Počítačové sítě

1. Počítačové sítě Miroslav Sulír, Martin Sulír Menu 2

2. Úvod V dnešní době se setkáváme s počítačovými sítěmi na každém kroku. Ať už se jedná o lokální sítěv různých institucích (univerzita, banka, nemocnice,…), sítě městské (většinou pro propojení sítí lokálních), či samotný internet.

3. Úvod do počítačových sítí & Sítě LAN Úvod do počítačových sítí & Sítě LAN

4. 1. Základní informace Počítače, ať už se jedná o klasická PC, přes notebooky a kapesní počítače, až po superpočítače, dnes zažívají veliký rozmach. Kdysi, když měla jedna instituce jen jeden počítač, byla právě v něm všechna potřebná data a lidé se u něj jednoduše střídali. Když však začal počet počítačů v instituci stoupat, nastal zásadní problém. Jak mohu využívat data důležitá pro chod celé instituce, když jsou uloženy pouze v počítači, do něhož byla zadána? Zde vznikla první myšlenka počítačové sítě (jakýkoli jiný způsob se brzy vyhodnotil jako neefektivní), a to je i důvod, proč se sítě učit. Dnes totiž jen málokterý počítač není součástí nějaké sítě a trend do budoucna zní jasně: „Propojit veškeré počítače do jedné komplexní sítě.“

5. Cíle kapitoly Po prostudování této kapitoly budete znát veškeré důvody, proč počítačové sítě vznikají, abychom si osvětlili, k čemu všemu lze počítač zapojený v síti využívat (a že toho není málo). Podíváme se také na základní rozdělení podle rozlohy a podrobněji se něco dozvíte o lokálních sítích (LAN).

6. Důvody Vzniku Počítačových Sítí • Sdílení dat • Sdílení prostředků (tiskárna, scanner, modem, …) • Komunikace mezi uživateli (e-mail, ICQ, přímá, …) • Dálková správa počítačů (v serverových sítích) • Zjednodušení instalace a užívání • Sdílení výpočetního výkonu • Zálohování dat • Zábava

7. Dělení Sítí dle Dosahu Sítě LAN (local area network) – lokální sítě MAN (metropolitan area network) – městské datové sítě WAN (wide area network) – veřejné datové sítě PAN (personal area network) – osobní sítě – připojení PC s mobilními zařízeními

8. Dělení Sítí dle Dosahu Sítě

9. Sítě LAN Předmětem tohoto výukového programu jsou sítě LAN, na které se teď podíváme o něco podrobněji. Rozdělení sítí LAN: • Peer to Peer • Client - Server

10. Síť Peer to Peer • Počítače jsou v síti zapojeny tak, že jsou si všechny rovny, figurují tedy jako servery i jako pracovní stanice a podílejí se na řízení přenosů dat v síti. • Tato architektura je vhodná pro sítě o menším počtu počítačů (maximálně 10-ky počítačů), kde není potřeba velkého zabezpečení dat. • Pro a proti: není potřeba speciální síťový software náročnější na nastavení zabezpečení náročnější na správu obecně menší průchodnost dat

11. Příklad sítě Peer to Peer Jednotlivé stanice PC jsou si rovny, zařízení přepojená k jednomu počítači, a také data, mohou ostatní stanice využívat pomocí tzv. sdílení. Tiskárnu mohou používat všechny počítače za pomoci tzv. sdílení.

12. Síť Client - server • Jeden nebo více počítačů je zde vyhrazen jako server, který pracovním stanicím (client-ům) poskytuje služby • Pro a proti: rychlejší přenos dat vyšší zabezpečení větší odolnost vůči poruchám snadnější údržba je potřeba speciálního serveru je potřeba síťový software obtížnější instalace • Jeden nebo více počítačů je zde vyhrazen jako server, který pracovním stanicím (client-ům) poskytuje služby • Pro a proti: rychlejší přenos dat vyšší zabezpečení větší odolnost vůči poruchám snadnější údržba je potřeba speciálního serveru je potřeba síťový software obtížnější instalace

13. Co je Server? • Sítě typu Peer to Peer se skládají z menšího počtu počítačů, u nichž se o provoz v síti stará přímo operační systém daného počítače. • Operační systém osobního počítače by však nestačil na provoz v síti velkého množství počítačů, mezi nimiž jsou navíc umístěny síťové prvky jako Repeater, Switch, Bridge, Router, či Gateway, o kterých se budeme bavit později. Proto vznikla síť typu Client-Server s centrálním počítačem zvaným Server, který řídí chod dat v síti a poskytuje ostatním počítačům služby. Na tomto počítači je nainstalován speciální operační systém. V dnešní době většinou Windows NT nebo UNIX

14. Co je Server? • Server nemusí být v síti zapojen jediný. • Servery můžeme na té nejnižší úrovni rozdělit na: - dedikované – slouží zároveň jako pracovní stanice - nededikované – slouží výhradně jako server

15. Co je Server? Souborový - slouží pro ukládání souborů - např. disková strukt. pro potřebyuniverzity Print server - centrální počítač pro hromadný tisk Databázové - aplikační – slouží pro správu databáze - použití dnes v téměř jakékoli instituci Poštovní, Internetové - pro účely elektronické pošty a správy internetových stránek • Servery bývají koncipovány různými způsoby, a to podle typu služby, pro kterou jsou určeny:

16. Příklad sítě Client - Server V síti je zapojen server, který řídí chod v síti. server client client

17. Otázka k učivu Pokud jste úspěšně odpověděli na praktické otázky, zkontrolujte si své znalosti teorie: Jaké je hlavní rozdělení sítí podle rozlohy? Jak se nazývají servery sloužící pro vzdálené ukládání souborů a jaké označení mají servery sloužící ke správě elektronické pošty? Co rozumíme pod pojmem dedikovaný server? Co znamená v počítačové terminologii „sdílení“? Správnost své odpovědi si ověř na následujících stranách. V případě špatné odpovědi doporučuji návrat ve studijním textu prostřednictvím odkazů uvedených u odpovědí.

18. Odpovědi na otázky 1. Otázka: Jaké je hl. rozdělení sítí podle rozlohy (dosahu)? Odpověď:LAN, MAN, WAN 2. Otázka: Jak se nazývají servery sloužící pro vzdálené ukládání souborů a jaké označení mají servery sloužící ke správě elektronické pošty? Odpověď: pro vzdálené ukládání souborů – souborový správa elektronické pošty - poštovní

19. Odpovědi na otázky 3. Otázka: Co rozumíme pod pojmem dedikovaný server? Odpověď:server sloužící zároveň jako pracovní stanice 4. Otázka: Co znamená v počítačové terminologii „sdílení“? Odpověď: sdílení je proces využívání dat a zařízení připojených k jedné pracovní stanici jinými stanicemi v počítačové síti.

20. Konec kapitoly • Jestli jste zdárně prošli závěrečnými otázkami, znamená to,že jste studovali svědomitě, a dostatečně jste tak pochopili probíranou látku. Nic vám tedy nebrání v tom, abyste se pustili do kapitoly další. • V kapitole „Topologie a přístupové metody“ budete dále rozvíjet znalosti získané především z části základního rozdělení sítí LAN podle postavení uzlů v síti. Bude se to hodit při studiu topologií, u nichž si budete moci představit, jak by daná topologie vypadala při použití sítě Peer-to-peer, respektive Client – Server. Z těchto znalostí byste pak měli mít dostatek informací pro studium přístupových metod a typů sítí.

21. Topologie& přístupové metody + na závěr Základní druhy sítí

22. Cíle kapitoly Během studia této kapitoly se seznámíte s nejčastěji používanými druhy fyzických topologií počítačových sítí (sběrnicová, kruhová, hvězdicová – stromová). Dozvíte se, jaké mají přednosti a nedostatky. Dozvíte se základní metody přístupu k přenosovému médiu (řízené, náhodné). Ty určují, jakým způsobem postupuje počítač ve chvílí, kdy zasílá data do sítě.

23. Nastolené otázky • Co je topologie počítačové sítě? • Jaké topologie existují? • Co si představit pod pojmem „přístup k médiu“? • Jaké přístupy k médiu se v počítačových sítích používají? • Jaké typy sítí existují?

24. Topologie sítí LAN - Rozdělení Pod pojmem „topologie sítě“ rozumíme způsob vzájemného propojení počítačů (účastníků sítě) Dělí se na: • fyzické – popisují fyzické uspořádání sítě • logické – popisují způsoby vzájemné komunikace počítačů v síti Nyní se podíváme na nejčastější druhy fyzických topologií…

25. Sběrnicová topologie - BUS • Všechny počítače v síti jsou připojeny paralelně na společnou sběrnici • Na koncích síťového vedení nutnost připojení terminátorů, koncovek, které tlumí datový signál a znemožňují tak jeho zpětnému odrazu do sítě • Pro a proti: snadná instalace snadná rozšiřitelnost porucha jakéhokoli počítače způsobí výpadek sítě

26. Sběrnicová topologie - BUS datový signál přenosové médium (datový kabel) T-rozbočovač terminátor

27. Kruhová topologie - RING • Jednotlivé počítače v síti jsou přenosovým médiem propojeny do kruhu • Signál postupně prochází přes všechny uzly sítě • Signál se v síti předává jen jedním směrem • Pro a proti: obtížnější instalace porucha jakéhokoli počítače způsobí výpadek sítě, tento nedostatek ale řeší vylepšená topologie Token RING (realizovaná zdvojeným vedením kruhové topologie)

28. Kruhová topologie - RING datový signál přenosové médium

29. Kruhová topologie – Token RING datový signál přenosové médium

30. Hvězdicová (stromová) topologie • Počítače jsou navzájem propojené pomocí rozbočovačů (hubů nebo switchů) • Kombinací sběrnicové a hvězdicové topologie vzniká stromová topologie - TREE • Pro a proti: velký dosah sítě snadná rozšiřitelnost porucha počítače nezpůsobí výpadek sítě

31. Hvězdicová topologie - STAR rozbočovač datový signál přenosové médium

32. Stromová topologie - TREE rozbočovač datový signál přenosové médium

33. Přístupové metody - Rozdělení Přístupové metody v sítích LAN: Přístupové metody Náhodné Řízené distribuované Token Passing CSMA / CD Prioritní úkol přístupových metod:řízení toku dat přenosovým médiem – kabelem nebo v dnešní době i rádiově Existuje množství přístupových metod, v této kapitole si ukážeme hlavní rozdělení a základní druhy náhodných přístupových metod pro lokální sítě

34. Přístupové metody - Náhodné • Při práci v síti se sdíleným médiem (což je v dnešní době převládající typ LAN sítí) mohou přijímat zprávy všichni uživatelé sítě najednou. • Při vysílání zpráv je potřebné zajistit, aby na přenosovém médiu byla vždy jen jedna zpráva od jednoho účastníka sítě (jinak by docházelo ke kolizím, vzájemnému rušení, zkreslení vysílání a nebylo by je možné přijímat) • Úlohou přístupové metody je proto: zajistit součastné vysílání dat jen jednomu počítači • Nejpoužívanější metoda: CSMA/CD

35. Přístupové metody - Řízené 1. Řízené distribuované metody : bez centrálního arbitra,arbitrem je každý prvek sítě. V síti koluje speciální paket a počítač, který jej obdrží může vysílat. Po ukončení vysílání posílá paket následující stanic. • Nejpoužívanější metoda: Token Passing , FDDI • Použití: v LAN sítích Token Ring a ARC net. 2. Řízené centralizované metody : obsahují prvek, který řídí provoz na síti (arbitr). U centrálního řízení je tento prvek pouze jeden. • Použití: telekomunikace , družicové spoje…, ne v sítích LAN

36. CSMA/CD – metoda pro Ethernet • Při této metodě jednotlivé počítače zjišťují stav na přenosovém médiu • Pokud zjistí, že některý počítač sítě vysílá, ostatní se zablokují, dokud se sběrnice neuvolní. Po uvolnění sběrnice začíná vysílat další počítač • Pokud na vysílání čekalo více počítačů, může dojít ke kolizi dat a současnému poklesu výkonu sítě Výše uvedený problém řeší dodatečné sledování sítě, každý počítač sleduje signál na sběrnici a pokud se tento signál liší od signálu vysílaného jím samým, vyhodnotí se stav kolize a vysílání se ukončí

37. TOKEN PASSING Známá jako „ Metoda předávání pověření “ V síti koluje mezi počítači tzv. Token – vysílací právo Až jakmile je příslušný počítač získá, může zahájit vysílání Vysílaná data kolují přes počítače. Až se dostanou k adresátovi, ten data přečte, označí a pošle dále. Až data dorazí zpět k odesílateli, dojde k předání vysílacích práv dalšímu počítači (ve formě paketu) Každý počítač má zaručené získání vysílacího práva. => vhodné i u řízení technologických procesů v reálném čase

38. Základní Typy Sítí - Rozdělení Typy sítí • Ethernet • ARC net • Token Ring • ATM • FDDI • …

39. Typy sítí – ETHERNET (1) • Vyvinut firmami Dec, Intel, Xerox(DIX) • Rychlost přenosu od 10Mb/s do jednotek Gb/s • Použití u topologií sběrnice a hvězda • maximální vzdálenost mezi jednotlivými stanicemi se liší podle použitého kabelového vedení:

40. Typy sítí – ETHERNET (2) • Minimální vzdálenost stanic mezi sebou: 0,5m Při použití koaxiálního kabelu ale hrozí nebezpečí přeslechu. Doporučeno je 3m • Použití přístupové metody: CSMA/CD • Maximální počet stanic v segmentu: 30

41. Typy sítí – ETHERNET (3) • Přenosová média: Menu 1 Menu 2

42. Typy sítí – ARC net • Vyvinuta firmou: Data Point • Použití u topologií: hvězda a strom • Maximální vzdálenost sítě: 6,5 km • Použití přístupové metody: Token Passing => je nekolizní • Dnes se téměř nepoužívá

43. Typy sítí – TOKEN RING • Vyvinuta firmou: IBM (r. 1986) • Rychlost přenosu: 100Mb/s • Použití: kruhové topologie • Médium: koaxiální kabel se speciálními navrtanými přípojkami • Použití přístupové metody: Token Passing => je nekolizní • Vysoce spolehlivá síť • Je drahá => není příliš rozšířená

44. Otázka k zamyšlení Zamyslete se a zkuste odpovědět na tyto otázky: Jakou fyzickou topologii má Vámi nejčastěji používaná počítačová síť? Jaké vlastnosti má standardizovaná Ethernetová síť označovaná jako „100 Base – TX“ ? (náročnější otázka) V duchu si odpověz a správnost své odpovědi si ověř na následujících stranách. V případě špatné odpovědi doporučuji návrat ve studijním textu prostřednictvím odkazů uvedených pod odpovědí.

45. Odpovědi na otázky 1. Otázka: Jakou fyzickou topologii má Vámi nejčastěji používaná počítačová síť? Odpověď: • Pokud je ve Vámi používané síti používán koaxiální kabel, s největší pravděpodobností se jedná o sběrnicovou topologii . • Pokud je síť vybudovaná z kroucené dvojlinky, pravděpodobně se jedná o hvězdicovou , případně stromovou topologii. • Kruhová topologie není z důvodu své složitosti a ceny příliš rozšířená.

46. Odpovědi na otázky 2. Otázka: Jaké vlastnosti má standardizovaná Ethernetová síť označovaná jako „100 Base – TX“ ? (náročnější otázka) Odpověď: Jako přenosové médium je použita kroucená dvojlinka (Twisted pair) Přenos probíhá v základním pásmu (Basebandu) Přenosová rychlost sítě je 100 Mb/s 100 Base – TX • 100 Base – TX je dnes jedním z nejpoužívanějších síťových standardů • Max. délka kroucené dvojlinky mezi počítači je 100m

47. Otázka k učivu Nyní si zkontrolujte své teoretické znalosti: Ve kterých počítačových topologiích se používají huby nebo switche a proč? Která přístupová metoda se používá u sítí typu Token Ring a ARC net a v čem spočívá? Jaké jsou základní rozdíly přístupových metod CSMA / CD a Token Passing? Jaké druhy kabeláže se používají u sítí Ethernet? Správnost svých odpovědí si ověř na následujících stranách. V případě špatné odpovědi doporučuji návrat ve studijním textu

48. Odpovědi na otázky 1. Otázka: Ve kterých počítačových topologiích se používají huby nebo switche a proč? Odpověď:Zařízení se používají v hvězdicových a stromových topologiích, neboť mají schopnost rozvádět datový signál z jednoho zdrojového počítače do více počítačů 2. Otázka: Jaká přístupová metoda se používá u sítí typu Token Ring a ARC net a v čem spočívá? Odpověď: distribuovaná řízená metoda Token Passing- kde arbitrem je každý prvek sítě. V síti koluje speciální paket a počítač, který jej obdrží může vysílat. Po ukončení vysílání posílá paket následující stanic.

49. Odpovědi na otázky 3. Otázka: Jaké jsou základní rozdíly přístupových metod CSMA / CD a Token Passing? Odpověď:Hlavním rozdílem je způsob, jak se počítače dostanou k právu vysílat data do sítě. Zatímco u CSMA / CD si počítače hlídají přenosové médium samy a „závodí“ o vysílací právo, Token Passing dává díky paketu Token všem počítačům stejnou vysílací šanci a je proto vhodný pro realtime sítě. 4. Otázka: Jaké druhy kabeláže se používají u sítí Ethernet? Odpověď: tenký koaxiální kabel, stíněná a nestíněná kroucená dvojlinka (STP, UTP), optický kabel

50. Konec kapitoly • Kapitola, kterou jste právě dostudovali byla o třídu těžší než předešlá. Učivo se navíc rozvíjelo, takže pro učení a správné pochopení základních druhů sítě byla nutná znalost topologií a přístupových metod. Nepochybuji však, že i toto učivo jste zdárně zvládli a pokud se Vám náhodou nedařilo odpovídat na otázky k učivu, opakování je matka moudrosti…