Sieci komputerowe Narzędzia Informatyki 2012.12.03
Rozwój sieci Terminale komputerów mainframe Sieci wewnętrzne firm współdzielenie zasobów współdzielenie informacji ARAPNET INTERNET Dostęp do sieci z domu Sieci domowe Wszystko jest w sieci
Typy sieci Odległość między jednostkami Jednostki zlokalizowane w: Przykład 1 m metr kwadratowy sieć osobista PAN 10 m pokój 100 m budynek sieć lokalna LAN 1 km kampus 10 km miasto sieć metropolitalna MAN 100 km kraj 1000 km kontynent WAN 10000 km planeta Internet
PAN bardzo ograniczony zasięg np. do łączenia peryferiów bluetooth, RFID lub podobne
LAN sieć prywatna lub firmowa łączy komputery i umożliwia współdzielenie zasobów może być przewodowa lub bezprzewodowa architektura Klient-Serwer lub Peer-2-Peer prędkość transmisji rzędu 10, 100 lub 1000 Mbps dla sieci przewodowych
LAN
MAN Pokrywa miasto sieć akademicka w Poznaniu sieci oparte na telewizji kablowej
WAN Pokrywają duży obszar, np. kraj, kontynent Często obecnie widziane z logicznego punktu widzenia, a będące podzbiorem Internetu
Model OSI Open Systems Interconnection ISO/IEC 7498-1 Opisuje system komunikacyjny za pomocą hierarchicznych warstw abstrakcji Warstwa niższa udostępnia swoje usługi warstwie wyższej
Model OSI Nr warstwy Nazwa 7 Warstwa aplikacji 6 Warstwa prezentacji 5 Warstwa sesji 4 Warstwa transportowa 3 Warstwa sieciowa 2 Warstwa łącza danych 1 Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna opisuje zasady transmisji surowych danych przez kanał komunikacyjny np. jak kodowane są 1 i 0, jak długo trwa sygnał, czy transmisja jest dwukierunkowa, jak wyglądają złącza,... opisuje własności fizyczne (elektryczne, optyczne, radiowe) łącza
Warstwa łącza danych jej głównym zadaniem jest zastąpienie surowej transmisji tak aby wydawała się być wolna od błędów np. dzieli dane na ramki implementuje protokoły korekcji błędów synchronizuje nadawcę z odbiorcą w tej warstwie działa most i przełącznik
Warstwa sieciowa zna topologię sieci trasuje pakiety danych używa 4 procesów: adresowanie enkapsulacja routing dekapsulacja
Warstwa transportowa jej głównym zadaniem jest odebranie danych z wyższej wartswy, podział na mniejsze pakiety i zapewnienie dostarczenia ich do odbiorcy abstrahuje wyższe warstwy od fizycznej organizacji sieci poniżej
Warstwa sesji umożliwia nawiązanie sesji między użytkownikami nadzoruje czyja kolej na nadawanie zarządza tokenami (sekcja krytyczna) synchronizuje umożliwia wznowienie transmisji po przerwaniu
Warstwa prezentacji jest związana ze składnią i semantyką przesyłanej informacji np. umożliwia komunikację różnych systemów podając wspólne definicje typów danych
Warstwa aplikacji zawiera definicje protokołów, np. HTTP
Model OSI a TCP/IP
Historia Internetu Pod koniec lat 50-tych Departament Obrony USA (DoD) zażyczył sobie sieci komunikacyjnej mogącej przetrwać atak jądrowy Dotychczas wykorzystywana była zwykła sieć telefoniczna W roku 1960 kontrakt zdobyła firma RAND Corporation
Sieć telefoniczna Uszkodzenie kilku kluczowych węzów prowadzi do rozkładu sieci Propozycja Paula Baran a z firmy RAND
Historia Internetu Ponieważ linie komunikacyjne były za długie dla sygnałów analogowych Baran zaproponował przesyłanie przełączanych pakietów cyfrowych AT&T zostało poproszone o zbudowanie prototypu i stwierdziło, że jest on awykonalny
ARPA Advanced Research Project Agency Powstała po 1957 r. w odpowiedzi na przegrany wyście kosmiczny - Sputnik mała agencja udzielająca grantów i kontraktów uniwesytom i firmom W roku 1967 Larry Roberts z ARPA zaczął pracować nad projektem niezawodnej sieci komputerowej
ARPA Na konferencji w 1967 r. Roberts zaprezentował pracę opartą na pomyśle Wesley a Clark a Na tej samej konferencji występował Donald Davies z National Physical Laboratory w Anglii Przedstawił system łączący kilka komputerów NPL w sieć opartą na pracach Baran a
ARPANET Zapadła decyzja o budowie prototypu sieci Każdy komputer miał być podłączony lokalnie do IMP (Interface Message Protocol) - minikomputera Każdy IMP był połączony z co najmniej dwoma innymi łączem 56 kbps W grudniu 1968 r. firma BBN wygrała przetarg na budowę sieci
ARPANET Sieć zaczęłą działać w grudniu 1969 r. Wybrano na początek 4 węzły: UCLA - University of California, Los Angeles UCSB - University of California, Santa Barbara SRI - Stanford Research Institute UTAH - University of Utah
Rozwój ARPANET XII 1969 VII 1970 III 1971 IV 1972 IX 1972
TCP/IP Problemem w sieci ARPANET była komunikacja między różnymi systemami W 1974 r. Cerf i Kahn opracowali model i protokół TCP/IP ARPA przyznała granty na implementację TCP/IP dla różnych systemów Naukowcy w University of California, Berkeley opracowali interfejs oparty na socketach i zaimplementowali w wersji 4.2BSD Unix
ARPANET W 1973 r. podłączono pierwsze ośrodki poza USA - Norwegia i Anglia W 1975 r. ARPANET zyskał status operacyjny i został wyjęty spod kontroli ARPA W 1983 r. wydzielono MILNET 28 lutego 1990 r. został oficjalnie zamknięty W 1971 wysłano pierwszy e-mail W 1973 przesłano pierwszy plik FTP
NSFNET ARPANET był dostępny tylko dla instytucji realizujących projekty DoD U.S. National Science Foundation podjęła decyzję o budowie sieci do celów naukowych CSNET w 1981 r. Od początku sieć była oparta na TCP/IP Nie była dostępna dla instytucji komercyjnych
NSFNET NSFNET zaczynał od łączy szkieletowych 56 kbps szybko zostały wymieniona na 448 kbps w 1990 r. - 1.5 Mbps NFS utworzył organizację non-profit Advanced Networks and Services - ANS w 1990 r. ANS przejął NSFNET i utworzył ANSNET z łączami 45 Mbps - dostęp komercyjny 5 lat później wykupiony przez America Online
Europa Delivery of Advanced Network Technology to Europe (DANTE) organizacja non-profit zarządzająca łączami szkieletowymi między europejskimi centrami obliczeniowymi EBONE 1992-2002
Polska Naukowa i Akademicka Sieć Komputerowa Powstał w 1991 r. Pierwsze połączenie IP w 1991 r. między Instytutem Fizyki UW a Centrum Komputerowym w Uniwerystetu w Kopenchadze Zarządza obecnie DNS i prowadzi działalność komercyjną
Nośnik fizyczny skrętka przewód koncentryczny światłowód radio
Sieć telefoniczna publiczna przełączana sieć telefoniczna PSTN każdy z każdym jedna centrala hierarchia wielopoziomowa
Sieć telefoniczna Przewidziana do przesyłania sygnału o częstotliwości max 3100 Hz Modem, maksymalna prędkość 56 kbps, pomiędzy dwoma modemami 33.6 kbps
Sieć telefoniczna xdsl - Digital Subscriber Line z linii usunięte są filtry max częstotliowść linii 1 MHz ADSL2+ - 2.2 MHz - 24 Mbps
Sieć telefoniczna Ważna jest odległość od centrali
Przełączanie Przełączanie obwodów - klasyczna sieć telefoniczna Przełączanie pakietów - sieci cyfrowe
Telewizja kablowa Początki w latach 40-tych XX w.
Telewizja kablowa Modemy - standard DOCSIS Data Over Cable Service Interface Specification
CTV a ADSL W kablówce pasmo jest dzielone między użytkowników w ADSL każdy użytkownik dysponuje swoim pasmem Kablówka działa podobnie jak sieć komórkowa
Ethernet Standard IEEE 802.3 klasyczny Ethernet 3 do 10 Mbps przełączany Ethernet od 100 do 10000 Mbps nazwa pochodzi od eteru, w który miały rozchodzić się fale elektromagnetyczne
Ethernet Opracowany przez Bob a Metcalfe a idavida Boggs a z Xerox Parc w 1976 r. Odeszli i założyli firmę 3Com Wykorzystywany był przewód koncentryczny
Klasyczny Ethernet Wykorzystywany był przewód koncentryczny gruby Ethernet 500 m na segment, 100 komputerów cienki Ethernet 185 m na segment, 30 komputerów wykorzytanie repeaterów (max 4)
Klasyczny Ethernet wykorzystywany protokół MAC każde urządzenie musi mieć unikalny adres MAC złącza BNC
Klasyczny Ethernet Pojedynczy przewód ma wiele wad Zaczęto wykorzystywać istniejące przewody telefoniczne - skrętka Przewody podłączone do koncentratora (hub) Logicznie odpowiada to 1 przewodowi Ograniczenie do 100 m (200 m CAT5)
Przełączany Ethernet Zamiast koncenctratora stosujemy przełącznik (switch) Switch inteligentnie rozsyła pakiety tylko do zainteresowanych Ogranicza to wykorzystanie pasma transmisyjnego
Szybki Ethernet Standard IEEE 802.3u Skraca czas ramki ze 100 ns do 10 ns 3 rodzaje: 100Base-T4 dla przewodów Cat3 100Base-TX dla przewodów Cat5 100Base-FX dla światłowodów koniec przewodów koncentrycznych
Gigabit Etherner Standard IEEE 802.3ab Czas 1 ns 4 tryby pracy 1000Base-SX światłowód 550 m 1000Base-LX światłowód 5 km 1000Base-CX 2 pary STP 25 m 1000Base-T 4 pary UTP 100 m
WiFi Standardy z grupy IEEE 802.11 wykorzystuje częstotliwości 2.4GHz i 5GHz Zabezpieczenia WPA, WPA2, WEP
Adresy IP Przydziałem adresów zarządza ICANN Internet Corporation for Assigned Names and Numbers Adresy są podzielone na 4 klasy: A - 16 milionów adresów /4 B - 65 tys. adresów /8 C - 256 adresów /16 D - multicast
Adresy IP Ares IPv4 składa się z 32 bitów Najczęściej zapisywany dziesiątkowo 150.254.130.22 Adresy IP są hierarchiczne co umożliwia skalowalność Adres składa się z części sieciowej i części hosta (różnej długości) Podział wyznacza prefix (potęga 2) lub maska podsieci
Podsieci maska podsieci dzieli adres na część sieciową i hosta podział na podsieci umożliwia lepsze zarządzanie adresami tabele trasowania (routing) mogą być mniejsze
Przykład prefix dla uniwersytetu /16 np. 150.254.*.* - 65536 hostów dzielimy sieć na 3 wydziały: informatyki - połowa zasobu elektryczny - ćwierć zasobu budowy maszyn - 1/8 zasobu 1/8 zostaje w zapasie
Przykład Wydział 150 254 * * WI WE WBM Rezerwa 10010110 11111110 1xxxxxxx xxxxxxxx 10010110 11111110 00xxxxxx xxxxxxxx 10010110 11111110 011xxxxx xxxxxxxx 10010110 11111110 010xxxxx xxxxxxxx
Przykład Wydział Liczba hostów Maska podsieci WI 32767 255.255.128.0 WE 16383 255.255.192.0 WBM 8191 255.255.96.0
Adresy specjalne 0.0.0.0 - wykorzystywane przy uruchamianiu sieci - ta sieć 255.255.255.255 - wszystkie hosty w danej sieci 127.*.*.* - pętla zwrotna
Adresy specjalne Sieci wewnętrzne 10.*.*.* /8 172.16.*.* /12 192.168.*.* /16
NAT Brak adresów IPv4 dla wszystkich chętnych Native Address Translation Tłumaczy adres sieci wewnętrznej na adres publiczny IP i na odwrót
IPv6 Następca IPv4 Znacznie większa pula adresów 128 bitów zamiast 32 Niekompatybilny z IPv4 Problemy z wdrożeniem
Protokoły transportowe UDP - bezpołączeniowy TCP - połączeniowy
UDP User Datagram Protocol Zaprojektowany w 1980 r. przez Davida P. Reed a Prosty model transmisji do przesyłania komunikatów Zawiera kontrolę błędów
TCP Transmission Control Protocol Gwarantuje dostarczenie wszystkich pakietów w całości i bez duplikatów Znacznie bardziej kosztowny od UDP Zalety przeważają nad wadami
Porty protokołu UDP i TCP korzystają z portów oba protokoły mogą koszystać z tego samego portu porty mają numery z zakresu 0-65535: znane porty 0-1023 zarejestrowane porty 1024-49151 porty prywatne/dynamiczne >49151
Porty 20 i 21 - FTP 22 - SSH 23 -Telnet 25 - SMTP 53 - DNS 110 - POP3 143 - IMAP 443 - HTTPS 80 - HTTP
DNS Domain Name System Tłumaczy nazwy, np. www.cs.put.poznan.pl na adresy IP, 150.254.30.30 w czasach ARPANET wykorzystywano centralnie przechowywany plik hosts.txt powstał w 1983 r. ma strukturę hierarchiczną
DNS Zarządzany przez ICANN ok. 250 domen głównych dzielą się na poddomeny
E-mail Najstarsza aplikacja Wiadomości są wysyłane za pomocą SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
E-mail Do odbioru wykorzystuje się: POP3 (Post Office Protocol 3) IMAP (Internet Message Access Protocol)
E-mail Początkowo można było przesyłać tylko znaki ASCII Przesyłanie innych danych umożliwia MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) MIME definiuje też typy danych dla innych aplikacji, np. WWW Definicja dzieli się na nazwę typu i nazwę podtypu
MIME typami zarządza IANA Przykłady text/plain text/html image/gif image/jpeg audio/mp4 video/mpeg
WWW World Wide Web Początki w roku 1989 w CERN - Tim Berners Lee Pierwsza przeglądarka graficzna - Mosaic 1993 r. W 1994 r. CERN i MIT założyły organizację World Wide Web Consortium W3C Amazon 1994, ebay 1995, Google 1998...
WWW Wykorzystuje HTTP (HyperText Transfer Protocol) Adresy stron podawane jako URL Treść stron jest zapisana w języku HTML Arkusze styli CSS Strony dynamiczne: PHP, ASP.NET, JSP,...
Do zobaczenia 7 stycznia Wesołych Świąt