Sieci komputerowe

Dr inż.. Marcin Blachnik

marcin.blachnik@polsl.pl

http://metet.polsl.pl/~mblachnik

Część materiałów opracowanych wspólnie z dr Katarzyna Statkiewicz

Forma zaliczenia

• Ocena z laboratorium

• Ocena z wykładu = dwa kolokwia

• Ocena końcowa = średnia z obydwu ocen

• Jeśli jedna ocena w indeksie to dodatkowo średnia z lab

• Obecność na wykładach powoduje zaokrąglanie ocen w górę w nie jsnych sytuacjach:

czyli jeśli średnia jest 3.25 i osoba uczęszczała na wykłady to dostanie 3,5, jeśli nie uczęszczała to dostanie 3

Literatura

• Rob Scrimger, Paul LaSalle, Clay Leitzke, Mridula Parihar, Meeta Gupta,TCP/IP. Biblia, Helion 2002

• Mark Sportack, księga eksperta, helion, 1999

• James Semick, networking essentionials, MCSE, testy, przygotowawcze, egzamin MCP 70-058, 1999

• Craig Hunt, TCP/IP, administracja sieci, 1996

• Vito Amato, akademia sieci CISCO, autoryzowany podręcznik programu CISCO Networting Academy, 2001

• Bruce Hallberg, sieci komputerowe, kurs podstawowy, edition 2000, 2001

W sieci

• http://klub.chip.pl/lipka/lan/historia.html

• http://dione.ids.pl/~radek/projekt/dok2.html

• http://www.matematyka.ab.edu.pl/wu/sieci_wsh.htm

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Historia_Internetu

• http://www.siteimpulse.com/wiedza/historia_internetu.html

• http://www.winter.pl/internet/krotka.html

• http://wislad.w.interia.pl/strony/konkurs/mk/historia.htm

• http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=Sieci_komputerowe

• http://www.scientist.pl/viewtopic.php?p=12356

• http://www.viruslist.pl/hackers.html?chapter=articles&id=21

Sieci podstawy

Po co nam sieci?

• Wymiana informacji

• Współdzielenie danych

• Współdzielenie urządzeń

• Współdzielenie mocy obliczeniowej –

obliczenia rozproszone

• Bezpieczeństwo danych i informacji –

centralizacja źródeł informacji

• Bezpieczeństwo użytkowników sieci

• Centralizacja zarządzania infrastrukturą

Redukcja kosztów

6 x drukarka !!! – po co

Tylko jedna drukarka !!!

Serwer *Bezpieczne

pomieszczenie

*) Serwer = bezpieczeństwo i łatwość dostępu do danych – centralizacja

informacji.

Administrator

= Centralne

zarządzanie

np. GPO

Współdzielenie

urządzeń

Ewolucja

• każdy sobie rzepkę skrobie

• czasy zintegrowanych rozwiązań systemowych -wszystkie składowe sytemu informatycznego i sieci –część zintegrowanego rozwiązania jednego producenta

• zmiany:– pc - biurko

– potrzeba poprawy wydajności (współdzielenie plików) pracowników Xerox w Palo Alto (PARC)

• wynik:– pierwsza sieć lokalna Ethernet I

– Xerox, Digital, Intel – DIX Ethernet (II)

• ustalenie standardów sieciowych - przestrzeganie

– inteligentne urządzenia końcowe + LAN = paradygmat otwartego rozproszonego przetwarzania danych

Standardy

• zmęczenie zindywidualizowanym podejściem do sieciowego przetwarzania danych– sukces Ethernet I i II

• postulat otwartych środowisk– tworzenie własnych rozwiązań z różnych produktów wielu

producentów

• cele otwartości:– niższe koszty

– większe możliwości• konkurencja – tempo

– współdziałanie produktów różnych producentów• platformy rozpoznają się, wiedzą jak się komunikować i współdzielić

dane

• uniwersalnych standardów dotyczących każdego aspektu przetwarzania danych - normalizacja

Ewolucja problemy

rozwiązanie - Projekt 802 instytutu IEEE

– LAN, Local Area Networks

• do łączenia urządzeń w niewielkiej odległości

• dostęp użytkowników do mediów komunikacyjnych

• współdzielenie danych/zasobów – pliki, drukarki,

moc obliczeniowa

• Granicą jest router

– MAN, Metropolitan Area Networks

• Duże sieci miejskie, działające w obrębie całych

aglomeracji miejskich

• Do łączenia sieci lokalnych

LAN

LAN

Komputer A

MAC: 00-00-00-00-00-01

Komputer B

MAC: 00-00-00-00-00-07

2 3

MAN / WAN

Rodzina IEEE 802.x

• IEEE 802.1 Higher layer LAN protocols

• 802.1d STP – Spanning Tree Protocol Protokół drzewa rozpinającego

• 802.1w RSTP – Rapid Spanning Tree Protocol

• IEEE 802.2 Logical link control

• IEEE 802.3 Ethernet

• 802.3ad LACP – Link Aggregation Control Protocol

• IEEE 802.4 Token bus (disbanded)

• IEEE 802.5 Token Ring

• IEEE 802.6 Metropolitan Area Networks(disbanded)

• IEEE 802.7 Broadband LAN using Coaxial Cable (disbanded)

• IEEE 802.8 Fiber Optic TAG (disbanded)

• IEEE 802.9 Integrated Services LAN (disbanded)

• IEEE 802.10 Interoperable LAN Security (disbanded)

• IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Ficertification)

• IEEE 802.12 demand priority

• IEEE 802.13 Cat.6 – 10 Gb LAN (new founded)

• IEEE 802.14 Cable modems (disbanded)

• IEEE 802.15 Wireless PAN

– IEEE 802.15.1 (Bluetooth certification)

– IEEE 802.15.4 (ZigBee certification)

• IEEE 802.16 Broadband Wireless Access(WiMAX certification)

– IEEE 802.16e (Mobile) Broadband Wireless Access

• IEEE 802.17 Resilient packet ring

• IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG

• IEEE 802.19 Coexistence TAG

• IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access

• IEEE 802.21 Media Independent Handoff

• IEEE 802.22 Wireless Regional Area Network

Organizacje ustanawiające

standardy• ISO – International Organization for Standarization 1946 Genewa (grec. isos – równy ,

standardowy) międzynarodowa organizacja normalizacyjna, wynajęta przez ONZ do określania standardów międzynarodowych. zakres działania obejmuje praktycznie wszystkie dziedziny wiedzy ludzkiej poza elektryką i elektroniką. składa się z 90 org.

• ETSI – the European Standards Organisation by the European Commission

• IEEE – the Institute of Elektrical and Electronic Engineers – def. i pub. standardy telekomunikacyjne oraz przesyłania danych. standard sieci LAN i MAN. zbiór norm technicznych – Projekt 802

• ANSI – the American National Standards Institute – prywatna org. niekomercyjna. misja: ułatwianie rozwoju, koordynowanie, publikowanie nieobligatoryjnych standardów. org uczestniczy w pracach organizacji ustanawiających standardy globalne tj. IOS, IEC

• IEC – International Elektrotechnical Commission – międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna, 1909 Genewa, ust. międz. standardy dot. zagadnień elektrycznych i elektronicznych

• IAB – The Internet Architecture Board, Komisja Architektury Internetu (uprzednio działań –Activities) zarządza techniczną stroną rozwoju Internetu. 2 komisje robocze: Grupa robocza ds. Technicznych Internetu (IETF – Internet Engineering Task Force) – odbiorca badań grupy naukowej – ustanawia standardy techniczne dla Internetu oraz technologii internetowych np. protokół Internetu IP oraz Grupy Roboczej ds. Naukowych Internetu (IRTF – Internet Research Task Force) – bada nowe technologie

• IETF - Internet Engineering Task Force - Standardy Internetu regulowane są przez tą agencję ipublikowane w dokumentach RFC. Zgodnie z definicją słowa Internet oznacza ono globalnysystem informacyjny spełniający następujące warunki.

Internet, Intranet i Ekstranet

• Internet – ogólnodostępna sieć komputerowa

• Intranet – wewnętrzny Internet –oddzielona i niezależna sieć komputerowa w firmie lub organizacji, udostępniająca usługi Internetu – wewnętrzne WWW, poczta, komunikatory itp.

• Ekstranet – połączenie kilku Intranetów różnych firm i organizacji.

model OSI

architektury łączenia systemów

otwartych

warstwy OSI

• określenie

– zadań, funkcji - usługi

– protokołów

– standardy

– urządzeń

• warstwom odpowiadają

określone elementy

sprzętowe i programowe

biorące udział w procesie

wymiany informacji

model OSI

• różnorodny sprzęt + oprogramowanie= niekompatybilność

– 1984 r. - rynek sieci komputerowych zdominowany przez rozwiązania dużych producentów (DEC, IBM)

• indywidualnie tworzone architektury

– standardy

• model OSI (open sysytems interconnect) -ISO:

– realizacja otwartych połączeń systemów komputerowych

– płaszczyzna porównywania standardów

– opis struktury i funkcji stosu protokołów komunikacji danych

– podział sieci• każda warstwa – funkcje wykonywane

podczas przekazywania danych za pośrednictwem sieci miedzy współpracującymi aplikacjami

• wyklucza bezpośrednie komunikowanie się między równorzędnymi warstwami różnych systemów

warstwa fizycznaFunkcja:

• transmisja strumienia danych pomiędzy dwoma (lub więcej) komputerami bez "kontroli ruchu" i bez uwzględnienia rodzaju informacji

• ciągłość transmisji nie jest zabezpieczona – jeśli medium zostanie zablokowane lub uszkodzone, komunikacja zostanie przerwana

• wymagane charakterystyki wydajnościowe nośników i parametry urządzeń, sprzętowe możliwości przesyłania danych:

– skrętka, włókna światłowodowe i kable koncentryczne - warstwa 0

• opisuje parametry elektryczne i mechaniczne łącza: określa poziomy napięć, częstotliwość zmiany napięcia, fizyczną prędkość przesyłania danych, maksymalna odległość, na jaka można prowadzić wymianę danych, kształt złącz, szybkość transmisji, opóźnienia transmisyjne, stopę błędów

• obejmuje procesy i mechanizmy dotyczące przenoszenia sygnałów na nośnik i odbierania z niego sygnałów

• odbiera ramki z warstwy 2 i przesyła szeregowo strukturę i zawartość

• odbiera bity przychodzących strumieni danych i przesyła je do warstwy 2

Standardy:

• RS-232 opisuje sposób połączenia urządzeń DTE (Data Terminal Equipment np.. komputer) oraz DCE (Data Communications Equipment np,. modem), w Europie V.24

Urządzenia:

• hub/koncentrator/ wtórniki/karta sieciowa

• modem

warstwa łącza danych

• funkcja:– sterowanie przepływem danych

pomiędzy dwoma lub więcej stacjami połączonymi tym samym łączem

– nadawania i odbierania-• upakowanie instrukcji, danych w ramki

• informacji do pomyślnego przesłania danych przez sieć lokalną

– bezkolizyjny dostęp do łącza - kontrola przepływu • synchronizacja bloków danych - uporządkowane dostarczanie ramek

• rozpoznawanie, wykrywanie i powiadamianie i korygowanie błędów transmisji (ramka nie osiąga miejsca docelowego, ulega uszkodzeniu)

– jakość transmisji - niezawodne przesyłanie danych• węzeł początkowy odbiera od końcowego potwierdzenie otrzymania każdej ramki w postaci niezmienionej

• węzeł docelowy przed wysłaniem potwierdzenia weryfikuje integralność zawartości ramki - końcowa zgodność przesyłania danych

• standardy: Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP (Point to Point) - WAN

• urządzenia:– karta sieciowa, unikatowy adres MAC przypisywany na etapie produkcji karty - adresowanie

fizyczne• przełączniki używają MAC do sterowania ruchem w sieci

• podwarstwa Media Acces Control warstwy łącza danych, łaczy sieci LAN, nie rozróżnia protokołów tylko je przekazuje

– most/bridge

– switch/przełącznik/ komutator - łączy segmenty sieci komputerowej, przekazuje ramki między segmentami

warstwa sieci• funkcja:

– zapewnia wybór optymalnej drogi (trasy transmisji) pakietów (tj. danych i informacji sterujących) - pomiędzy dwoma stacjami końcowymi (nadawca i odbiorca) przy wykorzystaniu węzłów pośredniczących w oparciu o stan sieci, priorytety usług

– nie jest sprawdzana zawartość pakietów, brak mechanizmów kontroli korekcji błędów – polega na wiarygodnej transmisji warstwy 2

– do komunikowania z komputerami poza lokalnym segmentem sieci LAN – architektura trasowania

– zapewnia jednoznaczną adresację wszystkich urządzeń w sieci

• protokoły:– IP

– trasowania – RIP, IGRP, EIGRP, OSPF• określenie ścieżek optymalnych dla adresu docelowego

• odbieranie i przesyłanie pakietów z wykorzystaniem tych ścieżek

– trasowalne, do transportowania danych poza granice domen warstwy 2• IP (Internet Protocol)

• Novell IPX (Internetwork Packet Exchange)

• Apple Talk

• urządzenia:– router – przeprowadza/kieruje dane/pakiety poprzez sieci z rożnymi protokołami i architekturami

warstwa transportu

• funkcja:

– oddziela oprogramowanie warstwwyższych od problemów związanychz przesyłaniem danych

– końcowa integralność transmisji, bezpieczeństwo i pewność, niezawodność wymiany danych• korekcja błędów

– warstwy leżące poniżej nie przykładają żadnej wagi do bezpieczeństwa skupiając się na zapewnieniu maksymalnej szybkości

• kontrole przepływu

• kontrola jakości

• awaria sieci - wyszukuje alternatywne trasy i ponownie wysyła pakiety danych, aż transmisja się powiedzie lub próbuje osiągnąć predefiniowany limit czasu

• sprawdza format i kolejność - resekwencjonowanie pakietów

• wykrywa pakiety odrzucone przez routery i automatycznie generuje żądanie ich ponownej transmisji

• protokoły:

– sieci komputerów różnych typów mogą używać kilku protokołów warstwy transportowej -niezawodne lub zawodne

– TCP Transmission Control Protocol - Departament Obrony USA, sprzedawany przez wielu producentów jako część pakietu protokołów TCP/IP– ustanawianie i kończenie połączenia, przesyłanie danych, potwierdzanie otrzymania (lub nie) danych, prawidłowa kolejność pakietów, kontrole przepływu (np. ustalenie rozmiaru okna) wykorzystują go np.: HTTP, FTP

– UDP – nie gwarantuje że pakiet dotrze do celu, wykorzystywany jest przez np.: DNS, NFS, TFTP

– SPX – protokół sekwencyjnej wymiany pakietów

warstwa sesji

• funkcja:

– Często nie stosowana

jako niezależna wartswa

– określa standardowe metody przesyłania danych pomiędzy

aplikacjami (duplex, pół-duplex, itp)

– Zapewnienie danym identyfikację ich źródła tzn w przypadku kilku

aplikacji korzystających z sieci warstwa ta zapewnia rozpoznanie

i kierowanie ruchem danych przesyłanych przez sieć tak by trafiły

do odpowiedniej aplikacji

– W przypadku zerwania połączenia ponawia próbę jego

wznowienia

– Zarządzanie ruchem np. QoS (ważne dla tcp przy kilku

działających aplikacjach)

warstwa prezentacji

• funkcja: – przekształca przesyłane informacje do formy

odpowiedniej dla oprogramowania wykorzystywanego przez użytkownika

• zarządzanie sposobem kodowania danych

• translacja miedzy niezgodnymi schematami kodowania znaków/danych tj. ASCII a EBCDIC (American Code for Information, Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

• konwersja formatów danych (obrazy, audio, wideo) w celu przesłania w sieci między klientem a serwerem

• szyfrowanie, deszyfrowanie

• kompresja, dekompresja

– często warstwy prezentacji i sesji łączone są w całość

warstwa aplikacji

• funkcja: – najbliższa użytkownikowi

nie zapewnia usług innym warstwom

– interfejs miedzy aplikacją użytkownika a usługami sieci

– inicjuje sesje komunikacyjne• np. żądanie pobrania nowych wiadomości przez klienta poczty elektronicznej do odpowiedniego protokołu

– zapewnia funkcje niezbędne do świadczenia przez aplikacje określonych usług:• współużytkowanie plików

• przesyłanie plików

• emulacja terminali

• buforowanie zadań wydruków

• poczta elektroniczna

• zarządzanie bazą danych

• obsługuje aplikacje spoza modelu np. arkusze kalc., edytory

• protokoły:– protokoły transmisji plików, działają z poziomu warstwy aplikacji, ale wykonują zadania właściwe

dla niższych warstw

– FTP (File Transfer Protocol)

– SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

– HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

– DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

– obsługa komunikatów X.400 dla poczty elektronicznej

• model OSI nie jest implementacją sieci – tylko specyfikacją funkcji warstw

– g.w. 123 dotyczą aplikacji

– niższe związane z przenoszeniem danych

• dekompozycja zadań, podział na zagadnienia mnie złożone

– pozwala na modularne projektowanie sieci

• definicja standardowych interfejsów –kompatybilność sprzętu rożnych producentów

– nie pozwala na to aby zmiany w jednym obszarze wpływały na inne obszary – szybsza ewolucja

enkapsulacja danych

proces w którym dane są poprzedzane nagłówkiem protokołu danej warstwy przed rozpoczęciem ich

transportu w sieci

nagłówek może być rozpoznawany jedynie przez daną warstwę lub jej odpowiednik

enkapsulacja danych• przebieg procesów oraz danych

• każda warstwa zależna od usług warstwy niższej

• przed rozpoczęciem transmisji danych umieszczane są w nagłówku danego protokołu

– nagłówek zawiera dane do wykonania transferu logicznego - adresy nadawcy i odbiorcy

• każda warstwa – interfejsy warstw sąsiednich– logiczne rozgraniczenie warstw

– komunikacja – pionowo

transmisja danych• transmisja danych w modelu ISO/OSI - tylko na poziomie warstwy fizycznej

• dane wysyłane z programów przechodzą przez wszystkie warstwy modelu od warstwy aplikacji

• każda z warstw, aby móc realizować swoje zadania, rozszerza dane o charakterystyczne dla siebie informacje sterujące oraz ewentualnie sumy kontrolne

– zanim surowe dane dotrą do medium transmisyjnego, ich objętość znacząco wzrasta

– przesyłane dane są uzupełniane o nagłówki poszczególnych protokołów sieciowych

– np. do danych przesyłanych przez telnet dodawany jest nagłówek TCP, następnie IP, a na końcu np. nagłówek i suma kontrolna Ethernet

• u odbiorcy odbywa się proces odwrotny

– poszczególne protokoły (począwszy od Ethernetu) odczytują informacje sterujące z nagłówków, a dane przekazują do protokołów warstw wyższych

model internetowy

Architektura protokołów TCP/IP

• OSI - podstawa rozwoju protokołów sieciowych– zadania protokołów nie w pełni pokrywają się z

funkcjami odpowiednich warstw

– protokoły realizują zadania, które zostały przypisane więcej niż jednej warstwie modelu OSI

– odpowiedniość widać w protokołach warstwy fizycznej oraz sieciowej

• model o uproszczonej strukturze - zestaw protokołów IP, TCP i UDP - stos TCP/IP

– implementowany w każdym systemie operacyjnym

• standard otwartych protokołów, swobodnie dostępnych i opracowywanych niezależnie od specyfiki sprzętu komputerowego lub systemu operacyjnego

– niezależność od fizycznych właściwości sieci –dowolne medium transmisyjne

– może współpracować z różnymi protokołami poziomu łącza danych i różnymi typami nośnika

– może działać na sprzęcie różnych producentów

– wspólny schemat adresacji pozwala na łatwe łączenie wielu sieci

– udostępnia dwa niezależne mechanizmy transportowe

5 kroków

przekształcenia

• 1. generowanie danych – wysłana wiadomość pocztowa przekształcana z postaci alfanumerycznej na dane które mogą przepłynąć przez siec

• 2. pakowanie danych w celu ich transportu – dane w pakietach. poprzez zastosowanie segmentówfunkcja transportu gwarantuje niezawodne dostarczenie wiadomości miedzy agentami pocztowymi hostów na końcach sieci

• 3. umieszczenie adresu sieci w nagłówku – dane umieszczone w pakietach lub datagramach zawierających nagłówek z logicznym adresem odbiorcy i nadawcy

• 4.umieszczenie lokalnego adresu w nagłówku łącza danych – każde urz. sieciowe musi umieszczać pakiety w ramkach. ramka pozwala na przesłanie do następnego bezpośrednio dostępnego urz sieciowego w danym łączu. każde urz. wybranej ścieżki wymaga ramki aby połączyć się z kolejnym urządzeniem

• 5. konwersja na bity do celów transmisji – ramka przekształcana we wzorzec składający się z 0 i 1. funkcja synchronizacji pozwala urządzeniom na rozróżnienie bitów podczas ich przenoszenia przez medium transmisyjne. wiadomość pocztowa może powstawać w sieci LAN, przechodzić przez WAN do innej LAN

Protokoły• każda warstwa zawiera protokoły które

realizują rożne funkcje

• 1. – HTTP – dostęp do WWW

– FTP – kopiowanie plików

– SMTP – przesyłane poczty

– DNS – odnajduje adres hosta

– RIP – dzielenie informacji między routerami

– SNMP – zarządzanie urządzeniami sieci

• 2. – TCP – połączeniowy, niezawodny,

negocjacja, retransmisja, poprawne dane

– UDP – niepołączeniowy, mniejsze pasmo, zawodny

• 3. – IP – routowanie pakietów

– ARP – fizyczny adres

– IGMP – grupowanie routerów

– ICMP – kontrola błędów

• 4. – Ethernet

– Token Ring

– Frame Relay

– ATM