Počítačové sítě 1 Přednáška č.1

Vyučující

• Garant předmětu

– Ing. Vladimír Soběslav, Ph.D.

– Katedra informačních technologií

– Místnost 302

– vladimir.sobeslav@uhk.cz

• Vyučující

– Ing. Agáta Bodnárová

– Ing. Miloslav Feltl

– Mgr. Josef Horálek

– Ing. Martin Hátaš

Osnova

• Cíle a náplň předmětu

• Literatura a další zdroje

• Představení požadavků a CISCO certifikací

• Historie počítačových sítí

• Základní prvky a principy počítačových sítí

• Základní síťové modely

– ISO/OSI

– TCP/IP

– DECNET

– XEROX NETWORK MODEL

• Síťových topologie a druhy sítí

Cíl předmětu

• Seznámit posluchače se základními principy činnosti

počítačových sítí a způsobu jejich spojování

– Historie a klasifikace počítačových sítí, služby, topologie,

zpráva, rámec, paket, RM ISO/OSI

– Vytváření LAN, základní principy přepínaných sítí

– Strukturovaná kabeláž a návrh sítí

– Protokoly, principy TCP/IP modelu

– Směrovací protokoly IPv4 a IPv6

– Propojování počítačových sítí a směrování, Internet

– Transportní vrstva a její protokoly

– Aplikační vrstva a její protokoly

– Management počítačových sítí

Literatura

http://www.cisco.cz

Literatura

• BIGELOW, J. S.: Mistrovství v počítačových sítích,

Computer Press, Praha, 2004. ISBN 80-251-0178-9.

• DOSTÁLEK, L., KABELOVÁ, A.: Velký průvodce protokoly

TCP/IP a systémem DNS, Computers Press, Brno, 2005.

ISBN 80-7226-675-6.

• TEARE, D.: Návrh a realizace sítí CISCO, Computer Press,

Brno, 2003. ISBN 80-251-0022-7.

• SPORTAC, M. A.: Směrování v IP sítích, Computer Press,

Brno, 2004. ISBN 80-251-0127-4.

On-line zdroje

http://www.svetsiti.cz

http://www.cisco.cz

http://www.computer.org

http://www.techweb.com/tech/networking

Představení požadavků

• Požadavky na ukončení předmětu

• Zápočet

– Docházka povinná, dle studijního řádu (nutné splnit dílčí testy nebo

úkoly na cvičení

– Splnění půlsemestrálního testu (písemný výpočet podsíťování)

– Praktická zkouška (zhotovení a otestování datového kabelu)

– Získání certifikátu CISCO CCNA1 (Network Fundamentals) nebo

zápočtového testu v češtině (bez možnosti získat uznávanou certifikaci)

– Uznání zápočtu za certifikát CISCO CCNA1 (CCNA Exploration 4.0 a

vyšší, CCNA Discovery není uznáván)

• Zkouška

– Vypracování zkoušky v systému OLIVA (min. 50 %)

– Získání bonusu za účast na přednáškách v případě nerozhodné známky

Představení CISCO certifikací

• CCNA Exploration – Cisco Certified Network Associate

– CCNA1: Základy síťových technologií (PSIT1)

– CCNA2: Směrovací protokoly a koncepty (PSIT2)

– CCNA3: LAN přepínání a bezdrátové technologie (PSIT3)

– CCNA4: Připojení k síti WAN (PSIT4)

• CCNP – Cisco Certified Network Professional

– CCNP Route

– CCNP Switch

– CCNP Troubleshooting

• CCNA Security

– Zaměřeno na bezpečnost

– Možnost získat v rámci předmětu OBDAI

CISCO NETWORKING

ACADEMY na FIM UHK

• Dvě moderní laboratoře situované v objektu filosofické

fakulty (bývalá FIM)

– Hlavní laboratoř B3 (11x server IBM, 10x PC pro výuku, pokročilá

výbava pro výuku CCNA a CCNP kurzů, operačních systémů,

virtualizace a cloudových služeb)

– Malá laboratoř 2150 (příprava vyučujících, umístění datových úložišť

a serverů, pokročilá výbava pro výuku CCNP kurzů a realizaci

bakalářských, diplomových či disertačních prací)

• CISCO Networking Academy

– V ČR existuje cca. 70 CISCO akademií (střední a vysoké školy)

– FIM patří mezi 6 vysokých škol s právem učit nejvyšší kurzy CCNP

– Na FIM sídlí řídící organizace pro ČR = i-com-unity o.s.

– Více na edu.uhk.cz\cisco

Historie a vývoj

počítačových sítí

Historie a vývoj počítačových sítí

• Dnešní nejznámější sítí je Internet.

• Existuje a existovalo však mnoho jiných sítí.

– 1969 ARPANET – Předchůdce Internetu

– 1972 CYCLADES – Francouzská experimentální síť

– 1983 MILNET – Americká a evropská vojenská síť

– 1981 BITNET – Síť pro akademické a výzkumné účely

– 1981 CSNET - Síť pro akademické a výzkumné účely

– 1986 NSFNET – První vysokorychlostní páteřní síť

– 1996 INTERNET2 – Americká iniciativa posouvající možnosti

internetu

– 1996 CESNET – Česká národní vysokorychlostní výzkumná síť

– 2001 GEÁNT – Evropská páteřní akademická síť

ARPANET

• První počítačová sít založená na přepínání paketů.

• Předek dnešního internetu.

• Původně experimentální akademicko-vojenský projekt.

• Financována vládní agenturou DARPA ministerstva obrany USA.

• Koncipována tak, aby připojené počítače byly schopny komunikovat i po zničení části sítě jaderným útokem = princip decentralizace.

• Základem byly počítače na čtyřech amerických univerzitách (1969): – UCLA (University of California Los Angeles)

– SRI (Stanford Research Institute)

– UCSB (University of California Santa Barbara)

– University of Utah

• 1973 – Připojení prvních Evropských výzkumných organizací (Spojené království, Norsko).

• 1983 – Oddělení vojenské sítě MILNET – přiblížení ARPANETu veřejnosti.

• 1990 – Definitivní odpojení sítě ARPANET

ARPANET

• ARPANET v září 1971

ARPANET

• ARPANET v říjnu 1980

CYCLADES

• CYCLADES – Francouzská experimentální informační síť

• Vývoj začal v roce 1972

– 13 univerzit a vědecko-technických

ústavů

• Úkolem bylo propojit vládní

orgány s různými oblastmi Francie

• 1974 uvedena do provozu

– 16 koncových počítačů

– 5 uzlových počítačů

MILNET

• Původní ARPANET sjednocoval armádní a výzkumnou síť

• 1983 armáda odděluje části ARPANETu, které mají

vojenský charakter a vzniká MILNET

• Je nadále schopný komunikovat s ARPANETem

BITNET

• BITNET - Because It's Time NETwork

• vznik v roce 1981 na City University of New York a na Yale

University

• snaha vytvořit univerzitní síť, pro všechny katedry, ne jen pro

katedry informatiky

• používá komunikační protokol NJE od IBM, takže není

kompatibilní s TCP/IP

• většina počítačů BITNETu jsou mainframy

• v Evropě nese název EARN (European Academic and

Research Network)

• dnes je v úpadku hlavně díky nestandardnímu protokolu

NJE

CSNET

• CSNET - Computer Science NETwork

• přístupná všem katedrám informatiky v USA

• 1988 je v CSNET zapojeno asi 150 univerzit

• Jedná se o tzv. metasíť

– Využívá prostředky jiných sítí a přidává jednu vrstvu, aby se tvářila

jako samostatná logická síť

– Fyzicky využívá:

• ARPANET

• Telefonní sítě – TELENET, UNINET, PHONENET

NSFNET

• NSFNET - National Science Foundation Network

• Vysokorychlostní páteřní síť vytvořená organizací NSF

• Připojena k ARPANETu

• Později spravována konsorciem společností IBM, MCI a

Merit Networks

– Skupina se zaměřuje na masové zvýšení propustnosti výměnou linek

za moderní spoje

– NSFNET poskytuje propustnost 1,544 Mb/s, později 45 Mb/s

• NSFNET se postupně stává páteřní sítí ARPANETu

CESNET

• CESNET – sdružení založené Českými VŠ a AV ČR 1996

• Hlavním cílem je rozvíjet a udržovat národní

vysokorychlostní počítačovou síť pro výzkumné a

akademické účely

• EDUROAM

www.cesnet.cz

GÉANT

• GÉANT - propojuje národní sítě pro vědu, výzkum a

vzdělávání v Evropských zemích

• Poskytuje spojení s

obdobnými sítěmi na

dalších kontinentech

(především Severní

Amerika a Asie)

• První generace 2001

• Hybridní síť

• Mobilita

• Globální konektivita

www.geant.net

INTERNET2

• INTERNET2 - iniciativa vzniklá 1996 v USA mající za cíl:

– Vytvořit síť s parametry na hranici technických možností

– Umožnit podílet se na nové generaci aplikací využívající

vysokorychlostní spojení

– Napomáhat síření nový služeb do prostředí Internetu

• Základem je

vysokorychlostní

páteřní síť

www.internet2.edu

Základní prvky a principy

počítačových sítí

Počítačová síť a její prvky

• Definice: Počítačová síť je celek vzniklý propojením dvou a

více výpočetních zařízení umožnující jejich komunikaci a je

tvořena:

– Zařízeními – počítače, smartphony, směrovače, družice, tiskárny

– Přenosovými médii – metalické a optické kabely, prostor

– Protokoly – stanovenými pravidly komunikace, formáty datových

struktur, výměny řídících a kontrolních informací

– Zprávami – přenášenými daty spolu s řídícími informacemi

Zařízení Média

Zařízení v počítačových sítích

• Zprostředkující zařízení

– Zařízení zabezpečující

průchod dat skrz síť

– Směrovače (Routery)

– Přepínače (Switche)

– Rozbočovače (Huby)

– Mosty (Bridge)

– WiFi Směrovače

– Access Pointy

– Modemy

– Firewally

– IPS/IDS

• Koncová zařízení

– Zdroje a cíle dat

– Iniciátoři komunikace

– Počítače

– Tiskárny

– Smartphony

– Servery

– VoIP telefony

– Tablety

– Notebooky

Značení síťových zařízení

• Značení zařízení v počítačových sítích

Směrovač (Router)

Přepínač (Switch)

Rozbočovač (Hub)

Most (Bridge)

Firewall

IP telefon

Bezdrátový směrovač

(Wireless Router)

Počítač

Přenosová média

• Přenosová média poskytují zařízením v sítí fyzické

propojení a přenáší modulované vlnění

• Metalická kabeláž – elektrické signály

– UTP, STP, koaxiál, sériové linky

• Optická kabeláž – světelné signály

– Jednovidová a mnohovidová optická vlákna

• Bezdrátové médium – mikrovlnné signály

Protokoly a služby

• Protokol je standardizovaný souhrn pravidel, které se

zařízení zavazují dodržovat chtějí-li provozovat nebo

využívat určitou službu.

• Protokoly jsou otevřené nebo proprietální.

• Velké množství standardů síťových protokolů je

dokumentováno prostřednictvím tzv. RFC dokumentů.

SLUŽBA PROTOKOL RFC

World Wide Web (WWW) HTTP/1.1 2616

HTTPS 2818

Email

SMTP 2821

POP3 1939

IMAP 3501

Zprávy v počítačových sítích

• Zpráva je síťového hlediska jednotka dat a řídících

informací přenášená skrz síť.

• Řídící informací může být např.:

– Adresa odesílatele a příjemce zprávy, kontrolní součet, macimální

tolerovaná velikost zprávy, pořadové číslo zprávy a mnoho dalších,…

• Jak konkrétně zpráva vypadá definují používané protokoly.

+

Data (dopis) Řídící informace

(adresa a obálka)

=

Zpráva

Základní síťové modely

ISO/OSI model

• Referenční ISO/OSI model je jeden ze standardů popisující

způsob otevřeného propojování a komunikace počítačových

systémů.

• Vytvořen 1984 organizací Interational Standard Organization

• Rozděluje proces komunikace do sedmi vrstev a u každé z

nich popisuje:

– Služby, které poskytuje vyšším vrstvám

– Funkce, které vykonává a zajišťuje

– Protokoly, které na dané vrstvě pracují

ISO/OSI model

1. Pokud si chceme z webového serveru

stáhnout obrázek Mony Lisy, webový server

předá obrázek své Aplikační vrstvě.

7.Aplikační

6.Prezentační

5.Relační

4.Transportní

3.Síťová

2.Datová

1.Fyzická

Webový server 2. APLIKAČNÍ VRSTVA poskytující služby

přímo počítačovým aplikacím přijme od

webového serveru obrázek Mony Lisy.

Poskytuje tedy rozhraní mezi uživatelskými

aplikacemi a komunikačním systémem.

Aplikační vrstva dále předává obrázek

prezentační vrstvě

3. PREZENTAČNÍ VRSTVA zajišťuje:

• převod kódování, převod datových typů,

šifrování, kompresi

• opačné procesy, tak aby mohla na druhém

počítači korektně intepretovat data

Po přijetí obrázku ho převede do přenosové

syntaxe (posloupnost znaků) a připojí k němu

informace o typu (jedná se o obrázek

mona.jpg) a délce dat (je velký 142Kb).

Dále odešle tyto data relační vrstvě.

AFE51R8V

8REV18W

V15EV15W

E15V15RE

WV15R1V

1C8UG2DI

MONA.jpg

142KB

4. RELAČNÍ VRSTVA

• organizace a synchronizace řídícího dialogu

mezi komunikujícími systémy

• vytváření a ukončování relací (sessions)

• vládání synchronizačních značek do

příjímaných dat

• příjemce si může vyžádat

znovuodeslání dat od určité značky

• předávání pověření k přenosu (data token)

• pokud systém obdrží data token může data

odeslat transportní vrstvě

DT

5. TRANSPORTNÍ VRSTVA

• realizuje spojení pro aplikační programy (v

tomto případě webový server a webový

prohlížeč)

• toto spojení identifikuje dvojicí portů

(zdrojový a cílový)

• na této vrstvě probíhá segmentace dat

• každému segmentu je přidělena hlavička

podle použitého protokolu na této vrstvě

• jednotkou informace na této vrstvě je tzv.

segment nebo datagram

DATA DATA H H DATA DATA H H DATA DATA H H DATA DATA H H

DATA DATA H H segment

H H

paket H H

6. SÍŤOVÁ VRSTVA

• směrování

• prováděno především na směrovačích

• statické vs. dynamické

• logické adresování

• protokoly IPv4, IPv6, IPX, AppleTalk,…

• výběr end-to-end cesty k cíli skrz síť

• po obdržení segmentu od transportní vrstvy,

k němu přidá vlastní hlavičku se zdrojovou a

cílovou adresou a dalšími údaji

• jednotkou informace na síťové v. je paket

H H P P

rámec H H P P

7. DATOVÁ VRSTVA

• má na starosti přenos dat pouze mezi

každými dvěma přímo fyzicky propojenými

uzly po trase k cílovému systému

• fyzická adresace dle protokolu (např. MAC)

• zajišťování přístupu na médium

• implementována v ovladači síťové karty

• kontrola poškozených rámců

• po přijetí paketu k němu přidá vlastní

hlavičku (s adresami apod.) a patičku s

kontrolním součtem (CRC) pro detekci chyb

• této datové jednotce říkáme rámec

010110011110100010

8. FYZICKÁ VRSTVA

• převod rámců do bitové podoby

• kódovaní

• převod na elektrické / optické / mikrovlnné

signály

• detekce kolizí na médiu

Model TCP/IP

• Komplexní síťová architektura

– Soustava protokolů (nejen TCP a IP)

– Ucelená soustava standardů popisující síťového programového vybavení a rozdělení

kompetencí do vrstev

7.Aplikační

6.Prezentační

5.Relační

4.Transportní

3.Síťová

2.Datová

1.Fyzická

4.Aplikační

3.Transportní

2.Internetová

1.Vrstva přístupu k

datům

ISO/OSI TCP/IP

Xerox Network System (XNS)

• síťová architektura a sada protokolů vyvinutá koncem 70. let

• integrace kancelářských a počítačových systémů firmy Xerox

• později implementována i pro platformu PC

• Level 0 – XNS ji explicitně nedefinuje, jen zmiňuje podporu pro běžné protokoly (Ethernet, X.25, HDLC,…)

• Level 1 – protokol IDP (Internet Datagram Protocol), podobný IPv4

• Level 2 – sada spolehlivých a nespolehlivých transportních protokolů

– Sequenced Packet Protocol SPP funkčně podoboný UDP

– Packet Exchange Protocol PEP funkčně podoboný UDP

– Error Protocol EP protokol pro signalizaci chyb

• Level 3 – nabízí protokoly pro uživatelské aplikace

– Sdílení dat (Filing Protocol)

– Síťový tisk (Printing Protocol)

– A mnohé další …

7.Aplikační

6.Prezentační

5.Relační

4.Transportní

3.Síťová

2.Datová

1.Fyzická

Level 4

Level 2

Level 1

Level 0

ISO/OSI

XNS

Level 3

DECnet

• DECnet – síťová architektura a sada protokolů vyvinutá 1975 Digital Equipment Corp.

• První verze DECnet (Phase I) umožňuje komunikaci dvou přímo propojených systémů

• Současné nejpoužívanější verze jsou DECnet Phase IV a DECnet OSI

• Podporují proprietální i standardizované protokoly

• Jednotlivé vrstvy mají velmi podobné kompetence jako v modelu ISO/OSI

• Proti ISO/OSI modelu omezené

adresování

– V jedné DECnet síti může

být naadresováno pouze

65000 zařízení

• Model DECnet OSI se snaží

skloubit modely ISO/OSI,

TCP/IP a DECnet Phase IV

7.Aplikační

6.Prezentační

5.Relační

4.Transportní

3.Síťová

2.Datová

1.Fyzická

ISO/OSI

Network application

Session control

End communications

Routing

Data link

Physical

DECnet Phase IV

Network

Management

Topologie sítí

Topologie sítí

• Topologie – způsob zapojení různých prvků počítačových sítí

– Fyzická topologie – zachycuje reálné zapojení pomocí drátů a kabelů

– Logická topologie – zachycuje vnitřní (virtuální) propojení, nemusí nutně kopírovat

fyzickou topologii

• Do jisté míry určuje vlastnosti dané sítě

• Hvězdicová topologie – Jeden centrální prvek a mnoho vedlejších

– Výpadek vedlejšího prvku neohrozí

fungování zbytku sítě

– Výpadek centrálního prvku znamená

kolaps celé sítě

Topologie sítí

• Kruhová topologie – Jeden prvek je vždy spojen se dvěma dalšími,

tak aby tvořily kruh

– Nehrozí kolize dat na sítí, protože si stanice

předávají tzv. token - právo na vysílání dat

– Výpadek jednoho prvku ochromí celou síť

• Stromová topologie – Hierarchie síťových prvků

– Použití v rozsáhlejších sítích

– Výpadek jednoho prvku vede k výpadku

podřazené části sítě

– Dá se lehce rozšířit o redundantní

a agregované linky

Topologie sítí

• Sběrnicová topologie – Společné médium pro všechny zařízení v síti

– Kolizní topologie

– Nízké pořizovací náklady

– Nízká propustnost

– Vhodné pouze pro malé sítě

• Point-to-point / Dvoubodová topologie – Nejjednodušší zapojení

– Přímé propojení dvou fyzických uzlů

– Příkladem logické point-to-point topologie

může být telefonní okruh

Děkuji za pozornost