wprowadzenie

Podstawy sieci komputerowych
Wstęp,
pojęcia podstawowe i wprowadzenie
Spis rzeczy
Model komunikacji
Sieci komputerowe a telekomunikacja
Zadania komunikacyjne
Transmisja analogowa i cyfrowa
Kodowanie – analog/cyfra – cztery rodzaje
szybkość transmisji, przepływność, przepustowość
Łączność i transmisja danych
sieci LAN, MAN i WAN ( technologie )
protokoły
warstwowy model komunikacji
warstwowe modele sieci
standaryzacja i jej waga
1
Model komunikacyjny
Źródło
generuje dane które mają być przesłane
Nadajnik
zamienia dane na sygnał
System transmisyjny
przenosi sygnał
Odbiornik
zamienia sygnał na dane
Cel
odbiera przesłane dane
Model komunikacyjny - diagram
2
Kluczowe zadania
komunikacyjne
Wykorzystanie systemu transmisyjnego
Interfacing
Generowanie sygnału
Synchronizacja
Zarządzanie centralą
Wykrywanie i korekcja błędów
Adresowanie i routowanie
Radzenie sobie z błędami
Formatowanie wiadomości
Bezpieczeństwo
Zarządzanie siecią
Uproszczony model komunikacyjny
przesyłania danych
3
Kodowanie sygnałów
zamiana obrazu sygnału
Dane cyfrowe, sygnał cyfrowy
sieci komputerowe, pokonanie dużych odległości
Dane analogowe, sygnał cyfrowy
telefonia, telekomunikacja, telefonia cyfrowa
Dane cyfrowe, sygnał analogowy
modulacja, pokonanie dużych odległości
Dane analogowe, sygnał analogowy
rozproszenie mocy, przeciwdziałanie zakłóceniom
Kodowanie to nie szyfrowanie !!
Kodowane - przykłady
telefon analogowy
modem telefoniczny analogowy
telefon cyfrowy
sieć komputerowa,
„modem” cyfrowy DSU/CSU
4
szybkość transmisji, a
szybkość modulacji
szybkość transmisji (danych cyfrowych) podajemy w b/s (
bitach na sekundę ) nazyana jest przepustowością
kb/s, Mb/s i Gb/s Tb/s (103, 106, 109, 1012)
mnożnikiem jest typowo 103 nie 1024
kanał transmisyjny ma zawsze ograniczone pasmo
przenoszonych częstotliwości w Hz
liczba zmian sygnału na sekundę to szubkość modulacji w
baudach ( 1 baud )
jeśli sygnał jest kodowany binarnie to
szybkość transmisji == szybkość modulacji
prawa Shannona i Nyqista opisują związki tych wielkości
Przepływność jest miarą natężenia strumienia informacji
(danych), podczas gdy przepustowość jest cechą toru lub
kanału telekomunikacyjnego
szybkość transmisji,
przepływność a przepustowość
Przepływność jest miarą natężenia strumienia informacji
(danych), podczas gdy przepustowość jest cechą toru lub
kanału telekomunikacyjnego
Obie mierzone w bitach na sekundę
Przepływność (prędkość transmisji, prędkość
przesyłu, bit rate) - w telekomunikacji i informatyce
częstość z jaką informacja (mierzona w bitach) przepływa
przez pewien (fizyczny lub metaforyczny) punkt.
Przepustowość (pojemność kanału, throughput) - w
telekomunikacji i informatyce maksymalna ilość informacji
(mierzonej w bitach) jaka może być przesyłana przez dany
kanał telekomunikacyjny lub łącze w jednostce czasu
5
Łączność i komunikacja
Połączenia punkt-punkt nie są zwykle praktyczne
Urządzenia są zbytnio oddalone
Olbrzymia ilość urządzeń wymagałaby nie praktycznej
ilości połączeń
Rozwiązaniem jest sieć komunikacyjna
Transmisja w kanale może być:
jednokierunkowa – simplex ( radio, telewizja )
dwukierunkowa naprzemienna – half duplex (CB radio)
dwukierunkowa jednoczesna – full duplex ( telefon )
Uproszczony model sieciowy
sieci LAN, MAN i WAN
6
Sieci WAN
Olbrzymie geograficzne obszary
Nieograniczone formalnymi granicami
W oparciu o wspólne łącza transmisyjne
Technologie alternatywne
Komutacja obwodów
Komutacja pakietów
Frame relay
Asynchronous Transfer Mode (ATM)
Przełączanie obwodów (circuit
switching)
Zestawiana, dedykowana ścieżka komunikacyjna
podczas trwania rozmowy
Np. sieć telefoniczna
7
Komutacja pakietów
Dane nie są przesyłane w kolejności
Porcjami są małe fragmenty (pakiety) danych
Pakiety przesyłane z węzła do węzła pomiędzy
źródłem a przeznaczeniem
Używane dla połączeń typu terminal - komputer
i komputer - komputer
Frame Relay
System komutacji pakietów ma duży narzut by
skompensować błędy
Nowoczesne systemy są pewniejsze
Błędy mogą być wychwycone w odbiorniku
Większość ww. narzutu jest odrzucana
8
Asynchronous Transfer Mode
ATM
Wynik ewolucji Frame Relay
Mały narzut na kontrole błędów
Stała długość pakietu (zwanego komórką)
Od 10Mbps do Gbps
Stała szybkość transmisji używająca techniki
komutacji pakietów
Integrated Services Digital
Network
ISDN
Zaprojektowany by zastąpić telefonię publiczną
Szeroki wybór usług
Komunikacja wyłącznie cyfrowa
9
Sieci LAN
Mniejszy zakres
Budynek albo obszar kampusa
Zwykle używane przez jedną organizację
Dużo większa szybkość transmisji
Na ogół technika rozgłoszeniowa
Obecnie ponad 90% sieci LAN wykorzystuje technologie
Ethernet 802.3
kilka procent sieci bezprzewodowe
802.11
pozostałe to:
Token Ring
802.5
100VGanyLAN
802.12
MAP/TOP
802.4
Protokoły
Używane do komunikacji między obiektami w systemie
Muszą komunikować się w ten sam sposób
Obiekty
Aplikacje użytkownika
Usługi e-mail
terminale
Systemy
Komputer
Terminal
Zdalne czujniki
10
Kluczowe elementy protokołów
Składnia
Format danych
Poziomy sygnałów
Semantyka
Informacje kontrolne
Obsługa błędów
Taktowanie
Ustalanie prędkości
Sekwencjonowanie
Architektura protokołu
Zadania komunikacyjne podzielone na moduły
Na przykład transmisja plików może być rozbita
na 3 moduły funkcjonalne
Aplikacja przesyłania plików
⌧Obsługa nazw i katalogów w różnych systemach
⌧Kontakt z użytkownikiem i systemem „z drugiej strony”
⌧Protokół porozumiewania się systemów końcowych
Moduł usług komunikacyjnych
⌧Podział pliku na fragmenty, obsługa zdarzeń wyjątkowych
⌧Realizacja komunikacji aplikacji końcowych
Moduł dostępu do sieci
⌧Realizacja połączeń w praktyce, w danej fizycznie sieci
⌧Dostarczanie usług niezależnych od technologii
11
Uproszczona architektura
przesyłania plików
Trójwarstwowy model
Warstwa dostępu do sieci
Warstwa transportowa
Warstwa aplikacji
MODEL NAJMNIEJSZY, nie ma znaczenia
praktycznego
MODEL NAJMNIEJSZY, pokazuje istotę podziału
na warstwy
12
Wymagania adresowe
Wymagane są dwa poziomy adresowania
Każdy komputer potrzebuje unikalnego adresu
Każda aplikacja w komputerze wielozadaniowym
wymaga swojego unikatowego adresu (multitasking)
Punkt dostępu do usługi (SAP)
Architektura protokołów i sieci
13
Protokoły w uproszczonej
architekturze
Protocol Data Units (PDU)
W każdej warstwie protokoły używane są do
zapewnienia komunikacji
Informacje kontrolne są dodawane do danych w każdej
warstwie do własnych potrzeb
Każda warstwa może fragmentować i składać dane
Każdy fragment ma dodany nagłówek transportowy
Docelowy SAP
Numer sekwencyjny
Kod wykrywający błędy
Wszystko to powyżej daje nam PDU
14
Zasada działania architektury
Architektura protokołu TCP/IP
Rozwinięty przez US Defense Advanced
Research Project Agency (DARPA) dla ich sieci
komutacji pakietów (ARPANET)
Używany globalnie obecnie w Internecie
Bardziej model ‘roboczy’ niż ‘oficjalny’
Warstwa aplikacji
Połączenie host-host lub warstwa transportowa
Warstwa Internetu (sieci)
Warstwa dostępu do sieci ( liniowa)
Warstwa fizyczna
15
Warstwa fizyczna
Łącze fizyczne pomiędzy urządzeniami
transmitującymi dane (np.. komputer) i medium
transmisyjne lub sieć
Charakterystyka medium transmisyjnego
Poziomy sygnałów
Szybkość transmisji
Rodzaje złącz
Sposób kodowania sygnału
NIEZAWODNE DOSTARCZANIE BITÓW
Warstwa dostępu do sieci
Wymienia dane pomiędzy systemem końcowym
a siecią lokalnie
Adres odbiorcy jest adresem sprzętowym
Usługi w rodzaju priorytetów, itp.
Znalezienie drogi od nadawcy do odbiorcy w
połączeniu lokalnym
Odpowiada warstwie łącza danych zwanej
liniową w innych modelach
NIEZAWODNE DOSTARCZANIE RAMEK
16
Warstwa Internetowa (IP)
Systemy mogą być podłączone do różnych sieci
Funkcje rutowania poprzez wiele sieci
Znalezienie drogi od nadawcy do odbiorcy, od
LAN nadawcy do LAN odbiorcy, „najlepszej”
Zaimplementowane w systemach końcowych i
routerach na brzegach sieci LAN
Dostarczanie danych nie jest gwarantowane,
„the best effort”
Usługi bezpołączeniowe, datagramowe
NIEZAWODNE DOSTARCZANIE PAKIETÓW
Warstwa transportowa (TCP)
Niezawodne dostarczanie danych
NIEZAWODNE DOSTARCZANIE
SEGMENTÓW DANYCH
Udostępnienie aplikacjom różnych usług:
połączeniowych (TCP)
bezpołączeniowych (UDP)
Transmitowanie „w kolejności”, retransmisja,
obsługa braków i duplikatów
Ustanawianie połączeń o charakterze sesji
łączności
17
Warstwa aplikacji
Wsparcie dla aplikacji użytkownika lub
Realizacja usług użytkownika
Protokoły usług wykorzystują mechanizmy z
warstwy transportu:
TCP (połączeniowe) : HTTP, SMTP, POP3, FTP,
UDP (bezpołączeniowe): NTP, SNMP, TFTP
Jeśli używa UDP, to sama realizuje część funkcji
warstwy transportu lub rezygnuje z nich
Architektura protokołu TCP/IP
18
Niektóre z protokołów w
zestawie protokołów TCP/IP
Model OSI
Open Systems Interconnection
Rozwijany przez International Organization for
Standardization (ISO)
Siedem warstw
Model teoretyczny, powstały zbyt późno
TCP/IP jest faktycznym standardem dla warstw
wyższych ( od internetu, sieci w górę )
IEEE 802, ISO 8802 jest dominującym
standardem dla warstw niskich ( fizyczna i łącze
danych)
19
Warstwy modelu OSI
Aplikacji
Prezentacji
Sesji
Transportowa
Sieciowa
Łącza danych
Fizyczna
OSI na tle TCP/IP
20
IEEE 802 na tle OSI
Standardy
Wymagane w celu umożliwienia współpracy
różnego sprzętu
Zalety
Zapewniają duży rynek dla sprzętu i oprogramowania
Pozwalają na komunikację pomiędzy sprzętami
różnych producentów
Wady
Hamują rozwój nowych technologii
Może istnieć wiele standardów dotyczących tej samej
rzeczy
21
Organizacje standaryzujące i ich
dokumenty
społeczność internetowa
dokumenty nieformalne:
⌧RFC (request for comment) numerowane
⌧FYI (For Your Information)
ISO
Normy np. ISO 11801
ITU-T (dawniej: CCITT)
zalecenia np.. ITU-T G.711 „Represent 8 bit compressed pulse
code modulation (PCM) samples for signals of voice frequencies,
sampled at the rate of 8000 …..”
IEEE 802.
Np.: 802.11b WLAN
ATM forum, Frame Relay forum,
Przykłady dokumentów
normalizujących
http://www.ietf.org/rfc/rfc1149.txt
http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?typ
e=products&parent=T-REC-g
http://www.ieee.org
22
802.3
Przykład 802.3
23
ISO 11801
Przykład RFC
Network Working Group
Request for Comments: 1149
D. Waitzman
BBN STC
1 April 1990
A Standard for the Transmission of IP Datagrams on Avian Carriers
Status of this Memo
This memo describes an experimental method for the encapsulation of
IP datagrams in avian carriers. This specification is primarily
useful in Metropolitan Area Networks. This is an experimental, not
recommended standard. Distribution of this memo is unlimited.
Overview and Rational
Avian carriers can provide high delay, low throughput, and low
altitude service. The connection topology is limited to a single
point-to-point path for each carrier, used with standard carriers,
but many carriers can be used without significant interference with
each other, outside of early spring. This is because of the 3D ether
space available to the carriers, in contrast to the 1D ether used by
IEEE802.3. The carriers have an intrinsic collision avoidance
system, which increases availability. Unlike some network
technologies, such as packet radio, communication is not limited to
line-of-sight distance. Connection oriented service is available in
some cities, usually based upon a central hub topology.
Frame Format
The IP datagram is printed, on a small scroll of paper, in
hexadecimal, with each octet separated by whitestuff and blackstuff.
The scroll of paper is wrapped around one leg of the avian carrier.
A band of duct tape is used to secure the datagram's edges. The
bandwidth is limited to the leg length. The MTU is variable, and
paradoxically, generally increases with increased carrier age. A
typical MTU is 256 milligrams. Some datagram padding may be needed.
Upon receipt, the duct tape is removed and the paper copy of the
datagram is optically scanned into a electronically transmittable
form.
Discussion
24
Dalsze informacje
Stallings, W. Data and Computer Communications (6
wydanie, Prentice Hall 1999, rozdział 1
Strona WWW książki Stallingsa
www.shore.net/~ws/DCC6e.html
Strony WWW organizacji IETF, IEEE, ITU-T, ISO
RFC
Grupy dyskusyjne
comp.dcom.*
comp.protocols.tcp-ip
pl.comp.networking
25