vhodná pro max. cca 10 stanic výhody: levné řešení (není nutné kupovat server ani žádné síťové OS), pro správu sítě nejsou potřeba žádné velké znalosti nevýhody: při větším počtu počítačů je obtížné udržet přehled o datech, data jsou málo chráněna proti zneužití, konfigurace přístupových práv je jednoduchá a méně bezpečná 2. síť klient-server 客 户 [ 机 -] 服 务 器 网 络 : server (sluha) musí být kvalitní a rychlý (musí obsluhovat mnoho požadavků v krátkém čase) počítač, na kterém je vše (data, služby, údaje o uživatelích...) soustředěno, je důkladně zabezpečen a nabízí služby všem síťovým stanicím, musí na něm být nahrán síťový operační systém. výhody: vysoká bezpečnost dat, přehlednost, snadná konfigurovatelnost nevýhody: náklady na nákup serveru a síťového operačního systému, nutnost na kvalifikovaného pracovníka, který bude síťový OS obsluhovat 4/8
síťové protokoly: protokol definuje komunikační pravidla, jimiž se řídí výměna dat v síti: 1. NetBEUI používá se již velmi málo 2. IPX/SPX sady protokolů vyvinuté firmou Novell pro její síť. OS NetWare 3. Protokol TCP/IP TCP/IP 协 议 栈 dnes nejrozšířenější, původně navržena pro síť, z níž se vyvinul Internet; stala se standardem v sítích Novellu i Microsoftu, a tak vytlačila své předchůdce; slouží k přenosu dat (paketů/balíčků) po Internetu. z funkčního hlediska můžeme TCP/IP rozdělit na tři vrstvy (reprezentované samostatnými protokoly): o aplikační vrstva spolupracující s konkrétními programy Tab. č. 4 Neznámější aplikační protokoly Služba FTP File Transfer Protocol (datový kanál) 文 件 传 输 协 议 Telnet 远 程 登 录 Server DNS Domain Name System 域 名 系 统 WWW protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol) 超 文 本 传 输 协 议 SMTP Simple Mail Transfer Protocol 简 单 邮 件 传 输 协 议 POP3 Post Office Protocol 邮 局 [ 电 子 邮 件 ] 协 议 o transportní vrstva Funkce používá se pro přenos souborů mezi vzdálenými počítači pro jednoduché terminálové relace (v podstatě ovládáme obrazovku vzdáleného počítače) organizuje jména počítačů v Internetu a jejich vazby na IP adresy protokol používaný k uspořádání www (World Wide Web) 万 维 网, 全 球 网 络 系 统 stránek a pohybu mezi nimi protokol zajišťující přenos zpráv mezi servery Internetu (používaný hlavně pro elektronickou poštu) jeho posláním je dopravit poštu z elektronické schránky na náš počítač POP3 第 三 版 邮 局 协 议 protokol TCP (Transmission Control Protocol) 传 输 控 制 协 议 od aplikační vrstvy přebere data, která rozdělí na segmenty, očísluje a seřadí podle toho, jak mají být postupně odeslány; před začátkem výměny dat zahájí relaci s transportní vrstvou protějšího počítače, poté začne s vysíláním a potvrzováním jednotlivých datových segmentů [vlastní odeslání je již úkolem síťové vrstvy] protokol UDP (User Datagram Protocol) 用 户 数 据 报 协 议 převezme data od aplikace, sestaví z nich segmenty a předá je k odeslání síťové vrstvě; na rozdíl od TCP nepotřebuje vytvářet před přenosem dat relaci s protějškem a nekontroluje zda byly datagramy protějškem přijaty. [jednodušší, ale méně spolehlivý] o síťová vrstva protokol IP (Internet Protocol) 互 联 网 通 讯 协 议 od nadřazených protokolů transportní vrstvy obdrží datové segmenty s požadavkem na odeslání; k segmentům připojí vlastní hlavičku a vytvoří IP datagram IP 数 据 报 (v hlavičce je především adresa příjemce a odesílatele) a odešle data 5/8
Internetové protokoly 网 络 协 议 应 用 层 aplikační vrstva 传 输 层 transportní vrstva 网 络 层 síťová vrstva 数 据 链 路 层 linková vrstva 物 理 层 fyzická vrstva DNS, FTP, TFTP, ENRP, HTTP, IMAP, IRC, NNTP, POP3, RTCP, RTSP, SIP, SMTP, SNMP, SSH, Telnet, BitTorrent, DHCP... DCCP, SCTP, TCP, UDP, RTP, IL, RUDP... IP (IPv4, IPv6), ICMP, ARP, RARP, IGMP... Ethernet, Wi-Fi, Token Ring, MPLS, PPP... RS-232, EIA-422, RS-449, EIA-485, 10BASE2, 10BASE-T... Komunikace v sítích může probíhat podle dvou základních komunikačních modelů: 1. Sítě spojové (with connection)/sítě s navazováním spojení: před zahájením výměny dat je nutné mezi oběma koncovými stanicemi navázat spojení (typický pro telefonní sítě) 2. Sítě nespojové (connectionless)/sítě bez navazování spojení: přenášená data se rozdělí na malé balíčky, tzv. pakety 信 息 包 / 分 组 包, které putují sítí, až dorazí k síti; o tom, kudy budou pakety putovat rozhodují jednotlivé uzly sítě každý paket tak může putovat vlastní cestou, pakety také mohou dorazit do cíle v různém pořadí (přepojování paketů 包 / 分 组 交 换 ) paket = množina dat uzpůsobená k přenosu Př. datového paketu pro síťový standard Ethernet Úvodní skupina Cílová adresa Zdrojová adresa Typ datového pole Datové pole CRC (pole kontrolního součtu) 6/8
Adresace v sítích TCP/IP každý počítač na Internetu má svoji jednoznačnou adresu, tzv. IP adresu IP 地 址 / 国 际 [ 因 特 网 ] 地 址 (zapisuje se pomocí 4 trojciferných čísel oddělených tečkou, pro která využívá 8bitové kódování, jsou tedy od 0 do 256), z níž musí být zřejmé umístění stanice v síti či v síťovém segmentu část IP adresy vyjadřuje číslo sítě (adresa sítě), zbytek popisuje adresu počítače v této síti (adresa podsítě); podle toho, jaká část adresy je věnována síti a jaká číslu PC (adresa počítače), jsou IP adresy rozděleny do tříd: Tab. č. 5 Třídy sítí IP Rozsah adres Počet čísel vyhrazených Počet čísel vyhrazených pro prvního čísla pro adresu sítě adresu uzlu Použití Třída A 0-127 1 (adresuje 126 sítí) 3 (adresuje asi 17 mil. uzlů pro rozsáhlé = PC) sítě Třída B 128-191 2 (adresuje 16 tis. sítí) 2 (adresuje asi 65 tis. uzlů) středně velké sítě Třída C 192-223 3 (adresuje 2 mil. sítí) 1 (adresuje asi 254 uzlů) menší sítě IP adresy byly poprvé použity v Internetu a až později se začaly používat v lokálních sítích; aby nedocházelo ke konfliktům adres (internetové x lokální sítě), byly v každé třídě IP adres vymezeny pro lokální sítě adresové rozsahy (třída A: 10.0.0.0 až 10.255.255.255, třída B: 172.16.0.0 až 172.31.255.255, třída C: 192.168.0.0 až 192.168.255.255) síťová maska 网 络 掩 码 je nedílnou součástí IP adresy v sítích LAN (třída A: 255.0.0.0, třída B: 255.255.0.0, třída C: 255.255.255.0) kvůli mezisíťové komunikaci obsahuje IP adresa bránu (gateway) je nepovinná DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 动 态 主 机 配 置 协 议 automaticky přiděluje IP adresy (bývá nabízen jako služba síťového OS, jt. program spuštěný na serveru) DNS (Domain Name System) 域 名 系 统 služba byla vyvinuta pro Internet, v němž má každý počítač svoji IP adresu je jich mnoho a není možné si pamatovat čísla... DNS převádí tato čísla na lépe zapamatovatelná jména (např. http://209.85.129.104/ na http://www.google.com). DNS rozděluje počítače do zón, tzv. domén 域 (v ČR:.cz). IP adresy je jich nedostatek: statická (neměnná) nebo dynamická (přidělovaná; uživatel dostane dočasnou IP adresu ve chvíli, kdy se připojí, ale jakmile se odpojí, je jeho IP adresa přidělena někomu jinému; při příštím připojení pak může tentýž uživatel dostat úplně jinou adresu) 7/8
Topologie sítí 网 络 拓 扑 结 构 způsob, jakým jsou stanice v síti propojeny; je prvkem síťového standardu a podstatně určuje výsledné vlastnosti sítě. 1. sběrnicová (bus topology) 总 线 拓 扑 ke spojení stanice je použito průběžné vedení, od stanice ke stanici; stanice se k vedení připojují pomocí odbočovacích prvků (např. T-konektorů); používá se především v sítích s koaxiálním kabelem 同 轴 线 ; dnes ji najdeme zřídka výhody: poměrně malá spotřeba kabelu, tudíž i nízká cena kabeláže nevýhody: velký počet spojů v kabelu a tím narůstající poruchovost, nespolehlivost jakékoliv přerušení znamená havárii celé sítě přerušení komunikace mezi všemi stanicemi; obtížná lokalizace poruchy. 2. hvězdicová (star topology) 星 型 拓 扑 každá stanice je připojena vlastním kabelem (nejčastěji kroucenou dvojlinkou 1 双 绞 线 ); kabely od stanic jsou pak soustředěny do rozbočovače (koncentrátoru, hubu, dnes především switche), který tvoří jakýsi střed sítě; dnes nejčastěji používaná topologie výhody: nízká náchylnost k chybě (porucha jednoho kabelu vyřadí z činnosti pouze jednu síťovou stanici; i lokalizace poruchy je jednodušší), rychlost 3. kruhová (ring topology) 环 型 拓 扑 spojovací vedení stanic vytváří souvislý kruh, což dovoluje použít metodu postupného předávání zpráv (token) nevýhody: přerušení vodiče znamená poruchu celé sítě 4. stromová (tree topology) 树 状 拓 扑 (kombinuje sběrnici s hvězdou) 1 kroucená dvojlinka (twisted pair cable) dnes nejrozšířenější metalický vodič v sítích LAN; skládá se z 8 vodičů, tvořících 4 páry. 8/8