Úvod do počítačových sítí přednáška 1

1. Úvod do počítačových sítípřednáška 1

2. Obsah přednášky • Vývoj výpočetního modelu • Klasifikace počítačových sítí • Síťové standardy

3. Informační zdroje • http://www.earchiv.cz/ • http://www.earchiv.cz/l212/index.php3

4. Co je výpočetní model? • Ucelená představa o tom, • kde jsou aplikace uchovávány jako programy a kde skutečně běží • zda (a jak) jsou aplikace rozděleny na části, jak tyto části vzájemně spolupracují, • kde a jak se uchovávají a zpracovávají data • kde se nachází uživatel, jakým způsobem komunikuje se svými aplikacemi • Časový vývoj výpočetních modelů • dávkové zpracování • model host/terminál • izolované osobní počítače • model file-server/pracovní stanice • model klient/server

5. Dávkové zpracování • Vynucený dobou (nemožnost propojení počítačů, jednoúlohové zpracování, vysoké náklady a potřeba „kolektivního“ využití výpočet. techniky) • Princip fungování: • vytvoří se program a přidají se data, která se mají zpracovat • tento balíček tvoří jednu dávku, tzv. job, který je zařazen do fronty • počítač zpracovává joby podle pořadí ve frontě • výsledkem zpracování je výstupní sestava • Nevýhody: chybí interaktivita, doba celého procesu může být dlouhá • Výhody: dobré vytížení zdrojů, vhodné pro intenzivní výpočty

6. Dávkové zpracování

7. Model host/terminál • Jeden počítač zpracovává, uživatelé jsou připojeni přes terminály (obrazovka + klávesnice) • Vznikl jako reakce na neinteraktivnost dávkového zpracování • Dokáže zajistit uživatelům přímý kontakt se zpracovávanou úlohou a to více uživatelům současně • Výhody: snadná správa (vše na 1 místě – hostu), nízké nároky na množství přenášených dat • Nevýhody: nízký uživatelský komfort (znakový režim terminálu), možný nízký podíl výkonu, který připadá na jednoho uživatel

8. Model host/terminál

9. Terminálová emulace

10. Izolované osobní počítače • Tento model se uplatnil v okamžiku, kdy počítače zlevnily natolik, že každý uživatel mohl mít svůj PC • Počítače nejsou vzájemně nijak propojeny • Výhody • vyšší komfort • nezávislost na ostatních • Nevýhody • chybí možnosti sdílení aplikací a hlavně dat • drahé periferie nelze koupit všem

11. Izolované osobní počítače

12. Model file-server/pracovní stanice • Pracovní jsou stanice připojeny k serveru, kde jsou jsou uložena sdílená data i aplikace • Uživatel spouští aplikace a získává data z file-serveru • Data se zpracovávají na pracovních stanicích • Soukromá data a aplikace jsou uloženy přímo na pracovní stanici • Výhody: oproti izolovaným počítačům lze sdílet data a aplikace • Nevýhody: velké zatížení sítě především zpracovávanými daty

13. Model file-server/pracovní stanice

14. Model klient/server • Zatím optimální řešení • Klient (prac. stanice) posílá serveru požadavky na zpracování, server provádí zpracování a vrací pouze výsledek • Výhody: trvá možnost sdílení, navíc však menší zatížení sítě • Nevýhody: klient není univerzální (různý pro různé aplikace), časem potřeba aktualizovat klienta, tím narůstají náklady na správu

15. Model klient/server

16. 3vrstvá architektura klient/server s využitím WWW

17. Další vývoj výpočetního modelu • model agent/manažer • speciální, pro aplikace z oblasti správy sítí • network-centric computing • výpočetní model zavedený v souvislostis jazykem Java a technologií ActiveX • plně distribuovaný model • části aplikace jsou „roztroušeny“ po síti • komponentní model • aplikace nejsou monolitní, skládají se z částí

18. Rozdělení počítačových sítí • Podle přenosové rychlosti a vzdálenosti spojení • WAN (Wide Area Network – rozsáhlá síť) • LAN (Local Area Network – lokální síť) • Podle způsobu přístupu k přenosovému médiu • dvoubodový • násobný

19. Dvoubodová spojení • K jednomu přenosovému médiu přistupují vždy dvě přenosová zařízení • Hustota takové topologie závisí na počtu dvoubodových spojů Hvězdicová síť

20. Násobná spojení • K přenosovému médiu má přístup více zařízení současně • Sběrnicová topologie

21. Kruhová topologie Stromová topologie Násobná spojení HUB HUB HUB HUB je komponenta pro spojení více koncových stanic do jednoho bodu

22. Síťové standardy • Standard Ethernet • byl vyvinut firmou Xerox • topologie je sběrnicová • rychlost přenosu je 10 Mb/s • základní komponenta je větev, která má danou maximální délku a maximální možný počet připojených zařízení • každý počítač pracuje samostatně a nezávisle na ostatních, neexistuje žádný centrální prvek • tyto údaje jsou dány typem použitého média

23. Standard Ethernet

24. Standard Ethernet • Přenosové médium využívá v 1 okamžiku pouze 1 počítač, ostatní musí čekat. • Po uvolnění sběrnice může vysílat jiný počítač, pokud jich čeká víc a jejich požadavky se sejdou – dojde ke kolizi. Na kolizi počítače reagují vyčkáním náhodné doby a opětovným pokusem. • Tato kolizní nedeterministická metoda – CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)

25. Standard Ethernet • Variantní výběr přenosového média – koaxiální kabel, kroucená dvoulinka, optické vlákno – a topologie – sběrnice, hvězda (záleží na médiu).

26. Standard Ethernet • 10Base2(tenký, Thin Ethernet) • sběrnicová topologie • sběrnice: tenký koaxiální kabel • maximální délka segmentu (kabelu) 185 m • maximální počet uzlů na jednom segmentu 30 • minimální vzdálenost uzlů 0,5 m • přenosová rychlost 10 Mb/s

27. Standard Ethernet • 10Base5(tlustý, Thick Ethernet) • sběrnicová topologie • sběrnice: silný koaxiální kabel • maximální délka segmentu (kabelu) 500 metrů • maximální počet uzlů na jednom segmentu 100 • minimální vzdálenost uzlů 2,5 m • přenosová rychlost 10 Mb/s

28. Standard Ethernet • 10BaseT • topologie: hvězda • kroucený dvoudrát; komunikující zařízení je připojeno k převodníku (rozbočovači) hub, který realizuje sběrnicovou strukturu • maximální délka segmentu 100 m • maximální počet uzlů na jednom segmentu (v celé síti): 2 (1024) • minimální vzdálenost uzlů 0,5 m • přenosová rychlost 10 Mb/s

29. Standard Ethernet • 10BaseFX • přenosové médium: optické vlákno

30. standard Fast Ethernet • zvýšení přenosové rychlosti na 100 Mb/s • výhradní použití hvězdicové topologie založené na multiportových opakovačích (jiný název pro hub) • přenosové médium – kroucený dvoudrát nebo optické vlákno Gigabitový Ethernet • zvýšení přenosové rychlosti na 1 Gb/s • přenosové médium: opět optické vlákno nebo kroucená dvojlinka • znamená začátek průniku Ethernetu do WAN

31. 10gigabitový Ethernet • přenosová rychlost 10 Gb/s • plně duplexní přenos dat (tzn. oběma směry současně) • optické vlákno: • mnohovidové: 850 nm, max. 65 metrů • jednovidové: 1310 nm, max. 10 km 1550 nm, max. 40 km • http://www.ethermanage.com/ethernet/10gig.html Poslední vývoj • Organizace IEEE přijala standard pro 100G Ethernet, zavedení se očekává v 2009–10.http://www.100gethernet.com/show_news.php?id=10

32. Přenos dat optickým vláknem

33. Typy optických vláken

34. Přepínaný Ethernet • částečná eliminace vlivu metody CSMA/CD • hub nepracuje jako multiportový opakovač, přenos dat probíhá pouze mezi příslušnými komunikujícími stanicemi • tyto huby se nazývají přepínače • činnost přepínače umožněna rychlou sběrnicí nebo systémem více samostatných sběrnic • efektem je rychlejší síť – méně kolizí • přenos. rychlost: 100 Mb/s

35. FDDI(Fiber Distributed Data Interface) • Standard FDDI • hlavní přenosové médium je optické vlákno • přenosová rychlost 100 Mb/s • v jedné síti max. 500 uzlů • max. vzdálenost mezi uzly 3 km • topologie je kruhová • hlavně u sítí středního a většího rozsahu

36. sítě Token Ring • kruhová topologie • příznak oprávnění k přístupu „běhá“ po tomto okruhu • klasicky 4 Mb/s, později 16, 100 Mb/s,1 Gb/s • nevýhoda: porucha kteréhokoliv počítače nebo větve způsobí neprůchodnost sítě • vinou výrazně menších prodejů proti přepínanému Ethernetu se ale stal Token Ring cenově nekonkurenceschopným

37. WiFi – Wireless Fidelity • bezdrátová síť na frekvencích 2,4 a 5 GHz • přenosová rychlost : 11 Mbps (IEEE 802.11b z r. 1999), 54 Mbps (IEEE 802.11g z r. 2003) • dosah signálu : 25–50 metrů v budovách, až 300 metrů v otevřeném prostoru • připojení k síti prostřednictvím přístupových bodů (Access Point) • http://www.wi-fi.org • http://cs.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

38. ATM (Asynchronous Transfer Mode) Standard ATM: • velká přenosová rychlost (až 2,24 Gb/s) • velmi drahé komponenty • spojuje zájmy „světa spojů“ a „světa počítačů“ • nezávislá na typu přenosového média (optické vlákno, kroucený dvojdrát, …) • přenášená datová buňka – 53 bytů • tvorba virtuálních okruhů – ATM sestaví předem cestu, po které se budou přenášet všechny buňky jednoho spojení • http://cs.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_Transfer_Mode

39. ATM • Quality of Service (QoS) – schopnost garantovat různé parametry a vlastnosti přenosu • nabízí 4 druhy služeb: • CBR – Constant Bit Rate • VBR – Variable Bit Rate • ABR – Available Bit Rate • UBR – Unspecified Bit Rate

40. CBR – Constant Bit Rate • emuluje drát nebo optické vlákno • nabízí konstantní přenosovou rychlost • pro přenosy v reálném čase • využití: nekomprimované datové přenosy (audio, video, ...)

41. VBR – Variable Bit Rate Pro přenosy v reálném čase, které nevyžadují konstantní přenosovou rychlost, jako např. komprimované hlasové a obrazové přenosy (MPEG). ATM jim v tomto režimu zaručuje takovou přenosovou rychlost, jakou momentálně potřebují.

42. ABR – Available Bit Rate V tomto režimu ATM garantuje určitou minimální (předem dohodnutou) přenosovou rychlost s tím, že pokud může, vyhoví i požadavkům na vyšší rychlost.

43. UBR – Unspecified Bit Rate V tomto režimu ATM negarantuje ani minimální přenosovou rychlost, což ve výsledném efektu odpovídá chování typických sítí na principu přepojování paketů.

44. ATM – způsob přenosu dat Statistické asynchronní multiplexování • Jsou respektovány odlišné požadavky jednotlivých zdrojů dat na šířku pásma. • V přenosové struktuře uspořádání datových jednotek má přesné časování, zdrojům dat však nejsou vyhrazeny zvláštní kanálové intervaly. • Datové jednotky od různých zdrojů nemají předem určenou pozici v přenosové struktuře. • V případě, že zdroj má vyšší požadavky na šířku pásma, tak od tohoto zdroje do sítě bude vstupovat více datových jednotek.

45. ATM – způsob přenosu dat Statistické asynchronní multiplexování • Při sestavení spojení musí zdroj sdělit nejen požadavky na vybudování sítě, ale současně i své nároky na síť. • Tok datových jednotek od zdroje je na základě těchto parametrů regulován tak, aby neohrozil dodržení parametrů jiných spojení. • Datové jednotky jsou v přenosové struktuře uspořádány náhodně, proto každá datová jednotka musí obsahovat identifikační pole. • Na základě tohoto identifikačního pole se pak dá zjistit, ke kterému spojení daná datová jednotka patří.

46. ATM – způsob přenosu dat Statistické asynchronní multiplexování

47. ATM – způsob přenosu dat • Mezi komunikujícími stanicemi je nutné před vlastním přenosem informací sestavit spojení. • Každý iniciátor komunikace sdělí při sestavování spojení své požadavky na spojení nejbližšímu uzlu sítě. Když má ATM síť dostatečnou kapacitu, tak se na základě požadavků v ATM uzlech vybuduje spojení a rezervují se prostředky potřebné pro zajištění parametrů po celou dobu trvání spojení. • Během spojení síť zajišťuje dodržení těchto parametrů. Každá ATM buňka (53 B) je vybavena hlavičkou (5 B), která nese informaci o spojení ke kterému patří. V uzlech ATM sítě, v ATM přepínačích, jsou ATM buňky zpracovány. K sestavení spojení se využívá speciální směrovací protokol. Tento směrovací protokol je schopen kromě stanovení cesty od vysílače k přijímači zaručit i rezervaci prostředků sítě (šířka pásma, velikost zpoždění přenosu) v jednotlivých ATM přepínačích.

48. Referenční model ATM • V ATM přepínačích (prostřední prvek v obrázku) se během přenosu ATM buňky zpracovávají jen na druhé vrstvě tohoto modelu, na vrstvě ATM. Při zpracování na této vrstvě je vyhodnocována hlavička ATM buňky. Na základě informací získaných z hlavičky se provádí přepínání ATM buněk do příslušného směru. Přepínání ATM buněk se provádí podle přepínací tabulky. Tato tabulka je vytvořena při sestavení spojení na základě ATM adres jednotlivých prvků sítě.