Principy počítačových sítí

Principy počítačových sítí

Architektura sítí

Peer-to-peer: zpravidla mensí sítě (okolo 5 počítačů); jedna stanice zároveň poskytuje sluzby ostatním stanicím, ale můze se na ní dále pracovat. Tato síť je levná, i kdyz zpravidla ne přílis výkonná. (Novell Personal Netware, sdílení ve Win95)

Client/Server: jeden vyhrazený počítač 22222q1611w ; poskytuje sluzby stanicím ostatním. Na serveru se nemůze pracovat, vsechny jeho prostředky jsou vyuzívány síťovým OS. Tato síť je podstatně výkonnějsí proti peer-to-peer, její provoz je drazsí (je potřeba mít zvlásť počítač pro server). Počet serverů je různý, zálezí na typu sítě, ale musí být minimálně jeden. Pokud poskytuje diskový prostor, nazývá se File Server, pokud poskytuje přístup k tiskárně, je to Print Server. (Novell Netware, Windows NT)

Vyhrazený server - dedicated server (Novell Netware)

Nevyhrazený server - non-dedicated server (Windows NT)

Topologie sítí

Bus - sběrnice: koaxiální kabel nebo optika, na obou koncích ukončen Terminátorem (odpor 50 Ohm). Přerusení jednoho mezi-segmentu způsobí pád sítě a nefungování celého segmentu. Na jednotlivé odbočky lze připojit jen síťovou kartu, tj. není mozné větvit jinde, nez u serveru. V rámci sběrnice lze definovat tzv. Logický kruh.

Star - hvězda: větsinou kroucená dvojlinka, jednotlivá vlákna se slučují/rozdělují v HUBu/SWITCHi. Přerusení jednoho segmentu se neprojeví na běhu sítě. Na jednotlivá vlákna lze připojit dalsí HUBy, vzniká pak topologie "distribuovaná hvězda" nebo "strom".

Ring - kruh: kroucená dvojlinka nebo optický kabel, zapojený do dvojitého kruhu. Na jednotlivých uzlech se větví pomocí jednotky MAU. Pokud zkolabuje jeden uzel, je potřeba ho přemostit. Pokud jsou nasazeny MAU, udělají to za vás.

Kabeláz

Koaxiální kabel: typově tlustý (thick), nebo tenký (thin); max. délka segmentu 500 resp. 185 m; nepřílis perspektivní, ale vhodný do provozů s velkým elektrickým rusením. Je stíněný. Konektory jsou nazývány BNC. Kvůli své nízké ceně (relativně) je v ČR velice oblíbený.

Kroucená dvojlinka: (Twisted pair, odtud označení TP; stíněná (shielded)- STP, nestíněná (unshielded) - UTP), max. dálka segmentu max. 100 m; pouzívaná norma je 10BaseT, tzn. lze pouzít i standardní telefonní vedení; konektory jsou standardní "telefonní", tj. RJ-45. Stíněná  dvojlinka je vhodná i do míst s velkým rusením. Existuje několik tříd TP: TP 3 a TP 4 jsou pouzívány v sítích s přenosem max. 16Mb/s, TP 5 je poněkud drazsí, ale je pro sítě s přenosem 100Mb/s. S TP se zavádí pojem strukturovaná kabeláz, kdy jsou po jednom vedení přenáseny různé typy dat (např. klasické 2-párové telefonní vedení, kde je jeden pár vyhrazen pro telefon, druhý pro síť).

Optický kabel: (fiber-optic cable) imunní vůči vsem typům EM rusení. Cenově je poněkud nákladnějsí, ale je velice perspektivní; nově je základem 1Gb Ethernetu. OK jsou buď jednovidové (jsou velice tenké, mají výborné přenosové vlastnosti, ale bohuzel jsou drazsí) a mnohovidové (jsou levnějsí, lépe se s nimi pracuje, ale mají slabsí přenosové vlastnosti, nez jednovid.). Max. délka segmentu je podle kvality zesilovače, ale řádově kilometry (1-2). Jsou nasazovány do míst s velkými datovými přenosy (>100Mb), jako jsou například páteřní sítě (backbone). OK poskytují velice dobré zabezpečení přenosu, je obtízné je odposlouchávat.

Světelné přenosy: Laser, infračervené světlo. Jednotlivé buňky na sebe "musí vidět", tj. musí být v příme linii, plně viditelné. Dosah podle typu světla a zesilovače, větsinou < 2 km. Pouzívá se pro propojení sítí v protilehlých budovách atd. Při přenosu se aplikuje tzv. EZS (elektronicky zabezpečená signalizace) - zvysuje bezpečnost. Dokáze vyrovnat např. přelet ptáka paprskem, ale při silné mlze větsinou spojení končí.

Rádio, mikrovlny: přenosy pomocí rádiových vln, sem zapadají i přenosy mikrovlnné, nebo přenosy na/ze satelitu. Mikrovlnná pojítka musí být v linii přímé viditelnosti, dosah 10-40 km, radiové přenosy podle výkonu vysílače a přijímače.

Standarty pro návrhy sítí

ARCnet (Attach Resource Computer network)

Sítě odpovídající tomuto standardu se vyznačují jednoduchostí realizace i rozsiřování a nízkou pořizovací cenou. Jejich jednoduchost spočívá v tom, ze se v jejich prostředí pouzívá velmi málo typů aktivních prvků, ze lze libovolně kombinovat sběrnicovou a hvězdicovou topologii, a ze kabelové segmenty mohou dosahovat značných délek, takze i poměrně rozsáhlé sítě se dají realizovat bez problémů.

Hlavní nevýhodou je malá přenosová rychlost, která je ale částečně kompenzována přístupovou metodou Token Ring. V případě rozsáhlejsích sítí se slabinou jeví i skutečnost, ze v rámci jednoho segmentu můze být jen 255 stanic (8 bitů na adresu).

Nevýhodu nízké přenosové rychlosti má vyřesit nová varianta tohoto standardu ARCnet Plus. Tento standard nabízí přenosovou rychlost az 20 Mb/s.

Ethernet

Standard Ethernet pochází z roku 1976 od firmy XEROX. V současnosti je to nejrozsířenějsí standard u nás i ve světě.

Pro tento standard je charakteristický solidní výkon, slusná přenosová rychlost. Přístupová metoda CSMA/CD je výhodná jen při nizsím zatízení sítě.

Je tu i příjemná moznost velkého výběru aktivních prvků, zádný výrobce si nedovolí tento standard ignorovat.

Nepříjemná je velká choulostivost těchto sítí na rusivé vlivy a nekorektní stavy (chybějící terminátory na konci sítě, přerusení kabeláze).

IBM Token Ring

Standard pochází od firmy IBM. Vznikl s cílem propojit výpočetní střediska této firmy, tj. počítačů nejrůznějsích typů.

Sítě odpovídající tomuto standardu představují v současné době nejvýkonnějsí typ sítě LAN. To je dáno přenosovou rychlostí 16 Mb/s a přístupovou metodou Token Ring.

Jistou nevýhodou je vyssí cena a poměrně vysoká technická náročnost. Kvůli bezpečnosti se zapojuje dvojitě, přičemz jednotlivé počítače jsou připojovány k jednotkám MAU, které předcházejí problémům při přemosťování stanic. K jednotkám MAU se počítače připojují jako k rozbočovači.

Standardy pro přenosové rychlosti 100 Mb/s

Fast Ethernet

Stejně jako jeho předchůdce pouzívá přístupovou metodu CSMA/CD. Jako kabeláz nejde pouzít koax., jen 2-párovou UTP kat. 5, optický kabel, nebo 4-párovou UTP kat. 3, 4 nebo 5.

100VG-AnyLan

Tento standard podporuje předevsím firma Hewlett-Packard. Pouzívá novou přístupovou metodu DPP (demand priority protocol). Kabeláz: 4-párová UTP kat. 3, 4 nebo 5, 2-párová STP a optické kabely.

Komunikace v síti

Stanice v síti spolu komunikují pomocí zpráv. Zprávy mohou obsahovat části souborů, programy, řídící informace, potvrzení příjmu. Zprávy se síří po úsecích, které se nazývají Pakety (packet) - jedna zpráva můze být rozdělena do několika paketů, nebo doplněna do minimální délky.

Paket ve své hlavičce obsahuje informace o zdroji a cíli a před odesláním je doplněn jestě informacemi pro synchronizaci, fyzickou adresou zdroje a cíle a kontrolním součtem. Takto rozsířený paket se nazývá Rámec (frame). Rámce jsou vysílány do sítě sériově po jednotlivých bitech. Podle pouzitého spojení jsou převáděny na odpovídající signály. Podle způsobu přenosu dělíme na přenos v základním a přeneseném pásmu. 0 a 1 odpovídá dvou změnám napětí. Buď mohou signály vyzadovat externí hodiny, nebo jsou samočasovací (self-clocking signal), tzn. uvnitř signálu jsou hodiny zakódovány.

Kódování v síti Ethernet "Manchester II"

M II je tzv. samočasovací signál.

Modulace

Amplitudová (AM): frekvence konstantní, amplituda se mění. Koax, optika.

Frekvenční (FM): Amplituda konstantní, frekvence se mění. Rádio, telefon.

Fázová: Amplituda i frekvence konstantní, mění se fáze.

Pokud se zkombinuje frekvenční a fázová modulace, je mozno přenést az 8 bitů v pulsu.

Přístupové metody

CSMA/CD (Carrier Send Multiple Access/Collision Detection)

V síti Ethernet, nazývaná téz "metoda náhodného přístupu".

V náhodných časových intervalech vysílač kontroluje prázdné vedení. Po uvolnění vedení stanice začne vysílat, ale hned po první dávce testuje kolizi. Pokud k ní doslo, vysílá JAM signál a čeká na uvolnění vedení. S větsím zatízením sítě roste počet kolizí. Nelze určit, zda nějaká zpráva přijde včas.

Token Ring

Pouzívá se v kruhových sítích, je ale celkem pomalá, má slozitějsí realizaci, ale nedochází k zahlcení. Jednotlivé stanice si v kruhu předávají právo vysílat (Token), kdo má Token, ten vysílá. Tak je zaručeno, ze vysílat bude vzdy jen jedna stanice a teprve pokud stanice dostane potvrzení příjmu, předá Token dál.

Token Bus

Obdoba předchozí metody. Stanice jsou touto metodou zapojeny do logického kruhu. Nedochází k zahlcení, včetně potízí s výpadky.

Demand Priority Protocol

Typově tato metoda vychází ze CSMA/CD. HUB nebo SWITCH přidělují priority kazdému počítači a tím je potlačena naprostá náhodnost přístupu ostatních k vedení. Například při kopírování velkého souboru mezi serverem a stanicí dostane toto spojení vyssí prioritu a tím je zaručena jeho kontinuita.

Kolize

Kolize nastává v okamziku, kdy se na vedení střetnou dva signály. Logicky dojde k jejich splynutí a jsou nesprávně doručeny ke stanicím. Přístupové metody pouzívající Token se kolizi vyhýbají, ale CSMA/CD se při vyssím zatízení moc neosvědčuje.

Místo, kde dochází ke kolizím se nazývá Kolizní doména. Jejím zkrácením (tj. přidání některého z aktivních síť. prvků či počítače) zvýsíme spolehlivost sítě. Čím je segment kabeláze větsí, tím je i větsí kolizní doména (a pravděpodobnost kolize) v tomto segmentu.

Model ISO/OSI

Vrstvená architektura je hardwarový či softwarový návrh, u kterého operace a funkce jedné vrstvy jsou vystavěny nad operacemi a funkcemi vrstvy nizsí.

OSI = Open System Interconnection

Podle tohoto modelu jsou činnosti spojené s komunikací v síti rozdělené do sedmi vrstev.

Vrstvy:

Fyzická vrstva (Physical Layer) určuje typ konektorů, kódování 0 a 1 (napětí), časování

Spojová vrstva (Data-Link Layer) zajisťuje přenos bloku dat s vyuzitím sluzeb 1. Vrstvy. Např. kontrola CRC; teď je dosti populární PPP protokol.

Síťová vrstva (Network Layer) zajisťuje směrování (routing). (IP na Internetu)

Transportní vrstva (Transport Layer) řídí komunikaci mezi objekty, Na této vrstvě se soubor rozkládá na pakety, skládání z paketů a číslování. (Novell - SPX, Internet - TCP)

Relační vrstva (Session Layer) řídí navázání, udrzování a ukončení spojení.

Prezentační vrstva (Presentation Layer) zajisťuje např. sifrování.

Aplikační vrstva (Application Layer) zajisťuje komunikaci mezi uzivatelem, softwarem a síťovými prostředky.