Informatyka MTDI1 - Transport I stopień wykład 30 h lab. 30 h 2 sprawdziany wykładowe dr inż. Tomasz Bajorek http://tbajorek.prz.edu.pl Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Zakład Informatyki, Bud.L, pok.28
Wykład - skrót tematyki: Sieci komputerowe. Topologie. Media przesyłu. Urządzenia sieciowe. Hipertekst. Dokumenty HTML i ich struktura - CSS. System unixowy. Podstawowe polecenia. Prawa dostępu. Idea programowania strukturalnego. Algorytmy i sposoby ich przedstawiania, schematy blokowe, pseudokod. Algorytmy sortowania, min i max, wyszukiwania danych. Program i jego składowe. Struktura prostego programu i jego analiza. Stałe, zmienne. Proste typy danych, operatory arytmetyczne i logiczne. Typy strukturalne (tablice, rekordy). Matlab obliczenia arytmetyczne, rachunek macierzowy w Matlabie, wykresy, m-pliki, wyrażenia logiczne i instrukcja warunkowa, instrukcja iteracyjna (pętla), obliczenia symboliczne. Komunikacja programu z plikami.
Literatura Krysiak K.: Sieci komputerowe : kompendium, Helion, 2003 Aho A. V., Hopcroft J. E., Ullman J. D., Algorytmy i struktury danych, Helion, Gliwice 2003. Mrozek B., Mrozek Z., Matlab 5.0 Lis M., JavaScript. Ćwiczenia praktyczne. Wydanie II Struzińska-Walczak A., Walczak K.: Nauka programowania dla początkujących: Turbo Pascal,1993. Wirth N., Algorytmy + struktury danych = programy. WNT, Warszawa 2001. literatura dodatkowa: Teixeira S., Pacheco X, Delphi: vademecum profesjonalisty, Helion. Reisdorph K. : Delphi dla każdego, Helion.
Materiały dydaktyczne zakładu http://tbajorek.prz.edu.pl Dostęp: Login: student Hasło: samoloty
WPROWADZENIE DO SIECI KOMPUTEROWYCH Sieć - połączenie wielu komputerów w celu: przesyłu i odbioru 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
Połączenia komputerów fizyczne (techniki połączenia) oprogramowanie bezpośrednie sieciowe przewodowe modemowe (telefoniczne) bezprzewodowe LAN MAN WAN bezprzewodowe WI-FI WI-MAX komutowane stałe (dzierżawione)
Cechy połączeń: technika połączenia (hardware+protokoły) oprogramowanie (software) Problemy: szybkość transmisji koszt połączenia i oprogramowania
Możliwości sieci dostęp do wspólnych zasobów: dyski (pliki) dostęp do urządzeń, np.. drukarki procesory (zdalne przetwarzanie - praca na odległych komputerach o większej mocy obliczeniowej) rozproszone (wspólne) bazy danych strony internetowe statyczne (informacje, dane, reklama, udostępnienie plików) komunikacja: poczta elektroniczna strony internetowe dynamiczne (dialog, transakcje) przesyłanie danych, programów (download, upload) konwersacja tekstowa (chat) i głosowa (VoIP)
Rozwój sieci technologiczny nowe technologie media i urządzenia, wzrost pojemności i szybkości transferu konceptualny na bazie technologii, konceptualny na bazie technologii, powstawanie nowych obszarów wykorzystania
Rozwój technologii internetowych 1969 - ARPANET 1989-90 Berners-Lee www, protokół http Mosaic pierwsza przeglądarka 1993 1994 PHP Rasmus Lerdorf stworzył zbiór narzędzi do obsługi swojej strony domowej mechanizm interpretacji zestawu makr; np.: książka gości, licznik odwiedzin (PHP Personal Home Pages) włączenie baz danych INTERAKCJA UŻYTKOWNIKÓW problemy i wojny przeglądarek- Microsoft, Netscape NAPSTER Fanning (prawa do własności intelektualnej Winamp, itunes Steve Jobs z Apple - za 99centów 1 utwór MP3) komunikacja e-mail, ICQ a potem inne komunikatory (IRC, GG) Napster też umożliwiał dialog i wymianę poglądów
TWORZENIE SIECI PRZEZ SPOŁECZNOŚĆ digg.com (wykop) facebook.com (też twitter)- portal społecznościowy Zuckerberg nowe myślenie społeczne (ponad 500 mln użytkowników) sieć społeczna graf społeczny powiązania 6 stopni i każdy zna każdego, Microsoft kupił za prawie 1 mld kilka % akcji youtube.com upload plików wykupione przez Google w 2006 blogi wikipedia Jim Wales darmowe ogłoszenia craiglist.org nieprzewidywalny rozwój - koncepcja WEB 2.0 - tworzenie większości treści przez użytkowników.
Portale społecznościowe możliwości reklamowe nk.pl twitter.com facebook.com Magnat prasowy Rupert Murdoch kupił za 580 mln dolarów internetowy serwis wspólnotowy MySpacecom w lipcu 2005 r. Wg CNN.money - cena reklamy na My Space kosztuje 750.000 dolarów dziennie. Yahoo!, który sprzedaje swoją home page za 1 mln dolarów dziennie. MySpace - jeden z największych sukcesów internetu. Twitter mikroblogowanie Facebook odrzucił ofertę kupna za 750 mln dolarów. Żąda 2 mld.
Rozwiązania chmurowe (cloud computing) Zasada działania "chmury" polega na przeniesieniu całego ciężaru świadczenia usług IT (danych, oprogramowania lub mocy obliczeniowej) na serwer i umożliwienie stałego dostępu poprzez komputery klientów. Dzięki temu większe jest bezpieczeństwo, dostępność i zakres usług Infrastructure as a service (IaaS) Software as a service (SaaS) dysk Google Office365 (aplikacja Sharepoint) icloud Apple
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.
Największa sieć jaką jest oczywiście Internet czyli sieć sieci. Internet łączy WAN'y
Aby sieć działała wymagane jest: odpowiednia konfiguracja (topologia) sieci - struktura sieci - sposób połączenia media przesyłowe kable miedziane, światłowód, fale elektromagnetyczne urządzenia aktywne (wzmacniające, sterujące) protokoły - języki porozumiewania się, 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 realizację usług
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 - szynowa (szeregowa) Topologia gwiazdy "promienista" Topologia pierścienia
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. Każdy węzeł odbiera nadaną informację i dekoduje adres zawarty w jej nagłówku. 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 lub rozpoczyna nadawanie jeśli magistrala jest wolna. Topologia szynowa używana jest najczęściej w sieciach Ethernet oraz LocalTalk.
Do łączenia stacji roboczych stosuje się zwykle kabel koncentryczny. Umożliwia uzyskanie maksymalnej przepustowości 10Mb/s (wystarcza do większości domowych zastosowań). Konieczne jest stosowanie adresowania urządzeń, aby wyeliminować konflikty pomiędzy nimi. Magistrala to urządzenie umożliwiające wymianę danych, adresów i sygnałów sterujących pomiędzy różnymi urządzeniami peryferyjnymi komputera. Standardy: Ethernet, LocalTalk, FDDI Terminator (ogranicznik) na końcach magistrali
Zalety magistrali oszczędność kabla Wady niska przepustowość, podatna na uszkodzenia (awaria komputera w środku magistrali)
Topologia gwiazdy Każdy węzeł sieci przyłączony jest własnym przewodem do urządzenia łączącego - tak zwanego koncentratora (ang. HUB), przełącznika (SWITCH) lub routera
Gwiazda - jest najczęściej stosowaną dziś technologią. Maksymalna przepustowość wynosi do 1 Gb/s. (10 9 bit/s) Zalety gwiazdy Większa przepustowość. Gdy przestaje działać jeden komputer, cała sieć funkcjonuje dalej. Łatwa lokalizacja uszkodzeń ze względu na centralne sterowanie. Wydajność. Wady Duża liczba połączeń (duże zużycie kabli). Gdy awarii ulegnie centralny punkt (koncentrator lub przełącznik), to nie działa cała sieć.
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.
Token Ring to druga pod względem popularności (po architekturze Ethernet) architektura sieciowa - podobna do sieci magistrali z tą różnicą, iż końcówki kabli nie są zakończone terminatorami lecz łączą się ze sobą tworząc wzór okręgu. Możliwe jest łączenie poszczególnych sieci oraz technologii sieciowych, niewiele z dzisiaj istniejących sieci posiada czystą topologię magistrali lub gwiazd (topologia drzewa, mieszana).
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.
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 (porcji informacji) w tej topologii może wynosić 4096 bajtów.
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 wyspecjalizowane urządzenia nadawczo odbiorcze. IBSS - (Independet Basic Service Set) - sieć niezależna charakteryzuje się tym, iż każda stacja nadawczo-odbiorcza ma ten sam priorytet i komunikuję 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 już 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.
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.
Media przesyłu Media przewodowe Miedziane różne typy kabli koncentrycznych (gruby i cienki koncentryk) już bardzo rzadko stosowane skrętka (UTP - Unshielded Twisted-Pair cable) początkowo 4 żyły, teraz 8 Optyczne światłowód (Fiber Optic Cable)
Media bezprzewodowe FALA ELEKTOMAGNETYCZNA podczerwień (bez licencji) np. Bluetooth (fale 2.4 GHz) fale radiowe (przydział częstotliwości: radio, TV telekomunikacja: łączność ruchoma (medium jest stratosfera, także jonosfera, przeszkody, chmury itp..) WI-FI, telefonia komórkowa, także próżnia (łączność satelitarna): mikrofale o częstotliwości 3 do 30 GHz czyli ok. 10-100 mm długość fali światło - często laserowe Pojęcia: propagacja - rozchodzenie się fali refrakcja - załamanie w troposferze Współczynnik tłumienia wzrasta z częstotliwością
Kabel miedziany - medium dla transmisji sygnałów na małe odległości. Zwykle pewne napięcie U+ reprezentuje binarną jedynkę, a U- binarne zero (bipolarność) Wyróżniamy rodzaje kabli miedzianych: kable koncentryczne skrętka Kable mają możliwości transferu: - od 1Mbit/s dla starszych kabli koncentrycznych - do 1Gb/s dla skrętki 8-żyłowej
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. Raczej już historia.
Kabel skrętkowy Skrętka w zależności od przepustowości 10Base-T, 100Base-T 1000Base-T wykonana ze skręconych nieekranowanych 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.
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
teleinformatyka telekomunikacja 12 włókien
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 4 firmy produkują światłowody tzw. mod wiązka światła mody wpadają do światłowodu pod różnym kątem, skutkiem tego- pokonują różne odległości
Cechy światłowodu duża szerokość pasma do 2. 10 14 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 200 000 km/s (prędkość światła w szkle) odporność na interferencje elektromagnetyczne mała waga, wymiary, dobra giętkość i wytrzymałość cena? wykonane w zasadzie z piasku Najważniejsza zaleta najnowsze technologie światłwodowe umożliwiają przesył do 100 Gb/s na duże odległości 100 miliardów bitów na sekundę
nanometr 1 nm= 10-9 m mikrometr 1 µm= 10-6 m λ =380-436 nm fiolet, λ = 436-495 nm niebieski, λ = 495-566 nm zielony, λ = 566-589 nm żółty (żółty), λ = 589-627 nm pomarańczowy, λ = 627-780 nm czerwony. f=λ/v swiatłowód f 1 4.10-7 8.10-7 UKF 5.10 14 Hz 5.10 12 Hz 5.10 8 Hz 3/14
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
Generacje światłowodów Pierwsza generacja (okno 850nm) - 1972 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)
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!
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 ~9 µm telekomunikacja tanie ale światło musi być spójne (laser jest drogi) duże odległości
Okna transmisyjne światłowodów Okno transmisyjne długości fali 850 nm najstarsze - wysoka tłumienność (4dB/km). kabel gradientowy jaskrawe czerwone koszty niskie do 1Gb/s Okno transmisyjne długości fali 1300 nm od roku 1987 - tłumienność około 0,4 db/km. Odległości do kilkudziesięciu kilometrów. Maksymalna prędkość transmisji danych 80 100 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.