Podstawy Informatyki Metalurgia, I rok Wykład 7 Sieci komputerowe
Topologie sieci magistrali pierścienia gwiazdy siatki
Zalety: małe użycie kabla Magistrala brak dodatkowych urządzeń (koncentratory, switche) niska cena sieci łatwość instalacji awaria pojedynczego komputera nie powoduje unieruchomienia całej sieci Wady: trudna lokalizacja usterek tylko jedna możliwa transmisja w danym momencie potencjalnie duża ilość kolizji awaria głównego kabla powoduje unieruchomienie całej domeny kolizji
Pierścień Zalety: małe zużycie przewodów możliwość zastosowania łącz optoelektronicznych, które wymagają bezpośredniego nadawania i odbierania transmitowanych sygnałów możliwe wysokie osiągi, ponieważ każdy przewód łączy dwa konkretne komputery Wady: Awaria jednego węzła lub łącza może być powodem awarii całej sieci. Utrudniona diagnoza uszkodzeń. Dołączenie nowego węzła wymaga wyłączenia całej sieci. Dane poruszają się w jednym kierunku. Czas propagacji jest zależny od liczby węzłów.
Gwiazda Zalety: Sieć może działać nawet, gdy jeden lub kilka komputerów ulegnie awarii. Sieć jest elastyczna i skalowalna. Łatwość monitoringu, konserwacji, wykrywania i lokalizacji kolizji Wady: Stosunkowo wysoki koszt spowodowany jest dużą ilością kabla potrzebnego do podłączenia każdego z węzłów W wypadku awarii elementu centralnego jakim jest koncentrator (np. hub, switch) sieć nie działa
Urządzenia sieciowe
Hub Jest urządzeniem posiadającym wiele portów do przyłączania stacji roboczych przede wszystkim w topologii gwiazdy. Można je traktować jak wieloportowe wzmacniaki, z tym że nowoczesne koncentratory posiadają obwody regenerujące przesyłane ramki Ethernetowe. Zaletą takiego rozwiązania jest, to że przerwanie komunikacji pomiędzy hubem a jedną ze stacji roboczych nie powoduje zatrzymania ruchu w całej sieci (każda stacja ma oddzielne połączenie z koncentratorem), należy jednak pamiętać, że awaria koncentratora unieruchomi komunikacje ze wszystkimi podłączonymi do niego urządzeniami. Huby wymagają zasilania i wzmacniają sygnały ze stacji roboczych, co pozwala na wydłużenie połączenia.
Przełącznik (switch) Przełącznik jest urządzeniem które pracuje w warstwie łącza danych (warstwa 2 modelu OSI). Przełącznik uczy się adresów potrzebnych do sterowania dostępem do nośnika i przechowuje je w tablicy wyszukiwania. Chwilowo pomiędzy nadawcą ramki a jej odbiorcą tworzone są ścieżki przełączane czyli komutowane. Potem ramki przesyłane są dalej wzdłuż tych tymczasowych ścieżek. Typowe sieci lokalne oparte o topologię przełączaną zbudowane są tak, że posiadają wiele połączeń urządzeń z portami koncentratora. Każdy port oraz urządzenie które do niego jest przyłączone ma przydzieloną odpowiednią szerokość pasma.
Most (bridge) Most to urządzenie warstwy 2. Zadaniem mostów jest filtrowanie ruchu w sieci LAN - zachowaniu ruchu lokalnego - umożliwiając zarazem łączność z innymi częściami (segmentami) sieci LAN wobec ruchu, który jest tam kierowany. Każde urządzenie sieciowe ma unikatowy adres MAC na karcie NIC (Network Interface Card). Most śledzi, które adresy MAC znajdują się po odpowiedniej stronie mostu i podejmuje decyzje w oparciu o listę adresu MAC. Mosty filtrują ruch sieciowy operując się tylko na adresach MAC. Dlatego też mogą bardzo szybko przesłać ruch reprezentujący dowolny protokół warstwy sieci. Ponieważ mosty interesują tylko adresy MAC, nie zajmują się protokołami sieci. Zajmują się tylko przekazywaniem ramek w oparciu o dowolne adresy MAC.
Router Działanie warstwie trzeciej pozwala routerowi podejmować decyzje w oparciu o adresy sieciowe zamiast adresów MAC warstwie drugiej. Routery mogą łączyć różne technologie warstwie drugiej, na przykład Ethernet, Token Ring i FDDI. Zadaniem routera jest sprawdzenie przechodzących pakietów (danych warstwie trzeciej), wyznaczenie najlepszej ścieżki w sieci i przesłanie ich do właściwego portu wyjścia. Routery to najważniejsze urządzenie regulujące ruch w dużych sieciach. Pozwalają na komunikację między praktycznie każdym komputerem a dowolnym innym komputerem w dowolnym miejscu na świecie.
Model warstwowy sieci Różne protokoły muszą ze sobą współdziałać w szczególności TCP/IP z innymi protokołami jest to możliwe dzięki warstwowej budowie sieci. Opracowany przez OSI (Open System Interconnection) w 1984 r model warstwowy sieci opisuje sposób przepływu informacji pomiędzy komputerami połączonymi w sieć
Warstwy sieci 7 6 5 4 3 2 1 aplikacji prezentacji sesyjna transportu sieciowa łącza danych fizyczna
Warstwy sieci fizyczna kable i urządzenia aktywne stosowane do połączenia komputerów; odpowiada za przesyłanie i odbiór poszczególnych bitów, określa wymagania stawiane sprzętowi (np. charakterystyki wydajności kabli, kart) łącza danych ustala nawiązanie połączenia i jego zakończenie, zapewnia kontrolę adresów oraz poprawności transmisji (każdy pakiet pakowany jest w ramkę (frame), którą tworzy: nagłówek, pakiet oraz sekwencja kontrolna; na poziomie tej warstwy sprawdzane jest, czy wszystkie pakiety dotarły do adresata
Warstwy sieci sieciowa odpowiada za trasę przesyłki, ustala gdzie jest wolna droga ; ustala protokoły w tym IP oraz IPX, które zawierają informacje o adresie źródłowym i docelowym transportu nadzoruje przesyłanie danych, np. kolejność pakietów, ich kodowanie i rozkodowanie, w razie konieczności wysyła żądanie ponownego przesłania brakującego pakietu sesji odpowiada za koordynację komunikacji m. komputerami kto wysyła i kiedy (dot. relacji klient-klient oraz klient-serwer (sesji)
Warstwy sieci prezentacji odpowiada za sposób kodowania danych (szyfrowanie i deszyfrowanie), ich kompresję i dekompresję oraz korektę reprezentacji binarnej aplikacji pełni rolę pośrednika między systemem operacyjnym i jego aplikacjami a siecią (np. polecenie FTP powoduje uruchomienie programu-klienta FTP
Warstwy sieci W połączeniu sieciowym dane przychodzące płyną zawsze od najwyższej warstwy do najniższej, przez sieć do innego komputera, a tam od najniższej warstwy do najwyższej 7 7 1 1 Sieć komputerowa
Model warstwowy DoD Warstwa aplikacji - zapewnia interfejs pomiędzy aplikacjami użytkowymi, a usługami sieciowymi. Warstwa transportowa - obsługuje strumień danych między dwoma zdalnymi maszynami Warstwa Internet - przesyła pakiety z danymi od maszyny źródłowej do maszyny docelowej Warstwa fizyczna - odpowiada za przyjmowanie ciągów danych z warstwy Internet, łączenie danych i przesyłanie ich zawartości oraz samą transmisję strumienia bitów.
Protokoły sieciowe Protokół to zbiór sygnałów używanych przez grupę komputerów podczas wymiany danych (wysyłania, odbierania i kontroli poprawności informacji). Komputer może używać kilku protokołów. Z uwagi na to, że zwykle w sieci pracuje wiele komputerów, konieczne jest podanie sposobu określania właściwego adresata, sposobu rozpoczynania i kończenia transmisji, a także sposobu przesyłania danych. Przesyłana informacja może być porcjowana - protokół musi umieć odtworzyć informację w postaci pierwotnej. Informacja może być przesłana niepoprawnie - protokół musi wykrywać i usuwać powstałe w ten sposób błędy.
Protokoły sieciowe TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol - oprócz Internetu występuje także w sieciach opartych na systemie Windows NT i Linux IPX Internetworking Packet Exchange odpowiednik TCP/IP dla systemu Novell Netware NetBIOS do użytku w małych grupach roboczych i LAN. Nie jest trasowalny. Dotyczy komputerów IBM. Rozszerzenie NetBIOS to NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface)
Protokoły Protokoły poziomu sieciowego Address Resolution Protocol (ARP) Internet Control Message Protocol (ICMP) Internet Protocol (IP) Transmission Control Protocol (TCP) Protokoły aplikacyjne Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Domain Name System (DNS) Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Telnet Gopher File Transfer Protocol (FTP) Network News Transport Protocol (NNTP)
ARP Protokół komunikacyjny przekształcania adresów IP na fizyczne, 48-bitowe adresy MAC (przypisane fizycznie m.in. do kart sieciowych) w komputerowych sieciach lokalnych typu Ethernet. ARP jest protokołem pracującym na drugiej warstwie modelu ISO/OSI, czyli warstwie łącza danych, ponieważ pracuje ona na ramkach i może je analizować tzn. np. sprawdzać ich poprawność.
ICMP Internetowy protokół komunikatów kontrolnych. ICMP jest ściśle związany z protokołem IP, dostarczając nieobecnej w nim funkcji informowania o błędach. Protokół pozwala wysyłać pakiety kontrolne służące do ustalenia bieżącego stanu hosta, w tym: Brak możliwości dostarczenia pakietu do miejsca przeznaczenia; Określenia opóźnienia pakietów przesyłanych przez sieć Zmiana wcześniej wyznaczonej trasy przez jeden z routerów pośredniczących Brak wolnej pamięci buforowej dla zapamiętania pakietu i związane z tym chwilowe wstrzymania nadawania Przekroczenie czasu życia (TTL) pakietu
IP Protokół komunikacyjny warstwy sieciowej modelu OSI (warstwy internet w modelu TCP/IP). Używany powszechnie w Internecie i sieciach lokalnych. Dane w sieciach IP są wysyłane w formie bloków określanych mianem pakietów. Protokół IP jest protokołem zawodnym - nie gwarantuje, że pakiety dotrą do adresata, nie zostaną pofragmentowane, czy też zdublowane, a ponadto mogą dotrzeć do odbiorcy w innej kolejności niż zostały nadane. Niezawodność transmisji danych jest zapewniana przez protokoły warstw wyższych (np. TCP), znajdujących się w hierarchii powyżej warstwy sieciowej.
Pakiet IP nagłówek Dane ogólne Adres IP nadawcy Adres IP odbiorcy Dane
TCP Strumieniowy protokół komunikacji między dwoma komputerami. W modelu OSI TCP odpowiada warstwie Transportowej. W przeciwieństwie do UDP, TCP zapewnia wiarygodne połączenie dla wyższych warstw komunikacyjnych przy pomocy sum kontrolnych i numerów sekwencyjnych pakietów, w celu weryfikacji wysyłki i odbioru. Brakujące pakiety są obsługiwane przez żądania retransmisji. Host odbierający pakiety TCP porządkuje je według numerów sekwencyjnych tak, by przekazać wyższym warstwom modelu OSI pełen, złożony segment.
SMTP Tekstowy protokół, w którym określa się co najmniej jednego odbiorcę wiadomości (maila) (w większości przypadków weryfikowane jest jego istnienie), a następnie przekazuje treść wiadomości. Początkowo protokół ten nie radził sobie dobrze z plikami binarnymi, ponieważ stworzony był w oparciu o czysty tekst ASCII. W celu kodowania plików binarnych do przesyłu przez SMTP stworzono standardy takie jak MIME. W dzisiejszych czasach większość serwerów SMTP obsługuje rozszerzenie 8BITMIME pozwalające przesyłać pliki binarne równie łatwo jak tekst. Jednym z ograniczeń pierwotnego SMTP jest brak mechanizmu weryfikacji nadawcy, co ułatwia rozpowszechnianie niepożądanych treści poprzez pocztę elektroniczną (wirusy, spam). Żeby temu zaradzić stworzono rozszerzenie SMTP-AUTH, które jednak jest tylko częściowym rozwiązaniem problemu - ogranicza wykorzystanie serwera wymagającego autoryzacji do zwielokratniania poczty. Nadal nie istnieje metoda, dzięki której odbiorca autoryzowałby nadawcę - nadawca może "udawać" serwer i wysłać dowolny komunikat do dowolnego odbiorcy.
HTTP HyperText Transfer Protocol jest protokołem typu klientserwer warstwy aplikacyjnej (działającym w oparciu o protokół TCP) służącym do pobierania i dostarczania dokumentów hipertekstowych (najczęściej w postaci HTML) a także zbiorów binarnych takich jak programy albo dokumenty
Telnet Telnet jest usługą (programem) pozwalającą na zdalne połączenie się komputera (terminala) z oddalonym od niego komputerem (serwerem) przy użyciu sieci, wykorzystując do tego celu protokół TCP-IP oraz standardowo przypisany port 23. Umożliwia on zatem ustanowienie użytkownikowi zdalnej sesji na serwerze tak jak gdyby siedział tuż przed nim. Protokół obsługuje tylko terminalne alfanumeryczne, co oznacza, że nie obsługuje myszy ani innych urządzeń wskazujących. Nie obsługuje także graficznych interfejsów użytkownika. Wszystkie polecenia muszą być wprowadzane w trybie znakowym w wierszu poleceń. Polecenia wydawane za pomocą naszego komputera przysłane są poprzez sieć serwera, na którym zainstalowane jest oprogramowanie serwera telnetu. W odpowiedzi serwer odsyła nam komunikaty, które następnie wyświetlane są na naszym ekranie. Bardzo często usługa telnet implementowana jest do urządzeń aktywnych sieci (switche, routery) w celu ułatwienia konfiguracji tychże urządzeń.
FTP Protokół transmisji plików. Jest protokołem typu klient-serwer, który umożliwia przesyłanie plików z i na serwer poprzez sieć TCP/IP. Do komunikacji wykorzystywane są dwa połączenia TCP. Jedno z nich jest połączeniem kontrolnym za pomocą którego przesyłane są np. polecenia do serwera, drugie natomiast służy do transmisji danych m.in. plików. FTP działa w dwóch trybach: aktywnym i pasywnym, w zależności od tego, w jakim jest trybie, używa innych portów do komunikacji. Jeżeli FTP pracuje w trybie aktywnym, korzysta z portów: 21 dla poleceń (połączenie to jest zestawiane przez klienta) oraz 20 do przesyłu danych. Połączenie nawiązywane jest wówczas przez serwer. Jeżeli FTP pracuje w trybie pasywnym wykorzystuje port 21 do poleceń i port o numerze > 1024 do transmisji danych, gdzie obydwa połączenia zestawiane są przez klienta.
DNS Jest to system serwerów oraz protokół komunikacyjny zapewniający zamianę adresów znanych użytkownikom Internetu na adresy zrozumiałe dla urządzeń tworzących sieć komputerową. Dzięki wykorzystaniu DNS nazwa mnemoniczna, np. pl.wikipedia.org, może zostać zamieniona na odpowiadający jej adres IP, czyli 145.97.39.135. DNS to złożony system komputerowy oraz prawny. Zapewnia z jednej strony rejestrację nazw domen internetowych i ich powiązanie z numerami IP. Z drugiej strony realizuje bieżącą obsługę komputerów odnajdujących adresy IP odpowiadające poszczególnym nazwom.
Adresy sieciowe Działanie TCP/IP jest ściśle związane z pojęciem adresu sieciowego (stałego lub generowanego na czas połączenia) Każdy komputer, który posiada swoje IP nosi nazwę host adresy IP (numeryczne) liczba 32 bitowa zapisywana jako 4 części po 8 bitów oddzielonych kropkami np. 149.156.111.10 adresy domenowe (symboliczne)- adresy te przypisywane są przede wszystkim serwerom, udostępniającym w Internecie jakieś usługi zapisywane są w postaci ciągu nazw oddzielonych kropkami i czytane są od końca
Klasy sieciowe Klasa A Zakres Od 0.0.0.0 do 127.255.255.255 Sieci klasy A jest mniej niż 128, ale każda może się składać z milionów komputerów (255*255*255). Klasa B Zakres Od 128.0.0.0 do 191.255.255.255 Są tysiące sieci klasy B (191-128)*255, z których każda może zawierać tysiące adresów (255*255). Klasa C Zakres Od 192.0.0.0 do 223.255.255.255 Są miliony sieci klasy C (223-192)*255*255, ale każda może liczyć mniej niż 254 komputery. Klasa D Zakres Od 224.0.0.0 do 239.255.255.255 Zarezerwowane; tzw. adresy grupowe niepowiązane z żadną siecią. Klasa E Zakres Od 240.0.0.0 do 247.255.255.255 Do celów eksperymentalnych.
Domeny internetowe domeny krajowe 2 litery np. uk, de, fr, at, au, pl Domeny regionalne: krakow, waw, kielce Domeny funkcjonalne: com, edu, gov, mil, org, net Od niedawna istnieją nowe domeny: aero, biz, coop (dla spółdzielni ), info (adresy witryn o charakt. informacyjnym), museum, name (prywatne), pro (wolne zawody)
Przykłady: Domeny internetowe sendzimir.metal.agh.edu.pl www.mf.gov.pl www.men.waw.pl zwirek.bis.krakow.pl www.google.pl