Sítě PC sítě 1 POČÍTAČOVÉ SÍTĚ Gymnázium Jiřího Wolkera v Prostějově Výukové materiály z informatiky pro gymnázia Autoři projektu Student na prahu 21. století - využití ICT ve vyučování matematiky na gymnáziu Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Prostějov 2010
Sítě PC sítě 2 PC SÍTĚ 1. Co je 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 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 dosáhnou podstatně větších sítí. Takovým sítím na jednom podlaží budovy nebo v jedné malé firmě se říká lokální síť (LAN z anglického
Sítě PC sítě 3 Local Area Network). MAN metropolitní síť 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 (viz. nahoře). WAN 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. Proč PC síť? Společnosti si instalují počítačové sítě především proto, aby mohli sdílet zdroje a aby umožnili 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 e-mail. 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.
Sítě PC sítě 4 Topologie sítí Všechny návrhy sítě vycházejí ze tří základních topologií: sběrnicová topologie hvězdicová topologie prstencová topologie Další možnosti topologie sítě: neomezená topologie varianty hlavních topologií 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 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. Výhody a nevýhody jednotlivých topologií: Topologie Výhody Nevýhody Sběrnicová Ekonomické využití kabelu. Média nejsou drahá a snadno se s nimi pracuje. Jednoduchá, spolehlivá. Snadno se rozšiřuje. Prstencová Rovnocenný přístup pro všechny počítače. Vyvážený výkon i při velkém počtu uživatelů. Hvězdicová Snadná modifikace a přidávání nových počítačů. Centrální monitorování a správa. Selhání jednoho počítače neovlivní zbytek sítě. Síť může při velkém provozu zpomalit. Problémy se obtížně izolují. Porušení kabelu může ovlivnit mnoho uživatelů. Selhání jednoho počítače může mít dopad na zbytek sítě. Problémy se obtížně izolují. Rekonfigurace sítě přeruší její provoz. Pokud selže centrální prvek, selže celá síť.
Sítě PC sítě 5 Sběrnicová topologie 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. Sběrnicová topologie je pasivní topologií. Počítače ve sběrnicové síti pouze poslouchají, zda jsou v síti posílána nějaká data. Neodpovídají na přesun dat z jednoho počítače na druhý. Pokud jeden počítač selže, neovlivní to zbytek sítě. V aktivní topologii počítače obnovují signály a přesunují data dále po síti. Hvězdicová topologie 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,
Sítě PC sítě 6 pouze tento nefunkční počítač nebude moci posílat nebo přijímat data ze sítě. Zbývající část sítě bude i nadále fungovat normálně Prstencová topologie 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. Neomezená topologie Segmenty sítě jsou zapojeny libovolně mezi sebou. Nejedná se o samostatné počítače, ale o navzájem propojené sítě. Například pro připojení do Internetu.
Sítě PC sítě 7 Typy sítí dle technologie Sítě se dají rodělit na 5 základních skupin, podle použité technologie: ArcNet Token-ring 100VG-AnyLAN FDDI Ethernet ArcNet Pc síť vyvinutá firmou Datapoint Corporation roku 1977, Attached Resource Computer Network" (počítačová síť s propojenými prostředky) Maximální počet propojených stanic je 255. Přenosová média : koaxiální kabel (převládá), kroucená dvoulinka nebo optický kabel. S použitím koaxu je maximální délka kabelu od pracovní stanice k HUBu 610 metrů. Přenosová rychlost : 2,5 Mb/s až 20 Mb/s Maximální průměr sítě je 6,5 km. Fyzické zapojení je hvězda, ale logická komunikace je kruh.(využívá přenosu známky) 100VG-AnyLAN Síť od firmy Hewlett-Packard. Maximální počet stanic není omezen, záleží na počtu HUBů. Přenosové médium : kroucená dvoulinka a optický kabel Přenosová rychlost : minimálně 100 Mb/s.
Sítě PC sítě 8 Maximální průměr sítě je 7,7 km. Používají se zde jako rozbočovače HUBy. Síť lze rozšiřovat připojováním podřízených HUBů na centrální HUB. Na 7,7 km je jeden rozbočovač. (za každý druhý rozbočovač odečíst 1,1km) Kdyby toto řešení sítí přišlo dříve, stalo by se možná rozšířenější než Ethernet. Je lepší a výhodnější. Token-ring Síť od společnosti IBM, představena v roce 1984 (umožňovala propojitelnost všech PC IBM) Přenosové medium : Stíněná a nestíněná dvojlinka a optický kabel Přenosová rychlost : 4 Mb/s nebo 16 Mb/s Je založena na kruhové topologi, ale používá hvězdicové skupiny až osmi pracovních stanic napojených na kabelový koncentrátor (MAU - Multistation Access Unit) který je napojen na hlavní kruh. Maximální počet stanic u této sítě je až 260 na jeden koncentrátor. Maximální délka kabelů je 45-200 metrů, podle typu použitého kabelu FDDI "Fiber Distributed Data Interface" (optické rozhraní pro distribuovaná data). Byla vytvořena roku 1986. A byla určena pro výkonné a nákladné počítače, kterým nedostačovala šířka pásma ve stávajících architekturách. Přenosové medium : Optický kabel Přenosová rychlost : 100 Mb/s Rychlost přenosu je 100 Mbps používající dvojitou protisměrnou kruhovou topologii, podporujicí až 500 počítačů. Jeden kruh se označuje jako primární a druhý jako sekundární. Provoz většinou probíhá pouze v primárním kruhu. Pokud dojde k selhání primárního prstence, FDDI automaticky překonfiguruje síť tak, aby data probíhala v druhém kruhu, a to v opačném směru. Díky této redundanci je zajištěna vysoká spolehlivost sítě.
Sítě PC sítě 9 Jako přístupovou metodu používá předávání známky. Sítě FDDI jsou vhodné pro systémy, které požadují přenos velkých objemů informací, jako je například zpracování grafiky, animací atd. Síť FDDI používá jako médium optický kabel (vlákno). Celková délka kabelu nesmí být větší než 100 km, takže není určena pro používání v technologiích WAN. Po každých přibližně 2 km se musí použít opakovač Úkol: Charakterizuj technologii sití Ethernet Kdy byla vyvinuta a kým Jaké jsou dnešní technologie sití Ethernet Co znamená jednotlivé označení např. 10BASE5 Jakou kabeláž využívají Jaká je přenosová rychlost
Sítě PC sítě 10 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.) Model ISO/OSI
Sítě PC sítě 11 Fyzická vrstva Definuje prostředky pro komunikaci s přenosovým médiem a s technickými prostředky rozhraní. Dále definuje fyzické, elektrické, mechanické a funkční parametry týkající se fyzického propojení jednotlivých zařízení. Je hardwarová. Linková vrstva Zajišťuje integritu toku dat z jednoho uzlu sítě na druhý. V rámci této činnosti je prováděna synchronizace bloků dat a řízení jejich toku. Je hardwarová. Síťová vrstva Definuje protokoly pro směrování dat, jejichž prostřednictvím je zajištěn přenos informací do požadovaného cílového uzlu. V lokální síti vůbec nemusí být pokud se nepoužívá směrování. Je hardwarová ale když směrování řeší PC s dvěma síť. kartami je softwarová. Transportní vrstva Definuje protokoly pro strukturované zprávy a zabezpečuje bezchybnost přenosu (provádí některé chybové kontroly). Řeší například rozdělení souboru na pakety a potvrzování. Je softwarová. Relační vrstva Koordinuje komunikace a udržuje relaci tak dlouho, dokud je potřebná. Zajišťuje zabezpečovací, přihlašovací a správní funkce. Je softwarová. Prezentační vrstva Specifikuje způsob, jakým jsou data formátována, prezentována, transformována a kódována. Řeší například háčky a čárky, kompresi a dekompresi, šifrování dat. Je softwarová. Aplikační vrstva Je to v modelu vrstva nejvyšší. Definuje způsob, jakým komunikují se sítí aplikace, například databázové systémy, elektronická pošta nebo programy pro emulaci terminálů. Používá služby nižších vrstev a díky tomu je izolována od problémů síťových technických prostředků. Je softwarová.
Sítě PC sítě 12 Úkol: 1. Popiš model TCP/IP 2. Kolik má vrstev 3. Základní rozdíl od modelu ISO/OSI 4. Využití tohoto modelu Kabeláž sítí Charakteristika Kroucené dvojlinka Náklady na instalaci Přenosová rychlost 100 155Mbit/s, 1 Gbit/s pro Gigabit Ethernet Koaxiální kabel Nízké Střední až vysoké Vysoké Optické vlákno Do 1 Gbit/s 1 10 Gbit/s (jednovidové vlákno) Délka 90 150 m 600 1200 m Desítky km. Odolnost proti rušení UTP nízká STP střední Střední Obtížnost instalace Malá Malá Vysoké Spolehlivost Střední až vysoká Střední Vysoká Pojmy: Velmi vysoká Útlum (attenuation) je ztráta síly signálu způsobená např. překročením maximální doporučené délky. Útlum může být ovlivněn kvalitou materiálu a podmínkami instalace kabelu. Určitý útlum je však nevyhnutelný neboť je způsoben odporem materiálu. Útlum se vyskytuje jak u metalických, tak i u optických kabelů; tam může být minimalizován vlnovou délkou a barvou světla a stejně jako u metaliky materiálem (dnes se používají kromě skleněných i plastová vlákna). Útlum je vlastností i bezdrátových (mikrovlnných) přenosů. Zde je závislý na atmosférických podmínkách. Řešením útlumu je kromě výběru materiálu použití opakovačů (pro metaliku, optiku i bezdrátové spojení). Odraz (reflection) vzniká když elektrický, optický nebo bezdrátový signál narazí na nějaké porušení kontinuity. Tím může být např. ukončení kabelu konektorem, vada materiálu, apod. Odraz se vyskytuje i u bezdrátových spojení když signál narazí na jinou vrstvu atmosféry. Při přechodu do jiného prostředí dochází k odrazu části energie. Pokud je množství energie dostatečně vysoké, může dojít ke zmatení dvoúrovňového systému komunikací. Při pečlivém výběru komponent s odpovídající impedancí by odraz neměl být problémem. Jako příklad si
Sítě PC sítě 13 uveďme alespoň jeden zářný příklad poruchy sítě odrazem jde o chybějící terminátor na konci koaxiálního kabelu. Šum (noise) je energie (elektrická, optická nebo elektromagnetická), která se nechtěně nabalila na originální signál. Žádný signál není bez šumu, jde pouze o to udržet přijatelnou úroveň poměru signálu vůči šumu. Příliš vysoká úroveň šumu může změnit úroveň signálu a tím i její interpretaci, což poruší přenášenou informaci. Zdrojů šumu je poměrně vysoké množství. Symetrický kabel (kroucená dvojlinka) Je složený z párů vzájemně zkroucených vodičů. STP Symetrický kabel bez použití stínění Snížená odolnost proti průmyslovému rušení, vlivům magnetického pole, napětí Každý pár je obklopen kovovou fólií po celé délce kabelu a celý kabebel je zabalen do izolačního pouzdra Mají 9 kategorií UTP Dráty jsou obtočeny kolem sebe ve dvojicích vždy dva pro vysílání nebo příjem Skládá se z měděných vodičů, které jsou obklopeny izolačním nevodivým materiálem (PVC) Nejlevnější, snadná manipulace Dělí se do 7 kategorií
Sítě PC sítě 14 Rozlišujeme 9 kategorií : Kategorie 1 Kategorie 2 do 1 MHz telefoní dráty Kategorie 3 do 16 MHz Ethernet 10 a 100, starší typy, označení jako úroveň pro přenos hlasových informací Kategorie 4 do 20 MHz token-ring, ethernet 10 a 100, úroveň pro přenos dat Kategorie 5 do 100 MHz ethernet 100 až 1000, úroveň pro přenos dat Kategorie 6 9 jsou rozšířená kategorie 5 (potlačení přesléchů, větší odonost ke strátě dat.),pracují v pásmu 200 600 MHz (STP větší pásmo) Úkol: 1. Jaké barvy má UTP kabel? 2. Co je RJ45 3. Zjistěte jak se barvy zapojují do konektoru RJ45 4. Co znamená křížené zapojení Optické kabely světlovody : Nejnovější přenosový prostředek v sítích Používají se v WAN i LAN Přenášejí informace pomocí světelného signálu Umožňují dosáhnout velkých rychlostí, odolné proti odposlouchání Podstatou je přeměna elektrického signálu na optický (laserová dioda, svítící dioda) Základem jsou optická vlákna (min.dvě pro každý směr jedno) Mnohovidové : Využívají světelné diody (ne laser) pro generování světla Světelný paprsek je rozložen na více světelných paprsků (vidů) Na konec kabelu dojde světelný paprsek rozloženy na více části Přenášené údaje zkresleny, horší optické vlastnosti, levnější, u Lan se nejčastěji používá Jednovidové : Velmi tenké vlákno s vysokou přenosovou kapacitou Pro generování světelných paprsků používá laser značné vzdálenosti Má lepší optické vlastnosti, přenosovou rychlost (desítky km), ale jsou dražší
Sítě PC sítě 15 Koncovky : Kulatý konektor ST Hranatý konektor SC Příslušenství : Převodník : o Ze síťové karty vychází signál v elektrických impulsů převede na světelné a naopak Konvektor : o Dovoluje napojit optický kabel na kroucenou dvojlinku
Sítě PC sítě 16 IP adresa Třída A 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 přiděluje je mezinárodní autorita pověřená správou IP adres. V současné době se používá 32 bitová verze IPv4. Protože dovoluje adresování pouze 4 miliard počítačů (teoreticky 4 294 967 296 IP adres), je připravena nová verze IPv6. IPv4 adresa má velikost 4 byte = 32 bitů. Nejčastěji se zapisuje v desítkové soustavě, kdy jednotlivé byte jsou odděleny tečkou. Každý byte může logicky nabývat hodnot od 0-255. Například: 192.44.118.192 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 - A, B a C. 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: 0.0.0.0 až 127.255.255.255. Třída B 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: 128.0.0.0 až do 191.255.255.255.
Sítě PC sítě 17 Třída C 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: 192.0.0.0. až 223.255.255.255 Speciální IP adresy Některé IP adresy jsou vyhrazeny pro speciální účely: Rozsah od 224.0.0.0 do 239.255.255.255 je zařazen do třídy D. Tato třída je využívána pro multicasting. To znamená pro hromadné vysílání videa nebo audia. Rozsah od 240.0.0.0 do 247.255.255.255 patří do třídy E. Tyto hodnoty jsou rezervovány pro další použití a pro experimentální účely. 127.0.0.0 nebo 127.0.0.1 jsou určeny k testovacím účelům. Nazývají se loopback adresy. Tyto adresy používá síťový software. Pošleme-li Třída A : 10.0.0.0 až 10.255.255.255 Třída B : 172.16.0.0 až 172.31.0.0 Třída C : 192.168.0.0 až 192.168.255.0
Sítě PC sítě 18 Úkol: 1. Vypiš: a. ip adresu svého PC b. název svého PC c. bránu svého PC d. DNS svého PC e. MAC adresu PC 2. Napiš a. 3 web adresy kde můžeš založit svoji DOMÉNU a WEBHOSTING b. Vyzkoušej zda tvá nová doména není už zaregistrována 3. Napiš 3 libovolné značky Routerů a Switchů + jejich ceny + obrázky