Základy počítačových sietí

1. Základy počítačových sietí RNDr. Darina Tothová, PhD. Darina.Tothova@uniag.sk

2. Počítačová sieť a Internet Cieľ: • Základy počítačových sietí, pojmy, ktoré s touto problematikou súvisia. • Základné princípy práce, členenie, poukázanie na to, čo všetko môžeme prostredníctvom PS robiť. • Popis rôznych možností pripojenia sa do Internetu. • Lokálna počítačová sieť.

3. Po zvládnutí predmetu by ste mali vedieť: • sformulovať základné princípy počítačových sietí, • poradiť svojim známym, ako sa majú rozhodovať, keď sa chcú pripojiť do Internetu, • vysvetliť strýkovi, aké výhody má pre neho lokálna počítačová sieť na pracovisku, • poznať rozdiely medzi OS Windows a OS UNIX, • základy programovania v OS UNIX.

4. Kľúčové slová • počítačová sieť • paket • pracovná stanica • server • LAN, MAN, WAN • topológia • prístupové práva • protokoly • prenosové médium • MAC adresa, IP adresa • zdieľanie súborov a zariadení • Internet, možnosti pripojenia

5. Počítačové siete • História • APS • Adresovanie- adresy počítačov v Internete • Sieťové technológie • Ako sa pripojiť k Internetu • Efektívne v LAN

6. História • Začiatky Internetu - 70. roky - ARPANET • ARPA (Advanced Research Project Agency) - odd. amerického ministerstvi obrany inicializovalo výskum metód týkajúcich sa spoľahlivého pripojenia medzi jednotlivými výskumnými centrami. • 1973 - Bob Kahn a Vint Ceft - vzájomné spojenie izolovaných sietí - Internet - práce ukončené v roku 1981. • Na SPU

7. História EARN SPU • Terminálové siete s výpočtovými systémami EC 1010, SM 4-20 a EC 1046. • Počítač EC 1046 ukázal cestu distribúcii služieb na vzdialené pracoviská. • Z tohoto počítača bolo nadviazané aj prvé spojenie do Prahy do siete EARN (European Academic and Research Network) prostredníctvom modemu a programu Kermit.

8. Počítačová sieť Počítačová sieť je komplex technických prostriedkov, počítačov a ich softvérových zdrojov, ktoré sú vhodne prepojené a zabezpečujú vzájomnú komunikáciu a prenos dát.

9. Architektúry počítačových sietí • Sieťová architektúra je definovaná: • topológiou siete (celkové usporiadanie siete), • prístupovými metódami (forma komunikácie), • komunikačnými protokolmi (pravidlá a základné služby poskytované komunikujúcim uzlom). • Základné požiadavky na APS: • realizácia dátovej komunikácie medzi koncovými prvkami siete vyžaduje vykonanie určitej sekvencie činností - nadväzovanie spojenia, rozklad prenášaných informácií do blokov (datagramov), ich prenos, zabezpečenie pred chybami, ... Výrobcovia - proprietárne riešenia

10. Rozdelenie počítačov v sieti • pracovné stanice (workstation), • obslužné stanice (servery), • tenkí klienti.

11. Pracovná stanica Pracovná stanica je počítač, ktorý môže pracovať s lokálnym systémom, lokálnymi aplikáciami, využíva lokálne zdroje, navyše však môže využívať rôzne služby, ktoré jej poskytuje lokálna počítačová sieť, do ktorej je pripojený.

12. Serverje počítač, ktorý poskytuje svoje služby a  technické zariadenia počítačom zapojeným do siete. Podľa poskytovaných služieb delíme servery na: • súborové servery (file server) poskytujú diskový priestor pre prácu so súbormi, • tlačové servery (print server), • komunikačné servery (napr. poštové - mail server), • monitorovacie servery – napr. pre kamerový monitorovací systém, • databázové servery, • zálohovacie servery.

13. server • server - poskytuje služby, napr. el. poštu, prenosy súborov. • klient • je ten subjekt, ktorý služby prijíma, najčastejšie programom na počítači, ktorý pracuje ako rozhranie so serverom. Softvér, ktorý pracuje ako sprostredkovateľ medzi klientom a serverom sa volá protokol. Každá internetová služba používa špecifický protokol.

14. Sieť pozostáva z týchto základných častí: • Hardvér - zahŕňa všetky technické prostriedky počítača. (Patria sem aj prostriedky, ktorými je realizované vlastné prepojenie siete (sieťové karty – sieťové adaptéry)): • prenosové médium - zabezpečuje transport dát (medený kábel, optický kábel, mikrovlny, laser, ...), • uzly siete • pasívne a aktívne elektronické zariadenia používané ako vysielače, príjimače, smerovače a opakovače prenášaných dát, • stanice (servery, počítače alebo terminály) - miesta vzniku a spracovania dát.

15. Základné časti siete • Softvér – programové vybavenie, ktoré v spolupráci so sieťovým hardvérom zabezpečuje funkcie siete. Softvér bežiaci na staniciach ako aj softvér uložený v pamäti jednotlivých elektronických zariadení, teda všetok softvér zabezpečujúci komunikáciu v sieti. • Organizačné zabezpečenie - je poslednou a často podceňovanou súčasťou siete. Zahŕňa hlavne opatrenia na zaistenie správy siete a súbor pravidiel správania sa používateľov pri používaní siete. Patrí sem zabezpečenie funkcie správcu siete, ktorý sa stará o chod a riadenie siete.

16. Kontrolné otázky • Čo je to počítačová sieť? • Ako delíme počítače v počítačovej sieti? • Z čoho pozostáva počítačová sieť? • Aký je hlavný rozdiel medzi serverom a pracovnou stanicou? Čo sú to tenkí klienti.

17. Prenos dát • Prenos údajov cez počítačovú sieť- prenosové médiá • Rýchlosť prenosu údajov závisí väčšinou od prenosového média. • Kapacita prenosovej linky sa meria v bitoch za sekundu. Bit je skratka anglických slov “binary digit” - dvojková číslica, ktorá môže mať iba dve hodnoty - 0 a 1. Nakoľko 1 znak = 1 byte, počítače pre kódovanie znakov používajú 8 bitov. • Ak lokálne siete na báze Ethernetu prenášajú dáta rýchlosťami 10 Mbps, ide o 10 miliónov bitov za sekundu na vzdialenosti do 1 km. To je približne 1,2 miliónov znakov, takmer 600 stránok textu za sekundu.. • Analógový prenos • Digitálny prenos

18. Analógový prenos • Prenos rádiový alebo po klasickej telefónnej sieti. • Analógový prenos - ukladanie, spracovanie alebo prenos dát prostredníctvom spojito sa meniaceho signálu • nevýhodou je nepresnosť, ktorá vedie k chybám v prenose (pri analógovom signáli sa tažko určuje, ktorý tón je "dobrý" signál a ktorý je rušenie), • prenášaný signál je potrebné pri väčších vzdialenostiach zosilovať, čím sa zosilní aj rušenie. na prenos ľudského hlasu stačí malé frekvenčné pásmo asi 4 kHz

19. Digitálny prenos • Prenos informáci prebieha v binárnej forme (0,1), ktorú prezentujú elektrické signály (0 = záporné napätie, 1 = kladné napätie). • vyššia odolnosť voči rušeniu (rušenie musí byť dosť silné aby vyrovnalo rozdiely medzi 1 a 0), • prenášaný signál je potrebné pri väčších vzdialenostiach zosilovať, na čo slúžia tzv. opakovače (signál sa príjme a následne znovú vyšle, pričom sa odstráni aj prípadne rušenie).

20. Paket • naformátovaný blok informácií prenášaný prostredníctvom počítačovej siete, • skupina informácií, ktorá je predávaná ako jeden celok mezi jednotlivými uzlami siete. Má definovanú veľkosť, hlavičku, miesto vyslania a určenia.

21. Rozdelenie počítačových sietí Počítačové siete delíme podľa niekoľkých kritérií: • podľa rozľahlosti, • podľa topológie, • podľa použitého sieťového OS, • podľa prenosového média, • podľa servera, • podľa vzťahov medzi počítačmi.

22. Rozdelenie sietí podľa rozľahlosti • LAN (Local Area Network) – lokálne dátové siete, ktoré prepájajú jednotlivé počítače a servery na relatívne malom geografickom území – do niekoľko kilometrov. • MAN (Metropolitan Area Network) – rozľahlá sieť pokrývajúca väčšiu lokalitu, napr. mesto - mestská dátová sieť. • WAN (Wide Area Network) – rozľahlá dátová komunikačná sieť, ktorá pokrýva geograficky rozľahlé územie a využíva spojenie verejných poskytovateľov prenosových služieb.

23. Topológia • Fyzické usporiadanie prepojení medzi uzlami siete - mapa siete. • Charakterizuje, akým spôsobom sú medzi sebou prepojené jednotlivé uzly siete.

24. Rozdelenie sietí podľa topológie V sietiach LAN poznáme 3 základné topológie. • zbernicová topológia, • kruhová topológia, • hviezdicová (hubová topológia).

25.  Zbernicová topológia • Výhody – jednoduché pripojenie, výpadok pracovnej stanice nespôsobí haváriu siete, lacné riešenie, ľahko sa rozširuje. • Nevýhody – zložitá detekcia poruchy (dlhšie zisťovanie, kde nastalo prerušenie siete), nekorektným odpojením jedného počítača nastane prerušenie celej vetvy siete.

26.  Kruhová topológia Počítače sú zapojené ku káblu, ktorý tvorí prstenec, kruh. Signál z vysielaného PC prechádza postupne v kruhu, kým nepríde k PC, kde je adresovaný. Výhody: jednoduché pripojenie, lacné riešenie, ľahko sa rozširuje. Nevýhody: zložitá detekcia poruchy, zlyhanie jedného PC má dopad na celú sieť.

27. Hviezdicová topológia Počítače v hviezdicovej topológii sú prepojené s uzlom (hub, switch), ktorý ich pripája k sieti a zabezpečuje tak ich komunikáciu. • Výhody: • výpadok kábla, resp. PC spôsobí len výpadok jednej pracovnej stanice, • jednoduchá detekcia poruchy (svietiaca led dióda), ľahká modifikácia a pridávanie nových počítačov, centrálne monitorovanie a správa. • Nevýhody: • porucha uzla spôsobí výpadok celého segmentu siete, vyššie náklady.

28. Podľa použitého sieťového OS Zvláštnou kategóriou operačných systémov sú sieťové operačné systémy (NOS - Network Operating System). Tieto sa používajú v počítačových sieťach na vyhradených počítačoch - serveroch. Základnou úlohou serverov je poskytovať do siete vlastné zdroje (disky, tlačiarne), ale moderné sieťové operačné systémy dovoľujú na serveroch štartovať aj špeciálne aplikácie, ktoré slúžia klientom v sieti a poskytujú im svoje služby (napr. databázové servery, internetovské a intranetovské servery, služby elektronickej pošty, atď.). Úlohou sieťového operačného systému je aj zabezpečenie konektivity pre počítače v sieti a ochranu dát na lokálnej sieti pred útokom z internetu.

29. Základné rozdelenie sieťových OS: • MS Windows • Novel Netware • UNIX

30.  MS Windows Ideálna platforma pre podnikanie na internete, využíva schopnosti moderného hardvéru, od tých najmenších mobilných zariadení až po obrovské servery elektronického obchodovania). • Back Office Small Business Server (SBS) • Windows NT, Windows 2000, Windows 2003

31. Novell NetWare Má bohaté služby zamerané na hetegorénne prostredia, najčastejšie sa nachádzajúce u priemyselných zákazníkov s implementovanou podporou vysokej spoľahlivosti, clustera a maximálnej bezpečnosti, kde už koncoví používatelia nemusia implementovať žiadne klientovské prostredie za účelom prístupu k službám NetWare. • Novell NetWare 5.0 • Novell NetWare 6 • Novell Small Business Suite 6 • http://podnikanieainovacie.euin.org/inovacie-spolocnosti-novell

32. UNIX Systémy plne kompatibilné a certifikované podľa Single UNIX Specification (en) môžu používať značku UNIX, kým ostatné sa označujú, ako UNIX-like (unixoidné) systémy. • Solaris (SUN Microsystems) • AIX (IBM – AIX 5L) • HP-UX • Tru64 UNIX (HP)

33. Podľa servera • Vyhradený server (dedikovaný - server slúži výhradne pre potreby siete). • Nevyhradený server (nededikovaný - pracuje súčasne ako pracovná stanica).

34. Podľa prenosového média Prenosové médium zabezpečuje prenos dát v počítačovej sieti. Prenosové médiá rozdeľujeme nasledovne: • “kufríkový” prenos (disketa, CD/DVD, usb kľúče, …), • káblový prenos (wired) • medené káble • optické káble • bezdrôtový prenos (wireless) • “infrared light” (prenos infračerveným žiarením) • “line of site” - musia sa vidieť - laser, mikrovlny • satelitný prenos • WiFi.

35. Medené káble • koaxiálny kábel • tenký koaxiálny kábel (Thin Coaxial Cable, sivý alebo čierny) • hrubý koaxiálny kábel (Thick Coaxial Cable, žltý) • krútená dvojlinka (Twisted Pair Cable) dvojica jednoduchých med. káblov obtočených okolo seba • UTP - netienená krútená dvojlinka (Unshielded Twisted Pair) • STP - tienená krútená dvojlinka (Shielded Twisted Pair) • FTP - štvorpárový kábel tienený fóliou (Folied Twisted Pair)

36. Optické káble Princíp použitia svetla pre prenos informácií má značné výhody: • vnútro kábla je imúnne voči poruchám a elektromagnetickému rušeniu, • nedochádza k vyžarovaniu do okolia, ani k rušeniam, • prenosová kapacita je oproti metalickému káblu neporovnateľne väčšia, • optické káble sú nenahraditeľné v ťažkých a rizikových prevádzkach.

37. Metódy použitia optických káblov 1. Klasická metóda • vonkajšie prepájanie budov, • kábel sa ukladá do elektroinštalačných žľabov alebo do PE potrubí, • optické vlákno je vyvedené do zásuvky alebo do optického panelu v rozvádzači a je ho možno ukončiť dvomi spôsobmi: • priame zakončenie konektorom, • zvar predkonektorovaných optických vlákien, tzv. „pig tails“.

38. Metódy použitia optických káblov 2. Metóda MT MPO • používa sa pri vytváraní horizontálnych trás a vedľajších chrbticových trás medzi jednotlivými poschodiami, • najčastejšie sa používajú káble s páskovými optickými vláknami, tzv. ribbon, • ukončenie 4-12 vláknového kábla sa robí pomocou špeciálneho konektoru, • rýchla inštalácia brz špeciálnej ochrany konektorov, • opt. vlákno je možno spojiť aj v žlabe, resp. v dvojitej podlahe.

39. Príklady káblov

40. Metódy použitia optických káblov 3. Metóda Blolite • možnosť použitia - všetky optické trasy v budovách, • špeciálne optické vlákna, ktoré sú pomocou kompresora zafukované do vopred inštalovaných trubičiek, • Výhody: • možnosť dopĺňania i po ukončení inštalácie s minimálnymi nákladmi na rozšírenie počtu vlákien, • komplexné prepojenie celej budovy, • vytvorenie „hybridného optického kábla“, • možnosť využitia káblov s páskovými optickými vláknami.

41. Bezdrôtový prenos Spôsoby bezdrôtového prenosu môžeme podľa špecifických vlastnosti rozdeliť na 3 typy: Infrared light & Bluetooth WiFi & Laser Satelit

42. Bezdrôtový prenos - princípy Elektromagnetické pole môže vo vodiči indukovať prúd. Elektromagnetické vlnenia môžu pohlcovať molekuly, prijatá energia sa bude premieňať na teplo (princíp mikrovlnky). Akýkoľvek elektrický náboj pohybujúci sa s nenulovým zrýchlením vyžaruje elektromagnetické vlnenie.  Keď prechádza vodičom (napr. žiarič antény) striedavý elektrický prúd, vyžaruje elektromagnetické žiarenie s frekvenciou prúdu.

43. Bezdrôtový prenos - princípy Vlnový charakter žiarenia udáva vlnová dĺžka, frekvencia a rýchlosť šírenia žiarenia. Elektromagnetické žiarenie sa prejavuje ako vlnenie so všetkými javmi spojenými s vlnením, napr. interferencia vlnenia, disperzia a pod.  predovšetkým pre dlhé vlnové dĺžky, ako napr. rádiové žiarenie, infračervené žiarenie, svetlo a ultrafialové žiarenie. Na elektromagnetické žiarenie sa dá pozerať ako na vlnu alebo prúd častíc (fotónov).

44. Infrared light & Bluetooth • lokálne siete s krátkym dosahom, • priepustnosť do 10Mbps, • voľnosť pohybu, • infra - citlivosť na silné zdroje svetla (polarizované svetlo odrazené od okna môže rušiť).

45. WiFi & Laser (http://sk.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi) • body, ktoré sa takto "spájajú" sa musia navzájom vidieť, • laser - prekážky v ceste = strata spojenia (prenos dát prostredníctvom laserového lúča), • WiFi - prekážky v ceste malého rozmeru ešte nemusia prerušiť spojenie, avšak značne znížia priepustnosť (prenos dát prostredníctvom mikrovlného vysielania), • závislosť od počasia (hustá hmla, sneženie, hustý dážď,...), • priepustnosť od kbps až po stovky Mbps, • dosah stovky metrov až niekoľko kilometrov (limitované hlavne zakryvenie zeme a podľa terénu). • http://www.itnews.sk/spravy/technologie/2013-10-25/c159440-rychly-vesmirny-internet-nasa-preniesla-laserom-data-rychlostou-622-mb-s

46. Satelit • vhodné pre veľké vzdialenosti, kde zakrývenie zeme neumožnuje použiť WiFi alebo Laser, • prenos podobný prenosu TV signálu prostrostredníctvom Satelitu, • príjem pomocou bežného satelitu, • vysielanie špeciálnym satelitom alebo alternatívnou cestou (dial-up, GPRS, ...), • problém dosahu signálu na veľkom území - ľahké odchytenie údajov (potreba šifrovania citlivých dát), • vhodné hlavne na download súborov, • nevhodné pre prácu v reálnom čase (dlhá odozva medzi odoslaním a odpoveďou späť - dilatácia).

47. Úloha Ste u kamaráta v práci. Veľmi sa čudujete, ale realita je taká, že nie každý počítač je pripojený do počítačovej siete. Počítače, ktoré sú pripojené, sú pripojené medeným káblom, tzv. krútenou dvojlinkou. Aké pripojenie odporučíte kamarátovi, aby mohli aj ostatní pracovať v počítačovej sieti?

48. Podľa vzťahov medzi počítačmi • Klient - server • Peer-to-peer (rovný s rovným)

49.  Klient - server • Najvýkonnejší z počítačov zvyčajne pracuje ako server, ostatné počítače sú pracovnými stanicami. Výhodou tohto typu siete je jednoduchšia správa sieťových dát, jednoduchšie zaistenie bezpečnosti dát, ako i celej siete. Nevýhodou je to, že akákoľvek vážna chyba na serveri naruší činnosť celej siete.

50.  Peer-to-peer • Všetky do siete zapojené počítače môžu pracovať súčasne ako pracovné stanice i ako server. Výhodou sú nižšie vstupné náklady, pretože netreba kupovať výkonný server. Nevýhodou je nižšia rýchlosť celého systému a ťažšie zaistenie bezpečnosti celého systému.