Počítačové sítě

1. Počítačové sítě

2. Historie • 70. léta minulého století - potřeba spolupráce počítačů mezi sebou navzájem • nejprve terminálové sítě - současná práce několika uživatelů na jednom počítači • nevýhodou této koncepce byla naprostá závislost terminálů na ústředním počítači.

3. Pojem „počítačová síť“ • propojení více počítačů, které umožňuje komunikaci mezi nimi a využívání jejich společných dat a technických zařízení. 

4. Důvody vytváření sítí : • sdílení zdrojů – vzdálená zařízení nebo data. • sdílení hardware • sdílení software • zvýšení bezpečnosti celého systému • komunikace mezi uživateli  • vzdálený přístup • sdílení výpočetního výkonu – u náročných aplikací

5. Části počítačové sítě • hardware – počítače, tiskárny, skenery, síťové karty, spojovací vedení a přídavná zařízení – uzly (hub, switch, modem apod.) • síťovýsoftware – programové vybavení, které zabezpečuje jednotlivé síťové funkce • organizační zabezpečení – opatření na zajištění správy sítě a soubor pravidel chování uživatelů

6. Hardware Připojovací vedení • kroucená dvojlinka – zkroucení minimalizuje vysílání a přijímání rušivých signálů • UTP – nestíněná kroucená dvojlinka • STP - stíněná kroucená dvojlinka • FTP – fólií stíněná kroucená dvojlinka • koaxiální kabel –na kratší vzdálenosti, zastaralé, připojení Internetu pomocí kabelové televize

7. optický kabel - nejspolehlivější typ vedení – pracuje se světelným paprskem na velké vzdálenosti, je tvořen svazkem optických vláken • telefonní spojení • Dial-up • ISDN • ADSL

8. bezdrátové spojení • sítě s krátkým dosahem – Bluetooth, IrDA • bezdrátové lokální sítě – Wi-Fi – pomocíradiového vysílání s frekvencí 2,4 a 5 GHz • mobilní sítě – samostatná kategorie – mobilní technologie 2G, 3G, 4G • satelitní připojení – připojení na dlouhé vzdálenosti – výhoda - kvalita a pokrytí, nevýhoda - cena

9. Aktivní síťové prvky • opakovač (repeater)- obousměrný zesilovač signálu • rozbočovač/koncentrátor (hub) – rozesílá údaje do všech připojených zařízení, případně koncentruje přijaté signály do jednoho

10. Aktivní síťové prvky • přepínač (switch) inteligentní rozbočovač, posílá údaje jen tam, kam jsou určeny • most (bridge) – zařízení, které propojuje dvě nebo více lokálních sítí, pouze fyzické připojení

11. Aktivní síťové prvky • směrovač (router) –propojení rozlehlých sítí, odesílá údaje z různých zdrojů na různé cíle s optimalizováním jejich cesty • firewall – představuje hardwarové nebo softwarové řešení řídící přístup do a z chráněné sítě

12. Aktivní síťové prvky • modem (modulátor/demodulátor) – zařízení, které proměňuje digitální signál z počítače na anologový a opačně

13. ISO/OSI referenční model • úlohou referenčního modelu je poskytnout základnu pro vypracování norem pro účely propojování systémů • otevřený systém podle tohoto modelu je abstraktním modelem reálného otevřeného systému • uvádí všeobecné principy sedmivrstvé síťové architektury

14. ISO/OSI referenční model

16. Fyzická vrstva • definuje všechny elektrické a fyzikální vlastnosti zařízení • obsahuje rozložení pinů, napěťové úrovně a specifikuje vlastnosti kabelů • stanovuje způsob přenosu "jedniček a nul"  • huby, opakovače, síťové adaptéry a hostitelské adaptéry jsou právě zařízení pracující na této vrstvě.

17. Fyzická vrstva Hlavní funkce poskytované fyzickou vrstvou jsou: • navazování a ukončování spojení s komunikačním médiem. • spolupráce na efektivním rozložení všech zdrojů mezi všechny uživatele. • modulace neboli konverze digitálních dat na signály používané přenosovým médiem (a zpět) (A/D, D/A převodníky).

18. Spojovávrstva • poskytuje spojení mezi dvěma sousedními systémy • uspořádává data z fyzické vrstvy do logických celků známých jako rámce • seřazuje přenášené rámce, stará se o nastavení parametrů přenosu linky, oznamuje neopravitelné chyby • formátuje fyzické rámce, opatřuje je fyzickou adresou a poskytuje synchronizaci pro fyzickou vrstvu.

19. Spojovávrstva • na této vrstvě pracují veškeré mosty a přepínače • poskytuje propojení pouze mezi místně připojenými zařízeními a tak vytváří doménu na druhé vrstvě pro směrové a všesměrové vysílání. .

20. Spojovávrstva • na této vrstvě pracují veškeré mosty a přepínače • poskytuje propojení pouze mezi místně připojenými zařízeními a tak vytváří doménu na druhé vrstvě pro směrové a všesměrové vysílání. .

21. Síťová vrstva • tato vrstva se stará o směrování v síti a síťové adresování • poskytuje spojení mezi systémy, které spolu přímo nesousedí • obsahuje funkce, které umožňují překlenout rozdílné vlastnosti technologií v přenosových sítích.

22. Síťová vrstva • síťová vrstva poskytuje funkce k zajištění přenosu dat různé délky od zdroje k příjemci skrze jednu případně několik vzájemně propojených sítí při zachování kvality služby, kterou požaduje přenosová vrstva • síťová vrstva poskytuje směrovací funkce a také reportuje o problémech při doručování dat

23. Síťová vrstva • veškeré směrovače pracují na této vrstvě a posílají data do jiných sítí. • zde se již pracuje s hierarchickou strukturou adres • nejznámější protokol pracující na 3. vrstvě je Internetový Protokol (IP), dalšími jsou ICMP a ARP • jednotkou informace je paket.

24. Transportní vrstva • tato vrstva zajišťuje přenos dat mezi koncovými uzly • jejím účelem je poskytnout takovou kvalitu přenosu, jakou požadují vyšší vrstvy • vrstva nabízí spojově (TCP) a nespojově orientované (UDP) protokoly.

25. Transportní vrstva • TCP – Zajišťuje přenos dat se zárukami, který vyžadují aplikace, kde nesmí „chybět ani paket“ • jedná se o přenosy souborů, e-mailů, WWW stránek atd. • záruka se vztahuje na řešení ztrát přenášených paketů, zachování jejich pořadí a odstranění duplikace • jednotkou posílané informace je na této vrstvě TCP segment.

26. Transportní vrstva • UDP – zajišťuje přenos dat bez záruk, který využívají aplikace, u kterých by bylo na obtíž zdržení v síti způsobené čekáním na přenos všech paketů a ztráty se dají řešit jiným způsobem (např. snížení kvality, opakování dotazu). Využívá se pro DNS, VoIP, streamované video, internetová rádia, vyhledávání sdílených souborů v rámci sítě DC++, on-line hryatp.

27. Relačnívrstva • smyslem vrstvy je organizovat a synchronizovat dialog mezi spolupracujícími relačními vrstvami obou systémů a řídit výměnu dat mezi nimi • umožňuje vytvoření a ukončení relačního spojení, synchronizaci a obnovení spojení, oznamovaní výjimečných stavů.

28. Relačnívrstva • do této vrstvy se řadí: NetBIOS, AppleTalk, RPC, SSL • k paketům přiřazuje synchronizační značky které využije v případě vrácení paket ( např. z důvodu, že se během přenosu dat poškodí síť) k poskládání původního pořadí.

29. Prezentační vrstva • funkcí vrstvy je transformovat data do tvaru, který používají aplikace (šifrování, konvertování, komprimace) • formát dat (datové struktury) se může lišit na obou komunikujících systémech, navíc dochází k transformaci pro účel přenosu dat nižšími vrstvami. 

30. Prezentační vrstva • mezi funkce patří např. převod kódů a abeced, modifikace grafického uspořádání, přizpůsobení pořadí bajtů apod. • vrstva se zabývá jen strukturou dat, ale ne jejich významem, který je znám jen vrstvě aplikační • příklady protokolů: SMB (Samba).

31. Aplikační vrstva • účelem vrstvy je poskytnout aplikacím přístup ke komunikačnímu systému a umožnit tak jejich spolupráci • do této vrstvy se řadí například tyto služby a protokoly: FTP, DNS, DHCP, POP3, SMTP, SSH,  Telnet, TFTP.

32. TCP/IP referenční model • rodina protokolů TCP/IP obsahuje sadu protokolů pro komunikaci v počítačové síti a je hlavním protokolem celosvětové sítě Internet • komunikační protokol je množina pravidel, které určují syntaxi a význam jednotlivých zpráv při komunikaci.

33. Architektura TCP/IP Architektura TCP/IP je členěna do čtyř vrstev (na rozdíl od referenčního modelu OSI se sedmi vrstvami): • aplikační vrstva • transportní vrstva • síťová vrstva • vrstva síťového rozhraní

35. Základní protokoly • IP - Internet Protocol je základní protokol síťové vrstvy a celého Internetu. • provádí vysílání datagramů na základě síťových IP adres obsažených v jejich záhlaví • poskytuje vyšším vrstvám síťovou službu bez spojení. • každý datagram je samostatná datová jednotka, která obsahuje všechny potřebné údaje o adresátovi i odesilateli a pořadovém čísle datagramu ve zprávě

36. Základní protokoly • datagramy putují sítí nezávisle na sobě a pořadí jejich doručení nemusí odpovídat pořadí ve zprávě • doručení datagramu není zaručeno, spolehlivost musí zajistit vyšší vrstvy (TCP, aplikace). • tento protokol se dále stará o segmentaci a znovusestavení datagramů do a z rámců podle protokolu nižší vrstvy (např. ethernet). • v současné době je převážně používán protokol IP verze 4. Je připravena nová verze 6, která řeší nedostatek adres v IPv4, bezpečnostní problémy a vylepšuje další vlastnosti protokolu IP

37. Základní protokoly • ARP - Address Resolution Protocol se používá k nalezení fyzické adresy MAC podle známé IP adresy. • protokol v případě potřeby vyšle datagram s informací o hledané IP adrese a adresuje ho všem stanicím v síti • uzel s hledanou adresou reaguje odpovědí s vyplněnou svou MAC adresou • pokud hledaný uzel není ve stejném segmentu, odpoví svou adresou příslušný směrovač. • příbuzný protokol RARP- Reverse Address resolution Protocol má za úkol najít IP adresu na základě fyzické adresy.

38. Základní protokoly • ICMP - Internet Control Message Protocol slouží k přenosu řídících hlášení, které se týkají chybových stavů a zvláštních okolností při přenosu. • používá se např. v programu ping pro testování dostupnosti počítače, nebo programem traceroute pro sledování cesty paketů k jinému uzlu.

39. Základní protokoly TCP -Transmission Control Protocol vytváří virtuální okruh mezi koncovými aplikacemi, tedy spolehlivý přenos dat Vlastnosti protokolu: • spolehlivá transportní služba, doručí adresátovi všechna data bez ztráty a ve správném pořadí. • služba se spojením, má fáze navázání spojení, přenos dat a ukončení spojení. • transparentní přenos libovolných dat. • plně duplexní spojení, současný obousměrný přenos dat. • rozlišování aplikací pomocí portů.

40. Základní protokoly UDP - User Datagram Protocol poskytuje nespolehlivou transportní službu pro takové aplikace, které nepotřebují spolehlivost, jakou má protokol TCP • nemá fázi navazování a ukončení spojení a už první segment UDP obsahuje aplikační data • UDP je používán aplikacemi jako je DHCP, TFTP, SNMP, DNS a BOOTP. • protokol používá podobně jako TCP čísla portů pro identifikaci aplikačních protokolů.

41. Aplikační protokoly (služby) • DNS – systém doménových jmen • DHCP – dynamické přidělování IP adres • FTP – přenos souborů po síti • TFTP - jednoduchý protokol pro přenos souborů • HTTP – přenos hypertextových dokumentů (WWW) • WebDAV – rozšíření HTTP o práci se soubory

42. Aplikační protokoly (služby) • IMAP - Internet Message Access Protocol umožňuje manipulovat s jednotlivými e-mail zprávami na poštovním serveru. • IRC - Internet Relay – jednoduchý chat po internetu. • NNTP -Network News Transfer Protocol umožňuje číst a umísťovat do sítě zprávy typu news. • NFS - Network File System – síťový systém souborů, který umožňuje transparentní sdílení vzdálených souborů jakoby byly lokální.

43. Aplikační protokoly (služby) • NTLM - autentizační protokol Windows • NTP – synchronizace času (šíření přesného času) • POP3 - Post Office Protocol – protokol pro získání pošty z poštovního serveru. • SMB - Server Message Block - sdílení souborů a tiskáren v sítích Windows • SMTP – zasílání elektronické pošty

44. Přehled architektury TCP/IP

45. Dělení počítačových sítí • podle architektury • podle rozlohy • podle topologie

46. Podle architektury • sítě peer-to-peer jsou obvyklé u menších sítí, tak do deseti počítačů, domácí použití je také vhodné • architektura server/klient je trochu nákladnější, ale u větších sítí také daleko lepší • základem architektury je jeden, nebo více speciálních počítačů - serverů a ostatní počítače se k nim připojují • servery poskytují prostředky ostatním

47. Podle rozlohy • PAN - Personal Area Network - osobní síť. Jedná se o velice malou počítačovou síť(například Bluetooth, IrDA nebo ZigBee), kterou člověk používá pro propojení jeho osobních elektronických zařízení, jakými jsou např. mobilní telefon, PDA, notebook apod. • LAN - Local Area Network, lokální sítě. Spojují uzly v rámci jedné budovy nebo několika blízkých budov, vzdálenosti stovky metrů až km (při použití optiky). Nejčastěji je dnes používána technologie Ethernet.

48. Podle rozlohy • PAN - Personal Area Network - osobní síť. Jedná se o velice malou počítačovou síť(například Bluetooth, IrDA nebo ZigBee), kterou člověk používá pro propojení jeho osobních elektronických zařízení, jakými jsou např. mobilní telefon, PDA, notebook apod. • LAN - Local Area Network, lokální sítě. Spojují uzly v rámci jedné budovy nebo několika blízkých budov, vzdálenosti stovky metrů až km (při použití optiky). Nejčastěji je dnes používána technologie Ethernet.

49. Podle rozlohy • MAN - Metropolitan Area Network, Metropolitní sítě. Propojují lokální sítě v městské zástavbě, slouží pro přenos dat, hlasu a obrazu. Spojuje vzdálenosti řádově jednotek až desítek km. • WAN - Wide Area Network - rozsáhlé sítě. Spojují LAN a MAN sítě s působností po celé zemi nebo kontinentu, na libovolné vzdálenosti.

50. Podle topologie • sběrnicová topologie