Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej

Transkrypt

1 Automatyka i Robotyka, Rok Wprowadzenie do sieci komputerowych PWSZ Gªogów, 2009

2 Denicja Sie komputerowa pewna liczba niezale»nie dziaªaj cych komputerów, poª czonych ze sob za pomoc kanaªów komunikacyjnych (co pozwala na wymian informacji mi dzy komputerami). Wªasno±ci: komputery musza by autonomiczne st d ró»nica pomi dzy sieci komputerow a systemem rozproszonego przetwarzania (tkwi de facto w oprogramowaniu czyli w ró»nych systemach operacyjnych) kanaªy transmisji danych dowolne ±rodki zyczne umo»liwiaj ce przesyªanie informacji: publiczna sie telefoniczna ª cza ±wiatªowodowe ª cza mikrofalowe ª cza satelitarne, itd.

3 Zalety Mo»liwo± wspólnego u»ytkowania zasobów, np. zdalny dost p do mocy obliczeniowej superkomputera Du»a niezawodno± dzi ki redundancji, czyli nadmiarowo±ci, np. zwielokratnianie serwerów udost pniaj cych te same informacje Oszcz dno±, np. dzi ki sieciom lokalnym (LAN Local Area Network) mo»na stopniowo zwi ksza moc obliczeniow systemu komputerowego w miar wzrostu potrzeb w zakresie przetwarzania danych Skuteczny i pot»ny ±rodek komunikacji miedzyludzkiej

4 Zalety Mo»liwo± wspólnego u»ytkowania zasobów, np. zdalny dost p do mocy obliczeniowej superkomputera Du»a niezawodno± dzi ki redundancji, czyli nadmiarowo±ci, np. zwielokratnianie serwerów udost pniaj cych te same informacje Oszcz dno±, np. dzi ki sieciom lokalnym (LAN Local Area Network) mo»na stopniowo zwi ksza moc obliczeniow systemu komputerowego w miar wzrostu potrzeb w zakresie przetwarzania danych Skuteczny i pot»ny ±rodek komunikacji miedzyludzkiej

5 Klasykacja systemów wieloprocesorowych Ze wzgl du na rozmiary zyczne i miejsce usytuowania procesorów: odlegªo± mi dzy lokalizacja nazwa systemu procesorami procesorów wieloprocesorowego 0,1 m karta obwody drukowanego transputer 1m obudowa komputera multiprocesor 10 m pokój 100 m budynek sie lokalna (LAN) 1000 m obszar uczelni 10 km miasto sie rozlegªa (WAN) 100 km pa«stwo (Wide Area Network) 1000km kontynent sie sieci rozlegªych km planeta internet

6 Struktura sieci Hosty komputery, których podstawowym zadaniem jest uruchamianie aplikacji, tzn. programów u»ytkownika Podsie komunikacyjna ª cz ca hosty i przenosz ca pomi dzy nimi dane; skªada si z: kanaªów transmisyjnych elementów przeª czaj cych, tzw. w zªów sieci, s to zwykle specjalizowane komputery, realizuj ce poª czenia pomi dzy dwoma lub kilkoma kanaªami transmisyjnymi w taki sposób, by dane wychodz ce z jednego hosta-nadawcy byªy kierowane do wªa±ciwego hosta-odbiorcy. Ka»dy w zeª poª czony jest z jednym lub wieloma hostami. Wªasno± takiej koncepcji oddzielenie zada«komunikacyjnych w sieci od zada«aplikacyjnych, co znacznie upraszcza projektowanie sieci

7 Struktura sieci Host Granice podsieci komunikacyjnej Wêze³

8 Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej Z kanaªami dwupunktowymi: w zªy s poª czone ze sob licznymi liniami kablowymi, telefonicznymi itp.; zwykle 2 wybrane w zªy ª cz si za po±rednictwem w zªów po±rednich. Wiadomo±ci przesyªane pomi dzy hostami dzieli si na porcje, zwane pakietami technika przeª czania pakietów. Mo»liwe s ró»ne topologie poª cze«: sieci lokalne zwykle w topologii symetrycznej, sieci rozlegªe zwykle w topologii nieregularnej. Z kanaªami rozgªoszeniowymi: 1 kanaª transmisyjny (wi kszo± sieci lokalnych), wspólny dla wszystkich komputerów w sieci. Pakiety wysyªane przez jeden z komputerów s odbierane przez wszystkie pozostaªe komputery ka»dy pakiet posiada specjalne pole adresowe identykuj ce adresata w sieci.

9 Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej Niektóre topologie dwupunktowej podsieci komunikacyjnej gwiazda, pier±cie«, drzewo, topologia zupeªna, topologia nieregularna

10 Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej Podstawowe topologie podsieci komunikacyjnej z kanaªami rozgªoszeniowymi szyna, naziemny system radiowy lub system satelitarny, pier±cie«

11 Architektury sieci komputerowych zaªo»enie wspomagaj ce projektowanie sieci: posiadanie w miar prostej struktury logicznej w praktyce: szereg uzale»nionych od siebie warstw (poziomów) celem ka»dej warstwy jest oferowanie okre±lonych usªug warstwie wy»szej odpowiadaj ce sobie poziomami warstwy 2 komputerów komunikuj si nawzajem za pomoc okre±lonego protokoªu (jest to tak naprawd komunikacja wirtualna, poniewa» korzystaj z usªug ni»szych warstw a» do poziomu zycznych ±rodków komunikacji) mi dzy ka»d par warstw znajduje si interfejs deniuj cy, jakie pierwotne operacje i usªugi oferuje warstwa dolna warstwie górnej zestaw warstw i protokoªów nazywamy architektur sieci.

12 Architektury sieci komputerowych Warstwowa struktura sieci komputerowej n Protokó³ warstwy n n nterfejs warstw n/n-1 Protokó³ k+1 k+1 warstwy k+1 k Protokó³ warstwy k k nterfejs warstw k+1/k nterfejs warstw k/k-1 k-1 Protokó³ warstwy k-1 k-1 nterfejs warstw 1/2 1 Protokó³ warstwy 1 1 Fizyczny kana³ transmisyjny

13 Model odniesienia SO/OS zaproponowany we wczesnych latach 80-tych XX w. przez nternational Standard Organization (Mi dzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) krok w kierunku normalizacji ró»nych protokoªów nazwa: Open Systems nterconnection (Poª czenie Systemów Otwartych dla komunikacji z innymi systemami) posiada 7 warstw ustalonych na podstawie nast puj cych kryteriów warstw powinno tworzy si, gdy wymagany jest nowy poziom abstrakcji ka»da warstwa powinna wykonywa dobrze zdeniowan funkcj granice warstwy nale»y wyznaczy tak, aby zminimalizowa przepªyw informacji pomi dzy warstwami liczba warstw powinna by na tyle du»a, aby nie ª czy ró»nych funkcji w tej samej warstwie, i na tyle maªa, by architektura umo»liwiaªa ªatwe zarz dzanie sieci nale»y mie na uwadze denicje mi dzynarodowo normalizowanych protokoªów

14 Model odniesienia SO/OS Aplikacji Prezentacji Sesji Transportowa Sieci ¹cza danych Fizyczna A B C Sieæ ¹cze danych ¹cze fizyczne Protokó³ aplikacji Protokó³ prezentacji Protokó³ sesji Protokó³ transportowy GPK Sieæ PWPK ¹cze danych ¹cze fizyczne A B C Aplikacji Prezentacji Sesji Transportowa Sieci ¹cza danych Fizyczna - interfejs GPK - granice podsieci komunikacyjnej PWPK - protokoªy wewn trzne podsieci komunikacyjnej A - protokóª warstwa sieci hosta - w zeª B - protokóª warstwa ª cza danych hosta - w zeª C - protokóª warstwa zyczna hosta - w zeª

15 Model odniesienia SO/OS Sam model OS nie jest architektur sieciow nie okre±la dokªadnie jakie protokoªy stosowa w ka»dej warstwie, nie deniuje równie» usªug jakie oferuje ka»da warstwa. SO opracowaªa oddzielne normy dla ka»dej z warstw (nie stanowi one jednak cz ±ci modelu odniesienia). 1 zyczna zajmuje si ±ci±le przesyªaniem bitów za pomoc kanaªu transmisyjnego (ustalenie typu ªaczówki sieciowej, poziomów napi 0 i 1, czas trwania bitu, itp.). Projektowanie tej warstwy polega na ustaleniu interfejsów mechanicznych, elektrycznych i proceduralnych mi dzy ta warstw a ª czem komunikacyjnym. Do dyspozycji projektantów zestaw norm EEE 802, RS 449, itp. 2 ª cza danych gªównym zadaniem jest dostarczenie warstwie sieci kanaªu komunikacyjnego wolnego od bª dów. Strumie«danych nadajnika dzieli si na mniejsze porcje, tzw. ramki zawieraj ce na pocz tku i na ko«cu tzw. agi (okre±lone kombinacje bitów umo»liwiaj ce detekcj pocz tku i ko«ca ramki). Uwzgl dnia si te» potwierdzenie odbioru ramki przez odbiornik. Do dyspozycji projektantów wiele norm, np. protokoªy SDLC, HDLC, X.25 LAP, ATM, NDS, OD.

16 Model odniesienia SO/OS 3 sieci steruje dziaªaniem podsieci komunikacyjnej (zagadnienie doboru drogi pakietu od ¹ródªa do miejsca przeznaczenia). sieciowa musi zawiera oprogramowanie umo»liwiaj ce obliczanie ilo±ci przesªanych bajtów w czasie trwania poª czenia (niezale»nie od tego, czy jest ono lokalne, czy globalne). Powinna tak»e realizowa poª czenia sieci heterogenicznych (na ogóª ró»ne systemy adresowania, ró»ne protokoªy) Protokoªy warstwy sieci to m.in. X.25, PX, VP, P. 4 transportowa podstawowa czynno± : przyj cie danych z wy»szej warstwy sesji, ew. rozdzielenie ich na mniejsze cz ±ci, przesªanie do ni»szej warstwy sieci i sprawdzenie, czy w komplecie dotarªy do celu. transportowa tworzy ró»ne poª czenia sieciowe dla ka»dego poª czenia wymaganego przez warstw sesji. w celu zrealizowania poª czenia w warstwie transportowej program komputera ¹ródªowego porozumiewa sie bezpo±rednio z programem komputera docelowego (w warstwach ni»szych komputer porozumiewa si jedynie z najbli»szymi s siadami). Protokoªy: internetowe protokoªy TCP i UDP, NetBOS rmy Microsoft i inne

17 Model odniesienia SO/OS 5 sesji pozwala u»ytkownikom ró»nych maszyn ustala sesje mi dzy sob, umo»liwia taki sam transport danych jak warstwa transportowa oraz dostarcza dodatkowe usªugi, np. praca na zdalnym wielodost powym systemie komputerowym, transfer plików pomi dzy komputerami. Brak obowi zuj cych norm mi dzynarodowych dotycz cych protokoªów tej warstwy. 6 prezentacji dotyczy gªównie skªadni i znaczenia przesyªanej w sieci informacji. Typowe usªugi tej warstwy to kodowanie i szyfrowanie danych, kompresja danych, konwersje kodów danych. Brak obowi zuj cych norm mi dzynarodowych dotycz cych protokoªów tej warstwy. 7 aplikacji realizuje szereg protokoªów o du»ym znaczeniu praktycznym, np. wirtualny terminal sieciowy, transfer plików pomi dzy ró»ni cymi si systemami, obsªuga poczty elektronicznej, zdalnego przetwarzania wsadowego, itp. Szereg znormalizowanych protokoªów: X.400, X.500, DTP, FTAM

18 rodowiska sieci komputerowych Tzw. ±rodowisko sieci komputerowej stanowi sieciowy system operacyjny i oprogramowanie realizuj ce protokoªy zapewniaj ce wªa±ciw komunikacj pomi dzy komputerami oraz usªugi sieciowe. Rodzaje sieciowych systemów operacyjnych: Peer-to-peer (ka»dy z ka»dym) ka»dy u»ytkownik sieci mo»e udost pnia zasoby swojego komputera i korzysta z zasobów komputerów pozostaªych u»ytkowników. Wszyscy u»ytkownicy posiadaj te same uprawnienia. Przykªadem jest ±rodowisko sieciowe Windows NT czy architektura SNA (Systems Network Architecture) rmy BM. Dedicated Server (dedykowany serwer) jeden lub wi cej systemów komputerowych peªni rol serwera dedykowanego, ±wiadcz c jedynie usªugi na rzecz u=»ytkowników sieci i nie wykonuj c»adnych innych zada«. Przykªad: system operacyjny UNX stosuj cy protokoªy TCP/P oraz system operacyjny Novell NetWare, realizuj cy protokoªy SPX/PX (Sequential Packet Exchange, nternational Packet Exchange).

19 Porównanie modelu OS i realizacji praktycznych OS NetWare UNX aplikacji NetWare Core Network Filing prezentacji Protocol (NCP) Systems (NFS) Potoki NetBOS SMTP, FTP sesji nazwane Telnet, SNTP transportowa SPX TCP sieciowa PX P Sterowniki LAN Sterowniki LAN ª cza danych OD NDS Media Access Control zyczna zyczna zyczna

20 Proces nadawania i odbioru danych w modelu OS Proces nadawania dane Proces odbioru Aplikacji AH dane Aplikacji Prezentacji Sesji Transportowa Sieci PH SH TH NH dane dane dane dane Prezentacji Sesji Transportowa Sieci ¹cza danych DH dane DT ¹cza danych Fizyczna bity Fizyczna