Počítačová síť

Dotazované požadavky u maturity:

• co to je počítačová síť, důvod vzniku

• rozdělení počítačových sítí podle velikosti, rozlohy a účelu (LAN, MAN, WAN, VPN)

• rozdělení počítačových sítí podle topologie [bus (sběrnice), star (hvězda), ring (kruh)]

• rozdělení počítačových sítí podle technologie komunikace a řízení přístupu (Ethernet (verze), Token Ring)

• rozdělení počítačových sítí podle komunikačního protokolu (TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk)

• rozdělení počítačových sítí podle technologie zapojení [Wired (metalické), optical (optické), wireless (bezdrátové)]

Definice sítě:

• Síť sleduje komunikaci koncových uzlů a může fungovat několika způsoby.

• Může jít o soustavu vzájemně propojených sítí,či může jít o množinu vzájemně propojených aktivních prvků (směrovačů).

• Počítačová síť (computer network) je souhrnné označení pro technické prostředky, které realizují spojení a výměnu informací mezi počítači.

• Umožňuje tedy uživatelům komunikaci podle určitých pravidel, za účelem sdílení využívání společných zdrojů nebo výměny zpráv.

V poslední době jsou všechny sítě postupně spojovány do globální celosvětové sítě internet, která používá sadu protokolů TCP/IP.

• Počítačová síť se skládá z aktivních a pasivních síťových prvků.
  • Mezi pasivní síťové prvky patří kabeláž a konektory.
  • Mezi aktivní síťové prvky patří síťová karta, switch, router, firewall, apod.

Rozdělení počítačových sítí podle velikosti, rozlohy a účelu

LAN = lokální síť

• Dosah v řádu jednotek kilometrů, podle použité technologie
• Má za úkol sdílení zařízení a služeb (síťové tiskárny, paměťová media…) a umožňovat vzájemnou komunikaci mezi uživateli.
• Rychlost podle kabeláže a technologií
• Linková rychlost se nemění (10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s dokonce i 10 Gb/s)
• Vysoká míra spolehlivosti, garantovatelnost

WAN = Wide (=široká) Area Network

• Jsou užívány na velkou vzdálenost mezi koncovými uzly či stanicemi – lokální nebo metropolitní sítě.
• Síť obsahuje páteřní rozvody přenosu, které určují rychlost celosvětové sítě – typickým příkladem je Internet.
• Dosah i tisíců kilometrů
• Nejsou konstantní rychlosti → všechny data se modulují (harmonický signál dosáhne dál)
• Nižší spolehlivost (dané rozlehlostí, venkovní prostředí)

MAN = metropolitní síť

• Používají se k propojení sítí LAN v rámci městské zástavby.
• Metropolitní síť je optimalizována pro vetší zeměpisnou oblast než je LAN, v rozsahu od několika bloků budov až po celá města. Metropolitní síť je obvykle využívána jednotlivci a organizacemi.
• Obdobná technologie jako u WAN sítí
• Měla by přinést nějaký přidaný užitek oproti WAN → VoIP…

PAN= personální, osobní síť

• Dosah na několik málo metrů - Domácí úložiště, USB síť, Bluetooth síť
• Jejich cílem není co nejvyšší přenosová rychlost, ale spíše odolnost proti rušení, nízká spotřeba energie či snadná konfigurovatelnost.
• Vyšší spolehlivost
• Přenosové rychlosti závislé na technologii

VPN (Virtualizovaná privátní síť)

• Privátní síť, která je připojená do internetu
• Skrz internet se vytvoří šifrované tunelové propojení k VPN serveru
• Router u privátní sítě musí umět VPN
• Vzdálené připojení k privátní síti
• Výpočetní výkon probíhá u klienta, né na serveru

NAN (NEIGHBOR)

• Sousedská síť
• Většinou v panelákách, sdílená WiFi se sousedem

CAN (COMUNIT)

• Síť sdílená lidmi stejného zaměření
• Komunitní síť

Topologie sítí:

Sběrnicová:

• Tato topologie patří k nejstarším, všechny stanice jsou připojeny na jedno přenosové médium. Dnes už se příliš nepoužívá.

• Výhody: nezávislost stanic na výpadku jiné stanice, levné náklady takového řešení, snadné všesměrové vysílání.

• Nevýhody: při přerušení kabelu úplný výpadek sítě, nutnost vyřešení přístupu stanic k médiu (kdo bude vysílat).

• Pozn.: Používala se dřív, sběrnice byla většinou koaxiální kabel, který někam vedl a byli na něm udělaný přípojky, zakončenej byl tzv. Terminátorem

Kruhová

• Označuje logické zapojení, při němž je každý uzel spojen se dvěma dalšími tak, aby společně vytvořily kruh.

• Výhody: nevznikají kolize, jednoduchý přenos dat.

• Nevýhody: data musí projít přes všechny uzle, což zvyšuje riziko poruchy, přerušením kruhu vzniká problém.

• Pozn.: V praxi se většinou stavěli kruhy dva, u který komunikovaly v protichůdném směru, a v případě kolize na jednom kruhu se jelo jen přes ten druhý (TokenRing)...

Hvězdicová

• Tato topologie je dnes jednoznačně nejpoužívanější. Její myšlenka spočívá v tom, že existuje centrální prvek, který spojuje všechny prvky. Dříve tím centrálním prvkem býval počítač, dnes je aktivní prvek (rozbočovač nebo směrovač).

• Výhody: lehce rozšiřitelná struktura, výpadek libovolné stanice neznamená výpadek celé sítě.

• Nevýhody: velké množství kabelů, při výpadku centrálního prvku nefunguje celá síť.

Stromová

• Vychází z hvězdicové topologie. Používá se především v rozsáhlých počítačových sítích ve velkých firmách.

• Jednotlivé hvězdice často představují jednotlivá oddělení firmy, patra budovy nebo celé budovy.

• Výhody: lze oddělovat provoz

Metody řízení přístupů lze rozdělit na:

Řízené (deterministické)

• Je definován jednoznačný algoritmus určující, v jakém pořadí mohou stanice na medium přistupovat.

• Na medium nebude nikdy přistupovat více stanic současně. Řízené metody se dále ještě rozdělují na centralizované a decentralizované.

• Centralizované – je vyhrazena jedna stanice, která ostatním přiděluje přístupy.

Decentralizovaná (distribuovaná)

• stanice si předávají pověření (metoda logického kruhu), nebo je pravidelně vysílán rezervační rámec a jednotlivé stanice si rezervují pořadí vysílání.

Neřízené (nedeterministické)

• V algoritmu přístupu na kanál hraje roli náhoda -náhodně volené časové prodlevy, tím vznikají kolize.

• Nemusí vždy vést k výsledku. Metody: Aloha, CSMA
  • Metoda CSMA poslouchá nosnou a pokud nikdo nevysílá, může začít vysílat ona. Ani CSMA nedokáže zabránit kolizím.

Token ring

• staré zapojení sítí, počítače postupně vysílali jeden podruhém po směru kruhu, stavěli se třeba i dva kruhu proti sobě, kdyby jeden vypad ...

Ethernet

• Používá algorytmus CSMA/CD, každý uzel si volí dobu odmlky náhodně, není možnost rozpočítání mezi uzly v kolizi, při každém opakov. neúspěchu si uzel zdvojnásobí interval ze kterého náhodně volí odmlku..
• Metoda nepředchází kolizím, spíše je řeší poté, co nastanou
• Ethernet je velice efektivní při menší zátěži, kdy ke kolizím nedochází.
• Používá sběrnicovou topologii ->Sdílený charakter, všechny uzly se dělí o společnou přenos. kapacitu.
• používají se kroucené vodiče, každý uzel 2 páry - konektory RJ45

rozdělení počítačových sítí podle komunikačního protokolu

• Rodina protokolů TCP/IP obsahuje sadu protokolů pro komunikaci v počítačové síti a je hlavním protokolem celosvětové sítě Internet. Komunikační protokol je množina pravidel, které určují syntaxi a význam jednotlivých zpráv při komunikaci.

• IPX/SPX
• starý protokol, který používal NOVELL ve svých sítích, později ale přešel na TCP/IP, který se stal univerzálním protokolem..

• AppleTalk patří mezi síťové protokoly vyvinuté firmou Apple pro počítačové sítě, byl součástí původních počítačů Macintosh (1984), ale nyní se upřednostňuje protokol TCP/IP.

rozdělení počítačových sítí podle technologie zapojení

• [Wired (metalické), optical (optické), wireless (bezdrátové)]- > viz otázka 24,25

Síť může fungovat několika způsoby:

Spojovaně a nespojovaně

Spojovaná komunikace:

• Nejprve se strany musí domluvit, že spolu vůbec chtějí komunikovat (mohou se domluvit i na dalších parametrech vzájemné komunikace).

• Při navázání spojení je nalezena a vyznačena trasa přenosu.

• Poté probíhá vlastní komunikace – přenáší se celé bloky dat (pakety) po trase, která byla nalezena při navazování spojení.

• Na konci je spojení třeba zase ukončit (zrušit vyznačenou trasu).

Nespojovaná komunikace:

• Komunikující mezi sebou nenavazují žádné spojení (neověřují si, že druhá strana chce komunikovat, nehledá se žádná jedna trasa mezi komunikujícími.

• Komunikace probíhá skrze zasílání samostatných zpráv.

• Na konci není třeba nic ukončovat

Spolehlivě a nespolehlivě

• Spolehlivý přenos – ten, kdo data přenáší, považuje za svou povinnost postarat se o nápravu v případě chyb (případně si vyžádá nový přenos).

• Nespolehlivý přenos – nepovažuje za svou povinnost postarat se o nápravu (poškozená data zahodí a pokračuje dál, či ani nezkoumá, zda jsou poškozená)

• • Na principu přepojování paketů či přepojování okruhů.

Přepojování paketů:

• Používají se hodně ve světě počítačů, požívají jej prakticky všechny datové sítě, méně jsou používány ve světě spojů (veřejné datové sítě).

• K jednotlivým přenosům se využívá vždy celá dostupná přenosová kapacita pro všechny odesílatele i příjemce.

• Přenášená data musí být opatřena identifikací odesílatele a příjemce.

• Nelze přenášet jednotlivé byty, smysl má pouze blokový přenos (přenos paketů, rámců, buněk…).

• Standardně jde o přenos „best effort“

Přepojování okruhů:

• Používá se hodně ve světě spojů (například veřejná telefonní síť), avšak ve světě počítačů je používána málo (sériové komunikace například).

• Týká se přidělování dostupné či disponibilní přenosové kapacity sítě.

• Z přenosové kapacity se vyjme tolik, o kolik si komunikující strany řeknou – je přidělena do výlučného použití.

(pokud ji nevyužijí, nemůže být přepuštěna někomu jinému, kdo by ji potřeboval), je jim garantována a je také uživatelům naúčtována.

Komunikující mají mezi sebou přímé spojení.

• Stylem „best effort“ či s garancí kvality služeb (Quality of Service).

„Best effort“

• Způsob přenosu, kdy je „měřeno všem datům stejně“.

• Přenos má negarantovaný charakter (síť se snaží vyhovět všem požadavkům na přenos, dokud její zdroje stačí, pokud zdroje přestávají stačit, jsou požadavky kráceny všechny stejně).

S garancí kvality služeb (QoS)

• Přenosová síť dokáže rozlišovat mezi jednotlivými přenosy a nabízet jim různou kvalitu přenosu.

• Rezervace zdrojů – potřebné zdroje jsou rezervovány jen pro jeden příslušný přenos a nemůže je využívat nikdo jiný.

Nemusí představovat žádnou garanci, ale jen určitou přednost formou prioritizace (některé přenosy mají přednost před jinými).

Blokovým či proudovým způsobem

Blokový přenos:

• Data se přenáší po blocích (každý blok se přenáší jako celek)

Existuje několik druhů označení bloků:

• Paket (packet) – blok dat, přenášený na úrovni síťové vrstvy (velikost je proměnná, ale shora omezená).

• Rámec (frame) – blok dat, přenášený na úrovni linkové vrstvy (velikost je proměnná, ale shora omezená).

• Buňka (cell) – malý blok fixní velikosti, obvykle přenášený na úrovni linkové vrstvy.

• Diagram – paket přenášený nespojovaným způsobem.

• Zpráva (message) – blok dat, přenášený na úrovni aplikační vrstvy.

Proudový přenos:

• Komunikující strany si předávají data jako proud bitů/bytů (po jednotlivých bitech, bytech či znacích, nemusejí být shromažďována do větších celků – bloků, nemusejí být explicitně adresována).