dr inż. Jarosław Forenc

Transkrypt

1 Informatyka 1 Politechnika Białostocka - Wydział Elektryczny Elektrotechnika, semestr II, studia niestacjonarne I stopnia Rok akademicki 2015/2016 Wykład nr 8 ( )

2 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 2/80 Plan wykładu nr 8 Definicja i podział sieci komputerowych Topologie sieci komputerowych Media transmisyjne Model referencyjny ISO/OSI i model protokołu TCP/IP warstwa dostępu do sieci warstwa Internetu warstwa transportowa warstwa aplikacji Algorytmy komputerowe definicje podstawowe cechy sposoby opisu

3 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 3/80 Sieć komputerowa Sieć komputerowa - zbiór komputerów i innych urządzeń umożliwiających wzajemne przekazywanie informacji oraz udostępnianie zasobów

4 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 4/80 Podział sieci w zależności od ich rozmiaru LAN (Local Area Network) - sieć lokalna, łączy komputery znajdujące się na określonym, niewielkim obszarze (kilka budynków, przedsiębiorstwo), wykonana jest w jednej technologii (np. Ethernet) MAN (Metropolitan Area Network) - sieć miejska, obejmuje zasięgiem aglomerację lub miasto łącząc oddzielne sieci LAN (np. Biaman) WAN (Wide Area Network) - sieć rozległa, łączy ze sobą sieci MAN i LAN na obszarze wykraczającym poza jedno miasto (POL-34, Pionier) Internet - ogólnoświatowa sieć komputerowa łączące ze sobą wszystkie rodzaje sieci ( sieć sieci ) Intranet - sieć podobna do Internetu, ale ograniczająca się do komputerów w firmie lub organizacji

5 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 5/80 Topologie sieci komputerowych Topologia sieci - określa strukturę sieci zbiór zasad fizycznego łączenia elementów sieci oraz reguł komunikacji poprzez medium transmisyjne może dotyczyć konstrukcji fizycznej lub logicznej sieci Topologia fizyczna - opisuje sposoby fizycznego łączenia ze sobą komputerów (układ przewodów, media transmisyjne) Topologia logiczna - opisuje sposoby komunikowania się hostów za pomocą urządzeń topologii fizycznej; standardy komunikacji definiowane przez IEEE: IEEE Mb Ethernet IEEE 802.3u Mb Ethernet IEEE 802.3z - 1 Gb Ethernet IEEE Token Ring IEEE Wireless LAN IEEE Cable Modem

6 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 6/80 Topologie sieci komputerowych topologia magistrali (bus) - wszystkie komputery podłączone są do jednego współdzielonego medium transmisyjnego (najczęściej kabla koncentrycznego) topologia pierścienia (ring) - komputery połączone są pomiędzy sobą odcinkami kabla tworząc zamknięty pierścień (sieci światłowodowe, sieci LAN) pl.wikipedia.org

7 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 7/80 Topologie sieci komputerowych topologia podwójnego pierścienia (dual-ring) - komputery połączone są pomiędzy sobą odcinkami kabla tworząc dwa zamknięte pierścienie (większa niezawodność, sieci: szkieletowe, MAN, Token Ring, FDDI) topologia gwiazdy (star) - komputery podłączone są do jednego punktu centralnego (koncentrator, przełącznik), obecnie jest to najczęściej stosowana topologia sieci LAN pl.wikipedia.org

8 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 8/80 Topologie sieci komputerowych topologia rozszerzonej gwiazdy (extended star) - posiada punkt centralny i punkty poboczne (stosowana w rozbudowanych sieciach lokalnych) topologia hierarchiczna (drzewa) - jest kombinacją topologii gwiazdy i magistrali pl.wikipedia.org

9 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 9/80 Topologie sieci komputerowych topologia siatki (mesh) - każde urządzenie połączone jest z więcej niż jednym urządzeniem (sieci MAN i WAN, Internet) pełna siatka (full mesh) - każdy węzeł sieci jest połączony fizycznie z każdym innym węzłem sieci częściowa siatka (partial mesh) - węzły mają różną ilość połączeń sieciowych do innych węzłów pl.wikipedia.org

10 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 10/80 Media transmisyjne - przewód koncentryczny Ethernet gruby (Thick Ethernet), 10Base-5 kabel RG-8 lub RG-11, impedancja falowa: 50 Ω, grubość: 1/2 max. odległość między stacjami: 500 m Ethernet cienki (Thin Ethernet), 10Base-2 kabel RG-58, impedancja falowa: 50 Ω, grubość: 1/4 max. odległość między stacjami: 185 m Złącze BNC Terminator ganipc.blogspot.com Trójnik (Łącznik T)

11 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 11/80 Media transmisyjne - przewód koncentryczny Zalety mało wrażliwy na zakłócenia i szumy duża odległość między stacjami bardziej odporny na uszkodzenia mechaniczne niż skrętka Wady mała szybkość przesyłania danych - do 10 Mb/s mało odporny na awarie, trudno zlokalizować usterkę niewygodny sposób instalacji (duże łącze, terminatory, trójniki)

12 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 12/80 Media transmisyjne - skrętka UTP UTP (Unshielded Twisted Pair) - skrętka nieekranowana zbudowana z ośmiu przewodów skręconych po dwa (cztery pary) umieszczonych we wspólnej izolacji wyróżnia się różne kategorie kabli (CAT-1, CAT-2,, CAT-7), najczęściej stosowane są kable kategorii 5 i 6 maksymalna długość segmentu sieci: 100 m stosowane typy końcówek: RJ-11, RJ-45 RJ-11 UTP UTP RJ-45

13 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 13/80 Media transmisyjne - skrętka UTP Zalety niski koszt wysoka szybkość transmisji - do 1000 Mb/s łatwa instalacja odporna na poważne awarie, łatwe diagnozowanie uszkodzeń Wady mała odporność na zakłócenia mała odporność na uszkodzenia mechaniczne mniejsza długość odcinka kabla niż w innych mediach stosowanych w Ethernecie

14 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 14/80 Media transmisyjne - skrętka STP STP (Shielded Twisted Pair) - skrętka ekranowana ekranowany kabel skręcany zbudowany z czterech skręcanych ze sobą par przewodów miedzianych otoczonych ekranującą siatką lub folią i umieszczonych w izolacyjnej osłonie ekran chroni skrętkę przed wpływem zewnętrznego promieniowania elektromagnetycznego STP STP

15 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 15/80 Media transmisyjne - skrętka F-FTP - każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel jest również pokryty folią S-FTP - każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem z folii, cały kabel pokryty jest oplotem S-STP - każda para przewodów otoczona jest osobnym ekranem (oplotem), cały kabel pokryty jest oplotem S-STPSTP S-STPSTP

16 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 16/80 Media transmisyjne - światłowód światłowód (fiber optic cable) przesyła impulsy świetlne między nadajnikiem i odbiornikiem nadajnik przekształca sygnały elektryczne na świetlne, a odbiornik przekształca sygnały świetlne na elektryczne impulsy świetlne są przenoszone przez włókno optyczne składające się z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania światła budowa światłowodu: rdzeń (core), średnica: 9 µm lub 50 µm płaszcz zewnętrzny (cladding), średnica: 125 µm pokrycie zewnętrzne promień światła wędrując w rdzeniu pada na płaszcz pod pewnym kątem i następuje zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego światła - umożliwia to transmisję strumienia światła przez włókno lan-networks.cba.pl

17 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 17/80 Media transmisyjne - światłowody wielomodowe w światłowodzie wielomodowym (multi mode fiber) promień światła może zostać wprowadzony pod różnymi kątami - modami fala świetlna o takiej samej długości może rozchodzić się wieloma drogami pl.wikipedia.org źródło światła: diody LED długość fali świetlnej (850 nm i 1300 nm) ze względu na dyspersję maksymalna długość kabla to 5 km

18 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 18/80 Media transmisyjne - światłowody jednomodowe w światłowodzie jednomodowym (single mode fiber) propaguje tylko jeden mod pl.wikipedia.org źródło światła: dioda laserowa długość fali świetlnej (1300 nm i 1500 nm) długość kabla: do 100 km wyższy koszt od światłowodów wielomodowych

19 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 19/80 Media transmisyjne - światłowody złącza światłowodowe złącze ST złącze SC wybrane standardy transmisji 10Base-FL - 10 Mb/s, rzadko spotykany 100Base-FX Mb/s, do 2 km 1000Base-LX - 1 Gb/s, do 10 km, jednomodowy 10GBase-ZR - 10 Gb/s, do 80 km, jednomodowy

20 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 20/80 Model ISO/OSI w latach 70-tych nie istniały ogólne standardy dotyczące sieci komputerowych - każdy producent tworzył własną sieć w 1984 roku Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) przyjęła model sieciowy, dzięki któremu producenci mogliby opracowywać współpracujące ze sobą rozwiązania sieciowe ISO OSI RM - ISO Open Systems Interconnection Reference Model głównym założeniem modelu jest podział systemów sieciowych na współpracujące ze sobą 7 warstw (layers) podczas procesu komunikacji, w każdej warstwie, układy sprzętowe lub oprogramowanie wykonują pewne niezależne zadania struktura tworzona przez warstwy nazywana jest stosem protokołu wymiany danych

21 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 21/80 Model ISO/OSI Nadawca Odbiorca wierzchołek stosu odpowiada usługom świadczonym bezpośrednio użytkownikowi przez aplikacje sieciowe, zaś dół odpowiada sprzętowi realizującemu transmisję sygnałów dane przekazywane są od wierzchołka stosu nadawcy przez kolejne warstwy, aż do warstwy pierwszej, która przesyła je do odbiorcy

22 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 22/80 Model ISO/OSI Dane 7 + Nagł. 7 Warstwa aplikacji Nagł. 7 + Dane 7 Dane 7 Nagł. 7 + Nagł. 6 Warstwa prezentacji Nagł. 6 + Nagł. 7 Dane 7 Dane 7 Nagł. 7 Nagł. 6 + Nagł. 5 Warstwa sesji Nagł. 5 + Nagł. 6 Nagł. 7 Dane 7 Dane 7 Nagł. 7 + Warstwa Nagł. 6 Nagł. 5 Nagł. 4 Nagł. 4 + Nagł. 5 Nagł. 6 Nagł. 7 Dane 7 transportowa Dane 7 Nagł. 7 Nagł. 6 Nagł. 5 Nagł. 4 + Nagł. 3 Warstwa sieciowa Nagł. 3 + Nagł. 4 Nagł. 5 Nagł. 6 Nagł. 7 Dane 7 Dane 7 Nagł. 7 Nagł. 6 Nagł. 5 Nagł. 4 Nagł. 3 + Nagł. 2 Warstwa łącza danych Nagł. 2 + Nagł. 3 Nagł. 4 Nagł. 5 Nagł. 6 Nagł. 7 Dane 7 Dane 7 Nagł. 7 Nagł. 6 Nagł. 5 Nagł. 4 + Nagł. 1 Warstwa Nagł. 3 Nagł. 2 Nagł. 1 fizyczna + Nagł. 2 Nagł. 3 Nagł. 4 Nagł. 5 Nagł. 6 Nagł. 7 Dane 7 przy przechodzeniu do warstwy niższej, warstwa dokleja do otrzymanych przez siebie danych nagłówek z informacjami dla swojego odpowiednika na odległym komputerze (odbiorcy) warstwa na odległym komputerze interpretuje nagłówek i jeśli trzeba przekazać dane wyżej - usuwa nagłówek i przekazuje dane dalej

23 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 23/80 Model ISO/OSI a model TCP/IP w przypadku protokołu TCP/IP tworzącego Internet stosuje się uproszczony model czterowarstwowy 7 Warstwa aplikacji 6 Warstwa prezentacji Warstwa aplikacji Warstwa sesji Warstwa transportowa Warstwa sieciowa Warstwa łącza danych Warstwa fizyczna Warstwa transportowa 3 Warstwa Internetu 2 Warstwa dostępu do sieci 1 Model ISO/OSI Model TCP/IP

24 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 24/80 Model TCP/IP z poszczególnymi warstwami związanych jest wiele protokołów protokół - zbiór zasad określających format i sposób przesyłania danych

25 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 25/80 Warstwa dostępu do sieci standard IEEE (Ethernet) r. metody transmisji danych (wykrywanie kolizji) ALOHA CSMA (Carrier Sense, Multiple Access) CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) norma IEEE (odmiana CSMA/CD) dane przesyłane są w postaci ramek Ethernet typy ramek Ethernet Ethernet wersja 1 - nieużywana Ethernet wersja 2 (Ethernet II) - ramka DIX (DEC, Intel, Xerox), 1978 r., obecnie najczęściej stosowana IEEE 802.x LLC (Logical Link Control)

26 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 26/80 Warstwa dostępu do sieci format ramki Ethernet II (DIX) Preambuła - naprzemienny ciąg bitów 1 i 0 informujący o ramce Adres docelowy / źródłowy - 6-bajtowe liczby będące adresami sprzętowymi komunikujących się interfejsów sieciowych (MAC - Media Access Control)

27 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 27/80 Warstwa dostępu do sieci format ramki Ethernet II (DIX) Typ - numer protokołu warstwy wyższej, która odbierze dane po zakończeniu obróbki przez standard Ethernet Dane - przesyłane dane, jeśli ilość danych jest mniejsza od 46 bajtów, wprowadzane jest uzupełnienie jedynkami (bitowo) FCS (Frame Check Sequence) - 4 bajty kontrolne (CRC - Cyclic Redundancy Check) wygenerowane przez interfejs nadający i sprawdzane przez odbierający

28 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 28/80 Warstwa dostępu do sieci format ramki Ethernet II (DIX) wysłanie ramki wymaga znajomości adresu MAC odbiorcy do określenia adresu MAC na podstawie numeru IP stosowany jest protokół ARP (Address Resolution Protocol) protokół ARP stosowany jest także do zapobiegania zdublowaniu adresów IP aktualną tablicę translacji ARP wyświetla polecenie: arp -a

29 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 29/80 Warstwa dostępu do sieci Karta sieciowa NIC (Network Interface Card) urządzenie łączące komputer z siecią kontroluje dostęp komputera do medium posiada unikalny numer MAC pracuje w drugiej warstwie modelu ISO/OSI Modem urządzenie służące do połączenia komputerów, najczęściej poprzez sieć telefoniczną modemy dzielą się na zewnętrzne i wewnętrzne

30 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 30/80 Warstwa dostępu do sieci Konwerter nośników urządzenie umożliwiające łączenie różnych mediów transmisyjnych ze sobą, np. światłowodu i skrętki Regenerator (repeater) wzmacniania i naprawia zniekształcenia sygnałów w sieci zazwyczaj ma jeden port wejściowy i jeden port wyjściowy stosowany w celu zwiększenia zasięgu sieci ponad limit długości kabla pracuje w pierwszej warstwie modelu ISO/OSI

31 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 31/80 Warstwa dostępu do sieci Koncentrator (hub) urządzenie łączące wiele urządzeń sieciowych w sieci komputerowej o topologii gwiazdy nie analizuje ramek pod kątem adresu MAC oraz IP pracuje w pierwszej warstwie modelu ISO/OSI aktywny - regeneruje otrzymany sygnał i przesyła na wszystkie porty pasywny - nie regeneruje sygnału, a tylko przesyła na wszystkie porty inteligentny - umożliwia zarządzanie ruchem w sieci

32 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 32/80 Warstwa dostępu do sieci Most (bridge) urządzenie łączące dwie lub więcej sieci lub segmenty sieci dokonując filtrowania ruchu sieciowego analizując numery MAC określa, czy dane należy przesłać do innego segmentu sieci pracuje w drugiej warstwie modelu ISO/OSI zazwyczaj ma jeden port wejściowy i jeden port wyjściowy

33 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 33/80 Warstwa dostępu do sieci Przełącznik (switch) urządzenie łączące segmenty sieci komputerowej pracuje w drugiej warstwie modelu ISO/OSI analizuje numery MAC i przesyła odebrane dane tylko na port, do którego podłączony jest odbiorca zmniejsza obciążenie sieci lokalnej

34 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 34/80 Warstwa Internetu początek Internetu: sieć ARPANET (1969, USA), łączyła 4 komputery na różnych uniwersytetach najważniejsza część Internetu to protokół IP (Internet Protocol): definiuje format i znaczenie pól datagramu IP określa schemat adresowania stosowany w Internecie zapewnia wybór trasy przesyłania datagramu (routing) zapewnia podział danych na fragmenty i łączenie ich w całość w przypadku sieci nie akceptujących rozmiaru przenoszonych danych cechy protokołu: bezpołączeniowy - nie ustanawia połączenia i nie sprawdza gotowości odbiorcy danych niepewny - nie zapewnia korekcji i wykrywania błędów transmisji

35 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 35/80 Warstwa Internetu - datagram IP Nagłówek Wersja (Version) - numer wersji protokołu IP (IPv4, nowsza - IPv6) IHL (Internal Header Length) - długość nagłówka w 32-bitowych słowach Typ usługi (Type of Service) - opisuje wymaganą jakość usługi (pole najczęściej ignorowane przez routery) Długość całkowita (Datagram Length) - długość pakietu IP w bajtach (Nagłówek + Dane)

36 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 36/80 Warstwa Internetu - datagram IP Nagłówek Identyfikator (Identification), Flagi (Flags), Przesunięcie fragmentacji (Fragment offset) - pola używane w przypadku podziału datagramu na części (fragmenty) Czas życia TTL (Time-to-Live) - maksymalny czas (w sekundach) pozostawania datagramu w Internecie, przejście datagramu przez każdy router zmniejsza wartość o 1 Protokół (Protocol) - numer protokołu warstwy wyższej, do którego zostaną przekazane dane z tego pakietu

37 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 37/80 Warstwa Internetu - datagram IP Nagłówek Suma kontrolna (Header checksum) - suma kontrolna nagłówka Adres źródła (Source Address) - adres IP źródła danych Adres przeznaczenia (Destination Address) - adres IP odbiorcy danych Opcje (Options) - dodatkowe opcje Uzupełnienie (Padding) - uzupełnienie pola opcji do pełnego słowa (32 bitów)

38 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 38/80 Warstwa Internetu - adresy IP adres IP komputera zajmuje 4 bajty (32-bitowa liczba całkowita) najczęściej zapisywany jest w postaci 4 liczb z zakresu od 0 do 255 każda, oddzielonych kropkami, np. adres składa się z dwóch części: identyfikującej daną sieć w Internecie identyfikującej konkretny komputer w tej sieci do roku 1997 wyróżnienie części określającej sieć i komputer w sieci następowało na podstawie tzw. klas adresów IP

39 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 39/80 Warstwa Internetu - klasy adresów IP Klasa A 0nnnnnnn.hhhhhhhh.hhhhhhhh.hhhhhhhh sieć (max. 126) komputer (max ) Zakres IP od: do: Klasa B 10nnnnnn.nnnnnnnn.hhhhhhhh.hhhhhhhh Zakres IP od: sieć (max ) komputer (max ) do: Klasa C 110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.hhhhhhhh sieć (max ) komputer (max. 254) Zakres IP od: do: Klasa D 1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx multicast - adresy transmisji grupowej, np. wideokonferencje Zakres IP od: do: Klasa E 1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx zarezerwowane na potrzeby badawcze Zakres IP od: do:

40 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 40/80 Warstwa Internetu - maska sieci klasy adresów IP zostały zastąpione bezklasowym routowaniem międzydomenowym CIDR (Classless Inter-Domain Routing) do określenia liczby bitów odpowiadających sieci i liczby bitów odpowiadających hostowi stosowana jest maska sieci IP: Maska: Adres sieci: Broadcast: Pierwszy host: Ostatni host:

41 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 41/80 Warstwa Internetu - adresy IP adresy specjalne adresy prywatne (nierutowalne) - nie są przekazywane przez routery

42 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 42/80 Warstwa Internetu - routing datagramów IP host A przesyła dane do hosta B stosując protokół IP (A zna adres IP B) A sprawdza czy B należy do tej samej sieci (na podstawie swojego numeru IP i maski sieci) jeśli TAK, to A rozsyła ramkę rozgłoszeniową z zapytaniem protokołu ARP o adres MAC komputera B B powiadamia A o swoim adresie MAC A zapisuje adres MAC B w swojej tablicy ARP (przy kolejnej transmisji danych pomiędzy tymi hostami, adres MAC zostanie odczytany z tej tablicy) A wysyła datagram z danymi do B

43 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 43/80 Warstwa Internetu - routing datagramów IP jeśli B NIE należy do tej samej sieci co A, to A wysyła pakiet na adres lokalnej bramki (gateway) - określanej jako router A rozsyła ramkę rozgłoszeniową z zapytaniem ARP o adres MAC routera router powiadamia A o swoim adresie MAC, A zapisuje MAC w tablicy ARP A wysyła datagram z danymi przeznaczonymi dla B, zaadresowany adresem MAC routera router podejmuje decyzję o przekazaniu datagramu na interfejs podłączony do sieci B router rozsyła bramkę rozgłoszeniową z zapytaniem ARP o MAC komputera B na interfejs podłączony do sieci B B powiadamia router o swoim adresie MAC, router zapisuje adres MAC komputera B w swojej tablicy ARP router wysyła datagram z danymi do B

44 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 44/80 Warstwa Internetu - router urządzenie sprzęgające sieci, funkcjonuje w warstwach: fizycznej, łącza danych i sieciowej modelu ISO/OSI odczytuje adresy z datagramów IP i odpowiednio je przekierowuje (routowanie, trasowanie, przekierowanie) pozwala na sterowanie przepustowością sieci, zapewnia pełną izolację segmentów sieci może być wykorzystany jako urządzenie tłumaczące adresy sieciowe (NAT - Network Address Translation) - umożliwia przesyłanie pakietów z sieci lokalnej o adresach z zakresu nierutowalnego do Internetu może pełnić funkcję firewalla

45 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 45/80 Warstwa transportowa - porty protokoły warstwy transportowej zapewniają dostarczenie danych do konkretnych aplikacji (procesów) w odpowiedniej kolejności i formie identyfikacja przynależności danej transmisji do procesu odbywa się na podstawie numeru poru (liczba 16-bitowa, zakres: ) numery portów przydzielane są przez organizację IANA (Internet Assigned Numbers Authority): zakres zarezerwowany dla tzw. dobrze znanych portów (well-know port number) porty zarejestrowane (registered) porty dynamiczne/prywatne (dynamic/private) połączenie numeru IP komputera i portu, na którym odbywa się komunikacja, nazywa się gniazdem (socket)

46 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 46/80 Warstwa transportowa - porty wybrane dobrze znane porty: port protokół 20 FTP (dane) 21 FTP (polecenia) 22 SSH 23 Telnet 25 SMTP (mail) port protokół 53 DNS 80 HTTP (www) 110 POP3 (mail) 119 NNTP (news) 143 IMAP (mail) w warstwie transportowej funkcjonują dwa podstawowe protokoły: UDP (User Datagram Protocol) TCP (Transmission Control Protocol)

47 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 47/80 Warstwa transportowa - protokół UDP UDP wykonuje usługę bezpołączeniowego dostarczania datagramów: nie ustanawia połączenia nie sprawdza gotowości odbiorcy do odebrania przesyłanych danych nie sprawdza poprawności dostarczenia danych jednostką przesyłanych danych jest pakiet Port źródłowy (Source port) - numer portu nadawcy Port przeznaczenia (Destination port) - numer portu odbiorcy Długość (Length) - całkowita długość pakietu w bajtach (nagłówek + dane) Suma kontrolna (Checksum) - tworzona na podstawie nagłówka i danych

48 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 48/80 Warstwa transportowa - protokoły UDP i TCP UDP stosowany jest, gdy ilość przesyłanych danych w pakiecie jest niewielka pakiet UDP zawiera bardzo mało informacji kontrolnych, zatem opłacalne jest jego stosowanie w powiązaniu z aplikacjami samodzielnie dbającymi o kontrolę poprawności transmisji TCP (Transmission Control Protocol) jest protokołem niezawodnym i połączeniowym, działa na strumieniach bajtów TCP sprawdza czy dane zostały dostarczone poprawnie i w określonej kolejności jednostką przesyłanych danych stosowaną przez TCP jest segment

49 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 49/80 Warstwa Internetu - segment TCP Nagłówek Port źródłowy (Source port) - numer portu nadawcy Port przeznaczenia (Destination port) - numer portu odbiorcy Numer kolejny (Sequence number) - identyfikator określający miejsce segmentu przed fragmentacją Numer potwierdzenia (Acknowledgment number) - identyfikator będący potwierdzeniem otrzymania danych przez odbiorcę

50 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 50/80 Warstwa Internetu - segment TCP Nagłówek Przesunięcie (Data offset) - liczba 32-bitowych słów w nagłówku TCP Zarezerwowane (Reserved) - zarezerwowane do przyszłych zastosowań Flagi (Flags) - flagi dotyczące bieżącego segmentu Okno (Window) - określa liczbę bajtów, które aktualnie odbiorca może przyjąć (0 - wstrzymanie transmisji)

51 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 51/80 Warstwa Internetu - segment TCP Nagłówek Suma kontrolna (Checksum) - suma kontrolna nagłówka i danych Wskaźnik pilności (Urgent pointer) - jeśli odpowiednia flaga jest włączona (URG), to informuje o pilności pakietu Opcje (Options) - dodatkowe opcje Uzupełnienie (Padding) - uzupełnienie pola opcji do pełnego słowa (32 bitów)

52 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 52/80 Warstwa aplikacji zawiera szereg procesów (usług, protokołów) wykorzystywanych przez uruchamiane przez użytkownika aplikacje do przesyłania danych większość usług działa w architekturze klient-serwer (na odległym komputerze musi być uruchomiony serwer danej usługi) DNS (Domain Name System) świadczy usługi zamieniania (rozwiązywania) nazwy komputera na jego adres IP wykorzystuje port o numerze 53

53 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 53/80 Warstwa aplikacji DNS (Domain Name System) przestrzeń nazw w Internecie oparta jest na modelu odwróconego drzewa zarządzaniem przestrzenią nazw domenowych zajmuje się w świecie ICANN, zaś w Polsce - NASK

54 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 54/80 Warstwa aplikacji SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) umożliwia wysyłanie (ale nie odbieranie) i transport poczty elektronicznej poprzez różnorodne środowiska systemowe podczas przesyłania a każdy serwer SMTP dodaje swój nagłówek wykorzystuje port o numerze 25 POP (Post Office Protocol) umożliwia odbieranie poczty ze zdalnego serwera na komputer lokalny ma wiele ograniczeń: każda wiadomość jest pobierana z załącznikami, nie pozwala przeglądać oczekujących w kolejce wiadomości ostatnia wersja to POP3 wykorzystuje port o numerze 110

55 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 55/80 Warstwa aplikacji IMAP (Internet Message Access Protocol) następca POP3 pozwala na umieszczenie wiadomości na serwerze w wielu folderach umożliwia zarządzanie wiadomościami (usuwanie, przenoszenie pomiędzy folderami) oraz ściąganie tylko nagłówków wiadomości wykorzystuje port o numerze 143 FTP (File Transfer Protocol) umożliwia wysyłanie i odbiór plików z odległego systemu oraz wykonywanie operacji na tych plikach umożliwia dostęp anonimowy - login: anonymous, password: dwa tryby pracy: aktywny (active) i pasywny (passive) wykorzystuje dwa porty: 21 (polecenia), 20 (dane)

56 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 56/80 Algorytm - definicje Definicja 1 Skończony, uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego zadania Definicja 2 Metoda rozwiązania zadania Definicja 3 Ściśle określona procedura obliczeniowa, która dla właściwych danych wejściowych zwraca żądane dane wyjściowe zwane wynikiem działania algorytmu

57 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 57/80 Algorytmy Słowo algorytm pochodzi od nazwiska Muhammada ibn-musy al-chuwarizmiego (po łacinie pisanego jako Algorismus), matematyka perskiego z IX wieku Badaniem algorytmów zajmuje się algorytmika Algorytm może zostać zaimplementowany w postaci programu komputerowego Przetłumaczenie algorytmu na wybrany język programowania nazywane jest też kodowaniem algorytmu Ten sam algorytm może być zaimplementowany (zakodowany) w różny sposób przy użyciu różnych języków programowania.

58 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 58/80 Podstawowe cechy algorytmu Posiadanie danych wejściowych (w ilości większej lub równej zeru) pochodzących z dobrze zdefiniowanego zbioru Zwracanie wyniku Precyzyjne zdefiniowanie (każdy krok algorytmu musi być jednoznacznie określony) Poprawność (dla każdego z założonego dopuszczalnego zestawu danych wejściowych) Zakończenie działania po skończonej liczbie kroków (powinna istnieć poprawnie działająca reguła stopu algorytmu) Efektywność (jak najkrótszy czas wykonania i jak najmniejsze zapotrzebowanie na pamięć).

59 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 59/80 Sposoby opisu algorytmów 1. Opis słowny w języku naturalnym lub w postaci listy kroków (opis w punktach) 2. Schemat blokowy 3. Pseudokod (nieformalna odmiana języka programowania) 4. Wybrany język programowania

60 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 60/80 Opis słowny algorytmu Podanie kolejnych czynności, które należy wykonać, aby otrzymać oczekiwany efekt końcowy Przypomina przepis kulinarny z książki kucharskiej lub instrukcję obsługi urządzenia, np. Algorytm: Tortilla ( Podróże kulinarne R. Makłowicza) Dane wejściowe: 0,5 kg ziemniaków, 100 g kiełbasy Chorizo, 8 jajek Dane wyjściowe: gotowa Tortilla Opis algorytmu: Ziemniaki obrać i pokroić w plasterki. Kiełbasę pokroić w plasterki. Ziemniaki wrzucić na gorącą oliwę na patelni i przyrumienić z obu stron. Kiełbasę wrzucić na gorącą oliwę na patelni i przyrumienić z obu stron. Ubić jajka i dodać do połączonych ziemniaków i kiełbasy. Dodać sól i pieprz. Usmażyć z obu stron wielki omlet nadziewany chipsami ziemniaczanymi z kiełbaską.

61 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 61/80 Lista kroków Uporządkowany opis wszystkich czynności, jakie należy wykonać podczas realizacji algorytmu Krok jest to pojedyncza czynność realizowana w algorytmie Kroki w algorytmie są numerowane, operacje wykonywane są zgodnie z rosnącą numeracją kroków Jedynym odstępstwem od powyższej reguły są operacje skoku (warunkowe lub bezwarunkowe), w których jawnie określa się numer kolejnego kroku Przykład (instrukcja otwierania wózka-specerówki): Krok 1: Krok 2: Krok 3: Zwolnij element blokujący wózek Rozkładaj wózek w kierunku kółek Naciskając nogą dolny element blokujący aż do zatrzaśnięcia, rozłóż wózek do pozycji przewozowej

62 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 62/80 Schemat blokowy Zawiera plan algorytmu przedstawiony w postaci graficznej Na schemacie umieszczane są bloki oraz linie przepływu (strzałki) Blok zawiera informację o wykonywanej operacji Linie przepływu (strzałki) określają kolejność wykonywania bloków algorytmu START Wczytaj(wiek) rok = wiek Drukuj(rok) STOP

63 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 63/80 Schemat blokowy - symbole graficzne START blok startowy, początek algorytmu wskazuje miejsce rozpoczęcia algorytmu ma jedno wyjście może występować tylko jeden raz STOP blok końcowy, koniec algorytmu wskazuje miejsce zakończenia algorytmu ma jedno wejście musi występować przynajmniej jeden raz

64 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 64/80 Schemat blokowy - symbole graficzne blok wejścia-wyjścia poprzez ten blok wprowadzane są (czytane) dane wejściowe i wyprowadzane (zapisywane) wyniki ma jedno wejście i jedno wyjście Opis operacji blok wykonawczy, blok funkcyjny, opis procesu zawiera jedno lub kilka poleceń (elementarnych instrukcji) wykonywanych w podanej kolejności instrukcją może być np. operacja arytmetyczna, podstawienie ma jedno wejście i jedno wyjście

65 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 65/80 Schemat blokowy - symbole graficzne blok warunkowy (decyzyjny, porównujący) wewnątrz bloku umieszcza się warunek logiczny na podstawie warunku określana jest tylko jedna droga wyjściowa połączenia wychodzące z bloku: - T lub TAK - gdy warunek jest prawdziwy - N lub NIE - gdy warunek nie jest prawdziwy wyjścia mogą być skierowane na boki lub w dół

66 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 66/80 Schemat blokowy - symbole graficzne linia przepływu, połączenie, linia występuje w postaci linii zakończonej strzałką określa kierunek przemieszczania się po schemacie łączy inne bloki występujące na schemacie linie pochodzące z różnych części algorytmu mogą zbiegać się w jednym miejscu podprogram wywołanie wcześniej zdefiniowanego fragmentu algorytmu (podprogramu) ma jedno wejście i jedno wyjście

67 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 67/80 Schemat blokowy - symbole graficzne komentarz dodanie do schematu dodatkowego opisu łącznik stronicowy (wewnętrzny) połączenie dwóch odrębnych części schematu znajdujących się na tej samej stronie łączniki opisywane są etykietami łącznik międzystronicowy (zewnętrzny) połączenie dwóch odrębnych części schematu znajdujących się na różnych stronach łączniki opisywane są etykietami

68 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 68/80 Pseudokod i język programowania Pseudokod: Pseudokod (pseudojęzyk) - uproszczona wersja języka programowania Często zawiera zwroty pochodzące z języków programowania Zapis w pseudokodzie może być łatwo przetłumaczony na wybrany język programowania Opis w języku programowania: Zapis programu w konkretnym języku programowania Stosowane języki: Pascal, C, Matlab (kiedyś - Fortran, Basic)

69 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 69/80 Algorytm Euklidesa - lista kroków Algorytm Euklidesa - największy wspólny dzielnik dwóch liczb Dane wejściowe: niezerowe liczby naturalne a i b Dane wyjściowe: NWD(a,b) Kolejne kroki: 1. Czytaj liczby a i b 2. Dopóki a i b są większe od zera, powtarzaj krok 3, a następnie przejdź do kroku 4 3. Jeśli a jest większe od b, to weź za a resztę z dzielenia a przez b, w przeciwnym razie weź za b resztę z dzielenia b przez a 4. Przyjmij jako największy wspólny dzielnik tę z liczb a i b, która pozostała większa od zera 5. Drukuj NWD(a,b)

70 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 70/80 Algorytm Euklidesa - przykład NWD(1675,3752) =? a b Dzielenie większej liczby przez mniejszą Zamiana b/a = 3752/1675 = 2 reszta 402 b = a/b = 1675/402 = 4 reszta 67 a = b/a = 402/67 = 6 reszta 0 b = KONIEC NWD(1675,3752) = 67

71 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 71/80 Algorytm Euklidesa - schemat blokowy START Wczytaj a,b a,b > 0 N T a > b T N T a > 0 N a = a mod b b = b mod a NWD = a NWD = b STOP

72 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 72/80 Algorytm Euklidesa - pseudokod NWD(a,b) while a>0 i b>0 do if a>b then a a mod b else b b mod a if a>0 then return a else return b

73 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 73/80 Algorytm Euklidesa - język programowania (C) int NWD(int a, int b) { while (a>0 && b>0) if (a>b) a = a % b; else b = b % a; if (a>0) return a; else return b; }

74 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 74/80 Wartość bezwzględna liczby - schemat blokowy x x dla = x dla x 0 x < 0 START START Wczytaj(x) Wczytaj(x) T x 0 N T x 0 N Drukuj(x) Drukuj(-x) Drukuj(x) Drukuj(-x) STOP STOP STOP

75 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 75/80 Parzystość liczby - schemat blokowy START START Wczytaj(x) Wczytaj(x) x < 0 T N x mod 2 = 0 T N x = -x x > 1 N Drukuj (x - nieparzyste) Drukuj (x - parzyste) T x = x -2 N x = 0 T STOP Drukuj (x - nieparzyste) Drukuj (x - parzyste) STOP

76 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 76/80 Równanie kwadratowe - schemat blokowy ax 2 = + bx + c b 2 4ac = 0 START Wczytaj(a,b,c) delta=b 2-4ac > 0 : x x 1 1 b =, 2a = 0 : = x 2 = 2 b a x 2 = b + 2a T b x1 = 2a x 2 b + = 2a Drukuj(x 1,x 2 ) STOP delta > 0 N T x = x 1 2 b = 2a Drukuj(x 1,x 2 ) delta = 0 N Drukuj(Brak rozwiązania) STOP STOP

77 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 77/80 Silnia - schemat blokowy n! = n 0! = 1 1! = 1 2! = 1 2 3! = START Wczytaj(n) silnia = 1 n > 0 N T silnia=n silnia n = n -1 Drukuj(silnia) STOP

78 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 78/80 Metoda CG Metoda CG - schemat blokowy schemat blokowy ) ( ) ( ) ( x A b r p = = ) ( ) ( k T k r r = α START ) ( ) ( ) ( ) ( k k k k p x x + α = +1 < ε + ) 1 r (k ) ( ) ( 1) ( 1) ( 1) ( k T k k T k k r r r r = β ) ( ) ( ) ( ) ( k k k k p r p + β = KONIEC T N ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( k T k k k k p A p r r = α ) ( ) ( ) ( ) ( k k k k p A r r α = +1

79 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 79/80 Metoda CG - pseudokod + program (Matlab) function [xk]=cgm(a,b,xk,eps) pk = rk = b - A*xk; dotrk = rk'*rk; k = 0; while (1) k = k + 1; Ap = A*pk; alfa = dotrk/(pk'*ap); xk = xk + alfa*pk; rk = rk - alfa*ap; dotrk1 = rk'*rk; if norm(rk,inf)<eps break end pk = rk + (dotrk1/dotrk)*pk; dotrk = dotrk1; end

80 Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 8 80/80 Koniec wykładu nr 8 Dziękuję za uwagę!