Počítačové siete Mgr. Juraj Badáni Banská Bystrica 2007

Transcript

1 Mgr. Juraj Badáni Banská Bystrica 2007

2 Tieto skriptá vznikli ako učebný materiál pre výučbu predmetu Programové vybavenie počítačov na SSŠ SOU elektrotechnickom v Banskej Bystrici. Mgr. Juraj Badáni 14. február

3 Intro Mgr. Juraj Badáni Počítače majú za sebou vyše 50 ročnú históriu. Za túto dobu prešli výrazným vývojom. Celkom zásadne sa zmenili ich schopnosti, kapacitné možnosti a aj spôsob ich používania. Výrazne sa menil aj vzťah človeka k nim. Dnes žijeme v dobe informačných technológií. Ľudia už berú ako samozrejmosť , internet a s tým spojené služby a výhody ako on-line nakupovanie, pozeranie filmov, sťahovanie obľúbených mp3 pesničiek či chatovanie s priateľmi a mnohé iné. Toto všetko by nebolo možné bez počítačových sietí. 3

4 1. Teoretický základ 1.1 Základné pojmy z počítačových sietí Počítačová sieť je to systém vzájomne prepojených a spolupracujúcich počítačov. Medzi týmito počítačmi možno prostredníctvom siete pohodlne a rýchlo prenášať informácie. Informácie možno, samozrejme, prenášať aj medzi počítačmi nepripojenými do siete a to prostredníctvom médii (disketa, magnetická páska, optický disk, atď). Tento spôsob je však príliš nepohodlný, zdĺhavý a neumožňuje interaktívne spracovanie informácii. Počítačová sieť sa zobrazuje ako neorientovaný graf, ktorý pozostáva z uzlov a hrán. Uzol sa v sieťovej terminológii myslí počítač, switch, router alebo iné zariadenie pripojené do počítačovej siete. Hrana predstavuje prenosové médium, t.j. prepojenie medzi uzlami (metalický kábel, vzduch, optické vlákno). Hlavné výhody zriaďovania počítačových sietí: 1. Rýchla výmena informácií, komunikácia (elektronická pošta skrátila výmenu informácií medzi ľuďmi z dní a týždňov na minúty a sekundy. Čet, interaktívny, priamy rozhovor nahrádza komunikáciu cez telefón alebo fax. A to nielen medzi dvojicou ľudí ale aj medzi skupinou ľudí.) 2. Zdieľanie dát (diaľková správa počítačov je snom azda každého správcu. Údržba, najmä softvérová už nevyžaduje fyzickú prítomnosť človeka pri zásahu, potrebné inštrukcie môžeme zaslať po sieti.) 3. Prenášanie dát. 4. Zdieľanie hardwarových prostriedkov. (Zdieľanie tlačiarní umožňuje, aby z počítača pripojeného do siete bolo možné tlačiť a to aj napriek tomu, že k nemu nie je pripojená tlačiareň. Ak sú v sieti počítače, ktoré nemajú CD mechaniku, môžeme problém vyriešiť jednoduchým zdieľaním CD mechaniky počítača. Zdieľanie pevných diskov nám pomôže v situácii, keď sme limitovaný množstvom voľného miesta na našom lokálnom disku, alebo keď potrebuje prístup k dátam na počítači niekoho iného. Zdieľaním hardvéru môžeme ušetriť značné množstvo finančných prostriedkov.) 5. Interaktívna (icq, pokec) a neinteraktívna ( , forum) komunikácia v sieti. 6. Ochrana dát. 7. Zvýšenie spoľahlivosti systému. 4

5 1.2 Rozdelenie sietí Mgr. Juraj Badáni 1. Podľa rozlohy : PAN (Personal Area Network) niekoľko metov. Pracuje na báze protokolov BlueTooth, IrDA. LAN (Local Area Network) lokálne dátové siete, veľkosťou rádovo 100 m. MAN (Metropolitan Area Network) mestské siete, pokrývajú územie mesta, rádovo 10 km. WAN (Wide Area Network) dátové siete pre najväčšie vzdialenosti, pokrývajú štáty i celé kontinenty. Pomocou nich je zostavený internet. 2. Podľa rýchlosti prenosu informácii: klasické ako napr. Ethernet, Token Ring a ARCNet vysokorýchlostné s rýchlosťami nad 100 Mb/s, napr. ATM, FDDI, Fast Ethernet 1.3 Aký je rozdiel medzi LAN a WAN sieťami? Hlavným rozlišujúcim faktorom je geografická oblasť, na ktorej je sieť rozložená. LAN sú malé siete veľkosťou radové 100m. WAN sú rozľahlé siete rozmiestnené napr. v rámci mesta, v rámci viacerých miest, dokonca v rámci krajín, či kontinentov. Rozdiel je aj v spôsobe, ako sú jednotlivé uzlové počítače prepojené. V LAN si zriaďovateľ siete sám zabezpečuje kabeláž, zariadenia a celé prepojenie počítačov. Neporušuje tým "monopol" spojov a môže si zvoliť také prepojenie, ktoré mu najlepšie vyhovuje (krútená dvojlinka, koaxiálny kábel, optické káble a pod.). Naopak vo WAN sa na prepojenie využívajú prenosové kanály, ktoré sa na tento účel prenajímajú od organizácií spojov. Často sa na tento účel používa verejná telefónna sieť (Slovak Telecom). Dôvod je jednoduchý, pretože už existuje a je takmer všade dostupná. Aj dôvod vytvorenia sietí je často rozdielny. LAN umožňuje spravidla zdieľanie periférií a dát. WAN sa viac využíva pre prenos súborov a poskytovanie výpočtovej kapacity výkonných počítačov. Samotní používatelia nemusia rozlišovať, či pracujú v LAN alebo WAN sieti. Stále častejšie sa LAN siete vzájomne prepájajú, čím vzniká sieť sietí (celosvetová sieť, internet), v ktorej sa pre používateľa všetky počítače z hľadiska prístupu stávajú rovnocennými a ponúkajú mu prakticky rovnaké možnosti pri využívaní služieb, zdrojov a prostriedkov, ktoré takáto sieťová zostava ponúka. 1.4 Verejné údajové siete (PDN) Verejná údajová sieť (Public Data Network) je po verejnej telefónnej, diaľnopisnej a rádiotelefónnej sieti štvrtou veľmi používanou verejnou komunikačnou sieťou. Predstavuje otvorené komunikačné prostredie pre vnútroštátny a medzinárodný prenos údajov. Otvorená sieť integruje technické prostriedky rôznych výrobcov a kombinuje ako pozemné, tak aj rádiové spoje. Využíva aj perspektívnu bezdrôtovú technológiu, ako sú mikrovlné spojenia, satelitná komunikácia a pod. Čo ponúkajú verejné údajové siete a ako to realizujú? Vo verejných údajových sieťach organizácie spojov na seba preberajú všetky povinnosti spojené s doručením údajov od odosielateľa k ich skutočnému adresátovi. Pre vlastný transport údajov môže verejná údajová sieť používať rôzne mechanizmy. Jedna z možností sa nazýva prepájanie okruhov (Circuit Switching). V takomto prípade sa najprv zostaví údajový okruh medzi dvoma prístupovými bodmi siete. Počas komunikácie je okruh k dispozícii obom účastníkom komunikácie a je na nich, akým spôsobom si budú vymieňať údaje. Po ukončení komunikácie sa okruh rozpojí. Ďalšou možnosťou je prepájanie paketov (Packet Switching). Pri tejto metóde sa prenášané údaje rozdelia na rovnako veľké bloky, ktoré sa doplnia o ďalšie údaje (okrem iného adresou odosielateľa a príjemcu). Tak vzniknú údajové pakety (Packets), ktoré sa, ako ďalej nedeliteľné, prenášajú sieťou od uzla k uzlu, až po adresáta paketu. Samotný mechanizmus prepájania paketov sa realizuje dvoma spôsobmi. Prvý nesie názov datagramová služba a údajové pakety sa nazývajú datagramy (Datagrams). Tu sieť pružne reaguje na svoje okamžité zaťaženie a môže voliť alternatívne trasy prenosu. Nevýhodou je, že pri tom nemôže zaručiť správne poradie doručovania paketov (tieto sa môžu na trase "predbehnúť"). Druhý mechanizmus prepájania paketov je označovaný ako mechanizmus virtuálnych spojov (Virtual Calls, Virtual Circuits). Pri tomto mechanizme sa najprv pošle zvláštny paket, ktorý na dobu prenosu "vytýči" cestu medzi oboma účastníkmi (vznikne analógia okruhu, ale len ako dohoda o tom kadiaľ sa majú prenášať pakety; akýsi virtuálny okruh). Pakety, ktoré sa posielajú takýmto virtuálnym okruhom majú namiesto adresy príjemcu označenie virtuálneho spoja, ktorý vedie k príjemcovi. Každý uzol, cez ktorý paket prechádza, zistí vo svojich tabuľkách 5

6 kadiaľ vedie príslušný virtuálny spoj, a tým smerom odovzdá prenášaný paket. Alternatívou tohoto mechanizmu je mechanizmus pevných virtuálnych spojov (Permanent Virtual Calls, Permanent Virtual Circuit). V takomto prípade sa informácie o virtuálnom spoji zapamätávajú vo vnútorných uzloch siete natrvalo (virtuálny okruh netreba vytvárať a po skončení prenosu zas rušiť). Verejné údajové siete sú dnes už veľmi rozšírené. Ich architektúra sa realizuje podľa doporučení štandardu X.25 a pracujú najmä v podobe sietí s virtuálnymi spojmi. 6

7 2. Siete LAN Mgr. Juraj Badáni Siete LAN (Local Area Network) lokálna počítačová sieť. Sieť LAN môže byť zostavená v rámci jednej miestnosti, učebne, budovy, prípadne v susediacich budovách. Vzdialenosti medzi počítačmi sú malé, rádovo desiatky až stovky metrov. 2.1 Základné topológie LAN Topológia je spôsob fyzického alebo logického prepojenia staníc v počítačovej sieti. Topológia je prvkom sieťového štandardu a podstatne určuje výsledné vlastnosti sietí a úzko súvisí s kabelážou Fyzické topológie Hviezdicová topológia Pri tejto topológii sú jednotlivé počítače siete pripojené na centrálny rozbočovač (Hub), ktorý sa v súčasnosti nahrádza inteligentnejším zariadením, prepínačom. Tato sieť je funkčná aj pri výpadku jednotlivých počítačov, ale je veľmi citlivá na výpadok centrálneho uzla. Ako kabeláž sa používa krútená dvojlinka. Táto topológia v súčasnosti patrí medzi štandard. Výhody: je nízka chybovosť, a porucha jedného kábla vyradí len jednu stanicu, štandard. Nevýhody: je väčšia spotreba káblov a potreba použiť centrálny bod Stromová topológia Vzájomným prepojením viacerých prepínačov alebo rozbočovačov vznikne topológia, ktorá sa nazýva STROM. 7

8 Zbernicová topológia Pri tejto topológii sa počítače pripájajú k priebežnému vedeniu - zbernici. Ak sa použije tenký koaxiálny kábel pripojenie je realizované pomocou špeciálnych prípojok tvaru T. Ak sa použije hrubý koaxiálny kábel pripojenie je pomocou tzv. drop káblov. Každý pripojený počítač má svoju jedinečnú adresu, podľa ktorej sa mu doručí správa šírená spoločnou zbernicou od odosielateľa. Táto topológia už nevyhovuje súčasným štandardom z toho dôvodu, že ako médium bol použitý koaxiálny kábel, ktorý nedokáže pracovať s vyššími rýchlosťami. Výhody: malá spotreba káblov a nízka cena kabeláže. Nevýhody: veľký počet spojov, vznik porúch a obtiažna lokalizácia poruchy Kruhová topológia V tejto sieti sú počítače postupným prepojením organizované do kruhu, v ktorom sa správa od odosielateľa šíri jedným smerom až k adresátovi. Výpadok jedného počítača má za následok spadnutie celej siete, preto nepracujúce počítače musia byť premostené kvôli zabezpečeniu prenosu medzi susednými počítačmi v kruhu. Rýchlosť komunikácie je priamo úmerná počtu zapojených počítačov. Zvyšovanie počtu staníc v tejto topológii môže byť preto problematické. Kruhová topológia je používaná najčastejšie v sieti s prenosovou technológiou Token Ring. Výhody: vysoká stabilita siete aj pri veľkom počte staníc Nevýhody: prerušenie kruhu = Zjednodušené zakreslenie sieťových topológií: 8

9 Mgr. Juraj Badáni Logické topológie Je zakreslenie počítačovej siete z pohľadu toku dát. Napr. pozri prístupovú metódu k prenosovému médiu: token-bus. 2.2 Prenosové technológie Ethernet Je to najpoužívanejšia prenosová technológia. V súčasnosti je to štandard v LAN sieťach. V roku 1970 ju vyvinula firma XEROX. V dnešnej dobe ju využíva asi 50% počítačových sietí. Prenosová rýchlosť je 10/100Mbps ale už existuje aj 1Gbps a 10Gbps Ethernet. Metódou prístupu k prenosovému médiu je CSMA/CD. Ethernet pôvodne vznikol pre zbernicovú topológiu, ale dnes nachádza uplatnenie hlavne v hviezdicovej topológii. Sieťové moduly pre Ethernet dnes vyrába asi 60 rôznych firiem ARCnet ARCnet (Attrached Resources Computing network). Kedysi populárna technológia, najmä kvôli jednoduchosti a cene. Nevýhodou je však najnižšia rýchlosť prenosu (2,5 Mb/s), aj keď tento údaj môže byť zavádzajúci. Na skutočnú rýchlosť má vplyv viac faktorov (komunikačný protokol, rýchlosť pevných diskov, zbernice počítačov, efektívnosť programového vybavenia), takže Arcnet môže byť v praxi v skutočnosti rýchlejší ako staršie vyhotovenie Token Ring (4 Mb/s). Sieť s takouto technológiou je veľmi flexibilná čo sa týka prenosových médií (koaxiálny kábel, krútená dvojlinka, optický kábel), aj čo sa týka fyzickej topológie (hviezdicová, zbernicová). Nízka prenosová rýchlosť 2,5 Mb/s, prístupová metóda Token Bus, jednoduchá, nenáročná kabeláž a nízka cena. Novšia varianta ARCnet Plus s rýchlosťou 20 Mb/S. kabeláž koaxiál alebo krútená dvojlinka, topologia bus alebo star Token Ring Táto technológia bola vyvinutá pre komunikáciu medzi rôznymi počítačmi firmy IBM. Pôvodná verzia bola neskôr nahradená rýchlejšou verziou s 16 Mb/s. Výhodou tejto technológie je veľmi dobre prepracované riadenie siete a možnost diagnostiky. Je to však drahé riešenie. Token Ring sa používa pre kruhovú topológiu. 2.3 Prístupové metódy k prenosovému médiu Médium prostriedok, ktorý prenáša a poskytuje informácie. Komunikačný protokol je formálny popis množiny pravidiel, ktoré hovoria zariadeniam ako majú v sieti pracovať. V sebe zahŕňa metódu prístupu na prenosové médium, ktorá určuje spôsob, akým jednotlivé stanice postupujú vo chvíli, keď chcú do siete vyslať svoju správu. Metóda prístupu podstatnou mierou ovplyvňuje rýchlosť siete. V LAN sa používajú 3 metódy prístupu: CSMA/CD, TOKEN BUS, TOKEN RING CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection mnohonásobný prístup s detekciou nosného kmitočtu a s detekciou kolízie. Podstatou metódy je, že jednotlivé počítače (stanice) medzi sebou súťažia o prístup na médium (prenosový kanál). Stanica, ktorá potrebuje vysielať, najskôr skontroluje či je prenosové médium voľné, teda či už nevysiela iná stanica. Ak nie, začne vysielať sama. Pokiaľ práve vysiela iná stanica, prvá stanica chvíľu počká a potom svoj pokus zopakuje. Ak začnú vysielať dve stanice súčasne, čo je bežný jav, vznikne kolízia (od tohto je aj odvodený pojem kolízna doména ). Obidve stanice svoje vysielanie zrušia a pokúsia sa opäť vysielať po určitej dobe, ktorá je v každej stanici určovaná generátorom náhodných čísel. Tým sa eliminuje ďalšia kolízia. Pri malom 9

10 počte staníc v sieti je táto metóda veľmi rýchla, ale pri veľkom zaťažení siete rastie počet kolízií a jej priechodnosť klesá. Táto metóda využíva najmä v sieťach Ethernet a Arcnet TOKEN RING Kruh s odovzdávaním vysielacieho práva. Táto metóda je určená pre siete s kruhovou topológiou. Stanice nevysielajú údaje do siete ľubovolne ako CSMA/CD, ale až po získaní práva na vysielanie, ktoré sa nazýva TOKEN (štafetový kolík). Stanice si Token medzi sebou postupne v smere kruhu odovzdávajú. V okamihu, keď stanica získa Token, a ak má nejakú správu ktorú chce vyslať, vyšle správu a potom odovzdá právo ďalšej stanici. Správy sa prenášajú po blokoch - rámcoch, ktoré obsahujú v sebe adresu príjemcu, odosielateľa a samotné dáta. Po konečnom počte posunov sa každá správa dostane svojmu adresátovi. Nevýhody: v tejto sieti musia byť zapnuté všetky PC, ak nejaký PC nefunguje kruh sa musí premostiť. Pri prerušení kábla nefunguje celá sieť. Výhody: sieť nepotrebuje centrálny uzol, je spoľahlivejšia ako CSMA/CD pri veľkom počte PC TOKEN BUS Zbernica s odovzdávaním vysielacieho práva. Je to simulácia kruhovej topológie na inej fyzickej platforme. Používa sa pre zbernicovú fyzickú topológiu. Je nutné definovať postupnosť odovzdávania tokenu a je to zabezpečené vytvorením tzv. logického kruhu, to znamená, že postupnosť staníc je odvodená napr. od ich poradových čísel. Vznikla ako riešenie, ktoré sa dokáže úspešne brániť proti nepriechodnosti siete aj pri veľkom zaťažení. Pri malom zaťažení je táto metóda oproti CSMA/CD pomalšia. TOPOLÓGIA PRENOSOVÁ TECHNOLÓGIA KOMUNIKAČNÝ PROTOKOL Hviezda, strom Arcnet (2,5 Mb/s) TOKEN BUS (príp.csma/cd) Zbernica Ethernet (10 Mb/s) CSMA/CD (príp.token BUS) Kruh Token Ring (0,25-16 Mb/s) TOKEN RING 2.4 Modely client-server a peer-to-peer Client-server Filozofiou je všetko (dáta, služby, údaje o užívateľoch...) sústrediť do jedného bodu v sieti. Ten dobre zabezpečiť a odtiaľ ponúkať služby všetkým sieťovým staniciam. Počítač kde údaje ukladáme sa nazýva server, musí byť kvalitný a rýchly. Taktiež je potreba nainštalovania sieťového operačného systému, ktorý bude všetko organizovať. Ďalej je založený na myšlienke oddeliť zariadenia, ktoré poskytujú služby (server) od zariadení, ktoré služby využívajú (klient). Systém, ktorý iniciuje prácu sa volá klient, server zase odpovedá na požiadavky klienta a sám vykonáva časť alebo celú prácu. Klientmi a servermi môžu byť počítače rôznej veľkosti i technologickej úrovne. Výhody: vysoká bezpečnosť dát, prehľadnosť, ľahká konfigurovateľnosť, správa siete iba z jedného bodu. Nevýhodou je, že všetky údaje sú sústredené v jednom bode (serveri) a pri jeho výpadku dôjde k znefunkčneniu celej siete, náklady na nákup servera a sieťového operačného systému, potreba mať vysoko kvalifikovaného pracovníka Model peer-to-peer (rovný s rovným) Jednotlivé počítače môžu vystupovať v úlohe serverov a klientov súčasne ktoré si medzi sebou ponúkajú svoje služby. Takéto siete predpokladajú, že každý používateľ ponúka ostatným niečo zo systémových prostriedkov a zdrojov svojho počítača a zároveň sám používa niečo z toho, čo mu rovnakým spôsobom ponúkajú ostatní. Počítače vystupujú v úlohe servera, aby mohol ponúknuť všetko, čo sa používateľ rozhodol ostatným sprístupniť a súčasne v úlohe klienta, aby mal používateľ 10

11 Mgr. Juraj Badáni k dispozícii celú ponuku od ostatných používateľov. Sieť teda nemá centrálny server a žiadna zo staníc v nej nie je privilegovaná. Výhody: pre správu siete nie sú potrebné veľké vedomosti. Ide o riešenie lacné, nie je potrebné kupovať server ani žiadne operačné systémy (peer-to-peer sieť je obsiahnutá vo Windows). Nevýhody: pri veľkom počte PC je veľmi obtiažne udržať prehľad o dátach. Dáta sú málo chránené pred zneužitím. Konfigurácia prístupových práv je jednoduchá (ale málo bezpečná) naviac sa musí aplikovať a dodržiavať na všetkých staniciach čo nebýva takmer neuskutočniteľné. Je vhodná v malých sieťach max. 10 staníc. 3. Architektúry počítačových sietí Sieťová architektúra je ucelená predstava, ako by mali byť počítačové siete budované a ako by mali spolupracovať. Patrí sem: rozdelenie sieťových funkcií do vrstiev, špecifikácia významu a úloh jednotlivých vrstiev, spôsob ich vzájomnej komunikácie a konkrétne protokoly pre naplnenie funkcií jednotlivých vrstiev. Vo svete počítačových sietí sa môžeme stretnúť s dvomi základnými sieťovými architektúrami: s referenčným modelom ISO/OSI a so súborom protokolov TCP/IP. Tieto referenčné modely prechádzajú sieťami LAN aj WAN, a v nich je práca rozdelená do niekoľkých vrstiev, ktoré sú hierarchicky usporiadané. Vyššia vrstva vždy prevezme dáta od podriadenej vrstvy, spracuje ich a pošle vrstve nadriadenej. Ide o tzv. vertikálnu spoluprácu vrstiev. V horizontálnej spolupráci, komunikujú dve rovnaké vrstvy medzi rôznymi sieťami. 3.1 Referenčný model ISO/OSI obr. Typ dát medzi jednotlivými vrstvami Skratkou ISO/OSI sa v praxi označuje hierarchický referenčný model prepájania otvorených systémov (Reference Model of Open Systems Interconnection). Vo svojich úvahách dospeli tvorcovia tohto modelu k záveru, podľa ktorého ho rozdelili do 7 vrstiev tak, že každá vrstva využíva služby bezprostredne nižšej vrstvy a sama ponúka svoje služby vrstve vyššej Fyzická vrstva (Physical Layer) Popisuje elektrické, mechanické a funkčné vlastnosti, akým spôsobom je reprezentovaná logická jednotka a nula, ako prijímacia stanica rozoznáva začiatok bitu, aký je tvar konektorov, k čomu je ktorý vodič v kábli použitý atď. Jej úlohou je preniesť jednotlivé bity medzi zariadeniami (napr. medzi 11

12 sieťovou kartou a switchom) pomocou fyzickej prenosovej cesty (napr. UTP kábel). Fyzické prostriedky na tejto vrstve sú rôzne káble, konektory, prepojky, rack, patch panel, telefónne okruhy, satelity, bezdrôtové antény. Na fyzickej vrstve pracujú aj aktívne zariadenia ako opakovače a rozbočovače (HUB) Linková vrstva (Data Link Layer) Na rozdiel od fyzickej vrstvy ktorá prenášala jednotlivé bity, linková vrstva sleduje prenos Bajtov. Aby mohol byť prenos kontrolovaný, tak jednotlivé Bajty sú zoskupované do tzv. rámcov (frames). Linková vrstva kontroluje bezchybný prenos rámcov a v prípade poškodenia spúšťa mechanizmy na ich opravu. Adresovanie na tejto vrstve je zabezpečené fyzickými adresami sieťových kariet (MAC adresami). Vykonáva posielanie a prijímanie rámcov, ďalej kontroluje cieľové adresy každého prijatého rámca. Linková vrstva rozpoznáva začiatky a konce rámcov a tiež kontroluje, či rámce boli prenesené správne. Hlavné zariadenia na tejto vrstve sú most (bridge), prepínač (switch). Formát rámca: Preamble: Start: Destination address je MAC adresa príjemcu Source address je MAC adresa odosielateľa Data samotne data na prenašanie, v podstate je tam celý IP paket FCS tento mechanizmus funguje tak, že na strane odosielateľa sa vykoná súčet všetkých logických jednotiek vnútri rámca a toto číslo sa zapíše na koniec rámca do pola FCS. Na strane príjemcu sa po prijatí rámca vykoná tiež súčet logických jednotiek v rámci a toto číslo sa porovná s FCS číslom odosielateľa. Ak sa zhodujú môžeme predpokladať, že rámec bol prijatý správne. MAC adresa: Je to jedinečná adresa sieťového zariadenia. Pozostáva z dvanástich hexadecimálnych čísel. Na jej základe je zabezpečené adresovanie na L2 vrstve. Zistiť MAC adresu môžete jednoducho v príkazovom riadku. Ponuka štart -> Spustiť... -> cmd. Otvorí sa vám okno príkazového riadku v ktorom treba zadať príkaz ipconfig /all. 12

13 Mgr. Juraj Badáni obr. Príkazový riadok v MS Windows Sieťová vrstva (Network Layer) Z rámcov ktoré sa dostanú na túto vrstvu sa odoberie hlavička a FCS pole. Ostanú iba dáta rámca, čo sa podľa terminológie ISO/OSI nazýva paket balík (packet). Táto vrstva vykonáva potrebné smerovanie (routing) prenášaných paketov. Znamená to, že ak chcú spolu komunikovať dvaja účastníci, medzi ktorými neexistuje priame spojenie, tak táto vrstva volí najoptimálnejšiu prenosovú cestu (route) cez medziľahlé uzly. L3 vrstva pracuje na základe protokolu IP (internet protocol) a je jednou z najdôležitejších v internete. Hlavné zariadenie tretej vrstvy je smerovač (router). Smerovač je špeciálny počítač s procesorom, pamäťami, zbernicami ale aj operačným systémom (IOS - Internetworking Operating System). Smerovanie paketov je vykonávané na základe smerovacích protokolov ako sú napr. RIP, RIP2, OSPF, IGRP, EIGRP Transportná vrstva (Transport Layer) Vďaka sieťovej vrstve, ktorá "skrýva" pred transportnou vrstvou skutočnú topológiu siete, sa táto vrstva zaoberá už len komunikáciou koncových účastníkov (end-to-end). Pri prenose cez rôzne zariadenia na sieti sa pakety môžu pomiešať alebo stratiť, preto transportná vrstva kontroluje ich prenos, ktoré zabaľuje do väčších blokov dát nazývaných segmenty (segments). Pri odosielaní údajov sa tieto segmenty zostavujú z dát (napr. ) ktoré chceme posielať a pri príjme na druhej strane sa zase skladajú do pôvodných údajov Relačná vrstva (Session Layer) Relačná vrstva nadväzuje, udržiava a po ukončení ruší jednotlivé relácie (relácia vzťah, spojenie) medzi aplikáciami. Koordinuje komunikáciu medzi dvoma bodmi, a to na základe troch metód: Simplex mode Half-duplex mode Full-duplex mode Prezentačná vrstva (Presentation Layer) Má na starosti potrebné konverzie prenášaných údajov ako je šifrovanie, dešifrovanie a kompresia, dekompresia. Zaručuje, že informácia posielaná aplikačnou vrstvou jedného OS bude čitateľná aj aplikačnou vrstvou iného OS (napr. Windows Linux). 13

14 3.1.7 Aplikačná vrstva (Application Layer) Aplikačnú vrstvu predstavujú jednotlivé sieťové aplikácie, napr. Internet Explorer, Mozilla, Opera, Netscape, Outlook. 3.2 Vrstvy a protokoly TCP/IP Protokol TCP/IP v podstate dokončil obr. Porovnanie čo ISO/OSI dvoch začal. modelov Podobne OSI ako a v TCP/IP referenčnom modeli ISO/OSI aj v TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) sa autori celkom pochopiteľne rozhodli pre vrstvový model a pre rozdelenie sieťových funkcií do štyroch hierarchicky usporiadaných vrstiev Vrstva sieťového rozhrania (Network Interface Layer) Táto vrstva, niekedy označovaná ako analógia k ISO/OSI aj ako linková vrstva (Link Layer), má na starosti všetky činnosti spojené s konkrétnym ovládaním prenosovej cesty a činnosti spojené s vysielaním a prijímaním údajových rámcov. Prakticky ju môže tvoriť relatívne jednoduchý ovládač sieťovej karty (Device Driver). Vzhľadom na častý prípad pripájania jednotlivých PC do lokálnej siete typu Ethernet, je táto vrstva nesprávne označovaná aj ako Ethernetová vrstva Vrstva sieťová (Internet Layer) Sieťová vrstva, niekedy označovaná aj ako IP vrstva, sa stará o to, aby sa jednotlivé pakety dostali od odosielateľa až ku svojmu príjemcovi cez prípadné brány a smerovače. S ohľadom na "nespojovaný" charakter prenosu v IP je na tejto úrovni realizovaná jednoduchá nespoľahlivá služba Vrstva transportná (Transport Layer) Úlohou tejto vrstvy, niekedy tiež označovanej TCP vrstva, je vykonať prenos medzi dvoma koncovými účastníkmi (aplikáciami). Keďže sieťová vrstva a na nej IP protokol vykonáva službu ktorá je nespojovaná a nespoľahlivá, tento nedostatok musí riešiť vyššia vrstva a teda transportná. S toho dôvodu TCP protokol vykonáva na tejto vrstve službu, ktorá je spoľahlivá a spojovaná Vrstva aplikačná (Application Layer) - je to najvyššia vrstva. Tvoria ju aplikačné programy (rôzne web prehliadače, OutLook), ktoré priamo komunikujú s transportnou vrstvou. 14

15 3.3 Typ služieb v sieťových vrstvách Mgr. Juraj Badáni Aké služby poskytujú jednotlivé vrstvy? Podľa spôsobu vytvárania spojenia možno služby deliť na spojované služby (Connection-oriented Services) a na nespojované služby (Connectionless Services). V prvom prípade na dobu komunikácie skutočne vzniká medzi účastníkmi spojenie (podobne ako napr. pri telefonovaní prostredníctvom pevnej linky), pre komunikáciu 2 bodov je vyhradený komunikačný kanál do ktorého nevstupujú iné komunikácie. V druhom prípade sa údaje, rozdelia na samostatné celky s adresou príjemcu, a doručujú sa spôsobom podobným listovým zásielkam. Prenosový kanál nie je výhradne rezervovaný iba pre jednu komunikáciu. Prirovnanie je k doručeniu pošty pomocou poštára. Toto je vlastne hlavný princíp prenosu paketov v internete. Podľa spoľahlivosti možno služby rozdeliť na spoľahlivé služby (Reliable Services) a nespoľahlivé služby (Unreliable Services). Spoľahlivá je taká služba, ktorá nikdy nestráca údaje. Najčastejšie sa realizuje prostredníctvom vhodného mechanizmu potvrdzovania (Acknowledgement), pri ktorom príjemca potvrdzuje úspešnosť prijatia alebo požaduje opätovné vysielanie tých údajov, ktoré boli prijaté s chybami. Príkladom je TCP protokol, ktorý pracuje na L4. Prostredníctvom tohto protokolu pracujú ďalšie protokoly napríklad http, pop3, smtp, ftp. Nespoľahlivé služby sú také služby, ktoré síce majú vysokú mieru spoľahlivosti, neposkytujú však stopercentnú záruku úspešnosti transportu údajov. Príkladom je UDP protokol pracujúci na L4. Prostredníctvom tohto protokolu sa realizuje živé rozhlasové alebo televízne vysielanie. Podľa použitého mechanizmu potvrdzovania, ktorým možno zabezpečiť spoľahlivú službu, možno služby rozdeliť na potvrdzované (Confirmed) a nepotvrdzované (Unconfirmed). Ako je v ISO/OSI realizované potvrdzovanie? V ISO/OSI existuje niekoľko spôsobov na realizáciu potvrdzovania. Jedným z často používaných spôsobov je tzv. jednotlivé potvrdzovanie (Idle RQ, stop & wait RQ). Pri takomto spôsobe odosielateľ odošle v linkovej vrstve rámec a čaká na "odpoveď" príjemcu. Každý ďalší rámec posiela až potom, keď mu príjemca signalizuje úspešné prijatie predošlého. Ak sa odpovede nedočká alebo je signalizované neúspešné prijatie, potom príslušný rámec zopakuje. Konkrétny mechanizmus môže byť založený na kladnom potvrdení (Positive Acknowledgement), kedy sa potvrdzujú len bezchybne prijaté rámce alebo na zápornom potvrdení (Negative Acknowledgement), kedy príjemca signalizuje len zle prijaté rámce alebo sa signalizujú aj dobre aj zle prijaté rámce. Pretože takéto mechanizmy bývajú pomerne pomalé, existujú ich vylepšenia, ktoré umožňujú zvýšiť rýchlosť toku údajov. Iným spôsobom je tzv. kontinuálne potvrdzovanie (Continuous RQ). Pri takomto spôsobe odosielateľ posiela určitý maximálny počet rámcov. Príjemca na ne kontinuálne "nazerá" a priebežne ich kontroluje cez "okienko", ktoré má napr. šírku štyroch rámcov. Ďalší rámec (v tomto prípade n+4-tý) sa do okienka dostane až po tom, keď sa skontroloval n-tý rámec. Príjemca môže regulovať rýchlosť posúvania rámcov. Takáto metóda sa podľa spôsobu realizácie nazýva metóda okna (Sliding Window Method). 15

16 4. Adresovanie v sieťach TCP/IP a internete IP-adresa Jedným z významných rozhodnutí pri vývoji protokolov TCP/IP bolo rozhodnutie o "previazaní" všetkých konkrétnych prenosových technológií jednotným protokolom IP (Internetwork Protocol) na úrovni sieťovej vrstvy. Dôsledkom tohoto rozhodnutia bolo to, že sa v Internete volila jednotná forma adresovania (IP-adresa) korešpondujúca so všetkými ďalšími rozhodnutiami, ktoré autori protokolov TCP/IP prijali. V IP sieťach je adresovanie založené na IP adresách. Každý IP paket obsahuje v hlavičke, ako možno vidieť na obrázkoch, IP adresu zdroja a IP adresu cieľa. Pomocou týchto adries potom smerovače vedia, kde majú daný paket nasmerovať. IP adresa má veľkosť 32 bitov. Je rozdelená do dvoch alebo niekedy aj troch častí. Prvá časť slúži na adresovanie siete (Network ID), druhá časť, ak je aktivovaná, obsahuje adresu podsiete a tretia posledná časť predstavuje adresu užívateľa v sieti (Host ID). Dĺžka týchto troch polí je variabilná. Závisí od toho, aká trieda adries je použitá. Autori v snahe neplytvať zbytočne adresným priestorom a zostať pri 32 bitoch na jednu numerickú IPadresu, našli kompromisné riešenie. Rozhodli sa prispôsobiť mechanizmus adresovania predpokladu, že budú existovať ako obrovské (zriedkavo sa vyskytujúce), tak i stredne veľké a tiež aj veľmi malé siete (ktorých však môže byť zas veľmi veľa) a navrhli "pružnú hranicu" medzi oboma logickými zložkami adresy - adresou siete a adresou samotného uzla. Zvolili také riešenie, ktoré dovoľuje tri (resp. až päť) rôzne základné formáty (triedy) adries - A, B, C, (resp. D, E), líšiace sa v tom, koľko z možných 32 bitov je vyhradených pre adresu siete a koľko pre adresu uzla (používateľa) v danej sieti. 16

17 Mgr. Juraj Badáni Trieda A 0 Sieť Používateľ Trieda B 1 0 Sieť Používateľ Trieda C Sieť Používateľ obrázku Formáty sú znázornené adries A,B formáty a C triedy. pre adresy A, B a C triedy v IP sieťach. Na V tejto súvislosti IP siete môžu byť tiež rozdelené na menšie jednotky - podsiete (subnets). Potom sa v IP adresách ešte vyskytuje adresa podsiete, ale celková veľkosť adresy ostáva 32 bitov. Takže táto adresa je na úkor používateľskej adresy, to znamená, že v podsieti môžeme adresovať menej používateľov. Adresy triedy A (Class A) sú určené pre veľmi veľké siete. Predpokladajú, že pre adresu uzla v rámci danej siete je využitých 24 najnižších bitov z 32 bitovej adresy. Pre adresu je vyhradených ostávajúcich 8 bitov, z ktorých jeden je indikačným bitom toho, že sa jedná práve o adresu triedy A. Teoreticky môže byť teda 27 veľkých sietí, prakticky je to však ináč, pretože niektoré z týchto adries sú využité na špeciálne účely. Adresy triedy B (Class B) sú určené pre stredné siete. Adresných 32 bitov rozdeľujú na dve rovnaké časti. Pre adresu uzla v rámci siete je vyhradených 16 bitov. Pre adresu siete je vyhradených 14 bitov, pretože dva bity identifikujú triedu B. Sietí triedy B môže byť teda Adresy triedy C (Class C) sú určené pre malé siete, ktoré majú málo uzlov. Pre adresu uzla je v nich vyhradených len 8 bitov. Takýchto sietí môže byť ale veľmi veľa, preto pre adresu siete je vyhradených 21 bitov (3 bity sú identifikačné). V praxi to znamená, že vo veľkých sieťach môže byť približne 16 miliónov počítačov, v stredných sieťach približne počítačov a v malých sieťach max. 254 počítačov. Celkový prehľad IP-adries 17

18 Pre jednoduchšiu čitateľnosť IP-adries platí dohoda, podľa ktorej sa 32 bitov IP-adresy rozdelí na štyri časti po osem bitov (oktety) a každý oktet sa zapíše ako jedno celé dekadické číslo bez znamienka, ktoré je od ostatných oddelené bodkou. Takáto reprezentácia sa nazýva bodková desiatková notácia (Dotted Decimal Notation). Význam identifikačného bitu/bitov je potom nasledovný: adresy triedy A začínajú číslom z intervalu 1 až 127, triedy B číslom 128 až 191 a adresy triedy C začínajú číslom 192 až 223. Takže napr je príkladom zápisu IPadresy triedy C. Formát IP-adries, ktorý autori protokolov TCP/IP prijali bol kompromisom, ktorý riešil otázku existencie rôznych druhov sietí. Uvedená konvencia adresovania v sieťach s protokolmi TCP/IP sa preto v čase prijatia a zavedenia v Internete zdala byť dokonalá. Chybou bolo však to, že v dobe svojho vzniku nepredpokladala taký obrovský počet používateľov sietí. Veľký nárast záujemcov o pripojenie však spôsobuje rýchly úbytok voľného adresného priestoru. Adresu siete v internete prideľuje centrálny správca internetu. Adresy uzlov v sieti volí správca konkrétnej siete. V súčasnej dobe je napr. už vydaných asi 70% adries triedy B, preto sa prideľujú už len výnimočne. Zvolená konvencia má totiž silné obmedzenie v tom, že ak aj napríklad žiadateľ o pridelenie adresy triedy C buduje sieť s malým počtom uzlov, aj tak mu bude pridelených všetkých 256 IP-adries, ktoré majú rovnaké číslo siete (pre svoju sieť potrebuje totiž svetovo jednoznačnú IP-adresu, ktorú nemá žiadna iná sieť). Hrozí teda "vyčerpanie" adries. Riešením by malo byť prijatie úplne nového štandardu IPnG (IP New Generation) označovaného aj IPv6, ktorý bude pre každú adresu namiesto terajších 4 bajtov používať 16 bajtov. Poznámka Ako už bolo vyššie naznačené, okrem základných troch tried IP-adries existujú ešte dve ďalšie triedy. Trieda D (identifikácia 1110) je určená pre tzv. skupinové vysielanie (multicasting) a trieda E (identifikácia 11110) je vyhradené pre budúce možné využitie. Trieda D tieto adresy sú tzv. skupinové adresy. Keďže prvé 4 bity sú , prvý bajt môže mať hodnoty Tieto skupinové adresy sú orientované aplikačne každá adresa triedy D je teda vyhradená pre určitú aplikáciu. Trieda E táto trieda adries je síce definovaná, ale zatiaľ nie je prakticky využívaná. Kto konkrétne prideľuje IP-adresy na svetovej úrovni? Celosvetovo prideľuje IP-adresy InterNIC (Internet Information Centre). Je to organizácia (konzorcium troch firiem Network Solutions,Inc., AT&T a General Atomics, pracujúcich na komerčnom základe) podporovaná National Science Foundation, ktorá je riadená vládou USA. Pretože dochádza k veľkému nárastu pripojených počítačov do Internetu musia žiadatelia predkladať podrobné plány zamýšľaných aktivít. Až potom môžu byť ich žiadosti o pridelenie IP-adries schválené. Samotné IP-adresy prideľuje a registračné služby s tým spojené poskytuje firma Network Solutions,Inc. (NSI). Firma AT&T má na starosti databázové služby (centrálny register používateľov a používateľských organizácií). General Atomics poskytuje informačné služby a zabezpečuje vzdelávanie Adresa portov V predchádzajúcej časti sme "akosi logicky" predpokladali, že zdrojovým odosielateľom a koncovým príjemcom rôznych posielaných údajov je konkrétny uzlový počítač. V skutočnosti sú to však entity aplikačnej vrstvy. Tieto entity môžu byť rôzne nazvané: procesy (Processes), úlohy (Tasks), aplikačné programy (Application Programs). Potom je potrebné presne rozhodnúť, ktorej entite majú byť napr. prijaté údaje odovzdané. Najjednoduchšie by bolo prideliť jednotlivým procesom identifikátor a pomocou neho určovať koncových príjemcom údajov. Je tu však problém v tom, že jednotlivé procesy vznikajú a zanikajú a v počítači nie je dostatok miesta pre informácie o konkrétnych bežiacich procesoch. Inou možnosťou je vytvoriť na rozhraní medzi transportnou a aplikačnou vrstvou akési "prechody" a im prideliť jednoznačné adresy. Prenášané údaje potom môžu byť adresované týmto "prechodom" a skutočným príjemcom je ten proces, ktorý prináleží "prechodu". V architektúre s protokolmi TCP/IP sa pre tieto "prechody" používa označenie porty (Ports). Jednotlivé procesy sa síce k portom pripájajú dynamicky, pre odosielateľa je však podstatné, že pozná adresu portu (v tvare celého čísla bez znamienka v rozsahu 16 bitov) a proces, ktorý je v danom čase naň pripojený. Najčastejšie používané procesy sú pripojené k portom s pevne definovanými adresami. Ostatné adresy sú voľné pre dynamické prideľovanie podľa okamžitých potrieb. Poznámka 18

19 Mgr. Juraj Badáni Ak je teda potrebné rozlíšiť proces, pre ktorý je údajový paket určený, je potrebné k IP-adrese pridať ešte číslo portu. Napríklad port 23 je určený pre Telnet (pozri ďalej), port 25 pre elektronickú poštu (pozri ďalej) a pod. 6. Protokoly jednotlivých vrstiev Sieťové protokoly Protokol definuje komunikačné pravidlá, ktorými sa riadi výmena dát v sieti. Pre správnu funkciu je nutné, aby všetky sieťové stanice používali rovnaký protokol. V sieti LAN sa používajú tri druhy protokolov. NetBEUI Je to pomerne starý protokol, nepodporuje smerovanie, je vhodný len pre malé siete typu peer to peer. IPX/SPX 19

20 Sada protokolov vyvinutých firmou Novell, pre sieťový operačný systém NetWare. Stretnete sa s nimi u NetWare 3.x a 4.x. Posledná verzia 5 tiež s ním vie pracovať, ale ako prvoradý využíva protokol rady TCP/IP. IPX (Internet Packet Exchange) Pracuje na úrovni sieťovej vrstvy ISO/OSI. Zaisťuje prenos paketov vyšších protokolov a prenos dát medzi stanicami, ale nekontroluje správnosť prenosu. Ide o protokol nespojovo orientovaný. SPX (Sequenced Packet Exchange) Je vyšším (nadriadeným) protokolom IPX. Ide o protokol spojovo orientovaný, pracujúci na úrovni transportnej vrstvy ISO/OSI. Kontroluje správnosť prenosu paketov, pri zistení chyby vyžaduje opakovanie prenosu. Adresovanie v sieťach IPX/SPX Adresovanie pridelenie originálnej adresy jednej stanici. U sietí IPX/SPX sa adresovanie riadi pravidlami: Každý káblový segment má svoje vlastné číslo externej siete IPX (external network number). Využívajú ho predovšetkým smerovače. Číslo je štvormiestne vyjadrené hexadecimálne. Potom nasleduje číslo uzla (node number), tiež udávané ako MAC adresa (Media Access Control address). Ide o adresu sieťovej karty. U kariet Ethernet a Token Ring je údaj zadaný už vo výrobe. Ide o 12miestne hexadecimálne číslo. Posledným je číslo internej siete (IPX internal network number), tým je identifikovaný server, číslo je hexadecimálne a štvormiestne. Pri adresácii v sieti platia tieto zásady: Každý server musí byť unikátny, má jedinečnú adresu definovanú interným číslom siete Unikátne sú aj čísla káblových segmentov (externé čísla siete), ale v rámci jedného segmentu je externé číslo siete rovnaké Každá sieťová karta (t.j. PC) má originálne číslo uzla Výhodou tohto usporiadanie je, že číslo internej a externej siete sa generuje automaticky (je možné ho opraviť) a tiež číslo uzla je generované pri výrobe. Užívateľ teda do adresovania nemusí zasahovať. Protokol TCP/IP Najrozšírenejší protokol, využíva sa v Internete. IP (Internet Protocol) Pracuje na sieťovej vrstve ISO/OSI. Jeho úlohou je vysielanie paketov (datagramov) na základe adries v nich obsiahnutých. Je protokolom nespojovým, príjem paketov neoveruje. TCP (Transmission Control Protocol) Pracuje na transportnej vrstve. Vytvára spojenie medzi vysielacím a prijímacím počítačom, segmentuje dáta, potvrdzuje príjem dát. Spojenie nadväzuje prostredníctvom adries a portov umiestnených na každom počítači. Adresovanie v sieti TCP/IP Je nutný zásah užívateľa. Každá stanica musí mať originálne číslo, a z čísla musí byť jasné umiestnenie stanice v sieťovom segmente. Každá stanica má svoju IP adresu reprezentovanú štvoricou trojmiestnych desiatkových čísel, jednotlivé čísla sú oddelené bodkou. Každé desiatkové číslo môže mať max. hodnotu 255. TCP/IP je veľmi rozšírený a preto boli IP adresy rozdelené do tried (viď.tab.) Rozsah adries prvého Počet čísel vyhradených Počet čísel vyhradených Použitie čísla pre adresu siete pre adresu uzla Trieda A (adresovať 126 sietí) 3(adresovať asi 17 mil. Pre rozsiahle siete pc) Trieda B (adresovať 16 tis.sietí) 2(adresovať asi 65 tis. Stredne veľké siete pc) Trieda C (adresovať 2mil.sietí) 1(adresovať 254 pc) Menšie siete 20

21 Mgr. Juraj Badáni Prideľovanie IP adries je v Internete celosvetovo koordinované. Každá trieda má vymedzený určitý rozsah adries, ktorý nie je využívaný v Internete a môže sa použiť pre experimentálne účely. Práve tieto adresy sa používajú v sieťach LAN. Sú to : Trieda A : až Trieda B : až Trieda C : až K popisu adresy TCP/IP patrí ešte maska. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Je prostriedok, ktorý automaticky prideľuje IP adresy. Býva ponúkaný ako služba sieťového operačného systému je to program spustený na servri (tzv. DHCP server). Po pripojení stanice do siete je jej servrom pridelená IP adresa. DNS (Domain Name System) Táto služba prevádza čísla na mená. DNS rozdeľuje počítače do zón, nazývaných domény. (napr. všetky počítače na Slovensku sú zaradené do domény.sk). Domény sa ďalej radia do stromovej štruktúry. I DNS je súčasťou sieťových operačných systémov, opäť ide o program (DNS server) spustený na servri. čo je to ip adresa z čoho sa skladá triedy ip adries (A,B,C,D,E,F-tabuľka) sieťová maska (dvojkovo desiatkovo prefix), podstata čo určuje privátne adresy, loopback výpočet adresy siete výpočet obežníka siete inside a outside local a global address, proxy server, nat, pat delenie siete na podsiete výpočet použitelných host v podsieti výpočet použitelných podsieti 5. Architektúra sietí MAN a WAN FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Sieťový štandard pre vysoko zaťažené siete. Princíp je odvodený od Token Ring. Základné znaky: rýchlosť 100 Mb/s, dvojitá protismerná kruhová topológia, optická kabeláž a prístupová metóda Token. Stanice sú prepojené dvoma okruhmi z optických káblov. Po primárnom prebieha celková komunikácia medzi stanicami, a po sekundárnom okruhu putuje token opačným smerom. Pokiaľ stanica stratí pripojenie k primárnemu okruhu sú oba okruhy prepojené a komunikácia môže prebiehať ďalej. V sieti FDDI rozlišujeme dva spôsoby pripojenia staníc : Dual attachment station, concentrator (DAS, DAC) sú pripojené k obidvom okruhom Single attachment station, concentrator (SAS, SAC) sú pripojené len k primárnemu okruhu K pripojeniu sa používajú FDDI rozbočovače. FDDI sa používajú pre prepojovanie metropolitných sietí. Kabeláž Rýchlosť Max. vzdialenosť staníc Max. počet staníc Max. dĺžka kruhu Optický kábel 100 Mb/s Jednomódové káble: 10km, mnohomódové káble: 2km 500 v kruhu 100 km 21

22 ATM (Asynchronous Transfer Mode) Je podobná FDDI technológii, používa sa pre chrbticové lokálne siete a metropolitné siete. Je odlišná svojou základnou koncepciou. Je technológiou spojovo orientovanou (connection-oriented). Pred dátovým prenosom medzi dvoma koncovými stanicami musí byť naviazané a zostavené spojenie. To popisuje celú cestu medzi stanicami, preto smerovacie informácie môžu byť obsiahnuté v samotnej dátovej bunke (packet) a tiež sa pri smerovaní buniek využívajú. ATM má konštantnú dĺžku packetu, ktorý ma 5 bajtovú hlavičku viac a nesie 48 bajtov dát. Pevná dĺžka paketu dovoľuje optimalizovať ATM prepínače a dosahovať prenosovej rýchlosti až Gb/s. Pravidelný prenos krátkych paketov zaisťuje nepretržitý tok dát, a preto je možné ATM použiť aj na prenos zvuku a obrazu. Pre ATM je typická hviezdicová topológia a optické káble. ISDN xdsl 8. Hardvérové prvky počítačových sietí 8.1 Pasívne prvky KABELÁŽ Koaxiálny kábel (coaxial cable) Základ tvorí medený vodič obalený plastovou izoláciou, ktorá je obalená tienením. Všetko je vložené do vonkajšej izolácie. Používajú sa dva druhy káblov, ktoré sa od seba líšia vlastnosťami. Pre koaxiálne káble je typická zbernicová topológia. Rýchlosť prenášaných dát je 10 Mb/s. Tučný koaxiálny kábel (thick Ethernet) 22

23 Mgr. Juraj Badáni Hrúbka cca 10 mm, dobré elektrické vlastnosti, ktoré umožňovali jeho použitie v dlhých káblových segmentoch (spájanie jednotlivých sietí). V súčasnosti je nahradzovaný optickým káblom alebo krútenou dvojlinkou. Nevýhody: problémy pri montáži a spôsob pripojenia stanice ku káblu. Na pripojenie potrebuje transceiver (TCR) a k nemu je pripojený kábel transceiver cable (AUI cable). Transceiver je možné pripojiť len na označených miestach kábla, odbočovací kábel AUI je zakončený 15 kolíkovým konektorom. Tenký koaxiálny kábel (thin Ethernet) Hrúbka cca 5 mm, použitie pre kratšie sieťové segmenty. Je zakončený BNC konektorom, ktorý sa zasunie buď do sieťovej karty alebo do T konektora. Kábel musí byť na oboch koncoch ukončený zakončovacím odporom (50Ω). Vyššiu spoľahlivosť koaxiálnej kabeláže dosiahneme tak, že T- konektory nahradíme EAD zásuvkami. Počítače sa potom pripájajú koaxiálnym patch káblom. Krútená dvojlinka (Twisted Pair) Pre prepájanie počítačov možno použiť aj dvojvodičové prepojenie. Aby sa čo najviac eliminoval tzv. "anténny efekt" skrúcajú sa vodiče do krútenej dvojlinky. Minimalizuje sa tak vplyv rušenia na šírený signál. Vyššiu odolnosť možno naviac zabezpečiť tienením krútenej dvojlinky. Krútené dvojlinky sa používajú tam, kde to realizácia dovolí, často na miestach, kde sú v budovách k dispozícii nevyužité pôvodné telefónne inštalácie. Možno ich použiť pri rôznych typoch prenosových technológií. V praxi sa najčastejšie stretávame s káblom kategórie 5, ktorý má štyri páry vodičov a rýchlosť prenosu je max. 100 Mb/s. Krútená dvojlinka je mechanicky viac odolnejšia ako koaxiál, pri montáži sa s ňou ľahšie manipuluje, používa sa hviezdicová topológia. Môžme sa stretnúť s dvojakým prevedením : netienená krútená dvojlinka UTP (Unshielded Twisted Pair) tienená krútená dvojlinka STP (Shielded Twisted Pair) je drahšia a používa sa tam, kde dochádza k vonkajšiemu rušeniu Názov kábla Odpor Doporučenie Označenie Rýchlosť prenosu Konektor Krútená dvojlinka 100 Ω 10baseT Category Mb/s RJ-45 Optický kábel (Optical Cable) Je to veľmi moderné prenosové médium. Optický kábel sa skladá z jedného alebo viacerých optických vlákien (Optical Fibers), ktoré sú proti mechanickému namáhaniu chránené vhodnou výplňou a obalom. Samotné vlákna o priemere niekoľkých mikrometrov sú vyrobené zo skla alebo špeciálneho plastu. Tieto vlákna umožňujú dosiahnuť veľmi vysoké prenosové rýchlosti (až Gb/s). Okrem vysokej prenosovej rýchlosti je ich výhodou aj absolútna necitlivosť voči elektromagnetickému rušeniu, bezpečnosť voči možnému odpočúvaniu, malý priemer a malá hmotnosť atď. 23

24 Existujú dva druhy optických káblov, ktoré sa líšia spôsobom vedenia lúča vo vlákne : Mnohomódové lúč sa odráža od plášťa vlákna, index lomu plášťa nie je konštantný a vplyvom jeho zmien je pôvodný lúč rozložený na viac svetelných lúčov (módov). Kábel má horšie optické vlastnosti, je lacnejší a lepšie sa s ním pracuje. Častejšie použitie. Jednomódové káblom prechádza len jeden lúč bez lomu a ohybu, lepšie optické vlastnosti, vyššia prenosová kapacita, prenos signálu na väčšie vzdialenosti ako u mnohomódových, drahšie. Typy koncoviek : guľatý konektor ST hranatý konektor SC V optickej kabeláži využívame prevodník transceiver (prevod elektrického lúča na svetelný lúč a naopak) a konvertor (na napojenie optického kábla na krútenú dvojlinku, a tiež prevod lúča na elektrický impulz). Výhody oproti metalickým vodičom (a z toho odvodený prospech) sú nasledovné: malý prenosový útlm (mnohonásobné predĺženie vzdialenosti bez potreby regenerácie signálov), väčšia prenosová šírka pásma (zväčšenie kapacity prenosového kanála), odolnosť voči elektromagnetickému rušeniu a interferenciám (nulový presluch a rušenie), dielektrické prepojenie vysielača a prijímača (odstránenie vplyvu potenciálu zeme), nulová indukcia (možnosť inštalácie súbežne s vysokým napätím), komplikované odpočúvanie (vysoký stupeň bezpečnosti údajov), malé rozmery a hmotnosť (úspora inštalačných nákladov), všeobecná bezpečnosť (možnosť použitia vo výbušných a horľavých prostrediach). Nevýhodou je zatiaľ stále ešte problematické prepájanie jednotlivých káblov a pripájanie koncových konektorov a ysoká cena nie kábla ale prvkov kabeláže. Ako sa optické káble a vlákna spájajú? Pre vytvorenie spojenia dvoch vlákien v prípade, kedy sa predpokladá nerozoberateľnosť spojenia, sa musí použiť špeciálna spájacia technológia, ktorá zabezpečí minimálny útlm spoja. V praxi sa používajú dve technológie: zváranie a lisovanie. Pri zváraní (fúzne spájanie) sú obe spájané vlákna pomocou špeciálneho presného zariadenia čelnými plochami navzájom presne nastavené k sebe a potom zvarené. Lisovanie (správnejšie: zlisovanie) sa vykonáva speciálnym lisovacím zariadením, v ktorom sú obidve spájané vlákna vzájomne mechanicky stlačené a potom zabezpečené držiakom, ktorý ich trvalo spája. Na spoj na umiestni plášť proti tlakovému namáhaniu spoja. Tieto techniky sú kombinované s konektorovou technikou spájania, pretože vo väčšine prípadov sa mnohovláknový kábel spája s koncovými zariadeniami. Za týmto účelom sa jednotlivé optické vlákna v špeciálnom zariadení spoja s jednožilovými káblikami, ktoré majú na konci spoločný konektor pre koncové zariadenie. Pre prepájanie uzlových počítačov sa v rozľahlých sieťach najčastejšie používajú telekomunikačné kanály či okruhy s určitými technickými parametrami, prenajaté od organizácií spojov. Takéto okruhy sa často vytvárajú pomocou rôznych diaľkových káblov. V poslednej dobe sa však využívajú aj modernejšie spôsoby, akými sú mikrovlnné a družicové spoje. 24

25 Mgr. Juraj Badáni Mikrovlné spoje (Microwave Links) Prívlastkom mikrovlné sa označujú elektromagnetické vlny s extrémne malou vlnovou dĺžkou (a veľkou frekvenciou). V praxi sa používajú frekvencie 1 GHz až 12 Ghz. Vlny s takouto frekvenciou sa vhodnými parabolickými vysielacími anténami sústredia do úzkeho lúča, ktorý sa nasmeruje na prijímaciu anténu. Mikrovlné spoje potom možno použiť napr. v mestských aglomeráciach, kde nerušia vzhľad historických jadier, pamiatok a pod. Typ kábla Výhody Nevýhody Použitie Tučný koaxiálny kábel Dobré elektrické vlastnosti Obtiažna montáž a pripájanie jednotlivých PC. Rýcholsť len 10Mb/s. Pre prepojovanie jednotlivých sietí, dnes sa takmer nepoužíva. Tenký koaxiálny kábel Lacný, jednoduchá montáž Nižšia spoľahlivosť, náchylný k starnutiu. Rýchlosť len 10 Mb/s. Krútená dvojlinka Lacná, jednoduchá montáž, Musí sa používať aktívny rýchlosť 10, 100 a 1000 Mb/s prvok - HUB Optický kábel Rýchlosť 10, 100 a 1000 Mb/s, Zložitá a drahá montáž odolnosť voči rušeniu, prenos na dlhé vzdialenosti. Galvanické oddelenie spájaných sietí Tab. č.1 Porovnanie vlastností jednotlivých typov káblov Dožíva v starších kabelážach. Dnes štandard Pre prepojovanie jednotlivých sietí alebo budov Norma Prenosová rýchlosť [Mbps] Kábel Konektor Dĺžka segmentu Topológia 10GBase Optický kábel 1000Base-LX Optický kábel ST, SC 1000Base-SX Optický kábel ST, SC 1000Base-T Krútená dvojlinka RJ Base-FX 100 Optický kábel ST, SC 412 m m 100Base-TX 100 RJ 45 pre UTP Krútená dvojlinka DB-9 pre STP 100 m hviezda Maximálna dĺžka siete 10BASE-FL 10 Optický kábel ST, SC 2000 m 10BASE-T 10 Krútená dvojlinka RJ m hviezda Podľa Hubov 10BASE-2 10 Koaxiál tenký BNC 185 m zbernica 910 m 10BASE-5 10 Koaxiál tučný AUI 500 m zbernica 2500 m Tab.č.2 Prehľad Ethernetov Bezdrôtové siete LAN (Wireless LAN) Základom pre wireless sú prístupové body (Access Point-AP), ktoré prepájajú bezdrôtovú sieť so sieťou káblovou. Druhou skupinou sú klientské adaptéry, sieťové karty v staniciach. Okolo jedného prístupového bodu sa vytvorí bunka bezdrôtovej siete. Oba základné prvky (AP i klient) signály vysielajú a prijímajú, sú teda kombináciou vysielačov a prijímačov. Pre bezdrôtové siete LAN existuje štandard IEEE b, norma bola odvodená z Ethernetu a majú teda niektoré podobné znaky - prístupová metóda CSMA/CD a podobné zloženie packetov. Hlavné znaky wireless štandardu: rýchlosť prenosu 11 Mb/s prenos sa šíri rádiovými signálmi na frekvencii 2,4 GHz, čo umožňuje dosah vo vnútorných priestoroch od 25 do 100m pre prenos sa používa prenosová schéma DSSS (Direct-Sequence Spread-Spectrum), to zaisťuje dostatočnú rýchlosť a spoľahlivosť prenosu dát dôležitá je bezpečnosť prenášaných dát, súčasťou normy je 40 bitové kódovanie dát WEP (Wired Equivalent Privacy) Prístupový bod 25