Úvod komunikace a počítačové sítě

Komunikace a počítačové sítě

1. Úvod

1.1. Počítačové sítě – historie

Dávkové zpracování – interaktivita a sdílení času
Terminálové sítě
Model host/terminal – vzdálené přihlašování
Vznik počítačových sítí

1.2. Motivace pro vznik počítačových sítí

Využití kapacity výkonných počítačů “na dálku”

Přenos nejrůznějších dat, programů a tiskových sestav

Komunikace mezi lidmi – elektronická pošta

Výše uvedené služby nejsou citlivé na časové poměry

1.3. Problémy při řešení počítačových sítí

Vyhrazení nebo sdílení přenosové kapacity – přepojování okruhů versus přepojování paketů

Přepojování okruhů – propojování okruhů do větších celků – telefonní síť

Přepojování paketů – data uspořádána do balíků paketů, které potom putují sítí

1.4. Topologie sítí

Sběrnicové topologie – Ethernet

Kruhové topologie – Token Ring

Hvězdicové topologie

Stromovité topologie

Rozlišení fyzické a logické topologie

1.5. Kabelové přenosové cesty

Klesající chybovost

Kroucená dvoulinka – dva dráty vedle sebe – fyzikálně anténa, proto kroucená dvoulinka

Koaxiální kabel

Optická vlákna

Strukturovaná kabeláž

1.6. Síťové modely

Referenční model ISO/OSI – komplexní síťový standard, podrobný popis

TCP/IP – od jednodušších řešení k řešení složitějším, apriory spojování lokálních sítí různého druhu

TCP/IP – Internet

1.7. Síťové modely

Síťový model ISO/OSI – těžkopádný

TCP/IP

XNS – Xerox Networking System

IPX/SPX – podobný model TCP/IP – používá firma Novell – protokoly jsou optimalizovýány v prostředí LAN, ve WAN jsou prakticky nepoužitelné

1.8. propojování sítí

Propojování sítí – směrovač – router (u TCP/IP nutnost)

Virtuální sítě LAN

Aktivní síťové prvky – router, opakovač, přepínače, bridge, gateway

Internetworking

1.9. Sítě LAN

Požadavek – sdílení drahých periferií
Přílišná decentralizace není efektivní – lidský faktor - n-počítačů – n-problémů, sdílené databáze atd.
Návrat k rozumné míře centralizace

1.10. Typy LAN

Lokální sítě sereverového typu – vše, co je vhodné sdílet, se na centrální server, ostrá dělba práce mezi jednotlivými uzly – server + klienti serveru

Lokální sítě peer-to-peer - malá velikost sítě, každá stanice je zároveň server i klient – příklad LANtastic firmy Artisoft, možnost vytvoření takové sítě i v operačním prostředí WINDOWS

1.11. Přenosové technologie

Ethernet – založen na koaxiálním kabelu, nejrozšířenější, nederministický. Výhoda – jednoduchost levnost řešení, snadná implementace
Arcnet, Token Ring – Arcnet nebyl včas otevřen, Token Ring – řízený přístup na síť

1.12. Vliv počítačových sítí na aplikace

Architektura klient/server

Nové aplikace, které v prostředí bez počítačových sítí nemají vůbec smysl – např. WWW

2. Základy komunikace

2.1. Komunikace

Výměna informací mezi dvěma (nebo více) účastníky, včetně řízení této výměny

Komunikace – hlas, data, obraz, video

Synonimum – přenos dat – přenést 3600 Mbyte na vzdálenost 60 km (v autě 2 pásky DAT za 1 hodinu – přenosová rychlost 288000 Mbit/3600 = 80 Mbit/s)

2.2. Přenos – hlas, data, obraz, video

Přenos obrazu – čtení max. 300 slov/min – grafickou informaci vnímáme ekvivalentní rychlostí 72 mil. slov/min (200 000x rychleji)

Přenesená informace – stránka textu 300 slov – 8 bitů na znak, slovo 5,5 znaků – obsahh textové stránky 13000 bitů

Obsah stránky v bitové mapě – rozlišovací schopnost 200 bitů na palec, černobíle – rozlišení 3.740.000 bitů – komprese – CAD, CAM

2.3. Video

Grafická informace v čase

Požadovaná rychlost je dána:

Rozlišovací schopností obrazovky v bodech

Zda je obraz černobíly či barevný (kolik barev)

Plynulý pohyb vyžaduje min 10 krát/sekundu

Video informace v barvě vyžaduje 3 Mbyte/obrazovku, při potřebě 10 rámců dostaneme přenosovou rychlost 30 Mbyte/s, tj. 240 Mbit/s – (v LAN obvykle do 100 Mbit/s) – složité kompresní metody

2.4. Požadované přenosové rychlosti

Hlas – 64 kbit/s – komprese a redukce 16 až 4 kbit/s

Data – 1,2 kbit/s až 100 Mbit/s (LAN)

Obraz – fax – 4,8 až 9,6 kbit/s, CAD – cca 1 Mbit/s (statický obraz)

Video – 30 až 240 Mbit/s, omezením rozliš. Schopností a pohybu min. 64 kbit/s u videokonference a videotelefonu

2.5. Standardizace

CCITT sídlo v Paříži – vydává doporučení

IEEE – standard místních sítí LAN 802.X

Jako de facto standardy jsou přijaty:

TCP/IP – protokoly sítě Internet

NetBIOS – programové vybavení sítí LAN (stanovené IBM)

Soubor příkazů AT – pro řízení modemů (vytvořený firmou Hayes)

2.6. Přenosy a přenosová media

Analogový signál – souvislý a spojitý

Digitální signál

Nejčastěji se používá periodický signál (A i D) – charakteristiky:

Amplituda

Frekvence (perioda, po níž se signál začne opakovat) – Hz, kHz, Mhz

Obr. 43: Digitální a analogový signál

2.7. Šířka pásma

Uvažujeme analogový signál složený se tří o frekvencích 10, 40 a 50 Hz – zavedeme pojmy:

Spektrum (frekvenční) signálu – rozsah frekvencí, které signál obsahuje – zde je spektrum od 10 Hz do 50 Hz
Šíře pásma signálu – tj. šíře spektra – v našem případě je to 50 Hz (50 – 10)

2.8. Přenos informací – analogový signál

Analogové signály – lidská řeč obsahuje frekvence od 20 do 20 000 Hz. Pro dobré porozumění stačí frekvence 300 až 3400 Hz (šíře pásma 3,1 kHz), což se využívá i v telefonní síti
Přenos video informace (kvalita TV) je zapotřebí šíře pásma 6 Mhz

2.9. Přenos informací – digitální signál

Druh informace	Vyjádření informace signálem
HLAS	Analogový – typicky, digitální se rozšiřuje
DATA	Digitální
OBRAZ	Analogový – málo – an./fax, digitální
VIDEO	Analogová převládá – digitální narůstá se zaváděním rychlých komunikací

2.10. Přenosová media

Dvojdrát – nejrozšířenější, analogový signál – zesilovače po cca 5 km, digitální signál – opakovače 2 – 3 km. Rychlosti - na větší vzdálenost cca 4 Mbit/s, LAN 10 Mbit/s

Koaxiální kabel – využití pro:

Kabelovou televizi

Dálkové rozvody v telefonní síti

LAN

Připojení zařízení k počítačové sběrnici či kanálu

Optické vlákno – v infračervené či viditelné oblasti. Použití:

Dálkové telefonní rozvody až 1500 km do 60000 telefonními hlasovými kanály na jednom mediu

Pro LAN a videorozvody

Jednovidová či vícevidová vlákna

Stává se dominantním mediem

Bezdrátová media – směrová (2 – 40 GHz), všesměrová (30 Mhz – 1 GHz)

Pozemní směrové spoje – zesilovače po 10 – 100 km

Družicové spoje – využívaná pásma 4/6 GHz a 12/14 GHz, vlastnosti:

Dopravní zpoždění
Vysílací režim

Obr. 42: Základní schema přenosu informací

Charakteristiky/přenosové medium	Potenciální přenosová rychlost (Mbit/s)	Typická přenosová rychlost (Mbit/s)	Snadnost instalace	Nákladnost
Dvojdrát	10	2 – 4	Snadná	Nízká
Koax. Kabel	500	10 (150 u širokopásm.)	Střední	Střední
Optické vlákno	10000	100 – 1000	Obtížná	Vysoká
Pozemní směrové spoje (mikrovlnné radio)	100	10	Obtížná	Vysoká
Družicový spoj (satelit)	100	50	Obtížná	Vysoká

3. Základy komunikace

3.1. Využití přenosových medií

Dvojdrát – v LAN

Koaxiální kabel – telefonní síť, LAN, dva druhy:

Koax. V zákl. pásmu –kabel 50 Ohm – digitální přenos v základním pásmu
Širokopásmový kabel – 75 Ohm ( v telefonii – širokopásmový kabel se šířkou pásma větší než 4 kHz. V přenosu tel. šíře pásma 300 Mhz, 50 kanálů s šířkou pásma 6 MHz

Optická vlákna – dálková spojení, LAN

Přenosy (nevodicí) šířené vzduchem

Satelitní spoje – 50 Mbit/s (přenos jedné magnetické pásky – asi 180 Mbyt se přenese s využitím telefonního spoje 56 kbit/s za 7 hod, s využitím satelitu za 30 s

3.2. Analogový a digitální přenos

Analogový přenos – přenos s využitím analogového signálu – provádí se bez uvažování obsahu signálu

Digitální přenos – je prováděn s uvažováním obsahu signálu. Výhody digitálního přenosu:

Relativně nízká četnost chyb

Integrace informací

Cena

Využití přenosové kapacity media

Zajištění bezpečnosti informací

Obr. 38: Zesílení digitálního signálu

3.3. Přenosový kanál

Kanál považujeme za elementární přenosovou cestu. Je to soubor přenosových prostředků umožňující přenos pouze v jednom směru (tzv. simplexní přenos)
Okruh je představován dvěma kanály, dle ukončovacího zařízení může okruh pracovat buď duplexně (současně obousměrně) či v polovičním duplexu (střidavě obousměrně)

3.4 Přenosová rychlost kanálu

Zkreslení signálu je dáno

Útlumem při přenosu

Zkreslení dané zpožděním

Šumem

Přenosová rychlost kanálu C je dána (digitální signál) vztahem

C = W log₂(1 + S/A)

Kde C je přenosová rychlost (bit/s)

W je šířka pásma (Hz)

S/A je poměr signál/šum (měřený na přijímači)

Obr. 37: Teoretická a skutečná efektivnost digitálního přenosu – Shanonův zákon

Efektivnost kanálu je dána poměrem C/W (dobrá při C/W = 1 až 5 bit/Hz)

3.5. Přenos informací

Signál pro vyjádření informace	Signál přenosový	Měnič	Použití
D	D	Stejnosměrný digitální	LAN
A	D	CODEC	Přenos hlasu (digitalizovaného)
A	A	Analogo-analogový	Opt. Vlákna
D	A	modem	Přenos dat po analog. Telefonní síti

3.6. Digitální informace, digitální signál

Kódování – každému bitu přísluší jednotkový časový interval (Manchester)

Přenos digitálním signálem – přenos v základním pásmu – pro přenos signálu musíme využívat právě to frekvenční pásmo, které signál zaujímá. Použití LAN

3.7. Analogové informace, digitální signál

Měnič signáli – codec (kodér-dekodér) – vzorkování analogového signálu. Nyquistův teorém – pokud vzorkujeme s 2x větší frekvencí než je frekvence nejvyšší v daném signálu, pak vzorky obsahují všechny informace, které původní signál obsahuje

Pro hlasové informace 4000 Hz postačí vzorkování 8000 krát za sekundu

Obr. 41: Princip práce CODECu

3.8. Analogové informace, analogový signál

Přímý převod na analogový signál, který obsahuje stejné frekvenční pásmo – telefonní

Modulace – umožňuje:

Frekvenční multiplexování
Vyšší frekvence je nezbytná pro přenos v daném mediu

Označujeme jako přenos v přeloženém pásmu – nosná má jinou frekvenci

3.9. Digitální informace, analogový signál

Nejrozšířenější, WAN

Digitálůní informace se vyjadřují změnou – tzv. modulací nosného signálu (frekvecne, amplitudy, fáze)

Změnu signálu provádí MODEM (modulátor/demodulátor)

3.10. Modulace

Amplitudová – telefonní spoje, optika

Frekvenční – digitální 0 a 1 jsou vyjádřena dvěma různými frekvencemi blízkými frekvenci nosného signálu – radiové spoje

Fázová – 0 bez změny fáze, 1 změna fáze o 180 stupňů, telefonní okruh do 9600 bit/s

Mohou se kombinovat

Obr. 39: Amplitudová, frekvenční a fázová modulace

3.11. Základní struktura modemu

Vysílací modul – zajišťuje vysílání na telefonní okruh

Přijímací okruh – přijímání z tel. Okruhu

Řídicí jednotka

Linkový modul – umožňuje připojení na telefonní okruh (2 drátový nebo 4 drátový)

3.12. Modulační rychlost

Přenosová kapacita kanálu VP je dána

VP = 1/TI log₂ n (bit/s)

TI – minimální doba signálního prvku, tj. časový interval pro vyjádření 1 bytu

A – počet stavu v kanálu

Modulační rychlost VM je dána

VM = 1/TI (Baud - Bd)

Příklad: Jednobitový číslicový signál – amplitodová modulace 1 max., 0 min. – dvoustavová amplitudová modulace

Pro dosažení vyšší přenosové rychlosti – 4 stavy, nechť TI = 0,00083

VP = 1/0,00083. Log₂4 = 2400 bit/s

VM = 1200 Bd

3.13 Rozdělení modemů

Dle způsobu přenosu – sériové, paralelní

Dle přítomnosti zdroje synchronizačních pulzů na – synchronní, asynchronní, autosynchronní

Dle frekvenčního pásma – přenos v hovorovém pásmu, přenos po vyhrazených širokopásmových okruzích

Dle konstrukce – samostatné, vestavitelné

Dle programovatelnosti

3.14. Požadované vlastnosti modemu

Automatická odpověď – jedná se o schopnost detekovat vstupní napětí od volajícího účastníka

Automatické volání

Automatické nastavení rychlosti komunikujících modemů

Komprese dat, detekce a oprava chyb

3.15. Využívané typy modemů

Hayes modemy – Hayesův soubor příkazů, příkazy AT

MNP modemy – modemy, v níž se používá protokol MNP (Microcom Network Protocol) – oprava a detekce chyb

Fax modem

Akustický modem

3.16 Tendence v rozvoji modemů

Stále vyšší přenosové rychlosti

Specializované modemy

Možnost komprese dat a prostředky pro detekci chyb

3.17 Připojení modemu, rozhraní S1 a S2

Rozhraní S1 – normalizováno, parametry dány použitím tel spoje

Dvojdrátový spoj (pevný, komutovaný)

Čtyřdrátový (pevný)

Provoz na dvojdrátovém okruhu:

Duplexní provoz – dva okruhy

Poloviční duplex – přepínání vysílací a přijímací jednotky

Čtyřdrát – nedochází k interferenci, pro přenos v každém směru je využit jeden kanál

Obr. 40: Spojení stanic modemy a telefonním spojem

Obr. 36: Provoz a modemy na 2- a 4- drátovém okruhu

3.18 Rozhraní S2, doporučení V.24

Mechanické charakteristiky – 25 kolíkový konektor

Elektrické charakteristiky – napěťové úrovně pro 0 a 1

Funkční charakteristiky – jaké signály k jakým kontaktům

Procedurální charakteristiky – představuj protokol – tj. příslušné posloupnosti událostí

Obr. 35: V.24 – 9 základních signálů

3.19 Nulový modem

Jedná se v podstatě o propojovací kabel

Používá se k místnímu propojení dvou koncových zařízení (DTE), např. PC

Odpovídá doporučení S2 – některé signály jsou prohozeny

Tento kabel se označuje jako nulový modem – umožňuje, aby DTE komunikovala stejně jako při použití modemů, modemy však nejsou použity (jsou “nulové”)

Obr. 34: Nulový modem

4.0 Základy přenosu

4.1. Základy přenosu po dvoubodovém spoji

Dvě stanice spojené přenosovým spojem označujeme jako dvoubodový spoj

Charakteristiky:

Charakteristiky přenosu

Směr přenosu

Počet současně přenášených bitů

Synchronizace přenosu

Přenosová rychlost

Charakteristiky použitého spoje (okruhu)

Druh spoje

Stálost zřízení spoje

Vlastnictví spoje

4.2. Charakteristiky přenosu – směr přenosu

Simplexní přenos
Duplexní přenos – informace mezi stanicemi jsou přenášeny v obou směrech současně, v daném okamžiku jsou stanice A i B vysílačem i přijímačem
Poloduplexní přenos – informace jsou přenášeny střídavě mezi oběma stanicemi

4.3. Charakteristiky přenosu – počet současně přenášených bitů

Sériový přenos – přenáší se jeden bit za druhým (point to point)

Paralelní přenos – jednotlivé bity jsou přenášeny paralelně, tj. v jednom časovém okamžiku se přenese několik bitů, obvykle celý znak (8 bitů)

4.4. Charakteristiky přenosu – synchronizace přenosu

Vysílač i přijímač musí pracovat ve shodném časovém rytmu, aby informace byla přijímačem správně přijata a vyhodnocena
K ustavení tohoto rytmu slouží synchronizační impulsy – časová základna nebo bitová synchronizace
Dle způsobu jejich generace rozeznáváme synchronní, asynchronní a arytmický přenos

4.5. Synchronní přenos

Přijímač i vysílač mají vlastní zdroje synchronizačních pulsů – mohou pracovat autonomně

Vysílač musí zajistit, aby přijímač sjednotil činnost svého zdroje – to zajistí zvláštním znakem nebo definovanou posloupností bitů, vyslanou před informačním blokem

4.6. Asynchronní přenos

V tomto případě má zdroj časových pulsů pouze vysílač, přijímač je jen využívá
Každý datový bit ve vysílači je vybaven synchronizačním signálem
Do informací se vysílačem vkládají synchronizační bity nebo značky, které slouží k časové synchronizaci přijímače vzhledem k vysílače

4.7. Arytmický přenos

Přijímač a vysílač mají vlastní zdroje časových pulsů. V přijímači se však zdroj používá jen po krátkou dobu
Zdroj v přijímači se zapne signálem start z vysílače, slouží pro synchronní přenos několika bytů (znaku) a je vypnut signálem stop z vysílače (přenos start-stop)

Obr. 33: Arytmický (asynchronní) přenos

4.8. Charakteristiky přenosu – přenosová rychlost

Přenosová rychlost PR – bit/s
Přenosový výkon – přenesené informační byty za jednotku času

PV = počet inf. bytů/doba

Účinnost přenosu

TE = PV/PR (bezrozměrná veličina – vyjadřuje se v procentech)

4.9. Charakteristiky přenosového spoje

Druh spoje – telefonní, satelitní – na nich se vytvoří přenosové kanály (okruhy)

Stálost zřízení spoje:

Pevný spoj

Komutovaný spoj

Levnější

Nižší přenosové rychlosti

Vyšší chybovost (o řád)

Vlastnictví spoje – vlastní a pronajaté spoje

4.10. Řízení datového spoje

Řízením toku na spoji rozumíme tu skutečnost, že vysílací a přijímací stanice se určitým způsobem “dorozumívají”, aby dosáhly shody o tom, zda vysílací stanice (DTE) může přijímací stanici (DTE) poslat další informace
Přijímací stanice má obvykle určité omezení svého provozu (test na chyby), které ji brání přijímat data plnou rychlostí

4.11. Obsluha chyb přenosu

Proces obsluhy chyb zahrnuje:

Detekci chyb počítačem

Opravu chyby – provádí se dvěma prostředky:

Bezpečnostní kód, který umožňuje, aby přijímač opravil automaticky určité druhy chyb
Určitý (předem dohodnutý) postup spolupráce mezi vysílačem a přijímačem, který je proveden přijímačem po zjištění chyby a umožňuje dosáhnout toho, aby vysílač opět vyslal bloky, v nichž došlo k chybě

4.12. Postupy řízení toku na spoji

Postupné vysílání bloků – vyslání bloku vysílačem, následuje potvrzení přijímačem. Takto probíhá vysílání bloků blok po bloku

Souvislé vysílání bloků – potvrzení příjmu po několika blocích – metoda okénka (AKC – úspěšný příjem, NAK – negativní potvrzení příjmu)

Obr. 31: Řízení toku na spoji metodou okénka

4.13. Protokol datového spoje

Chceme zajistit přenos souboru.

Postup:

Program AP “rozseká” soubor na krátké datové bloky. Tyto bloky předá AP dalšímu programovému modulu, označenému PDS (Protokol Datového Spoje). Tento modul doplní každý blok o další řidicí bity (tzv. obálku), které umožňují výše uvedenou spolupráci modulů PDS v obou stanicích za účelem zajištění společného přenosu dat mezi A a B. Takto doplněný datový blok označujeme jako “rámec”.

Obr. 30: Princip tvorby protokolu datového spoje

Protokol HDLC

Počáteční a koncová značka

Adresa – adresa stanice při vícebodovém spoji

Řízení – udává účel a funkci rámce

Informace – obsahuje uživatelská data

FCS – kontrolní znak bezpečnostního kódu

Obr. 29: Formát rámce HDLC

4.14. Efektivní využití přenosového media

Multiplexování

Frekvenční

Časové

Komprese dat

5. Standardy pro komunikaci

5.1. Referenční model ISO

Vypracován v r. 1983 jako referenční model propojení otevřených systémů

Cíl: snadné sdílení informací mezi počítačovými systémy různých výrobců

Principy konstrukce modelu:

Vrstvu je potřeba vytvořit tam, kde je potřebná určitá úroveň abstrakce

Počet vrstev by měl být tak velký, aby nemusely být dávány různé funkce do společné vrstvy

5.2. Referenční model ISO

Principy konstrukce modelu (pokračování)

Všechny vrstvy by měly provádět přesně definované funkce
Funkce všech vrstev by měla být volena s ohledem na definice mezinárodně normalizovaných protokolů
Hranice vrstev by měly být voleny tak, aby se minimalizoval tok informací přes rozhraní

Model ISO není síťovou architekturou dané datové sítě, neboť nespecifikuje přesně služby a protokoly pro použití v každé vrstvě dané datové sítě

Obr. 27: Princip přidávání a odebírání záhlaví ve vrstvách

Obr. 28: Princip zprostředkování

5.3. Funkce vrstev RM OSI – fyzická vrstva

Vrstva fyzická – zajišťuje přístup ke komunikačnímu mediu a zajišťuje na něm přenos bitů (bitového toku), např. rozhraní S2 – definice rozhraní je vlastně definicí fyzické vrstvy – mechanické vlastnosti, elektrické, funkční, protokolové

5.4. Funkce vrstev RM OSI - vrstva spojová

Zajišťuje spolehlivý přenos datových rámců po dvoubodovém datovém spoji. Vysílá bloky dat (rámce) s nutnou synchronozací, kontrolou chyb a řízením toku (na spoji)

Zajišťuje např. detekci chyb přenosu, aby pomalý přijímač nebyl “zahlcen” rychlým vysílačem, rozdělení do rámců atd.

5.5. Funkce vrstev RM OSI – vrstva síťová

Zajišťuje přenos paketů mezi koncovými uzly ( v síti). Zejména u WAN zajišťuje směrování v síti, tj. výběr vhodných mezilehlých spojů spojujících vysílací a přijímací uzel

Dále zajišťuje:

Řízení propojování více sítí

Směrování paketů v síti od vysílače k přijímači. Vrstva musí mít informaci o topologii sítě a užít některý ze směrovacích algoritmů – bez spojení komunikujících strojů nebo se spojením

5.6. Funkce vrstev RM OSI - vrstva transportní

Zajišťuje spolehlivý, transparentní přenos zpráv mezi koncovými uživateli (nejen mezi vysílacím a přijímacím uzlem)

Díky transportní vrstvě lze aplikační program pro různé sítě napasat s využitím standardní množiny základních příkazů, tyto programy lze pak provozovat na různých sítích, aniž se musíme starat o rozdílné komunikační podsítě

5.7. Funkce vrstev RM OSI – vrstva relační

Zajišťuje navázání, udržování a ukončování spojení a konverzace koncových uživatelů (procesů) ve vysílacím a přijímacím uzlu (koncový uživatel = program, který reprezentuje uživatele)
Zajišťuje prostředky pro organizaci a synchronizaci dialogu mezi aplikačními programy a řídí jejich výměnu dat

5.8. Funkce vrstev RM OSI – vrstva prezentační

Provádí transformace dat, např. formátování, komprese a enkrypce dat, pro zajištění standardního datového rozhraní pro aplikace a společné komunikační služby
Zajišťuje reprezentaci (vyjádření) informace, která se přenáší aplikačními procesy

5.9. Funkce vrstev RM OSI – vrstva aplikační

Poskytuje aplikačním procesům (AP) přístup ke komunikačním službám sítě a tím umožňuje jejich vzájemnou komunikaci. Protože některé AP využívají často určité funkce (jako např. přenos souborů, e-mail(, jsou tyto funkce realizovány jako služby této vrstvy. Tím není nutné pro každý AP tyto služby znovu programovat

Obr. 26: Základní rozdělení vrstev RM OSI

Obr. 25: Protokoly RM OSI

5.10. Další síťové architektury

Kromě síťové architektury OSI existují i různé další architektury a jim odpovídající modely (např. TCP/IP, SNA, atd.)

Odlišení:

Jiný počet vrstev, popř. jiné funkce vrstev

Užití odlišných protokolů než OSI

Funkce některých vrstev mohou být vázána na zařízení konkrétního výrobce

5.11. Architektura TCP/IP

využití v síti Internet – snadné propojování sítí, neboť v protokolu IP je zohledněn internetworking

Nejčastěji se užívá 4 vrstev:

Vrstva 1 odpovídá vrstvám 1,2 modelu OSI

Vrstva 2, internet protokol (IP) – odpovídá 3 vrstvě OSI

Vrstva 3, transmission protokol – odpovídá vrstvě 4 modelu OSI. Využívají se protokoly TCP (se spojením), UDP (bez spojení), ICMP

Vrstva 4 – odpovídá v principu vrstvě 7 OSI. Obsahuje protokoly telnet, FTP, SMTP a další

Obr. 24: Vztah architektur OSI, SNA, DoD

7. Místní sítě

7.1. Základní vlastnosti:

Síť zaujímá omezenou geografickou oblast

Síť využívá komunikační subsystém tvořený jedním komunikačním kanálem, který je sdílen všemi stanicemi sítě. V daném okamžiku může mít přístup k mediu pouze jedna stanice, řízení přístupu do sítě je základní otázkou LAN

V místní síti se přenášejí informace – jejich vysláním na medium – přímo mezi komunikujícími uzly (ve WAN se informace přenese od odesílatele do nejbližšího uzlu, kde se uloží a následně se přenesou do dalšího mezilehlého uzlu až k adresátovi (metoda store and forward)

7.2. Místní sítě – další vlastnosti

přenosové medium, které vytváří přenosové kanály je ve vlastnictví uživatele sítě

místní síť dosahuje vyšší přenosové rychlosti zpravidla do 100 Mbitů/s

nižší výskyt chyb – 1:10⁸ oproti WAN, kde se pohybuje 1:10³až 1:10⁵

uživatelé jsou na přenosové medium připojeni trvale

jednodušší topologie než WAN (zde je nepravidelná topologie – cíl max. využití spojů)

7.3. Topologie místních sítí

sběrnice – bus: jednotlivé uzly jsou připojeny na společnou sběrnici, zpráva vyslaná některým uzlem se šíří sběrnicí všemi směry na všechny uzly sítě, zprávy se přenášejí až na konec sběrnice, kde jsou pohlceny ukončovacím prvkem sběrnice. Každý uzel zkoumá všechny zprávy přenášené sítě a čte je, jen je-li uveden jako adresát této zprávy

kruh – ring: zpráva se postupně předává ve zvoleném směru z jednoho uzlu na uzel následující a to tak dlouho až přijde do uzlu, který ji vyslal. Uzel, který je ve zprávě uveden jako adresát, tuto zprávu přečte

hvězdicový kruh – jednotlivé uzly nejsou připojeny přímo v kruhu, ale do koncentrátorů K. Dvouúrovňová topologie – dílčí sítě s topologií hvězda (uzly připojené na koncentrátor) vytvářejí kruhovou topologii. Koncentrátor je samostatné, obvykle pasivní zařízení, řízení přenosu provádějí uzly (ne K)

Strom (distributed tree) – vychází se z topologie hvězda doplněné rozvětvovači, tj. prvky umožňujícími připojit několik uzlů příp. dalších rozvětvovačů. Ve vztahu k topologii se rozlišují dvě hlediska – topologie fyzická a topologie logická. Fyzickou rozumíme propojení jednotlivých uzlů přenosovým mediem, logickou rozumíme tok signálů v síti. Např. síť pracující s metodou přístupu k mediu token ring má fyzickou topologii distribuovaná hvězda

Obr.23: Základní topologie sítí LAN

7.4. Přenosové medium pro LAN

Koaxiální kabel, kroucený dvojdrát, optické vlákno

Rozvod media pro síť LAN má životnost 10 a více let – strukturovaná kabeláž standard EIA/TIA 568, který určuje:

Topologii kabeláže
Druhy použitých medií, konektory a montážní prvky
Technologii zapojení aktivních prvků (můstky, směrovače)
Způsob administrace a změn

7.5. Výhody strukturované kabeláže

Kabeláž je modulární, umožňuje snadné doplňování nových stanic, přepojování stanic na různé segmenty (a služby)

Porucha jedné stanice neovlivní provoz sítě (jako je tomu např. u sběrnicové topologie bez strukturalizace)

Systémy: ATT, IBM Cabling System

7.6. Přenos signálu přenosovým mediem (tzv. modulace)

Dle způsobu přenosu signálu přenosovým mediem dělíme místní sítě na sítě širokopásmové a sítě s přenosem v základním pásmu

Širokopásmová síť:

pro přenos číslicového signálu se využívá nosný analogový vysokofrekvenční signál vysílaný na přenosové medium, který je modulován digitálním informačním signálem
nosné signály v rozmezí 10 až 400 MHz
na přenosovém mediu je možno vytvořit více přenosových kanálů
pokrývají zpravidla rozsáhlejší geografickou oblast (využívají zesilovače signálu)

7.7. Síť s přenosem v základním pásmu:

číslicový signál se vysílá přímo na přenosové medium
přenosový signál je digitální
na přenosovém mediu se vytváří jediný přenosový kanál sloužící pro přenos číslicové informace

7.8. Metody přístupu k mediu

neřízené (náhodné, nedeterministické), které nevyužívají prvek (arbitr) rozhodující o tom, který uzel může právě vysílat informace na medium. Z těchto metod se nejčastěji užívá CSMA

řízené (deterministické), které využívají prvek (arbitr) rozhodující o tom, který uzel může právě vysílat informace na medium. Tyto metody mohou být:

centralizované, kdy funkci arbitra plní jeden (obvykle předem pevně určený uzel)

decentralizované, kdy funkci arbitra plní více (často všechny uzly (Token Bus, Token Ring …)

7.9. Přístupová metoda CSMA

Jednotlivé uzly soupeří o získání přenosového kanálu

Uzel, který chce zahájit vysílání “naslouchá” provozu na přenosovém kanále a zahájí vysílání tehdy, když “neuslyší” na kanále provoz

Při tomto přístupu může zahájit provoz několik uzlů – kolize – různé řešení

7.10. Přístupová metoda CSMA/CD

Detekci provádí přímo vysílající uzel

Pokud zjistí kolizi, ukončí vysílání

O opakování vysílání se pokusí znovu, obvykle po uplynutí náhodného časového úseku

Výhody:

Jednoduchý algoritmus, zcela distribuovaný

Metoda je dobře zvládnuta teoreticky i prakticky

Metoda nezaručuje danému uzlu přístup k mediu, není např. vhodná pro řízení v reálném čase

(sama) metoda neumožňuje vysílacímu uzlu určit, zda přijímací uzel skutečně zprávu obdržel

Při vysoké zátěži a četných kolizích je skutečný přenosový výkon sítě nízký

Obr. 18: Využití přenosového media při CSMA/CD

7.11. Přístupová metoda s předáváním vysílacího práva

Od jednoho uzlu ke druhému je předávána speciální zpráva (token), která představuje vysílací právo

Uzel, Který dostal od svého předchůdce vysílací právo, může provést jednu z akcí:

Vyšle zprávu do sítě a předá vysílací právo na následující uzel

Nechce-li vyslat zprávu, pošle pouze vysílací právo na následující uzel

Předání vysílacího práva na následující uzel může nastat dvěma způsoby:

Až po přijetí vyslaného paketu (když tento oběhl celý kruh), tzv. RAR (Release After Reception)

Nebo ihned po vyslání zprávy/paketu na následující uzel, tzv. RAT (Release After Transmision)

7.12. Metoda prázdných rámců

Mezi uzly cirkuluje řada prázdných rámců konstantní délky, ketré mohou být “naplněn” pakety vyslanými stanicemi

Před každým rámcem je značka, která určuje, zda je následující rámec prázdný či plný, stanice získávají přístupové právo na základě speciálního algoritmu

8. Místní sítě

8.1. Mezinárodní standardizace místních sítí

Popis architektury pomocí referenčního modelu ISO

Vyšší vrstvy nejsou mezinárodně specificky standardizovány. Využívají:

Specifické protokoly výrobce (IPX u sítí Novell)

Nebo protokoly mezinárodně sloužící WAN

Vrstva 3 – jednodušší – odpadá směrování

Vrstva 2 určuje metodu pro přístup uzlu k přenosovému mediu

8.2. Standardizace místních sítí

Pro místní síť je nutno zajistit základní funkce uzlů v síti, tj. připojení na přenosové medium, přenos informací po mediu i určitou přístupovou metodu k přenosovému mediu. Tyto funkce jsou zajištěny vrstvami 1 a 2. Charakteristiky:

Přístupové metody (CSMA/CD, token passing)

Přenosová rychlost

Přenosové medium (dvojdrát, koaxiální kabel, vláknová optika)

8.3. Spojová vrstva u LAN

Pro standardizaci je v IEEE v zásadě vrstva 2 rozdělena na dvě podvrstvy:

LLC – Logical Link Control – řízení logického spoje

MAC – Medium Access Control – řízení přístupu k mediu

8.4. Podvrstva LLC

LLC je nezávislá na přístupové metodě dané sítě. Zajišťuje:

Službu bez spojení (datagramovou službu), tj. přenosy paketů bez vytvoření spojení mezi odpovídajícími uzly
Službu se spojením (služba virtuálních spojení), tj. pro přenos paketů se vytvoří mezi odpovídajícími uzly virtuální spoj, po němž se přenesou odpovídající pakety

8.5. Podvrstva MAC

Vrstva 1 a podvrstva MAC vrstvy 2 jsou implementovány ve všech uzlech sítě, neboť zajišťují připojení uzlu na přenosové medium a základní přenosy informací. Realizují se technickými prostředky – tj. speciálními zákaznickými obvody. Jejich použití má následující přednosti:

Zajišťuje rychlé provádění algoritmu přístupu k mediu (tento algoritmus se často označuje jako protokol podvrstvy MAC)
Zajišťuje relativně levné připojení uzlu na síť LAN

Obr. 21: Formát paketů v podvrstvě MAC

8.6. Standardy 1. a 2. vrstvy sítí LAN

Standard podvrstvy LLC – IEEE 802.2

Standard IEEE 802.3 – CSMA/CD

Tento standard definuje MAC, fyzickou vrstvu, přenosové medium pro sítě s CSMA/CD

Nejrozšířenější, zejména sítě typu B a E:

Příklad na následujícím obrázku, zde fyzická topologie hvězda s využitím koncentrátorů vede k logické topologii sběrnie, což má výhody:

Do koncentrátorů lze umístit prvky pro správu sítě

Při přerušení spoje uzlu v koncentrátoru nedojde k přerušení provozu sítě – fyzická topologie hvězda

8.7. Rychlé místní sítě

Požadavky na vyšší přenosovou rychlost:

Je zapotřebí místní sítě s vyšší rychlostí, kterou by bylo možno použít jako páteřovou síť (backbone) – síť sloužící k propojení většího počtu sítí (podsítí)
Na LAN se přenášejí postupně další aplikace, vyžadující vysokou přenosovou rychlost – multimedia, zpracování obrazu

	Konvenční LANY	Konvenční LANY	Konvenční LANY	Rychlé LANY	Rychlé LANY
Síť	802.3	802.4	802.5	FDDI	DQDB
Určená pro	LAN	LAN	LAN	LAN (MAN)	LAN (MAN)
Médium	Typické drátové	Typické drátové	Typické drátové	Optické vlákno	Optické vlákno
Přístupová metoda	CSMA/CD	Předáv. vys. práva	Předáv. vys. práva	Předáv. vys. práva	Prázdné rámce
Logická topologie	Sběrnice	Sběrnice	Kruh	Kruh	Sběrnice
Přenášená jednotka	Rámec	Rámec	Rámec	Rámec	Cela
Maximální přenosová rychlost (MBit/s)	20	10	16	100	100
Isochronní režim	-	-	-	-	+
Rozsah sítě cca	10 km	10 km	10 km	Do 200 km	Do 100 km
Použití jako páteř. Podnik. Sítě	-	-	-	+	+

8.8 Urychlení stávající sítě

Nejznámější je “rychlý” Ethernet – standardizován v IEEE

Jedná se o síť pracující s přenosovou rychlostí 100 Mbit/s. Snohou je použít jako medium dvojdrát, udržet přístupovou metodu CSMA/CD i stejnou strukturu paketu

Nelze použít jako backbone

Další prostředky pro efektivní využívání LAN, zejména:

Přepínače (switch)

Postupné zavádění ATM do sítí LAN:

ATM – technologie vycházející ze sítí ISDN-B. Používá buňky – informační jednotky pevné délky (53 bitů, z toho 48 informačních), což usnadňuje časování a umožňuje dosáhnout vysoké přenosové rychlosti

8.9. Přepínač (switch)

Neumožňuje zvýšit maximální přenosovou rychlost, ale umožňuje dosáhnout zvýšení přenosové rychlosti pro danou stanici (server)

Princip

Přepínač analyzuje MAC adresu příchozího paketu a směruje jej pouze na příslušný (výstupní) port přepínače. Uvnitř přepínače se tedy nevyužívá kolizní algoritmus Ethernetu, který snižuje přenosový výkon (můstek či směrovač pracují metodou “store and forward”)

Obr. 19: Princip zapojení přepínače (switch)

8.10. Funkce uzlů LAN

Uzly sítě jsou v zásadě dvou druhů – stanice a servery

Serverem rozumíme určitý výpočetní proces, který provádí určitou činnost na základě požadavku uživatele (client – zákazníka). Např. obsluha souborů – souborový server. U místních sítí označujeme často pojem server počítač, na němž je proces serveru implementován
Stanice – jednotlivé osobné počítače připojené k síti, na nichž uživatelé pracují

8.11. Server

Server se liší od stanice zejména:

Zdroji (např. výpočetní kapacitou u výpočetního serveru, kapacitou disků u souborového serveru, vybavením pro komunikaci u komunikačního serveru) a službami, které poskytuje

Programovým vybavením, tj. obsahuje i jiné komponenty než pracovní stanice

Obr. 17: SOS s centralizovaným a distribuovaným serverem

8.12. Síťový operační systém

Jako každý operační systém i síťový operační systém je vlastně řídícím programem pro přidělování společných zdrojů soupeřícím úkolům (táskům). Jednotlivé činnosti v místní síti jsou distribuovány na různé uzly sítě, obdobným způsobem je distribuován i operační systém. JAko sidtribuovaný operační systém zajišťuje síťový operační systém tyto činnosti:

Sdílení společných zdrojů v síti

Provádění řídicích činností vyžadovaných programy

Řízení komunikace mezi uzly v síti

Ochranu před neoprávněným přístupem ke zdrojům v síti

Správu komunikací s “vnějším světem”

Zajišťování administrativních (o provozu sítě) a účtovacích informací

8.13. Služby operačního systému

Síťové služby – základní funkce – připojení uzlu k síti, komunikace mezi síťovým adaptérem uzlu a operačním systémem serveru, logické propojení uzlů, je to základ síťového operačního systému
Uživatelské služby – zajišťují spoolování tisků, zasílání zpráv
Administrativní služby – zahrnují: sledování provozu sítě, bezpečnost, parametry ovlivňující výkonnost sítě

Obr. 15: Základní struktura síťového operačního systému

9. Místní sítě osobních počítačů

9.1. Charakteristika místních sítí osobních počítačů

Místní sítě osobních počítačů (PC LANY) jsou takové sítě, které obsahují jako stanice (a velmi často i servery) osobní počítače. Tyto sítě nejsou sítěmi dle ISO OSI a to proto, že nevyužívají ve všech vrstvách protokoly ISO. Ve vrstvě 1 a podvrstvě MAC využívají tyto sítě standardy 802.x, protokoly vyšších vrstev jsou často specifické pro danou síť (síťový operační systém)

9.2. Technické prostředky PC LAN

Technické prostředky:

Přenosové medium, tj. např. koaxiální kabel, který spojuje jednotlivé počítače v síti
Síťový adaptér představující rozšiřující desku, zasunutou do volné pozice (na sběrnici) pro rozšiřující desku v každém osobním počítači, který je v síti zapojen. Touto deskou je dany počítač připojen na přenosové medium

9.3. Programové prostředky PC LANu

Programové prostředky PC LANu jsou tvořeny:

Obslužnou rutinou síťového adaptéru

OS stanice či server

Komponentou SOS pracující na stanici či serveru

Aplikačním programovým vybavením či programem pro tvorbu aplikace

9.4. Síťový adaptér

Představuje rozšiřující desku osobního počítače

Jsou na ni obvodově realizovány vrstva 1 a podvrstva MAC vrstvy 2 dle RM OSI. Adaptér zajišťuje připojeí k mediu a příslušný přístupový protokol k mediu

Na desku bezprostředně navazuje programová rutina driver, určená specificky pro tuto desku a rovněž pro určitý typ SOS. Driver realizuje typicky podvrstvu LLC

Adaptérem je vybaven každý počítač připojený v síti, některé speciální uzly např. můstek (bridge) jsou vybaveny, v případě, že spojují dvě sítě i dvěma síťovými adaptéry

Obsahuje konektor pro doplnění paměti PROM, která umožňuje počáteční zavedení operačního systému ze serveru sítě (tzv. remote boot)

9.5. Základní charakteristiky síťového operačního systému (SOS)

OS serveru

OS stanic

Maximální počet současných uživatelů sítě

Podporované protokoly MAC

Komunikační protokoly (hlavně 3. a 4. vrstvy), sloupce komunikačních protokolů

Rozhraní síťového adaptéru (NDSI/Microsoft, ODI/Netware

Prostředky bezpečnosti

Adresování v síti

Isolovaný server – stanice, soubory (zdroje) lze adresovat jen v rámci serveru, ke kterému se přihlásíme

Doménové adresování – lze adresovat zdroje v rámci domény obsahující i několik serverů

Globální adresování – lze adresovat zdroje v celé síti (internet) tvořené několika dílčími sítěmi. Každý zdroj má jedinečné jméno

9.6. NETBIOS

Zajišťuje programové rozhraní (API) síťového operačního systému (Netbios zajišťuje u většiny SOS tuto funkci

Obecné služby

Služby pro práci jmény adaptérů

Relační služby – tyto služby fungují po vytvoření virtuálního spojení, poté přenos paketů a spojení se zruší

Datagramové služby

9.7. Příklady SOS – NetWare

Zástupce NetWare 4.x

Pracuje s centralizovaným serverem

Na serveru se implementuje multitáskový síťový operační systém, server pracuje s vlastním formátem diskových souborů (s délkou sektoru 4 Kbyte)

Obr. 14: Struktura Novell Netware

9.8. NetWare

V architektuře jsou zavedena dvě rozhraní

OLI (Open Link Exchange) mezi vrstvou 1 a 2. Zajišťuje, aby daný driver mohl pracovat s několika různými sloupci protokolů

Rozhraní mezi vrstvou 4 a 5 – definuje návaznost sloupce protokolů ve vrstvách 4 a 3 na vrstvu 5 – cíl zajištění návazných protokolů TCP/IP, ISO TP 4 aj.

Protokol NCP zajišťuje služby serveru pro stanice

Ve vrstvě 7 jsou umístěny systémové aplikace pod NetWare a řada pomocných rutin (utilit)

Stanice sítě obsahuje adaptér, driver, implementace protokolu IPX a tzv. shell. Tato rutina, závislá na verzi a typu operačního systému stanice, směřuje požadavek na služby serveru ze stanice na server. Při svém vyvolání ze stanice připojuje shell logicky stanici k síti.

Obr. 16: Základní funkce shellu (u Netware)

9.9. Další příklady SOS – LAN Manager

Byl vytvořen firmou Microsoft pro operační systém OS/2

Síťový operační systém LAN Manager je umístěn ve vrstvě 6. Podporuje aplikační vrstvu (7), v níž jsou aplikace, např. SQL Server a aplikace LAN Manageru

LAN Manager podporuje dva sloupce protokolů, které jsou implementovány ve vrstvách 5 a 6:

Sloupec obsahující protokol NetBEUI a protokol 802.2 LLC

Další představuje TCP/IP, nad nimž je ve vrstvě 5 umístěn protokol ARPA RFC 1002, který zajišťuje vzájemné mapování NetBiosu do TCP/IP

Podporuje využívání různých síťových adaptérů – rozhraní NDIS

9.10. LAN Manager

Server může obsahovat až 4 síťové adaptéry a může pracovat jako (podobně jako v NetWare) vnitřní most (internal bridge)

Při zahájení práce se zavede sloupec založený na protokolu XNS. Pokud aplikační program vyžaduje jiný sloupec (např. TCP/IP) zavede řídicí program daný sloupec

LAN Manager – pracuje s několika sloupci protokolů - nevyžaduje při komunikaci mezi sítěmi – brány nebo jiné podpůrné programy

Obr. 13: Struktura LAN Manageru

9.11. Další příklady SOS – Vines

Vines (Virtual Network System) firmy Banyan je SOS pracující na serveru pod operačním systémem UNIX. Všechny služby jsou prováděny jako standardní procesy Unixu. Pracuje s vyhrazeným serverem. Podpuruje mnoho síťových adaptérů – může sloužit jako můstek. Využívá globální systém adresování – systém se označuje jako StreetTalk – objektu sítě je přiřazeno jméno ze tří částí

S Vinensem lze vytvářet systémy spojující heterogenní a vzdálené místní i rozsáhlé sítě

Vines je relativně dražší síťový operační systém. Umožňuje však vytvořit v organizaci (podniku) jednu ucelenou síť, propojující i značně vzdálené komponenty. Proto se někdy též nazývá místo PC LAN – PC WAN

9.12. Aplikační programy pro PC LAN

SŘDB, parcující buď se souborovým serverem (typické) nebo databázovým serverem. Příkladem je síťová verze FoxPro (souborový server)

Programy pro skupinovou spolupráci na místní síti (tzv. groupware). Příkladem je Notes (Lotus)

Program elektronické pošty. Příkladem je Microsoft Mail

Programy pro automatizaci kancelářských prací, různé editory

10. Správa sítě

10.1. Správa sítě zahrnuje (dle ISO Management Framework) následující funkce

Správu obsluhy poruch

Správu konfigurace

Správu využívání a účtování

Správu výkonu sítě

Správu bezpečnosti

Správu podpory uživatelů sítě

10.2. Integrovaný systém řízení sítě (ISŘS)

Řídicí systém – tvořený managerem, což je programový model zajišťující řízení sítě, provozovaný na řídicím počítači sítě, využívá řídicí informace umístěné v MIB (Management Information Base)
Řízený systém – tvořen jednotlivými řízenými zařízeními, kterými jsou např. stanice sítě, modemy, směrovače, huby aj. Manager s nimi komunikuje, aby získal informace o jejich stavu

Obr. 12: Základní struktura ISŘS

11. Propojování sítí – internetworking

11.1. Propojování sítí

Propojování sítí (internetworking) rozumíme propojení několika sítí, v němž se propojené sítě chovají jako jedna (transparentní) síť. Vzniklou síť označujeme jako internet nebo internetwork. K propojení sítí slouží následující prostředky:

Opakovač (repeater), pracující v první vrstvě modelu RM OSI

Můstek (bridge), pracující v podvrstvě MAC druhé vrstvy modelu RM OSI

Směrovač (router), pracující ve třetí vrstvě

Brána (gateway), pracující obvykle v sedmé vrstvě

Obr. 9: Opakovač, můstek, směrovač a brána v RM OSI

11.2. Opakovač (repeater)

Opakovač pracuje v první vrstvě modelu OSI, využívá se pouze v místních sítích. Základní funkce:

Slouží v zásadě pouze k rozšíření rozsahu dané místní sítě. Tohoto rozšíření se dosahuje propojením segmentů sítě (podsítí) pomocí opakovače/opakovačů

Provádí pouze úpravu elektrických signálů (úrovně, časování), neprovádí filtraci paketů či jejich úpravu

Opakovač lze použít pouze pro spojení segmentů, které pracují se stejným protokolem MAC, mohou však pracovat s různými medii. Opakovač lze tedy použít např. pro spojení segmentu 802.3 na koaxiálním kabelu

Přítomnost opakovače je z hlediska jím spojených stanic transparentní. Opakovač v síti se nemusí nijak stanicemi programově (či jinak) obsluhovat

Opakovač propouští všechny pakety bez ohledu na umístění jejich příjemce. Řada segmentů propojených opakovači se chová jako jediný segment. Opakovač “nefiltruje” pakety. Jeho použití může vést k zahlcení sítě (používáme proto raději můstek) a problémy v jednom segmentu sítě se mohou přes něj přenést i do ostatních segmentů

Opakovač je levný a snadno se v síti instaluje

Spojuje buď dva segmenty sítě LAN – tzv. normální opakovač nebo více segmentů – multiport opakovač

Obr. 11: Základní zapojení opakovače

11.3. Můstek (bridge)

Využívá se pouze pro propojení sítí LAN. Pracuje v podvrstvě MAC druhé vrstvy. Pracuje tedy pouze s adresami stanic, které jsou v MAC dostupné (ne tedy s adresami sítí, s nimiž pracuje směrovač
Můstek pracuje metodou “store and forward”. Každý paket, který na něj přijde, uloží do své vnitřní paměti, zkontroluje ho a případně odešle dál
Základní funkcí můstku je předávání paketů na další segmenty téže logické sítě. Můstek má udržovanou tabulku adres stanic buď automaticky nebo ručně

Obr. 10: Formát rámce v MAC (pro práci můstku)

11.4. Můstek – základní vlastnosti

Stanice komunikují přes můstek přímo

Můstek se označuje jako transparentní vzhledem k protokolům vyšších vrstev (včetně protokolu třetí vrstvy), tzn. Nezpracovává tyto protokoly (a tedy je jeho činnost na nich nezávislá – je transparentní). Jeden můstek lze tedy použít ke spojení segmentů LAN pracujících s různými protokoly

Můstek pracuje pouze s adresami stanic (device adress), které jsou dostupné v MAC. Vytváří ze spojených sítí jedinou logickou síť, tj. všechny jím spojené segmenty a stanice mají stejnou adresu sítě. Můstek nepracuje s informacemi o cestách (routes) v síti, protože ty jsou dostupné až v třetí vrstvě. Můstek neprovádí rozhodnutí o tom, jakou cestu z několika možných volit

Obr. 8: Základní topologie využívání můstků a směrovačů

11.5. Směrovač (router)

Pracuje ve třetí vrstvě RM OSI. Lze jej využít jak pro propojení místních sítí navzájem, tak i pro vzájemné propojení rozlehlých sítí
Směrovač musí zpracovávat vrstvy 1 až 3 všech propojovaných podsítí
Směrovač je obecnějším prostředkem než můstek

Zajišťuje propojení i podsítí WAN
Zajišťuje směrování (routing) ve vzniklém internetu (celkové síti). Směrovač může pro dodání určitého paketu vybrat jednu z mnoha existujících cest
Není transparentní k protokolům vyšších vrstev (než druhé), neboť zahrnuje i vrstvu 3

Obr. 5: Využití cest směrovačem

11.6. Funkce směrovače

Vytvoření a údržba směrovací tabulky, která přiřazuje ke každé SÍŤOVÉ adrese příjemce v paketu jednu nebo několik výstupních cest směrovače. Síťovou tabulku lze vytvořit:

Staticky, tj. manuálně správcem sítě

Dynamicky, tj. přímo směrovačem (jeho SW), který ji též automaticky aktualizuje

Určení, kterou cestou (na který výstup směrovače) paket poslat

Obr. 6: Směrovač spojující 3 sítě LAN

11.7. Směrovač (router) – výhody

Může využívat všechny cesty mezi uzly, tj. může určit nejvýhodnější cestu
Může využívat cesty k rozdělení zátěže nebo přestat využívat cestu, která je v “poruše”
V případě potřeby izolovat jednotlivé podsítě, zamezit “broadcast storm”
Umožňuje snazší údržbu a rozšiřování rozsáhlého internetu než můstek

11.8. Směrovač (router) – nevýhody

Instalace a konfigurace je obtížnější

Je závislý na protokolu třetí vrstvy – musí být vybaven SW pro všechny protokoly třetí vrstvy

Přemístění stanic je obtížnější (každá podsíť má svoji vlastní síťovou adresu)

Některé protokoly nelze routerem zpracovat

Je nákladnější než můstek

11.9. Brána – gateway

Pracuje typicky v sedmé vrstvě RM OSI. Využívá se zejména:

Jako tzv. aplikační brána, zahrnující všechny vrstvy RM OSI včetně sedmé – aplikační. Využívá se při řešení návaznosti dvou komunikačních služeb, např. elektronické pošty, které pracují v sedmé vrstvě s různými protokoly
Případně též ke spojení sítí (nejen LANů) se zcela různými protokoly (ve všech vrstvách)

11.10. Vytváření podnikových sítí

Podnikovou sítí rozumíme komunikační síť, která je provozována daným podnikem. Je typicky tvořena sítěmi LAN propojenými různými prostředky:

Lokálně rozložené LANY lze spojovat s využitím koncentrátorů (hubs)
Využití tzv. páteřní sítě (backbone). Při vyšších nárocích na přenosový výkon je vhodné, aby páteřní síť spojující LANY měla o řád vyšší rychlost než spojované LANY

11.11. Využití koncentrátorů (hubs)

Zařízení (představující vlastně multiport opakovač), které umožňuje připojit ve fyzické stromové topologii další stanice LAN. Připojování stanic s využitím koncentrátorů má předmost zejména v tom, že vyřazení jedné stanice nepřeruší provoz celé sítě
Rozvoj koncentrátorů je orientován na podnikové koncentrátory. Ty představují komplexní vysoce modulární systém založený obvykle na několika výkonných procesorech (často RISC). Takový koncentrátor umožňuje podporu všech druhů sítí LAN a obsahuje prostředky pro propojování sítí a prostředky pro řízení sítí

Obr. 7: Využití koncentrátorů (hubs) různých úrovní v podnikové síti

12. Služby datových sítí

12.1. Často využívané služby datových sítí

Práce se soubory (FTAM)

Elektronický přenos zpráv (electronic messaging)

Elektronická pošta (X.400, MHS)

EDI

Adresářové služby (X.500)

Služby Internetu

12.2. FTAM

Příklad je FTAM ISO – standard ISO 8571

Definuje pro 7. vrstvu RM ISO službu práce se soubory. Standard je založen na virtuálním serveru.

Činnosti:

Ustavení spojení se vzdáleným počítačem
Výběr či otevření souboru (dle potřeby i zajištění či úprava atributů)
Otevření souboru
Čtení či zápis do souboru

12.3. FTP

Protokol FTP (File Transfer Protokol) zajišťuje službu přenosu souborů (NE vzdálený přístup). Zajišťuje tři základní operace se soubory:

Přenos souboru na jiný počítač
Přenos souboru z jiného počítače
Přenos souboru mezi dvěma počítači (jinými než počítač, z něhož byl přenos vyvolán)

FTP využívá dvě spojení TCP – jedno pro příkazy, druhé pro přenos dat a potvrzování

12.4. Elektronická pošta

Vytváření zprávy či odpovědi

Přenos zprávy od odesílatele k příjemci

Zpráva odesílateli, zda byla úspěšně přijata

Konverze potřebná pro zobrazení zprávy na zařízení příjemce

Formátování pro tobrazení zprávy na zařízení adresáta

Disponování zprávou ze strany příjemce, tj. co příjemce udělá se zprávou po jejím obdržení (zrušení, archivování, ...)

12.5. Systémy EP

Tři různé systémy

SMTP (protokol z architektury TCP/IP)

EMS (EP pro PC aplikace)

X.400/ISO 1022 – MOTIS

Tyto protokoly zpracovávají EP v režimu store-and-forward a umožňují práci v single i multi server prostředí

12.6. EP dle standardu X.4000

Jedná se o množinu standardů X.4XX

UA (user agent) – umožňuje komunikaci uživatele se systémem EP. Přípravu zpráv, jejich předávání do MTA za účelem přenosu k adresátovi, příjem zpráv, jakož i práci se schránkami. Standardy X.400 specifikují interakci UA s MTA, UA s UA. Nespecifikují interakci UA s uživatelem

MTA (Message Transfer Agent) – přijímá zprávy z UA (či jiného MTA) za účelem jejich dodání do toho MTA, k němuž je připojen UA adresáta. Množina všech MTA se označuje MTS (Message Transfer System), lze ji rozdělit na administrativní oblasti, provozované různými organizacemi. V modelu X.400 je definováno několik protokolů.

12.7. EDI

Electronic Data Interchange – elektornická výměna dat – přímá výměna standardních obchodních dokladů (objednávka, faktura, ..) elektronickou cestou. V současné době se rozvíjí zejména EDI založená na standardech OSN – UN/EDIFACT (United Nations Electronic Data Interchange For Administration, Commence and Transport)

Každý obchodní doklad představuje v zásadě zprávu, předávanou mezi odpovídajícími počítači. Zpráva se, z hlediska své syntaxe, skládá z elementárních datových prvků, které jsou dále uspořádány do segmentů strukturovaných v souladu se syntaktickými pravidly. Zprávy mají jednoznačně definovanou strukturu

Obr. 3: Základní model elektronické pošty dle X.400

Obr. 4: Vytváření a přenos zpráv v modelu EP X.400

12.8. EDIFACT

Soubor standardů Edifact obsahuje standardy:

Základní pravidla syntaxe zprávy

Sborník elementárních datových prvků EDED

Název prvku, jeho definci, typ a délku

Sborník složený z datových prvků

Sborník segmentů dat

Sborník číselníků – kódy měn, zemí, …

Sborník standardních zpráv

12.9. EDIFACT

Standardy EDIFACT neurčují jak - tj. s využitím jakých telekomunikačních prostředků, protokolů a služeb – jsou zprávy mezi odpovídajícími počítači přenášeny

Z komunikačního hlediska lze pro přenos zpráv EDIFACT použít:

Přenos souborů
Elektronické pošty – standard X.400 byl z tohoto důvodu rozšířen o dílčí standard X.435, který je zaměřen specificky na EDIFACT

12.10. Přednosti EDI

Rychlost

Časová nezávislost

Méně manipulace

Vyšší úroveň služeb

Snížení nákladů

Snadná integrace s dalšími počítačovými aplikacemi

12.11. Služby Internetu

Virtuální terminál – telnet

Přenos souborů – FTP

Elektronická pošta

Počítačové konference

Adresářové služby

WWW

a další

13. Praktický příklad vytvoření jednoduché sítě

13.1. Vytvoření jednoduché sítě s přístupem na Internet

Cíl řešení:

vytvoření jednoduché sítě ke sdílení prostředků
přístup k Webu z libovolného “zasíťovaného” počítače
posílání a příjem internetovské pošty z libovolného počítače

13.2. Minimální prostředky

Počítač s OS Windows 95

Připojení k Internetu

Místní počítačová síť

Programové vybavení

Síťová karta spolu s příslušným driverem (možno případně získat na adrese http://www.drivershq.com)

13.3. Základní typy síťových karet

Pomalejší a levnější “Ethernet” 10Mb – např. síťová karta BNC, RJ45, 10 Mb, PCI – cca 630,- Kč

Rychlejší a dražší “Ethernet” 100 Mb – např. síťová karta s RJ45, 10/100 Mb, PCI – cena cca 1.250,- Kč

HUB 10 Mb, 5x RJ45 - cena cca 1.850,- Kč

HUB 100 Mb, 8x RJ45 – cena cca 10.000,- Kč

Karty typu ISA a PCI

13.4. Kabeláž - koaxiální kabely:

Umožňují připojit počítače přímo bez jakýchkoliv aktivních prvků, pouze s T-kusy a terminátory (rezistor v kovovém nebo plastickém pouzdře – upravuje odraz elektrické vlny na konci kabelu)

Nevýhoda – při přerušení kabelu vypadne celá síť

Obr. 44: Koncovky koaxiálního kabelu

13.5. Kabeláž – kroucený kabel

Nutno použít HUB

Výhoda – při přerušení nevypadne celá síť

Používá se dvoulinka nebo čtyřlinka zakončená konektory RJ45

100 m krouceného kabelu (dva páry) – cena cca 800,- Kč

100 m koaxiálního kabelu – cena cca 650,- Kč

V obou případech nutno použít kabel, konektory a tzv. krimplovací kleště

Obr. 1: Kroucená dvoulinka – koncovky RJ45

13.6. Instalace karty

Starší karty vyžadují ruční nastavení propojek udávající použité přerušení (IRQ) a adresu. Volná přerušení najdeme přes ikonu Počítač na kartě Správce zařízení v položce Systém z Ovládacích panelů, totéž platí i pro vstupné/výstupní adresy. Popis k propojkám najdeme buď přímo na kartě nebo je vyčteme z dokumentace.

13.7. Instalace ovladačů

Většina moderních karet je typu plug and play

Jinak ovladače musíme nainstalovat ručně přes složku Ovládací panely a ikonu Přidat nový hardware

Některé karty jsou plug and play a počítač pro ně nevyžaduje ovladače, i když by měl

Než začneme ročně doinstalovávat ovladače, klepneme v Ovládacích panelech na ikonku Systém a prohlédneme si kartu Správce zařízení. Když na ní nalezneme žlutý otazník s označením PCI karty nebo přímo kartu s názvem ethernetový ovladač, zvolíme kartu Ovladač a tlačítko Změnit ovladač. Pokud nedodržíme tento postup a nainstalujeme ovladač přes ikonu Přidat nový gardware, nebude ve většině případů síťová karta pracovat korektně.

13.8. Instalace ovladačů

Správně nainstalovaná síťová karta musí mít ve Správci zařízení kartě Obecné větu “Toto zařízení pracuje správně”

Pokud nějakým způsobem přijdeme o originální ovladače, zkusíme je získat z Internetu. V nejhorším případě se můžeme pokusit použít ovladač Novell NE1000. S touto kartou je většina “síťovek” jakžtakž kompatibilní, ovšem většinou za cenu ztráty části výkonu

13.9. Síťový software

Budeme pracovat se sítí peer-to-peer (každý s každým), která je nedílnou součástí Windows 95. Standardní instalace obsahuje dva základní síťové protokoly IPX/SOX a NetBEUI. O jejich přítomnosti se můžeme přesvědčit přes ikonu Síť z Ovládacích panelů. V případě jejich absence je doplníme klepnutím na tlačítko Přidat. Ze seznamu nabízených doplňků vybereme Protokol a opět klepneme na tlačítko Přidat. V posledním dialogu vybereme jako výrobce Microsoft a z pravého seznamu příslušný protokol.

V rámci vlastností síťového adaptéru si zkontrolujeme provázanost s jednotlivými protokoly. Vybereme kartu, stickneme tlačítko vlastnosti a vytáhneme si kartu Vazby, na které můžeme zaškrtnout požadované protokoly. Ne každá síťová karta musí mít vazbu na všechny nainstalované protokoly a naopak. Pokud máme na počítači více než jeden síťový adaptér, jsou vazby mezi nimi a protokoly znázorněny ve formátu:

Protokol -> síťový adaptér

13.10. Síťový software

Kromě obou protokolů navázaných na příslušnou síťovou kartu musí být nainstalovány rovněž služba Sdílení souborů a tiskáren s sítích Microsoft a klient sítě Microsoft. Aktuální přístup ke sdílení prostředků zjistíme, když stiskneme tlačítko Sdílení souborů a tiskáren. V případě, že chceme z daného počítače nabízet něco ke sdílení musíme zaškrtnout příslušná políčka

Jako Prvotní přihlášení zvolíme Windows 95

Posledním krokem by mělo být povolení sdílení pro adresáře a disky jednotlivých stanic. Přes ikonu Tento počítač si zobrazíme disk nebo adresář, který chceme sdílet, klepneme na něj pravým tlačítkem a z místní nabídky vybereme Sdílení. V následujícím dialogu můžeme určit typ přístupu a případná hesla

Sdílený prostředek se bude od této chvíle zobrazovat jakoby nabízený na otevřené dlani

Pomocí protokolů NetBEUI a IPX/SPX vyzkoušíme, že síť po technické stránce pracuje. Když na pracovní ploše poklepeme na ikonu Okolní počítače, musíme vidět všechna PC z naší sítě.

Obr. 2: Dialogový panel Windows