Informatyka 2MPDI. wykład 30 h lab. 30h egzamin. dr inż. Tomasz Bajorek Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Zakład Informatyki, Bud.L, pok.

Transkrypt

1 Informatyka 2MPDI wykład 30 h lab. 30h egzamin dr inż. Tomasz Bajorek Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Zakład Informatyki, Bud.L, pok.28

2 Wykład - skrót tematyki: Sieci komputerowe. Bezpieczeństwo sieci. Urządzenia sieciowe. Topologie. protokoły sieciowe, Hipertekst. Dokumenty HTML i ich struktura. Javascript. Języki programowania (składnia, semantyka). Idea programowania strukturalnego. Algorytmy i sposoby ich przedstawiania, schematy blokowe, pseudokod. Algorytmy sortowania i przeszukiwania danych. Program i jego składowe. Struktura prostego programu i jego analiza (Pascal). Stałe, zmienne. Proste typy danych, operatory arytmetyczne i logiczne. Zmienne łańcuchowe. Instrukcje proste, instrukcje strukturalne, iteracyjne - zastosowań. Strukturalne typy danych: tablica, rekord, plik tekstowy i elementowy. definicje, przykłady Dynamiczne struktury danych: listy, tablicowe implementacje list, stos, kolejki, sterty, drzewa i ich reprezentacje, implementacje struktur dynamicznych przy pomocy tablic. Procedury, funkcje i moduły. Rekurencja i typy programów rekurencyjnych.

3 Literatura Krysiak K.: Sieci komputerowe : kompendium, Helion, 2003 Aho A. V., Hopcroft J. E., Ullman J. D., Algorytmy i struktury danych, Helion, Gliwice Marciniak Andrzej: Borland Pascal 7.0 z elementami programowania, wyd.nakom,1995. Cantu M.: Delphi 5 : Praktyka programowania, Mikom, alternatywnie: Teixeira S., Pacheco X, Delphi 4 : vademecum profesjonalisty, Helion, Reisdorph K. : Delphi 4 dla każdego, Helion, 1999.

4 Struzińska-Walczak A., Walczak K.: Nauka programowania dla początkujących: Turbo Pascal,1993. Wirth N., Algorytmy + struktury danych = programy. WNT, Warszawa Materiały dydaktyczne zakładu. Dostęp: Login: student Hasło: samoloty

5 WPROWADZENIE DO SIECI KOMPUTEROWYCH Sieć - połączenie wielu komputerów w celu: przesyłu danych różnego typu żądań przetwarzania danych na innym komputerze, wykonania określonej usługi zdalnego administrowania odległym komputerem Połączenie to może być zrealizowane w różny sposób. Sposobów jest praktycznie tyle ile, wyróżniamy typów sieci np. Ethernet, Token Ring, Token Bus, ATM, FDDI

6 Połączenia komputerów fizyczne (techniki połączenia) oprogramowanie bezpośrednie sieciowe przewodowe modemowe (telefoniczne) LAN MAN WAN bezprzewodowe WI-FI WI-MAX komutowane stałe (dzierżawione)

7 Cechy połączeń: technika połączenia oprogramowanie szybkość transmisji koszt połączenia i oprogramowania

8 Możliwości sieci dostęp do wspólnych zasobów: dyski (pliki) drukarki procesory (przetwarzanie) rozproszone (wspólne) bazy danych komunikacja: poczta elektroniczna internet przesyłanie danych, programów zdalne przetwarzanie - praca na odległych komputerach o większej mocy obliczeniowej

9 CHARAKTERYSTYKA SIECI KOMPUTEROWYCH Podział ze względu na rozmiary (zasięg): * Małe sieci lokalne nazwane jako LAN (Local Area Network) - swym zasięgiem obejmują niewielki obszar bloku (bloków), najczęściej podłączone jest od kilku do kilkudziesięciu komputerów, firmy * Większe sieci obejmujące duży obszar - MAN (sieć miejska Metropolitan Area Network), gdzie konieczna jest wymiana danych między komputerami odległymi od siebie o kilka, kilkanaście kilometrów * Duże sieci rozległe tzw. WAN (Wide Area Network) są to sieci obejmujące duże tereny. Inaczej mówiąc w takiej sieci WAN są połączone mniejsze LAN'y po przez odpowiednie urządzenia tzw. bramy -gateway.

10 Największa sieć jaką jest oczywiście Internet czyli "sieć sieci". Połączenie "WAN'ów" z innymi sieciami na całym świecie

11 Aby sieć działała wymagane jest: odpowiednia konfiguracja (topologia) sieci - struktura sieci - sposób połączenia okablowanie - UTP, gruby ETHERNET, światłowód (brak okablowania w sieciach radiowych) urządzenia aktywne (wzmacniające, sterujące, dopasowujące sygnały) protokoły - języki porozumiewania się, np.np. TCP/IP sieciowy system operacyjny np. Unix zawiera serwer plików, poczty, www i inne Netware (Novell) w zasadzie tylko system plików Win-NT, WIN2003 Server Serwer komputer umożliwiający dostarczenie usług

12 Każda sieć komputerowa musi być zbudowana w oparciu o pewną strukturę, zwaną inaczej topologią. Topologia sieci - definiuje zastosowanie danego medium transmisyjnego oraz ogólną budowę sieci. Ze względu na wybraną topologię stosuje się dany rodzaj złącz oraz urządzeń aktywnych, co warunkuje odpowiednią przepustowość sieci. 3 podstawowe topologie używane w sieciach kablowych : Topologia magistrali (zwana popularnie BNC) - szynowa Topologia gwiazdy. Topologia pierścienia

13 Topologia magistrali - szynowa Topologia szynowa polega na przyłączeniu wszystkich komputerów (węzłów) w sieci do jednego kabla, wspólnego dla wszystkich węzłów. Jeśli jakiś węzeł sieci chce nadać informację musi podać na jej początku adres odbiorcy. trójnik przyłączeniowy

14 Zasada topologii magistrali Informacja przesyłana po magistrali zawiera adres odbiorcy (tzw. sprzętowy) i treść. Każdy węzeł (komputer, inne urządzenie) posiada pewien adres - odbiera nadaną informację. Dekoduje adres zawarty w nagłówku informacji - jeśli adres ten jest adresem danego węzła, to przejmuje on nadawane dane. Jeśli tak nie jest, węzeł ignoruje strumień danych w magistrali i oczekuje na kolejną porcję informacji. Jeśli magistrala jest wolna urządzenie może też rozpoczynać nadawanie.

15 Do łączenia stacji roboczych można stosować zwykły kabel 1-żyłowy (np. kabel koncentryczny jak TV antenowy). Umożliwia uzyskanie max. przepustowości 10Mb/s (wystarcza do większości zastosowań). Jest wzorowana na sieci "Arcnet". Konieczne jest stosowanie adresowania urządzeń, aby wyeliminować konflikty pomiędzy nimi. Magistrala to urządzenie umożliwiające wymianę danych, adresów i sygnałów sterujących pomiędzy różnymi urządzeniami. Różne standardy, np.: Ethernet, LocalTalk, FDDI Na końcu magistrali umieszcza się terminator (ogranicznik)

16 Okablowanie (medium transmisyjne) używane w sieci o topologii magistrali (w/g standardów) 10Base-2 - cienki ethernet (Thin Ethernet) 10Base-5 - gruby ethernet (Thick Ethernet) 10BaseT - (TP - twisted-pair cable) używa skrętki 10Mbit. 10BaseFL - (Fiber Optic Cable) korzysta ze światłowodu. 10BaseFOIRL - korzysta ze światłowodu o średnicy 8,3 mikrona i diody laserowej ILD. o okablowaniu powiemy za chwilę Zalety oszczędność kabla Wady niska przepustowość, podatna na uszkodzenia (awaria komputera w środku magistrali)

17 Topologia gwiazdy Każdy węzeł sieci przyłączony jest własnym przewodem do urządzenia łączącego - tak zwanego koncentratora (ang. HUB) lub przełącznika (SWITCH)

18 Gwiazda - jest najczęściej stosowaną dziś technologią. Maksymalna przepustowość wynosi do 1 Gb/s. Zalety Wady Większa przepustowość. Gdy przestaje działać jeden komputer, cała sieć funkcjonuje dalej. Łatwa lokalizacja uszkodzeń ze względu na centralne sterowanie. Wydajność. Duża liczba połączeń (duże zużycie kabli). Gdy awarii ulegnie centralny punkt (koncentrator lub przełącznik), to nie działa cała sieć.

19 Najbardziej znane typy okablowania wykorzystywane w "gwieździe" (w/g standardów) 10Base-T, 100Base-T - Skrętka (UTP - Unshielded Twisted-Pair cable) kategorii 3 i 5 10Base-FL - Światłowód (Fiber Optic Cable)

20 Topologia pierścienia Wszystkie węzły sieci tworzą zamknięty pierścień. Każdy węzeł przetwarza aktywnie informacje aktualnie znajdujące się w magistrali. Typowym przykładem sieci opartej o topologię pierścieniową jest sieć światłowodowa FDDI.

21 Token Ring to druga pod względem popularności (po architekturze Ethernet) architektura sieciowa - podobna do sieci BNC z tą różnicą, iż końcówki kabli nie są zakończone terminatorami lecz łączą się ze sobą tworząc coś na wzór okręgu. Możliwe jest łączenie poszczególnych sieci oraz technologii sieciowych, niewiele z dzisiaj istniejących sieci posiada czystą topologię magistrali lub gwiazd (topologia drzewa, mieszana).

22 Zastosowanie topologii pierścienia FDDI Fiber Distributed Data Interface - Token Ring Przepływ danych 100Mb/s Nośnikiem w przypadku tej topologii jest światłowód Topologia ta współpracuje z dwiema fizycznymi topologiami : pierścieniową i gwiaździstą. Sieć ta zbudowana jest z dwóch pierścieni, po których dane są przesyłane w przeciwbieżne strony. Stacje robocze podłączone są do tych dwóch pierścieni. Zaleta = mimo uszkodzenia jednego pierścienia sieć jest nadal sprawna i można przesyłać dane. W przypadku uszkodzenia pierścienia stacje robocze automatycznie się rekonfigurują i zawracają dane do drugiego pierścienia, przez co inne stacje nie zauważają zaistniałej awarii.

23 Gdy sieć jest wolna dla przesyłu wtedy specjalna ramka danych (token), przechodzi przez pierścień od jednej stacji do drugiej. Kiedy stacja chce przekazywać dane, 'chwyta' token i w jego miejsce przekazuje ramkę danych. Stacja docelowa po jej odebraniu, sporządza kopię tej ramki i kontynuuje przesyłanie ramki po pierścieniu, ustalając bit FCI (potwierdzenie odbioru). Kiedy stacja, która pierwotnie wysłała ramkę odbierze ją ponownie, zakłada że wiadomość dotarła do celu. Usuwa wtedy ramkę z pierścienia i przekazuje token w jej miejsce. Rozmiar ramki w tej topologii może wynosić 4096 bajtów.

24 Swoją topologię posiadają także sieci radiowe tzw. WLAN (Wireless LAN). Tu komputery nie komunikują się za pomocą standardowego medium, lecz poprzez fale radiowe wysyłane przez specjalizowane urządzenia nadawczoodbiorcze. IBSS - (Independet Basic Service Set) - sieć niezależna charakteryzuje się tym, iż każda stacja nadawczo-odbiorcza ma ten sam priorytet i komunikuje się z innymi komputerami bezpośrednio, bez żadnych dodatkowych urządzeń aktywnych kierujących ruchem. BSS - (Basic Service Set) - sieć zależna; w tym przypadku ruchem w sieci kieruje tzw. HUB AP (access point)- wszystkie komputery należące do danej podsieci nie komunikują się bezpośrednio ze sobą, lecz za jego pomocą. ESS - (Extended Service Set) - sieć złożona; sieć ta powstaje przez połączenie ze sobą dwóch lub więcej struktur BSS.

25 Urządzenia sieciowe Składniki sieci Na każdą sieć składają się dwa rodzaje elementów: pasywne - są to kable, przewody, złączki, gniazda itp. aktywne - czyli karty sieciowe, urządzenia które transmitują sygnał (HUB'y) lub go przełączają Switch'e) oraz takie które sygnał ten wzmacniają - wzmacniacze sygnałowe.

26 Media transmisyjne Kable miedziane Media optyczne Radiowy kanał łączności ruchomej Kanał satelitarny

27 Kabel miedziany - medium dla transmisji sygnałów na małe odległości. Zwykle pewne napięcie U+ reprezentuje binarną jedynkę, a U- binarne zero (bipolarność) Wyróżniamy 3 rodzaje kabli: kabel prosty (historyczna telekomunikacja) kable koncentryczne kable skrętkowe

28 Kabel koncentryczny ("cienki" lub "gruby" ethernet) ekranowany w celu odizolowania od zewnętrznych pól elektromagnetycznych - cienka siatka miedziana. Mało wrażliwy na zakłócenia ale łatwo ulega uszkodzeniom - trudnym do lokalizacji.

29 Kabel skrętkowy Skrętka w zależności od przepustowości 10Base-T, 100Base-T 1000Base-T wykonana ze skręconych par (jednej lub więcej) przewodów. Kabel skrętkowy tworzy tzw. linię zrównoważoną (symetryczną). UTP skrętka nieekranowana. STP skrętka ekranowana oplotem, FTP skrętka foliowana, czyli skrętka miedziana ekranowana za pomocą folii (wraz z przewodem uziemiającym) FFTP skrętka z folią na każdej parze przewodów i dodatkowa folia. SFTP skrętka jak FFTP plus oplot. Segment do 100 m FTP do 230m, FFTP do 300m.

30 skrętka UTP 4x2

31 Światłowód Transmisja na odległość powyżej 100 m - kabel światłowodowy. Do budowy światłowodu stosuje się wyłącznie szkło kwarcowe o dużej czystości małe tłumienie Światłowód składa się z dwóch warstw: wewnętrzna- rdzeń zewnętrzna płaszcz ochronny. dodatkowo powłoka zabezpieczająca tworzywo sztuczne

32 12 włókien

33 Światłowód (falowód optyczny dielektryczny) przenosi sygnały świetlne fiber-optic cable Zasada działania - wielokrotne wykorzystanie zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia (odbicie i załamanie fal) wiązki światła podążającej wzdłuż światłowodów (odbicie od płaszcza) propagacja fali Niewiele firm produkuje światłowody - kilka tzw. mod wiązka światła mody wpadają do światłowodu pod różnym kątem, skutkiem tego - pokonują różne odległości

34 Cechy światłowodu duża szerokość pasma częstotliwości do Hz mała stratność mocy spowodowana rozpraszaniem ok. 0,2 db/km Kao i Hockam przewidzieli 20 db/km, a wcześniej było 1000 db/km przesył km/sek (prędkość światła w szkle) odporność na interferencje elektromagnetyczne mała waga, wymiary, dobra giętkość i wytrzymałość cena? wykonane w zasadzie z piasku

35 nanometr 1 nm= 10-9 m mikrometr 1 µm= 10-6 m λ = nm fiolet, λ = nm niebieski, λ = nm zielony, λ = nm żółty (żółty), λ = nm pomarańczowy, λ = nm czerwony. f=v/ λ swiatłowód f UKF Hz Hz Hz 3/14

36 Zaleta: Światłowody nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego, w związku z czym niemożliwe jest podsłuchanie transmisji. Wada: Dyspersja - Impuls biegnący w falowodzie ulega wydłużeniu (rozmyciu), co ogranicza maksymalną częstotliwość sygnału przesyłanego przez światłowód. W wyniku różnic w prędkości poruszania się fal o różnych długościach, fale wysłane jednocześnie nie docierają do odbiornika w tym samym czasie. Na wyjściu pojawia się szerszy impuls, który rośnie wraz ze wzrostem długości światłowodu

37 Generacje światłowodów Pierwsza generacja (okno 850nm) amerykańska firma Corning Glass - światłowodowe włókno wielomodowe Druga generacja (okno 1300nm) - w roku 1987 udało się po raz pierwszy zastosować światłowód jednomodowy o prawie zerowej dyspersji Trzecia generacja (okno 1550nm) charakteryzuje się najmniejszą tłumiennością jednostkową (od 0,16 do 0,2 db/km) Czwarta generacja wiąże się z wprowadzeniem szerokopasmowych wzmacniaczy optycznych EDFA, komutacji i zwielokrotnienia falowego WDM Piątą generację tworzą najnowsze osiągnięcia w zakresie transmisji solitonowej impulsy optyczne o dużej mocy (co teoretycznie prowadzi do nieograniczonego wzrostu pojemności transmisyjnej)

38 Światłowody -wielomodowe (ang. Multi Mode Fiber, MMF) -średnica rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra. Następuje tu rozdzielenie fali wejściowej na wiele promieni o takiej samej długości fali, lecz propagowanymi po innych drogach. Występuje tu zjawisko zniekształcenia impulsu wyjściowego, a więc ograniczenie prędkości transmisji i odległości, na jaką może być transmitowana. Światłowody wielomodowe dzielimy na skokowe i gradientowe. 640 do 650 modów! -jednomodowe (ang. Single Mode Fibers, SMF) -średnica rdzenia od 8 do 10 mikrometrów. Sygnał wytworzony przez laser półprzewodnikowy ulega tylko niewielkim zniekształceniom. Fala świetlna rozchodzi się prawie równolegle do osi światłowodu i dociera do końca włókna w jednym modzie tzw. modzie podstawowym. Zasięg do 200 km. Może być kilka modów!

39 Wielomodowe 50 lub 62,5 µm światłowód skokowy - współczynnik załamania światła inny dla rdzenia i płaszcza (duża dyspersja więc niewielkie odległości) światłowód gradientowy gęstość kwarcu zmienna płynnie, mniejsza droga promienia to mniejsza dyspersja (do 2 km) Jednomodowe ~8-10 µm telekomunikacja tanie ale światło spójne (laser jest drogi) duże odległości do 120 km!!!

40 Okna transmisyjne światłowodów Okno transmisyjne długości fali 850 nm najstarsze - wysoka tłumienność (4dB/km)-decybeli/km. kabel gradientowy jaskrawe czerwone koszty niskie do 1Gb/s Okno transmisyjne długości fali 1300 nm od roku tłumienność około 0,4 db/km. odległości do kilkudziesięciu kilometrów. laser Maksymalna prędkość transmisji danych Gb/s Zakres pomiędzy oknami 1300 i 1550 nie jest wykorzystywany (niekorzystne zjawiska chemiczne) Okno transmisyjne długości fali 1550 nm od 1989, specjalne kable, tłumienność około 0,16 db/km, transmisja na duże odległości.