Počítačové sítě a operační systémy Jaromír Plhák, 20.03.2017PB169 Počítačové sítě a operační systémy Jaromír Plhák xplhak@fi.muni.cz Architektura počítačových sítí Model OSI PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 2 z 30 Počítačová síť • Počítačová síť – Skupina počítačů a síťových zařízení vzájemně spojených komunikačním médiem – Umožňuje sdílení informací a zdrojů – Existuje celá řada typů počítačových sítí PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 3 z 30 ARPANET • Síť ARPANET (vývoj začal v roce 1969) – Považována za první počítačovou síť vůbec – Cíle • Zjednodušení komunikace • Sdílení HW • Sdílení dat a informací • Sdílení SW PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 4 z 30 Klasifikace počítačových sítí (1) • Podle způsobu propojení – Bezdrátové – Drátové • Kroucená dvojlinka • Koaxiální kabel • Optické • Podle velikosti – WAN, MAN, LAN – PAN, VPN PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 5 z 30 Klasifikace počítačových sítí (2) • Podle poskytované funkcionality – Síť typu klient-server – Peer-to-peer síť (pracovní skupina) • Podle topologie zapojení – Sběrnice – Hvězda – Kruh – Strom – … PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 6 z 30 Způsob propojení sítí • Drátové sítě – TP (Twisted Pair) • Kroucená dvoulinka • 100Mbit, 1Gbit – Koaxiální kabel • Vyšší přenosové rychlosti než TP • Optický kabel (vlákno) – Gbit/s PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 7 z 30 Sítě typu PAN • Personal Area Network – Síť, kterou využívá jedna osoba – Propojení počítače s dalšími zařízeními • Tiskárna • NAS nebo externí datové úložiště • FAX, telefon, skener • PDA nebo mobilní telefon – Typicky propojeno pomocí • USB, bluetooth, … PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 8 z 30 Sítě typu LAN • Local Area Network • Geograficky ohraničená síť – Domácnost – Škola – Počítačová laboratoř – Budova • Typicky postavené na technologii Ethernet • Síť může obsahovat podsítě • Existence aktivních síťových prvků PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 9 z 30 Sítě typu MAN • Metropolitan Area Network • Síť spojující několik LAN dohromady – Prostřednictvím aktivních síťových prvků • Geograficky ohraničené – V rámci města • Například akademická síť 147.251 v Brně PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 10 z 30 Sítě typu WAN • Wide Area Network • Síť pokrývající rozsáhlé geografické území – Velkoměsto, stát, několik států • Propojení různými technologiemi – Bezdrátově (satelity) – Optika – ... PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 11 z 30 CESNET (2010) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 12 z 30 Sítě typu VPN • Virtual Private Network • Virtuální síť – Typicky spojení s vnitřní sítí za použití veřejné sítě (Internet) – VPN „tunel“ – Typicky šifrované spojení PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 13 z 30 Propojení několika sítí • Akademické sítě • Vládní organizace • Komerční sítě • Soukromé sítě • Internet PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 14 z 30 Aktivní síťové prvky (1) • Síťová karta (NIC) – V každém počítači/notebooku – Drátová (Ethernet) • Konektor RJ45 – Bezdrátové (Wi-fi, 2.4 GHz) – Bluetooth (mobilní telefony, PDA, notebooky) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 15 z 30 Aktivní síťové prvky (2) • Repeater (opakovač) – Zesílení signálu a odstranění šumu • Router (směrovač) – Propojení sítí mezi sebou – Vytváří komunikační okruhy v rámci propojených sítí – Směruje datové pakety – Provádí překlad adres – Směrování probíhá na 3. vrstvě modelu ISO/OSI • Síťová vrstva • Protokol IP – Specializované zařízení nebo obyčejný počítač PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 16 z 30 Aktivní síťové prvky (3) • Switch (přepínač) – Propojuje zařízení v rámci jedné sítě – Probíhá na základě MAC adres připojených zařízení – Příchozí pakety jsou přeposílány „inteligentně“ (na rozdíl od HUBu) – Obvykle několik desítek portů – Některé switche zvládají funkcionalitu routeru • Běžný uživatel se setká např. s wifi routerem PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 17 z 30 Sběrnicová topologie • Jediný kabel (páteř), typicky koaxiální • Informace odeslaná všem, přijme pouze příjemce (riziko odposlechu) • V daný okamžik může vysílat pouze jeden – Zpomalení v případě velkého množství počítačů • Problém při fyzickém porušení kabelu • Použití opakovačů PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 18 z 30 Hvězdicová topologie • Centralizovaná • Nejběžnější topologie • Aktivní prvek je typicky switch • Jedna cesta počítač-switch • Náročné na kabeláž PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 19 z 30 Kruhová topologie • Spojení v kruhu • Data se posílají ve směru šipky • Každý počítač funguje jako repeater • Selhání jednoho počítače ohrozí celou síť PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 20 z 30 Token ring • Kruhová topologie, ale fyzicky je to hvězda • Vysílací právo předáváno pomocí tzv. tokenu PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 21 z 30 Stromová topologie • Používá se ve velkých sítích • Listy stromu pak představují jednotlivé podsítě, kde je např. hvězdicová topologie • Uzly stromu jsou aktivní prvky – routery • V rámci listu je použito switche • Selhání aktivního prvku neohrozí zbytek sítě PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 22 z 30 Referenční model ISO/OSI • Mezinárodní norma pro standardizaci sítí • Normy pro účely propojování systémů • Abstraktní model reálného systému • Nespecifikuje implementaci • Uvádí principy sedmivrstvé síťové architektury • Popisuje vrstvy, jejich funkce a služby • Každá vrstva vykonává definované funkce – Využívá služeb sousední nižší vrstvy – Poskytuje služby sousední vyšší vrstvě PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 25 z 30 Vrstvy modelu ISO/OSI (1) • 7. Aplikační – Umožnit aplikacím přístup ke komunikačnímu systému – FTP, DNS, DHCP, POP3, SMTP, SSH, Telnet,… • 6. Prezentační – Transformace dat do tvaru, který používají aplikace – Převod kódů, šifrování, komprimace – Vrstva se zabývá pouze strukturou dat, ne významem – Např. SSL, TLS, MIME PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 26 z 30 Vrstvy modelu ISO/OSI (2) • 5. Relační – Synchronizace komunikace mezi relačními vrstvami obou systémů a řízení výměny dat – Tvorba relačního spojení; obnovení; výjimečné stavy – RPC • 4. Transportní – Přenos dat mezi koncovými uzly – Zajištění kvality přenosu dat – Hlavní protokoly této vrstvy • TCP – „spolehlivý“ přenos dat – nesmí se ztratit paket • UDP – „nespolehlivý“ přenos dat – nesmí dojít ke zdržení PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 27 z 30 Vrstvy modelu ISO/OSI (3) • 3. Síťová – Směrování v síti a adresace – Směrovače pracují na této vrstvě – Protokoly IP, ICMP, ARP • 2. Datových spojů (spojová) – Formátuje fyzické rámce – Nastavuje fyzické adresy – PPP PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 28 z 30 Vrstvy modelu ISO/OSI (4) • 1. Fyzická – Specifikuje fyzickou komunikaci – Definuje elektrické a fyzikální vlastnosti zařízení – Přenos „jedniček a nul“ – Např. Ethernet PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 29 z 30 Vrstvy modelu ISO/OSI (5) PB169 Počítačové sítě a operační systémy Snímek 30 z 30 Model ISO/OSI vs. TCP/IP