W1 - egzamin.eu

Sieci komputerowe
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Informacje (email, strona WWW)
Literatura
Organizacja zajęć wykładowych
Organizacja zajęć laboratoryjnych
Zaliczenie
Wprowadzenie do Sieci Komputerowych
Dr inż. Robert Banasiak
Sieci Komputerowe 2010/2011 – Studia niestacjonarne
1
Sieci komputerowe
Informacje:
Dr inz. Robert Banasiak



WWW: rbanasi.kis.p.lodz.pl
Godziny przyjęć:
EMAIL: [email protected]
Certfikaty CCNA / CCNP == 5
2
Literatura



Sieci komputerowe. Księga eksperta,
Mark Sportack, Wydawnictwo Helion:
04/1999
Sieci komputerowe. Kompendium, Karol
Krysiak, Wydawnictwo Helion: 02/2003
Sieci komputerowe w domu i w biurze.
Biblia, Sue Plumley, Wydawnictwo
Helion: 08/2001
3
Sieci komputerowe
Organizacja wykładów (9 x ~70-90 minut)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Wstęp do SK – model przepływu, model ISO OSI
Sieci Lokalne LAN
Warstwa fizyczna OSI
Warstwa łącza danych – Ethernet
Warstwa sieciowa
Protokoły routingu
Warstwa transportowa
Warstwa sesji, prezentacji i aplikacji
4
Sieci komputerowe
Organizacja laboratorium (9 x 90 minut)
1.
2.
3.
4.
4 maszyny Virtual BOX
(2 x WinXP, 2 x Linux Ubuntu)
Symulacje CISCO Packet Tracer 3.1
Kabelkologia (1,5 m kabla + 2 wtyczki na 2 os)
5
Sieci komputerowe
Zaliczenie
1.
2.
Wykład : duże Kolokwium (Egzamin) na ost. 10
wykładzie LUB 2 małe kolokwia na 5 Wykładzie
i 10 wykładzie + Egzamin?
LAB : 3 testy elektroniczne 20-40 minut (na. 5
zajęciach, na 7 zajęciach, na 9 zajęcia,
punktacja procentowa, możliwa poprawa
jednego wybranego testu, test wielowyboru)
6
Rys historyczny
Sieć komputerowa - zbiór mechanizmów
umożliwiających komunikowanie się
komputerów znajdujących się w różnych
miejscach. Integralnym elementem owej
komunikacji jest wzajemne udostępnianie
sobie zasobów [Mark A. Sportack].
7
Rys historyczny

Rozwój sieci komputerowych:
 względy merytoryczne - potrzeba
informacji, wymiany danych,
 względy ekonomiczne - współdzielenie
sprzętowych zasobów komputerowych.
8
Rys historyczny




Początkowo w dużych firmach
komputeryzacja następowała bardzo powoli.
Dopiero pojawienie się aplikacji
przeznaczonych dla biznesu spowodowało
gwałtowny rozwój komputeryzacji.
Początkowo były pojedyncze stacje robocze.
Każdy użytkownik miał dostęp tylko do
zasobów znajdujących się na jego
komputerze
9
Rys historyczny
10
Rys historyczny




Firmy zorientowały się w końcu ile pieniędzy
można zaoszczędzić poprzez wprowadzenie
sieci komputerowej.
Dlatego na początku lat 80 nastąpił bardzo
gwałtowny rozwój technologii sieciowych.
W firmach zaczęto na coraz szerszą skalę
stosować sieci komputerowe.
Jednakże rozwój sieci komputerowych był
wtedy bardzo chaotyczny.
11
Rys historyczny
12
Rys historyczny




Na rynku pojawiło się bardzo wiele
różnych standardów sieciowych.
Standardy te były wprowadzane przez
różne firmy.
Były one między sobą niekompatybilne.
Pojawiły się problemy z zapewnieniem
wymiany informacji pomiędzy sieciami
używającymi różnych standardów.
13
Rys historyczny

Pierwsze sieci komputerowe:
 sieci korporacyjne,
 zindywidualizowane formy połączeń
stanowiące integralną część równie
zindywidualizowanych rozwiązań
obliczeniowych,
 brak ujednoliconych standardów,
 standardowa konfiguracja oparta na
terminalach połączonych z kontrolerami
urządzeń.
14
Rys historyczny

Pierwsze standardy sieci LAN:



Ethernet I (Ethernet PARC),
Ethernet II (Xerox, Digital, Intel).
Sukces Ethernet I, II:


koniec podejścia zindywidualizowanego,
koncepcja współpracy otwartych środowisk.
Celowość wprowadzenia koncepcji współpracy otwartych środowisk:




niższe koszty eksploatacyjne,
większe możliwości,
współdzielenie produktów różnych producentów.
Początki standaryzacji:






ANSI (American National Standards Institute),
IEEE (Institute of Electrical And Electronic Engineers),
ISO (International Organization for Standarization),
IEC (International Electrotechnical Commission),
IAB (Internet Architecture Board).
15
Modele warstwowe sieci komputerowych

Ogólnie o modelach komunikacji

Model OSI

Porównanie modelu OSI i TCP/IP
16
Warstwy w analizie przepływu
Co przepływa?
pojazdy
Jakie formy może to przybierać?
rower, motor
ciężarówka
Według jakich zasad?
zasady ruchu
drogowego
Gdzie się ten przepływ odbywa.
drogi, autostrady
17
Komunikacja pomiędzy ludźmi
Myśl
Przedstawienie myśli (np. język polski)
Przekazanie myśli (mowa)
Medium (powietrze)
18
Nadawca, odbiorca, pakiet

Nadawca, źródło – jednostka wysyłająca dane.

Odbiorca, cel – jednostka, do której dane
przychodzą.

Pakiet danych – jednostka informacji, która
porusza się pomiędzy systemami nadawcy i
odbiorcy.
Zawiera dane nadawcy, oraz inne informacje
potrzebne do prawidłowego przesłania
(np. adres nadawcy i adres odbiorcy).
19
Nadawca, odbiorca, pakiet
Nadawca
Odbiorca
20
Protokoły
Aby wymiana danych przebiegła
prawidłowo:
Nadawca i odbiorca muszą
posługiwać się tymi samymi językami
(protokołami).
Techniczna definicja protokołu:
Zbiór zasad określających format i
sposób transmisji danych.
21
Ewolucja standardów sieci
Początkowo panował chaos:
mnóstwo rozwiązań, brak jednolitości,
kompatybilności.
 OSI RM (Open Systems
Interconnection Reference Model):
opracowany w 1984, otwarty zbiór
standardów zapewniających
kompatybilność, współdziałanie pomiędzy
różnymi typami technologii sieciowych.

22
Warstwowy model sieci
Nadawca
Odbiorca
Warstwa n
Warstwa n
Warstwa k
Warstwa k
Fizyczne medium
Protokół warstwy k: Zbiór reguł dzięki którym możliwa
jest komunikacja pomiędzy warstwą knadawcy i kodbiorcy.
23
Warstwowy model sieci

Protokół: Zestaw reguł rządzących wymianą danych między dwiema
jednostkami, obejmujący:

Składnia: Format danych, kodowanie, itp.

Semantyka: Informacje sterującą, postępowanie w przypadku błędów, itp.

Uzależnienia czasowe: Szybkość, kolejność, itp.

Warstwa: Zbiór jednostek i dostarczanych przez nie usług.

Interfejs: Połączenie między dwiema warstwami.

PDU (Protocol Data Units): Dane są przenoszone pomiędzy jednostkami
implementującymi warstwę poprzez protokół w postaci tzw. Protocol
Data Units.

Enkapsulacja: Proces dodawania nagłówków (headers) i/lub bloków
końcowych (trailers) w miarę przechodzenia do warstw niższych oraz
usuwania ich w miarę przechodzenia do warstw wyższych, nazywamy
enkapsulacją (encapsulation). Służy on ukryciu informacji warstwy
wyższej przed warstwami niższymi.
24
Dlaczego warstwowy model sieci?

Dzieli komunikację za pomocą sieci na mniejsze, prostsze
elementy

Uniezależnia zmiany dokonywane w jednej warstwie od
pozostałych, dzięki czemu można szybciej je wykonywać.
(Zadanie przypisane każdej warstwie ma charakter autonomiczny i może
być implementowane niezależnie)

Standaryzuje komponenty sieciowe umożliwiając wielu
producentom ich tworzenie.

Umożliwia różnym typom sprzętu i oprogramowania
prawidłową, wzajemną komunikację.
25
Siedmiowarstwowy model OSI
7
6
5
4
3
2
1
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna
26
Warstwa aplikacji – warstwa 7
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna

Odpowiedzialna za
zarządzanie komunikacją
między dwiema aplikacjami.

Jest warstwą programów
użytkowych, wykorzystujących
technologie sieci.

Udostępnia usługi sieciowe
wykorzystywane w aplikacjach.
27
Warstwa prezentacji – warstwa 6
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna

Wykonuje ogólne operacje na strukturze
danych podlegających wymianie:




Uwzględnia fakt, że systemy operacyjne
różnych hostów różnią się pod takimi
względami jak:




Szyfrowanie;
Kompresję;
Konwersja formatów danych i kodów
znakowych między różnymi systemami
operacyjnymi obsługującymi sesję.
Kody znakowe (np. ASCII, ISO7, ISO5);
Struktura plików tekstowych;
Struktura folderów, katalogów i plików;
Oprogramowanie warstwy prezentacji
gwarantuje automatyczną transformację
zasobów do standardów obowiązujących w
danym systemie.
28
Warstwa sesji – warstwa 5
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna

Tworzy struktury służące do
zarządzania komunikacją
tzn.:

ustanowieniem,

zarządzaniem,

zakończeniem
sesji (połączenia).
29
Warstwa transportowa – warstwa 4
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna




Zapewnia niezawodny i
przezroczysty transfer danych
między punktami końcowymi
(hostami).
Zapewnia kontrolę transmisji oraz
wykrycie błędów transmisji.
Jednostką informacji na poziomie
warstwy transportowej jest
segment.
Niezawodność połączenia w
warstwie transportowej realizuje
się wyłącznie środkami
programowymi.
30
Warstwa sieciowa – warstwa 3
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna




Odpowiada za transmisję
bloków informacji poprzez sieć.
Określa, jaką drogą przesyłane
będą poszczególne jednostki
danych (routing).
Podstawową jednostką
informacji w warstwie sieciowej
jest pakiet.
Umożliwia uniezależnienie
warstw wyższych od transmisji
danych, rodzaju technologii
komutacji itp.
31
Warstwa łącza danych – warstwa 2
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna




Podstawową jednostką informacji w
warstwie łącza danych jest ramka.
Ustala początek i koniec bloków danych
(dokonując, jeśli to konieczne,
synchronizacji).
Wykrywa błędy i w miarę możliwości
dokonuje ich korekty, czyli zapewnia
kontrolę transmisji poprzez łącze
fizyczne.
Dzieli się na dwie podwarstwy:


LLC - Logical Link Control: Odpowiada za
komunikację z warstwami wyższymi.
MAC - Media Access Control: Odpowiada
za prawidłowe kolekcjonowanie bitów
informacji i tworzenie z nich jednostek
zwanych ramkami.
32
Warstwa fizyczna – warstwa 1
application layer
warstwa aplikacji
presentation layer
warstwa prezentacji
session layer
warstwa sesji
transport layer
warstwa transportowa
network layer
warstwa sieciowa
data link layer
warstwa łącza danych
physical layer
warstwa fizyczna



Zapewnia transmisję ciągu bitów
(nie tworzących żadnych struktur)
poprzez medium fizyczne
(elektryczne, optyczne,
mechaniczne, itp.).
Na poziomie warstwy fizycznej
jednostką informacji jest bit.
Określa także:



Ustala zasady przyłączania
urządzenia do medium fizycznego.
Rodzaj złącza mechanicznego.
Parametry elektryczne sygnałów.
33
Nazwy danych w warstwach modelu OSI
dane
warstwa aplikacji
dane
warstwa prezentacji
dane
warstwa sesji
segmenty
warstwa transportowa
pakiety
warstwa sieciowa
ramki
warstwa łącza danych
bity
warstwa fizyczna
34
Sieci LAN (Local Area Network)

Podstawowe urządzenia sieci LAN.

Ewolucja urządzeń sieciowych.

Podstawy przepływu danych przez sieci
LAN.

Tworzenie sieci LAN.
35
Topologia sieci

Topologia określa strukturę sieci.

Topologia fizyczna – aktualna struktura
przewodów i urządzeń sieciowych oraz
połączeń pomiędzy nimi.

Topologia logiczna – sposób dostępu
do mediów przez jednostki wysyłające
informacje.
36
Topologia fizyczna

Szyna (Bus)

Pierścień (Ring)

Gwiazda (Star)

Rozszerzona gwiazda (Extended star)

Hierarchiczna (Hierarchical)

Siatka (Mesh)

Komórki (Cells)
37
Topologia fizyczna: Szyna (Bus)
Pojedyncze, szkieletowe łącze (o długości medium), do którego
bezpośrednio wpięte są wszystkie jednostki.
Workstation
Workstation
Workstation
Workstation
Workstation
38
Topologia fizyczna: Pierścień (Ring)
Każda jednostka jest połączona z następną a ostatnia z pierwszą.
Powstaje w ten sposób fizyczny pierścień.
Workstation
Workstation
Token-ring
Workstation
39
Topologia fizyczna: Gwiazda (Star)
Jednostki są połączone z punktem centralnym sieci. Zwykle jest
to koncentrator lub przełącznik. Uszkodzenie węzła centralnego
powoduje rozłączenie wszystkich jednostek w sieci.
Workstation
Workstation
Switch
Workstation
Workstation
Workstation
40
Topologia fizyczna:
Rozszerzona gwiazda (Extended star)
Węzły połączone z punktem centralnym są dalej punktami
centralnymi kolejnej gwiazdy.
Workstation
Hub
Workstation
Workstation
Workstation
Switch
Workstation
Hub
Hub
Workstation
Workstation
Workstation
Workstation
41
Topologia fizyczna:
Hierarchiczna (Hierarchical):
Zbliżona do rozszerzonej gwiazdy, lecz brak jest centralnego
punktu zbiorczego - rolę zarządcy pełni jednostka na szczycie,
pień, z którego odchodzą gałęzie do kolejnych węzłów.
...
Workstation Workstation
...
Workstation
42
Topologia fizyczna: Siatka (Mesh)
Każda jednostka połączona jest bezpośrednio z każdą inną.
Stosuje się tylko w rozwiązaniach wymagających absolutnej
niezawodności połączenia.
Workstation
Workstation
Workstation
Workstation
43
Topologia fizyczna: Komórki (Cells)
Topologia komórkowa składa się z kulistych lub szesciennych
obszarów, z których każdy ma jeden węzeł będący centrum.
44
Topologie logiczne

Rozgłaszanie (Broadcast) np. Ethernet
Każda jednostka wysyła dane do wszystkich
jednostek w sieci. Brak mechanizmów ustalania
kolejności wysyłania danych przez jednostki. Kto
pierwszy ten nadaje.

Przechodzący token (Token-passing)
np. Token Ring, FDDI
Nadaje tylko ta jednostka, która posiada elektroniczny
token. Po określonym czasie token musi być
przekazany następnej jednostce.
45
Urządzenia w sieciach LAN (hosts)

Komputery:
Serwery;
 Klienci.

Drukarki.
 Skanery.
 Inne urządzenia otrzymujące,
współdzielące, przesyłające informacje
przez sieć.

46
Media transmisyjne

Kable miedziane:

skrętka:



kabel koncentryczny:



gruby Ethernet (thick) – zasięg 500m
cienki Ethernet (thin) – zasięg 185m
Światłowody:



nieekranowana (UTP) – zasięg 100m
ekranowana (STP) – zasięg 100m
jednomodowe
wielomodowe
Atmosfera.
47
Media transmisyjne
Przy wyborze właściwego dla danej sieci
medium transmisyjnego należy brać pod
uwagę:

Długość kabla;

Koszty;

Łatwość instalacji;

Właściwości fizyczne.
48
Regenerator (Repeater, Wzmacniak)
Aby rozszerzyć zasiąg sieci ponad limit długości
kabla, należy zastosować regenerator sygnału.
 Regenerator pracuje w warstwie pierwszej
modelu OSI, gdzie jednostką informacji jest
pojedynczy bit.
 Standardowo regenerator ma jeden port
wejściowy i jeden port wyjściowy.
 Symbol:

49
Koncentrator (Hub)





Koncentrator to wieloportowy regenerator.
Koncentrator pracuje w warstwie pierwszej
modelu OSI.
Stanowi centralny punkt łączący jednostki w
sieci (topologia gwiazdy).
Regeneruje otrzymany sygnał i wysyła go na
wszystkie porty.
Symbol:
50
Koncentrator (Hub)
Aktywny: Regeneruje otrzymany sygnał
i wysyła na wszystkie porty.
 Pasywny: Nie regeneruje sygnału jedynie
przekazuje go na wszystkie porty.

Inteligentny: Można za jego pomocą
zarządzać ruchem w sieci (programować
sposób przekazywania informacji na określone
porty).
 Głupi: Przekazuje otrzymany sygnał na
wszystkie porty.

51
Karta Sieciowa
NIC (Network Interface Card)
Komputery stacjonarne (PCI).
 Komputery przenośne (PCMCIA).
 NIC pracuje w drugiej warstwie
modelu OSI.
 Kontroluje dostęp jednostki do medium.
 Posiada unikalny identyfikator MAC.
 Generalnie rodzaj wtyczki określa rodzaj
stosowanego medium.
 Nie ma standardowego symbolu.

52
Most (Bridge)





Most pracuje w drugiej warstwie modelu OSI.
Łączy dwa segmenty sieci LAN.
Główne zadanie:
Filtrowanie ruchu tzn. dane przeznaczone dla
jednostki znajdującej się w tym samym segmencie co
nadawca, nie są przesyłane do drugiego segmentu.
Proces ten wykonywany jest poprzez analizę
identyfikatora MAC.
Standardowo most ma jeden port wejściowy i jeden
port wyjściowy.
Symbol:
53
Przełącznik (Switch)
Przełącznik pracuje w drugiej warstwie
modelu OSI.
 Jest to wieloportowy most.
 Przełącznik analizuje identyfikatory MAC i
przesyła odebrane dane tylko na port do
którego podłączony jest odbiorca.
Powoduje to znacznie mniejsze obciążenie
sieci lokalnej – patrz koncentrator.
 Symbol graficzny przełącznika:

54
Router






Router pracuje w trzeciej warstwie modelu OSI.
Podejmuje decyzje o porcie na który zostanie przesłany
pakietu na podstawie adresu grupy jednostek (adres
sieci – część adresu IP) tak aby ścieżka jaką będzie
poruszał się pakiet była optymalna.
Najważniejsze z urządzeń regulujących ruch w dużych
sieciach.
Uwaga: Identyfikator MAC warstwy drugiej jest
indywidualny dla każdej jednostki.
Może łączyć sieci pracujące w różnych technologiach
warstwy drugiej np.: Ethernet i Token Ring.
Graficzny symbol routera:
55
Chmurka (Cloud)

Symbol oznaczający sieć: lokalną lub rozległą
(także Internet).

Ukrywa szczegóły połączeń, zastosowanych
urządzeń i technologii na drodze pomiędzy
wybranymi jednostkami.

Chmurka pracuje w wszystkich warstwach
modelu OSI.
LAN
WAN
Internet
56
Segment
1. Maksymalna odległość na jaką mogą być
przesłane dane korzystając z określonego
medium transmisyjnego – bez korzystania
z regeneratorów sygnału.
2. Samodzielne, wydajne sieci LAN, które
stanowią część sieci rozległych.
3. Domeny kolizji.
4. Jednostka danych w warstwie czwartej.
57
Podsumowanie




Urządzenia warstwy fizycznej (warstwa 1):
 Regenerator;
 Koncentrator.
Urządzenia warstwy łącza danych (warstwa 2):
 NIC;
 Most;
 Przełącznik.
Urządzenia warstwy sieciowej (warstwa 3):
 Router.
Inne:
 Host (warstwy od 1 do 7);
 Chmurka (warstwy od 1 do 7).
58
Podstawy przepływu danych w sieci
Enkapsulacja.
 Przepływ danych poprzez urządzenia
warstwy fizycznej.
 Przepływ danych poprzez urządzenia
warstwy łącza danych.
 Przepływ danych poprzez urządzenia
warstwy sieciowej.
 Przepływ danych poprzez urządzenia warstw
1 - 7.
 Przykład: program ping.

59
Przykład – program ping
ping – program wysyłający dane do
urządzenie o podanym w linii poleceń adresie
IP. Jeśli urządzenia otrzyma dane wysyła
informacje zwrotną. Dzięki temu mamy
pewność, że połączenie funkcjonuje
prawidłowo a odbiorca istnieje i jest aktywny.
60
Enkapsulacja
Warstwy aplikacji, prezentacji oraz sesji
przygotowuj dane do transmisji.
 Warstwa transportowa dzieli dane na
segmenty, dodając w nagłówku informacje
umożliwiające odbiorcy poprawne złożenia
danych.
 Warstwa sieciowa tworzy z segmentów
pakiety dodając między innymi adresy
sieciowe nadawcy i odbiorcy (zazwyczaj
adresy IP)

61
Enkapsulacja
Warstwa łącza danych tworzy ramki
dodając nagłówek i ogon.
Najważniejszym elementem są adresy
MAC nadawcy i odbiorcy. Dokonuje
zamiany ramek na ciąg bitów.
 Warstwa fizyczna przekazuje bity
zamieniając je na sygnały optyczne,
elektryczne itp. poprzez określone
medium fizyczne.

62
Przepływ danych przez urządzenia
warstwy fizycznej (1)

Urządzenia pasywne: wtyczki, gniazda,
patch panele, media. Prosty transport
bitów poprzez wymienione urządzenia.

Urządzenia aktywne: regeneratory,
koncentratory, konwertery (transceivers).
Otrzymane sygnały są regenerowane
(na poziomie bitów) i następnie
przesyłane dalej.
63
Przepływ danych przez urządzenia
warstwy łącza danych (2)

Urządzenia warstwy łącza danych:
NIC, mosty, przełączniki.

Tworzenie i analiza ramek warstwy łącza
danych.

Najważniejsze pola nagłówka ramki to
adresy MAC nadawcy i odbiorcy.
64
Przepływ danych przez urządzenia
warstwy sieciowej (3)

Urządzenia warstwy sieciowej: routery.

Analiza i modyfikacja pakietów.

Najważniejsze pola nagłówka pakietu to
adresy sieciowe nadawcy i odbiorcy
(zazwyczaj adresy IP).
65
Przepływ danych przez urządzenia
warstw 1 - 7

Urządzenia warstw 1 – 7:
komputery, chmurki.

Pełny proces enkapsulacji i dekapsulacji,
wykonywany kolejno przez wszystkie
warstwy modelu OSI.
66
Sieci komputerowe
KONIEC
67