Vitajte na stránke informatikaa.wbl.sk v sekcii Počítačové siete
Úpravu tohto bloku zahájite dvojklikom...
Čo je to počítačová sieť?
Multipočítačový (distribuovaný) systém sa skladá z niekoľkých počítačov s možnosťou vzájomnej komunikácie, ktoré
sú schopné aj samostatnej činnosti.
Typickým predstaviteľom distribuovaných systémov sú napr. informačné systémy pracujúce v reálnom čase, do ktorých je možné súčasne vstupovať z viacerých miest, od seba značne vzdialených.
Medzi distribuované systémy patria aj počítačové siete
Na čo slúžia?
Počítačové siete slúžia na prepojenie rôznych výpočtových systémov za účelom zdieľania informácií alebo technických
prostriedkov. Pretože pri rozsiahlych sieťach, ktoré spájajú počítače v rámci veľkých oblastí, fyzicky nie je možné prepojiť každý počítač s každým, vzniká polygonálna sieť, v ktorej je spojenie sprostredkované - niektoré počítače majú počas spojenia funkciu spojovacích uzlov. Ako fyzické spoje sa používajú buď hlasové kanály telefónnej siete (sú pomalé a málo spoľahlivé) alebo zvláštne datové linky.
Dôvody vzniku počítačových sieti
nevyhovujúci výpočtový model
výpočtový model - spôsob, akým sa pracuje s aplikáciami - akým sa zadávajú vstupné dáta a preberajú výstupné dáta.
- Vývoj výpočtového modelu
Dávkové spracovanie
Terminálová sieť
Izolované stolné PC
File server – workstation, Klient - Server
Agent – Manager
Distribuovaný výpočet (distributed computing)
možnosť prenosu informácií a zdieľania dát
možnosť zdieľania spoločných zariadení.
prekonanie technických obmedzení
zvýšenie dosahu (e-mail, www )
ekonomické a bezpečnostné dôvody
Spájanie počítačov
Silno spriahnuté systémy
- Komunikácia prostredníctvom pamäte, alebo zbernice
- viacprocesorové pc
- vzdialenosť veľmi malá
- Zvyšovanie výkonu
Slabo spriahnuté systémy
- klasické ponímanie siete, veľké vzdialenosti
- Komunikácia prostredníctvom správ
Metódy spojenia
Metódy spojenia určujú, či spojenie umožňuje prenášať dáta v jednom alebo v oboch smeroch.
V prípade spojenia umožňujúceho prenos v oboch smeroch určujeme, či umožňuje prenášať dáta v oboch smeroch súčasne.
Možné metódy spojenia I
- simplexný prenos umožňuje iba jednosmerný prenos dát medzi vysielačom a prijímačom.
- Okruh je vhodný iba pre jednosmerný prenos a používa sa iba jedno prenosové médium.
- Príkladom simplexného prenosu je televízne vysielanie. Informácie môžu byť vysielané len z televíznej stanice k televíznym prijímačom.
- Distribúcia dát je príkladom simplexného prenosu v oblasti dátovej komunikácie, pretože prenos informácií je potrebný práve v jednom smere, konkrétne z centrálneho počítača (servera) k počítačom (klientom) resp. terminálom používateľov.
Možné metódy spojenia II
- poloduplexný prenos - výmena informácii v oboch smerov. Presnejšie, každá stanica musí byť schopná vysielať a prijímať dáta.
- Pokiaľ prebieha prenos dát v obidvoch smeroch po jednej prenosovej linke, označujeme tento prenos ako poloduplexný.
- Poloduplexný okruh potom dovoľuje obojsmernú komunikáciu, ale nie v rovnakom okamihu.
- Poloduplexný prenos používajú pri svojich operáciách systémy otázok a odpovedí.
- Príkladom poloduplexného prenosu je vysielačka.
Možné metódy spojenia III
- plne duplexný prenos stručne označovaný ako duplexný prenos
- pre tento typ spojenia sa používa dva alebo viac kanálov, môže prebiehať prenos v rovnakom okamžiku oboma smermi. Na duplexné prenosy môžeme pozerať ako na dva simplexné prenosy.
Spôsob spojenia I typ
- Prepájanie okruhov je analógiou telefónnej siete.
- Počas celého spojenia je vytvorená cesta medzi koncovými uzlami, ktorá slúži iba pre toto spojenie.
- Výhodou je minimálne oneskorenie prenášanej informácie, nevýhodou vysoká cena spojenia v prípade, ak nie je využitá plná kapacita spoja.
- Efektívnejšie využitie je možné dosiahnuť vtedy, ak sieť umožňuje dostatočne rýchle vytvorenie spoja iba pre prenos určitej skupiny správ.
Spôsob spojenia II typ
Prepájanie paketov pracuje s blokmi údajov s minimálnou prípustnou dĺžkou (pakety).
Vysielajúca stanica vysiela pakety spolu s cieľovou adresou do komunikačnej siete.
V najbližšom prepájacom uzle je paket dočasne uložený, preskúma sa jeho adresa a potom sa vyšle najvhodnejším smerom ďalej.
Postupným opakovaním týchto krokov sa dostane paket k adresátovi. Tento typ siete pracuje pri náhodnom rozložení zaťaženia siete efektívnejšie ako predchádzajúci.
Realizácia spojenia
elektrickým spojením: napr. normálny telefónny kábel alebo tiež koaxiálny kábel.
optickým spojením napr. kábel s optickým vláknom.
elektromagnetickým spojením napr. rádiové a satelitné prenosy.
Elektrické spojenie - prenosové médiá
- Telefónne linky - malá prenosová rýchlosť (bežne do 56600
bit/s. výnimočne až do 512 kbit/s), malá spoľahlivosť prenosu,
prenos na veľké vzdialenosti.
ISDN, ASDL – nové technológie, vyššia prenosová rýchlosť
(1024kbit/s)
- Symetrické vedenia - rýchlosť prenosu do 100 Mbit/s. spojenie
na vzdialenosť < 100 m. Sem patria v súčasnosti populárne
krútené dvojlinky (twisted pair) UTP, STP, scTP, ...
- Nesymetrické vedenia (koaxiálny kábel) - rýchlosť prenosu 10
- 20 Mbit/s (špeciálne typy káblov dosahujú aj 100Mbit/s),
spojenie na vzdialenosť <10km. Je to typické prenosové
médium s dobrou odolnosťou proti rušeniu.
Optické prenosové médiá
Optické vlákna
vysoké prenosové rýchlosti (do 1Gbit/s), spojenie na vzdialenosti rádovo km
Najdôležitejšie výhody sú:
- väčšie množstvo dát, ktoré môžu byť za jednotku času prenesené káblami s optickými vláknami (vyjadrené v pojmoch telefónneho spojenia toto množstvo predstavuje niekoľko desiatok tisíc hovorov v rovnakom okamžiku),
- nenastáva strata signálu, ktorá by stála za zmienku,
- prenos káblami s optickými vláknami nie je tak citlivý na rušivé vplyvy,
- prenos je takmer bezchybný,
- vlákna sú pevné, pružné a veľmi tenké, ich priemer býva 0,1 mm,
- je veľmi ťažké napojiť sa na ich signál (tajne).
Optické prenosové médiá II
Optické vlákna – nevýhody
- ku konverzii svetelných signálov na dáta je nutné použiť zdokonalené zariadenie,
- jeho nákup je relatívne drahší,
- spájanie káblov s optickými vláknami je oveľa ťažšie a časovo náročnejšie, než jednoduché pájkovanie medených vodičov používaných v galvanických alebo koaxiálnych spojeniach
- ťažšia je aj inštalácia zástrčiek optických káblov,
- poškodenie kábla sa dá veľmi ťažko opraviť
Elektromagnetické prenosové médiá I
- Pozemné všesmerové rádiové kanály - rýchlosť prenosu do 9600 bit/s. Používané frekvencie l00 MHz až 2GHz. Používajú sa na pripojenie mobilných terminálov, počítačov resp. mobilných telefónov.
- Pozemné smerové rádiové kanály rýchlosť prenosu do 10Mbit/s, spojenie do vzdialenosti desiatok km. Používané frekvenčné pásma 4/6GHz a 12/14GHz.
Elektromagnetické prenosové médiá I
Satelitné spoje – prenosové rýchlosti a pásma ako v prechádzajúcom prípade.
- Spojenie na veľmi veľké vzdialenosti (tisícky km) - značné dopravné oneskorenie (rádovo stovky ms) (vzdialenosť)
- Rádiové prenosy a satelitné spojenia patria do skupiny spojení nazývaných bezdrôtové spojenia.
- Odlišujú sa od spojení elektrických a optických, ktoré spadajú do kategórie drôtových spojov
Satelitné spoje – výhody a nevýhody
Satelitné spoje – výhody
pretože umožňujú prenos na veľké vzdialenosti - bez problémov súvisiacich s terénom
Satelitné spoje – nevýhody
spojenia sú nákladné, pretože je potrebná infraštruktúra (vo vesmíre musia byť na pevnej pozícii umiestené satelity)
spojenia sú dosť citlivé na iné elektromagnetické signály a rušivé vplyvy zemského magnetického poľa
dochádza k oneskoreniam, pretože signály pokrývajú veľké vzdialenosti. Napr. signál z New Yorku do Amsterdamu sa cez
satelit šíri s oneskorením 0,5 sekundy
Typy delenia počítačových sietí
V princípe môžeme počítačové (resp.
dátové siete) rozdeliť podľa niekoľkých
hľadísk:
podľa rozlohy resp. vzdialenosti
podľa vlastníctva
podľa štruktúry
podľa typu počítačov zapojených do siete
podľa rozloženia a funkcie základných uzlov
Z hľadiska rozlohy
LAN (Local Area Network): lokálne počítačové siete,
MAN (Metropolitan Area Network): mestské počítačové siete
WAN (Wide Area Network): vzdialené počítačové siete.
Z hľadiska vlastníctva rozoznávame siete privátne a verejné
Privátne siete
- Lokálne siete, ktoré sú vo vnútri budov organizácie, spadajú do
„jurisdikcie“ danej organizácie. Používajú sa v úradoch, továrňach,
nemocniciach, univerzitách, vládnych budovách a pod.
- rozľahlé siete pokrýva veľkú geografickú plochu, ktoré využívajú
existujúcu infraštruktúru poskytovateľa dátovej komunikácie
(národné telefónne spoločnosti alebo mobilní operátori) – napr. sieť
banky
Verejné sieťe (napr. Internet)
- mnohé spoločnosti, aby využili svoje siete, ponúkajú a poskytujú
účastníkom celý rad služieb. Takejto spoločnosti často hovorí aj
poskytovateľ (provider)
- Medzi tieto typy patria aj siete využívajúce technológiu Intranetu.
Z hľadiska konštrukcie a štruktúry
spôsob, akým sú medzi sebou prepojení jednotliví účastníci siete - štruktúra je určená topológiou siete.
Topológia je geografická štruktúra, podľa ktorej sú prepojené jednotlivé uzly v sieti.
Rozoznávame tieto topológie sietí:
zbernicová (BUS),
hviezdicová (STAR),
kruhová (RING),
stromová (TREE)
kombinovaná
Zbernica (BUS)
• Na spoločný kábel – zbernicu sú pripojené všetky uzly siete.
• Signál vysielaný jednou stanicou sa šíri ku všetkým ostatným staniciam.
• Každá z nich musí preto v prichádzajúcich správach testovať pole s cieľovou
adresou, aby mohla spracovať jej prislúchajúcu informáciu.
• Odpojenie alebo prípadná porucha jednej stanice neovplyvní prevádzku
ostatných.
•Prerušenie kábla rozdelí sieť na dve časti, ktorých činnosť je ohrozená vplyvom
neprispôsobenej časti kábla v mieste prerušenia (na voľných koncoch kábla sa
používajú zakončovacie odpory ).
Hviezda (STAR)
• Všetky stanice sú spojené priamo s centrálnym uzlom.
•Príkladom môže byť terminálová sieť sálového počítača. Centrálnym uzlom je hlavný počítač, komunikácia prebieha
pre každý terminál po zvláštnom vedení a jej riadenie je záležitosťou centrálneho uzla. Pri poruche centrálneho počítača
„spadne“ celá sieť.
• Pre lokálne siete sa topológia veľmi nehodí, lebo neumožňuje efektívne vyriešiť pripojenie viacerých rovnoprávnych servrov.
•Výhodou topológie hviezda je odolnosť siete proti závadám na kábli. Pri jeho prerušení je odpojená len jedna stanica. Porucha centrálneho uzla však môže vyradiť z činnosti celú sieť.
Kruh (RING)
• Všetky počítače sú prepojené do kruhu.
• Správa od vysielajúcej stanice prechádza k najbližšiemu susedovi v kruhu (smer je určený spôsobom
prepojenia) tak dlho, dokiaľ nedorazí k adresovanej stanici.
• Každá pripojená stanica preto musí dekódovať cieľovú adresu, ktorá je súčasťou správy.
• Nevýhodou základného usporiadania je spadnutie siete pri prerušení kábla alebo odpojení jednej stanice. Preto sa pri realizácii v praxi používajú obvody, ktoré zaistia automatické preklenutie odpojenej stanice a prípadne i náhradu prerušeného kábla.
Strom (TREE)
• Ak je jednému uzlu priradená riadiaca funkcia, hovoríme o koreňovom strome.
• V ňom sa signál vysielaný jednotlivými stanicami šíri smerom k východiskovému uzlu, ktorý ho potom spätne vysiela ku všetkým uzlom siete.
• Sieť môže pracovať tak, že signál vysielaný od staníc do východiskového uzla má inú
frekvenciu ako signál vysielaný od uzlu k staniciam.
Kombinovaná - neobmedzená
• Tento druh topológie sa používa pre rozsiahle siete.
• Jednotlivé uzly musia byť schopné realizovať algoritmy riešiace výber vhodnej cesty.
• Spravidla bývajú v uzloch siete špeciálne počítače, ktoré sa zaoberajú výhradne smerovaním –smerovače (routre), ktoré sú schopné vyberať pre prichádzajúce správy najvhodnejšiu cestu.
• Tieto topológie bývajú nasadené vo verejných dátových sietiach. Pre lokálne siete sú zbytočne komplikované, môžu sa však použiť pre spojenie viacerých lokálnych sietí navzájom. Na pripojenie lokálnej siete na verejnú dátovú sieť sa používa brána (gateway) alebo pre pripojenie jednotlivých lokálnych sietí sa používa smerovač.
Najpoužívanejšie siete podľa typu/nazvu
- Ethernet ako predstaviteľa buď v základe bus topológie (typ 10baseT a
100baseT) s hlavným prenosovým médiom koaxiálnym káblom alebo
star a tree topológie (typ UTP) na báze štruktúrovanej kabeláže (tzv.
krútenej dvojlinky),
- Arcnet ako predstaviteľa tree a star topológie,
- Token Ring ako predstaviteľa kruhovej topológie.
- V súčasnej dobe sú najviac rozvíjajú štruktúrované siete. Prenos v
týchto sieťach prebieha rýchlosťou 10 Mbitov/sekundu alebo
100Mbitov/sekundu.
Aby sme mohli osobný počítač pripojiť k sieti, musíme doň dokúpiť a inštalovať
sieťovú kartu podľa typu siete.
Pri štruktúrovanej sieti ešte je potrebné prepájacie zariadenie buď pasívneho
charakteru tzv. HUB alebo aktívneho charakteru tzv. SWITCH
Z hľadiska typu počítačov zapojených do siete I
homogénne- ak sú všetky počítače rovnakého typu
heterogénne – prepojenie počítačov rôzneho druhu s rôznymi operačnými systémami
Tak ako počítač samotný má svoj operačný systém aj sieť riadi sieťový operačný systém (SOS).
Z hľadiska typu počítačov zapojených do siete II
V sieti rozlišujeme dva druhy počítačov
- SERVER - počítač, ktorý riadi sieť a poskytuje služby používateľom siete.
Okrem toho môže napríklad ponúkať tlač na tlačiarni, ktorá môže byť k
nemu pripojená. Podľa typu ponúkaných služieb poznáme aj rôzne druhy
serverov napr. tlačový, databázový či komunikačný.
- WORKSTATION - počítač (pracovná stanica, klient), ktorý využíva
služby servera. Je "chudobnejšie" vybavený, napr. nemusí disponovať ani
diskovými jednotkami. V sieti môže byť viac pracovných staníc ale aj viac
serverov.
- Z hľadiska sieťového operačného systému býva každý používateľ
zavedený v služobnej databáze SOS (t.j. má definovaný svoj účet).
- Pri prihlásení je potrebné najprv zadať prihlasovacie meno (LOGIN
NAME) a potom heslo (PASSWORD). Potom ste pustení do siete.
- Pomocou siete je možné potom prenášať rýchlo údaje medzi počítačmi,
zdieľať veľkú databázu príp. využívať služby elektronickej pošty.
Z hľadiska rozloženia a funkcie základných uzlov počítačovej siete
- peer-to-peer - čo zhruba znamená od uzla k uzlu.
- Každý uzol je viac-menej rovnocenný a každý môže byť v danom
čase aj serverom aj klientom (workstation).
- Typicky sa takýto typ siete používa v kancelárskej praxi, pretože je
lacnejší a jednoduchší a pre základné potreby komunikácie
postačuje.
- Tento typ je charakteristický napr. pre základnú sieťovú
komunikáciu vo Windows95/98.
- centralizované, čo znamená existenciu jedného silného
servera ako centra a množstva menej vybavených klientov
(pracovných staníc).
- Pre náročnejšie prevádzky sa používa najmä táto silnejšia
konfigurácia a je charakteristická pre UNIX.
ISO referenčný model sieťovej architektúry I
V oblasti počítačových sietí bol prijatý organizáciou ISO
(International Standards Organization) referenčný model
sieťovej architektúry prepájania otvorených systémov
(štandard ISO 7498) ako medzinárodný štandard .
Tento štandard sa označuje RM OSI alebo ISO/OSI.
Model je sedem vrstvový, špecifikuje iba činnosti
jednotlivých vrstiev a voľne popisuje rozhrania medzi
vrstvami.
Konkrétne protokoly a služby jednotlivých vrstiev vznikali
a vznikajú postupne ako samostatné štandardy ISO resp.
iných inštitúcií
ISO referenčný model sieťovej
architektúry III
Prenos dát medzi dvomi aplikáciami, napr. medzi vysielajúcim
procesom A a prijímajúcim B prebieha tak, že na strane
vysielača sa postupne v každej vrstve pridáva k údajom z vyššej
vrstvy, resp. aplikácie, hlavička obsahujúca riadiace informácie a
na strane príjemcu sa postupne hlavičky odoberajú. Na úrovni
spojovej vrstvy sa pridáva aj ukončenie, ktoré sa používa na
zabezpečenie dát proti prenosovým chybám.
Do skupiny sieťovo-závislých vrstiev patria dolné tri vrstvy, ich
funkcie sú závislé od konkrétneho typu siete. Tieto vrstvy „vidia“
časť alebo celú skutočnú topológiu siete.
Do skupiny aplikačno-orientovaných vrstiev patria horné tri
vrstvy, pre ktoré je typ siete transparentný a používajú sa ako
programová podpora aplikačným procesom. Rozhranie medzi
týmito skupinami tvorí transportná vrstva.
http://www.youtube.com/watch?v=NoyY3C-QQ4A
ISO referenčný model sieťovej architektúry IV
- Fyzická vrstva
Poskytuje služby spojovej vrstve, zabezpečuje sériový prenos bitov
medzi dvoma uzlami pomocou fyzickej prenosovej cesty (0 -1)
Zaoberá sa rozhraním (mechanické, elektrické parametre,
špecifikácia konektorov, káblov apod.) medzi dvoma sieťovými
uzlami.
- Spojová (linková) vrstva
Využíva služby fyzickej vrstvy na prenos blokov dát – rámcov
(frames).
Zabezpečuje tiež detekciu porúch, ktoré sa môžu vyskytnúť na
prenosovej ceste a prejavujú sa zmenou hodnôt niektorých bitov.
Zodpovedajúcej vrstve na strane vysielača potvrdzuje prijatie
rámcov, v prípade chybných rámcov vyžaduje opätovné vysielanie.
Riadi tiež tok dát medzi dvoma uzlami, aby nedošlo k lokálnemu
stavu uviaznutia komunikácie. Poskytuje služby sieťovej vrstve.
ISO referenčný model sieťovej architektúry V
- Sieťová vrstva
Využíva služby spojovej vrstvy, poskytuje služby transportnej
vrstve.
Zabezpečuje smerovanie v sieti, a tým prenos dátových blokov –
paketov medzi ľubovoľnými uzlami siete.
Sieťová vrstva je jediná, ktorá „vidí“ skutočnú topológiu siete.
Taktiež v niektorých prípadoch riadi tok dát a zabezpečuje prenos
proti chybám.
- Transportná vrstva
Využíva služby sieťovej vrstvy, poskytuje služby relačnej vrstve
Zaoberá sa vzájomnou komunikáciou koncových staníc medzi
sebou
Prevezme dáta doručené uzlu, zistí komu patria a zariadi ich presun
príjemcovi v rámci daného uzla
ISO referenčný model sieťovej architektúry VI
- Relačná vrstva
Využíva služby transportnej vrstvy,
poskytuje služby prezentačnej vrstve.
Nadväzuje, udržiava, ruší logické spojenia
– relácie medzi koncovými účastníkmi.
V prípade poloduplexnej komunikácie riadi
smer komunikácie.
Zabezpečuje správne obnovenia spojenia v
prípade výpadku
ISO referenčný model sieťovej architektúry VII
- Prezentačná vrstva.
Využíva služby relačnej vrstvy, poskytuje služby aplikačnej vrstve.
Stará sa o prezentáciu údajov, ich bezpečnosť a napr. aj o
kryptovanie
- Aplikačná vrstva
Využíva služby prezentačnej vrstvy, poskytuje služby koncovým
používateľom – aplikačným procesom.
Zabezpečuje používateľské rozhranie k sieťovým informačným
službám, ktoré zahŕňajú napr. prenos súborov, elektronickú poštu,
prácu so vzdialenými súbormi apod.
Aplikačná vrstva v podstate zahŕňa tú časť z používateľských
procesov, ktorá používa spoločné resp. všeobecne použiteľné
prístupy.