Sieci komputerowe. Dr inż.. Marcin Blachnik

Transkrypt

1 Sieci komputerowe Dr inż.. Marcin Blachnik Część materiałów opracowanych wspólnie z dr Katarzyna Statkiewicz

2 Forma zaliczenia Ocena z laboratorium Ocena z wykładu = dwa kolokwia Ocena końcowa = średnia z obydwu ocen Jeśli jedna ocena w indeksie to dodatkowo średnia z lab Obecność na wykładach powoduje zaokrąglanie ocen w górę w nie jsnych sytuacjach: czyli jeśli średnia jest 3.25 i osoba uczęszczała na wykłady to dostanie 3,5, jeśli nie uczęszczała to dostanie 3

3 Literatura Rob Scrimger, Paul LaSalle, Clay Leitzke, Mridula Parihar, Meeta Gupta,TCP/IP. Biblia, Helion 2002 Mark Sportack, księga eksperta, helion, 1999 James Semick, networking essentionials, MCSE, testy, przygotowawcze, egzamin MCP , 1999 Craig Hunt, TCP/IP, administracja sieci, 1996 Vito Amato, akademia sieci CISCO, autoryzowany podręcznik programu CISCO Networting Academy, 2001 Bruce Hallberg, sieci komputerowe, kurs podstawowy, edition 2000, 2001

4 W sieci

5 Sieci podstawy

6 Po co nam sieci? Wymiana informacji Współdzielenie danych Współdzielenie urządzeń Współdzielenie mocy obliczeniowej obliczenia rozproszone Bezpieczeństwo danych i informacji centralizacja źródeł informacji Bezpieczeństwo użytkowników sieci Centralizacja zarządzania infrastrukturą

7 Redukcja kosztów 6 x drukarka!!! po co Tylko jedna drukarka!!!

8 Bezpieczne pomieszczenie Serwer * Administrator = Centralne zarządzanie np. GPO Współdzielenie urządzeń *) Serwer = bezpieczeństwo i łatwość dostępu do danych centralizacja informacji.

9 Ewolucja każdy sobie rzepkę skrobie czasy zintegrowanych rozwiązań systemowych - wszystkie składowe sytemu informatycznego i sieci część zintegrowanego rozwiązania jednego producenta zmiany: pc - biurko potrzeba poprawy wydajności (współdzielenie plików) pracowników Xerox w Palo Alto (PARC) wynik: pierwsza sieć lokalna Ethernet I Xerox, Digital, Intel DIX Ethernet (II) ustalenie standardów sieciowych - przestrzeganie inteligentne urządzenia końcowe + LAN = paradygmat otwartego rozproszonego przetwarzania danych

10 Standardy zmęczenie zindywidualizowanym podejściem do sieciowego przetwarzania danych sukces Ethernet I i II postulat otwartych środowisk tworzenie własnych rozwiązań z różnych produktów wielu producentów cele otwartości: niższe koszty większe możliwości konkurencja tempo współdziałanie produktów różnych producentów platformy rozpoznają się, wiedzą jak się komunikować i współdzielić dane uniwersalnych standardów dotyczących każdego aspektu przetwarzania danych - normalizacja

11 Ewolucja problemy rozwiązanie - Projekt 802 instytutu IEEE LAN, Local Area Networks do łączenia urządzeń w niewielkiej odległości dostęp użytkowników do mediów komunikacyjnych współdzielenie danych/zasobów pliki, drukarki, moc obliczeniowa Granicą jest router MAN, Metropolitan Area Networks Duże sieci miejskie, działające w obrębie całych aglomeracji miejskich Do łączenia sieci lokalnych

12 LAN LAN Komputer B MAC: Komputer A MAC:

13 MAN / WAN

14 Rodzina IEEE 802.x IEEE Higher layer LAN protocols 802.1d STP Spanning Tree Protocol Protokół drzewa rozpinającego 802.1w RSTP Rapid Spanning Tree Protocol IEEE Logical link control IEEE Ethernet 802.3ad LACP Link Aggregation Control Protocol IEEE Token bus (disbanded) IEEE Token Ring IEEE Metropolitan Area Networks (disbanded) IEEE Broadband LAN using Coaxial Cable (disbanded) IEEE Fiber Optic TAG (disbanded) IEEE Integrated Services LAN (disbanded) IEEE Interoperable LAN Security (disbanded) IEEE Wireless LAN (Wi-Fi certification) IEEE demand priority IEEE Cat.6 10 Gb LAN (new founded) IEEE Cable modems (disbanded) IEEE Wireless PAN IEEE (Bluetooth certification) IEEE (ZigBee certification) IEEE Broadband Wireless Access (WiMAX certification) IEEE e (Mobile) Broadband Wireless Access IEEE Resilient packet ring IEEE Radio Regulatory TAG IEEE Coexistence TAG IEEE Mobile Broadband Wireless Access IEEE Media Independent Handoff IEEE Wireless Regional Area Network

15 Organizacje ustanawiające standardy ISO International Organization for Standarization 1946 Genewa (grec. isos równy, standardowy) międzynarodowa organizacja normalizacyjna, wynajęta przez ONZ do określania standardów międzynarodowych. zakres działania obejmuje praktycznie wszystkie dziedziny wiedzy ludzkiej poza elektryką i elektroniką. składa się z 90 org. ETSI the European Standards Organisation by the European Commission IEEE the Institute of Elektrical and Electronic Engineers def. i pub. standardy telekomunikacyjne oraz przesyłania danych. standard sieci LAN i MAN. zbiór norm technicznych Projekt 802 ANSI the American National Standards Institute prywatna org. niekomercyjna. misja: ułatwianie rozwoju, koordynowanie, publikowanie nieobligatoryjnych standardów. org uczestniczy w pracach organizacji ustanawiających standardy globalne tj. IOS, IEC IEC International Elektrotechnical Commission międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna, 1909 Genewa, ust. międz. standardy dot. zagadnień elektrycznych i elektronicznych IAB The Internet Architecture Board, Komisja Architektury Internetu (uprzednio działań Activities) zarządza techniczną stroną rozwoju Internetu. 2 komisje robocze: Grupa robocza ds. Technicznych Internetu (IETF Internet Engineering Task Force) odbiorca badań grupy naukowej ustanawia standardy techniczne dla Internetu oraz technologii internetowych np. protokół Internetu IP oraz Grupy Roboczej ds. Naukowych Internetu (IRTF Internet Research Task Force) bada nowe technologie IETF - Internet Engineering Task Force - Standardy Internetu regulowane są przez tą agencję i publikowane w dokumentach RFC. Zgodnie z definicją słowa Internet oznacza ono globalny system informacyjny spełniający następujące warunki.

16 Internet, Intranet i Ekstranet Internet ogólnodostępna sieć komputerowa Intranet wewnętrzny Internet oddzielona i niezależna sieć komputerowa w firmie lub organizacji, udostępniająca usługi Internetu wewnętrzne WWW, poczta, komunikatory itp. Ekstranet połączenie kilku Intranetów różnych firm i organizacji.

17 model OSI architektury łączenia systemów otwartych

18 warstwy OSI określenie zadań, funkcji - usługi protokołów standardy urządzeń warstwom odpowiadają określone elementy sprzętowe i programowe biorące udział w procesie wymiany informacji

19 model OSI różnorodny sprzęt + oprogramowanie= niekompatybilność 1984 r. - rynek sieci komputerowych zdominowany przez rozwiązania dużych producentów (DEC, IBM) indywidualnie tworzone architektury standardy model OSI (open sysytems interconnect) - ISO: realizacja otwartych połączeń systemów komputerowych płaszczyzna porównywania standardów opis struktury i funkcji stosu protokołów komunikacji danych podział sieci każda warstwa funkcje wykonywane podczas przekazywania danych za pośrednictwem sieci miedzy współpracującymi aplikacjami wyklucza bezpośrednie komunikowanie się między równorzędnymi warstwami różnych systemów

20 warstwa fizyczna Funkcja: transmisja strumienia danych pomiędzy dwoma (lub więcej) komputerami bez "kontroli ruchu" i bez uwzględnienia rodzaju informacji ciągłość transmisji nie jest zabezpieczona jeśli medium zostanie zablokowane lub uszkodzone, komunikacja zostanie przerwana wymagane charakterystyki wydajnościowe nośników i parametry urządzeń, sprzętowe możliwości przesyłania danych: skrętka, włókna światłowodowe i kable koncentryczne - warstwa 0 opisuje parametry elektryczne i mechaniczne łącza: określa poziomy napięć, częstotliwość zmiany napięcia, fizyczną prędkość przesyłania danych, maksymalna odległość, na jaka można prowadzić wymianę danych, kształt złącz, szybkość transmisji, opóźnienia transmisyjne, stopę błędów obejmuje procesy i mechanizmy dotyczące przenoszenia sygnałów na nośnik i odbierania z niego sygnałów odbiera ramki z warstwy 2 i przesyła szeregowo strukturę i zawartość odbiera bity przychodzących strumieni danych i przesyła je do warstwy 2 Standardy: RS-232 opisuje sposób połączenia urządzeń DTE (Data Terminal Equipment np.. komputer) oraz DCE (Data Communications Equipment np,. modem), w Europie V.24 Urządzenia: hub/koncentrator/ wtórniki/karta sieciowa modem

21 warstwa łącza danych funkcja: sterowanie przepływem danych pomiędzy dwoma lub więcej stacjami połączonymi tym samym łączem nadawania i odbierania- upakowanie instrukcji, danych w ramki informacji do pomyślnego przesłania danych przez sieć lokalną bezkolizyjny dostęp do łącza - kontrola przepływu synchronizacja bloków danych - uporządkowane dostarczanie ramek rozpoznawanie, wykrywanie i powiadamianie i korygowanie błędów transmisji (ramka nie osiąga miejsca docelowego, ulega uszkodzeniu) jakość transmisji - niezawodne przesyłanie danych węzeł początkowy odbiera od końcowego potwierdzenie otrzymania każdej ramki w postaci niezmienionej węzeł docelowy przed wysłaniem potwierdzenia weryfikuje integralność zawartości ramki - końcowa zgodność przesyłania danych standardy: Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP (Point to Point) - WAN urządzenia: karta sieciowa, unikatowy adres MAC przypisywany na etapie produkcji karty - adresowanie fizyczne przełączniki używają MAC do sterowania ruchem w sieci podwarstwa Media Acces Control warstwy łącza danych, łaczy sieci LAN, nie rozróżnia protokołów tylko je przekazuje most/bridge switch/przełącznik/ komutator - łączy segmenty sieci komputerowej, przekazuje ramki między segmentami

22 warstwa sieci funkcja: zapewnia wybór optymalnej drogi (trasy transmisji) pakietów (tj. danych i informacji sterujących) - pomiędzy dwoma stacjami końcowymi (nadawca i odbiorca) przy wykorzystaniu węzłów pośredniczących w oparciu o stan sieci, priorytety usług nie jest sprawdzana zawartość pakietów, brak mechanizmów kontroli korekcji błędów polega na wiarygodnej transmisji warstwy 2 do komunikowania z komputerami poza lokalnym segmentem sieci LAN architektura trasowania zapewnia jednoznaczną adresację wszystkich urządzeń w sieci protokoły: IP trasowania RIP, IGRP, EIGRP, OSPF określenie ścieżek optymalnych dla adresu docelowego odbieranie i przesyłanie pakietów z wykorzystaniem tych ścieżek trasowalne, do transportowania danych poza granice domen warstwy 2 IP (Internet Protocol) Novell IPX (Internetwork Packet Exchange) Apple Talk urządzenia: router przeprowadza/kieruje dane/pakiety poprzez sieci z rożnymi protokołami i architekturami

23 warstwa transportu funkcja: oddziela oprogramowanie warstw wyższych od problemów związanych z przesyłaniem danych końcowa integralność transmisji, bezpieczeństwo i pewność, niezawodność wymiany danych korekcja błędów warstwy leżące poniżej nie przykładają żadnej wagi do bezpieczeństwa skupiając się na zapewnieniu maksymalnej szybkości kontrole przepływu kontrola jakości awaria sieci - wyszukuje alternatywne trasy i ponownie wysyła pakiety danych, aż transmisja się powiedzie lub próbuje osiągnąć predefiniowany limit czasu sprawdza format i kolejność - resekwencjonowanie pakietów wykrywa pakiety odrzucone przez routery i automatycznie generuje żądanie ich ponownej transmisji protokoły: sieci komputerów różnych typów mogą używać kilku protokołów warstwy transportowej - niezawodne lub zawodne TCP Transmission Control Protocol - Departament Obrony USA, sprzedawany przez wielu producentów jako część pakietu protokołów TCP/IP ustanawianie i kończenie połączenia, przesyłanie danych, potwierdzanie otrzymania (lub nie) danych, prawidłowa kolejność pakietów, kontrole przepływu (np. ustalenie rozmiaru okna) wykorzystują go np.: HTTP, FTP UDP nie gwarantuje że pakiet dotrze do celu, wykorzystywany jest przez np.: DNS, NFS, TFTP SPX protokół sekwencyjnej wymiany pakietów

24 warstwa sesji funkcja: Często nie stosowana jako niezależna wartswa określa standardowe metody przesyłania danych pomiędzy aplikacjami (duplex, pół-duplex, itp) Zapewnienie danym identyfikację ich źródła tzn w przypadku kilku aplikacji korzystających z sieci warstwa ta zapewnia rozpoznanie i kierowanie ruchem danych przesyłanych przez sieć tak by trafiły do odpowiedniej aplikacji W przypadku zerwania połączenia ponawia próbę jego wznowienia Zarządzanie ruchem np. QoS (ważne dla tcp przy kilku działających aplikacjach)

25 warstwa prezentacji funkcja: przekształca przesyłane informacje do formy odpowiedniej dla oprogramowania wykorzystywanego przez użytkownika zarządzanie sposobem kodowania danych translacja miedzy niezgodnymi schematami kodowania znaków/danych tj. ASCII a EBCDIC (American Code for Information, Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) konwersja formatów danych (obrazy, audio, wideo) w celu przesłania w sieci między klientem a serwerem szyfrowanie, deszyfrowanie kompresja, dekompresja często warstwy prezentacji i sesji łączone są w całość

26 warstwa aplikacji funkcja: najbliższa użytkownikowi nie zapewnia usług innym warstwom interfejs miedzy aplikacją użytkownika a usługami sieci inicjuje sesje komunikacyjne np. żądanie pobrania nowych wiadomości przez klienta poczty elektronicznej do odpowiedniego protokołu zapewnia funkcje niezbędne do świadczenia przez aplikacje określonych usług: współużytkowanie plików przesyłanie plików emulacja terminali buforowanie zadań wydruków poczta elektroniczna zarządzanie bazą danych obsługuje aplikacje spoza modelu np. arkusze kalc., edytory protokoły: protokoły transmisji plików, działają z poziomu warstwy aplikacji, ale wykonują zadania właściwe dla niższych warstw FTP (File Transfer Protocol) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) HTTP (Hypertext Transfer Protocol) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) obsługa komunikatów X.400 dla poczty elektronicznej

27 model OSI nie jest implementacją sieci tylko specyfikacją funkcji warstw g.w. 123 dotyczą aplikacji niższe związane z przenoszeniem danych dekompozycja zadań, podział na zagadnienia mnie złożone pozwala na modularne projektowanie sieci definicja standardowych interfejsów kompatybilność sprzętu rożnych producentów nie pozwala na to aby zmiany w jednym obszarze wpływały na inne obszary szybsza ewolucja

28 enkapsulacja danych proces w którym dane są poprzedzane nagłówkiem protokołu danej warstwy przed rozpoczęciem ich transportu w sieci nagłówek może być rozpoznawany jedynie przez daną warstwę lub jej odpowiednik

29 enkapsulacja danych przebieg procesów oraz danych każda warstwa zależna od usług warstwy niższej przed rozpoczęciem transmisji danych umieszczane są w nagłówku danego protokołu nagłówek zawiera dane do wykonania transferu logicznego - adresy nadawcy i odbiorcy każda warstwa interfejsy warstw sąsiednich logiczne rozgraniczenie warstw komunikacja pionowo

30 transmisja danych transmisja danych w modelu ISO/OSI - tylko na poziomie warstwy fizycznej dane wysyłane z programów przechodzą przez wszystkie warstwy modelu od warstwy aplikacji każda z warstw, aby móc realizować swoje zadania, rozszerza dane o charakterystyczne dla siebie informacje sterujące oraz ewentualnie sumy kontrolne zanim surowe dane dotrą do medium transmisyjnego, ich objętość znacząco wzrasta przesyłane dane są uzupełniane o nagłówki poszczególnych protokołów sieciowych np. do danych przesyłanych przez telnet dodawany jest nagłówek TCP, następnie IP, a na końcu np. nagłówek i suma kontrolna Ethernet u odbiorcy odbywa się proces odwrotny poszczególne protokoły (począwszy od Ethernetu) odczytują informacje sterujące z nagłówków, a dane przekazują do protokołów warstw wyższych

31 model internetowy

32 Architektura protokołów TCP/IP OSI - podstawa rozwoju protokołów sieciowych zadania protokołów nie w pełni pokrywają się z funkcjami odpowiednich warstw protokoły realizują zadania, które zostały przypisane więcej niż jednej warstwie modelu OSI odpowiedniość widać w protokołach warstwy fizycznej oraz sieciowej model o uproszczonej strukturze - zestaw protokołów IP, TCP i UDP - stos TCP/IP implementowany w każdym systemie operacyjnym standard otwartych protokołów, swobodnie dostępnych i opracowywanych niezależnie od specyfiki sprzętu komputerowego lub systemu operacyjnego niezależność od fizycznych właściwości sieci dowolne medium transmisyjne może współpracować z różnymi protokołami poziomu łącza danych i różnymi typami nośnika może działać na sprzęcie różnych producentów wspólny schemat adresacji pozwala na łatwe łączenie wielu sieci udostępnia dwa niezależne mechanizmy transportowe

33 5 kroków przekształcenia 1. generowanie danych wysłana wiadomość pocztowa przekształcana z postaci alfanumerycznej na dane które mogą przepłynąć przez siec 2. pakowanie danych w celu ich transportu dane w pakietach. poprzez zastosowanie segmentów funkcja transportu gwarantuje niezawodne dostarczenie wiadomości miedzy agentami pocztowymi hostów na końcach sieci 3. umieszczenie adresu sieci w nagłówku dane umieszczone w pakietach lub datagramach zawierających nagłówek z logicznym adresem odbiorcy i nadawcy 4.umieszczenie lokalnego adresu w nagłówku łącza danych każde urz. sieciowe musi umieszczać pakiety w ramkach. ramka pozwala na przesłanie do następnego bezpośrednio dostępnego urz sieciowego w danym łączu. każde urz. wybranej ścieżki wymaga ramki aby połączyć się z kolejnym urządzeniem 5. konwersja na bity do celów transmisji ramka przekształcana we wzorzec składający się z 0 i 1. funkcja synchronizacji pozwala urządzeniom na rozróżnienie bitów podczas ich przenoszenia przez medium transmisyjne. wiadomość pocztowa może powstawać w sieci LAN, przechodzić przez WAN do innej LAN

34 Protokoły każda warstwa zawiera protokoły które realizują rożne funkcje 1. HTTP dostęp do WWW FTP kopiowanie plików SMTP przesyłane poczty DNS odnajduje adres hosta RIP dzielenie informacji między routerami SNMP zarządzanie urządzeniami sieci 2. TCP połączeniowy, niezawodny, negocjacja, retransmisja, poprawne dane UDP niepołączeniowy, mniejsze pasmo, zawodny 3. IP routowanie pakietów ARP fizyczny adres IGMP grupowanie routerów ICMP kontrola błędów 4. Ethernet Token Ring Frame Relay ATM