Wykład6 - Wprowadzenie do sieci komputerowych
Transkrypt
Wykład6 - Wprowadzenie do sieci komputerowych
Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Automatyka i Robotyka, Rok I Wprowadzenie do sieci komputerowych Bartosz Kuczewski PWSZ Gªogów, 2009 Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Denicja Sie¢ komputerowa pewna liczba niezale»nie dziaªaj¡cych komputerów, poª¡czonych ze sob¡ za pomoc¡ kanaªów komunikacyjnych (co pozwala na wymian¦ informacji mi¦dzy komputerami). Wªasno±ci: komputery musza by¢ autonomiczne st¡d ró»nica pomi¦dzy sieci¡ komputerow¡ a systemem rozproszonego przetwarzania (tkwi de facto w oprogramowaniu czyli w ró»nych systemach operacyjnych) kanaªy transmisji danych dowolne ±rodki zyczne umo»liwiaj¡ce przesyªanie informacji: publiczna sie¢ telefoniczna ª¡cza ±wiatªowodowe ª¡cza mikrofalowe ª¡cza satelitarne, itd. Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Zalety Mo»liwo±¢ wspólnego u»ytkowania zasobów, np. zdalny dost¦p do mocy obliczeniowej superkomputera Du»a niezawodno±¢ dzi¦ki redundancji, czyli nadmiarowo±ci, np. zwielokratnianie serwerów udost¦pniaj¡cych te same informacje Oszcz¦dno±¢, np. dzi¦ki sieciom lokalnym (LAN Local Area Network) mo»na stopniowo zwi¦ksza¢ moc obliczeniow¡ systemu komputerowego w miar¦ wzrostu potrzeb w zakresie przetwarzania danych Skuteczny i pot¦»ny ±rodek komunikacji miedzyludzkiej Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Zalety Mo»liwo±¢ wspólnego u»ytkowania zasobów, np. zdalny dost¦p do mocy obliczeniowej superkomputera Du»a niezawodno±¢ dzi¦ki redundancji, czyli nadmiarowo±ci, np. zwielokratnianie serwerów udost¦pniaj¡cych te same informacje Oszcz¦dno±¢, np. dzi¦ki sieciom lokalnym (LAN Local Area Network) mo»na stopniowo zwi¦ksza¢ moc obliczeniow¡ systemu komputerowego w miar¦ wzrostu potrzeb w zakresie przetwarzania danych Skuteczny i pot¦»ny ±rodek komunikacji miedzyludzkiej Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Klasykacja systemów wieloprocesorowych Ze wzgl¦du na rozmiary zyczne i miejsce usytuowania procesorów: odlegªo±¢ mi¦dzy procesorami 0,1 m 1m 10 m 100 m 1000 m 10 km 100 km 1000km 10 000 km lokalizacja procesorów karta obwody drukowanego obudowa komputera pokój budynek obszar uczelni miasto pa«stwo kontynent planeta Bartosz Kuczewski nazwa systemu wieloprocesorowego transputer multiprocesor sie¢ lokalna (LAN) sie¢ rozlegªa (WAN) (Wide Area Network) sie¢ sieci rozlegªych internet Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Struktura sieci Hosty komputery, których podstawowym zadaniem jest uruchamianie aplikacji, tzn. programów u»ytkownika Podsie¢ komunikacyjna ª¡cz¡ca hosty i przenosz¡ca pomi¦dzy nimi dane; skªada si¦ z: kanaªów transmisyjnych elementów przeª¡czaj¡cych, tzw. w¦zªów sieci, s¡ to zwykle specjalizowane komputery, realizuj¡ce poª¡czenia pomi¦dzy dwoma lub kilkoma kanaªami transmisyjnymi w taki sposób, by dane wychodz¡ce z jednego hosta-nadawcy byªy kierowane do wªa±ciwego hosta-odbiorcy. Ka»dy w¦zeª poª¡czony jest z jednym lub wieloma hostami. Wªasno±¢ takiej koncepcji oddzielenie zada« komunikacyjnych w sieci od zada« aplikacyjnych, co znacznie upraszcza projektowanie sieci Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Struktura sieci Granice podsieci komunikacyjnej Host Wêze³ Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej Z kanaªami dwupunktowymi: w¦zªy s¡ poª¡czone ze sob¡ licznymi liniami kablowymi, telefonicznymi itp.; zwykle 2 wybrane w¦zªy ª¡cz¡ si¦ za po±rednictwem w¦zªów po±rednich. Wiadomo±ci przesyªane pomi¦dzy hostami dzieli si¦ na porcje, zwane pakietami technika przeª¡czania pakietów. Mo»liwe s¡ ró»ne topologie poª¡cze«: sieci lokalne zwykle w topologii symetrycznej, sieci rozlegªe zwykle w topologii nieregularnej. Z kanaªami rozgªoszeniowymi: 1 kanaª transmisyjny (wi¦kszo±¢ sieci lokalnych), wspólny dla wszystkich komputerów w sieci. Pakiety wysyªane przez jeden z komputerów s¡ odbierane przez wszystkie pozostaªe komputery ka»dy pakiet posiada specjalne pole adresowe identykuj¡ce adresata w sieci. Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej Niektóre topologie dwupunktowej podsieci komunikacyjnej gwiazda, pier±cie«, drzewo, topologia zupeªna, topologia nieregularna Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Struktura sieci typy podsieci komunikacyjnej Podstawowe topologie podsieci komunikacyjnej z kanaªami rozgªoszeniowymi szyna, naziemny system radiowy lub system satelitarny, pier±cie« Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Architektury sieci komputerowych zaªo»enie wspomagaj¡ce projektowanie sieci: posiadanie w miar¦ prostej struktury logicznej w praktyce: szereg uzale»nionych od siebie warstw (poziomów) celem ka»dej warstwy jest oferowanie okre±lonych usªug warstwie wy»szej odpowiadaj¡ce sobie poziomami warstwy 2 komputerów komunikuj¡ si¦ nawzajem za pomoc¡ okre±lonego protokoªu (jest to tak naprawd¦ komunikacja wirtualna, poniewa» korzystaj¡ z usªug ni»szych warstw a» do poziomu zycznych ±rodków komunikacji) mi¦dzy ka»d¡ par¡ warstw znajduje si¦ interfejs deniuj¡cy, jakie pierwotne operacje i usªugi oferuje warstwa dolna warstwie górnej zestaw warstw i protokoªów nazywamy architektur¡ sieci. Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Architektury sieci komputerowych Warstwowa struktura sieci komputerowej Warstwa n Protokó³ warstwy n Warstwa n Interfejs warstw n/n-1 Warstwa k+1 Protokó³ warstwy k+1 Warstwa k+1 Interfejs warstw k+1/k Warstwa k Protokó³ warstwy k Warstwa k Interfejs warstw k/k-1 Warstwa k-1 Protokó³ warstwy k-1 Warstwa k-1 Interfejs warstw 1/2 Warstwa 1 Protokó³ warstwy 1 Warstwa 1 Fizyczny kana³ transmisyjny Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Model odniesienia ISO/OSI zaproponowany we wczesnych latach 80-tych XX w. przez International Standard Organization (Mi¦dzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) krok w kierunku normalizacji ró»nych protokoªów nazwa: Open Systems Interconnection (Poª¡czenie Systemów Otwartych dla komunikacji z innymi systemami) posiada 7 warstw ustalonych na podstawie nast¦puj¡cych kryteriów warstw¦ powinno tworzy¢ si¦, gdy wymagany jest nowy poziom abstrakcji ka»da warstwa powinna wykonywa¢ dobrze zdeniowan¡ funkcj¦ granice warstwy nale»y wyznaczy¢ tak, aby zminimalizowa¢ przepªyw informacji pomi¦dzy warstwami liczba warstw powinna by¢ na tyle du»a, aby nie ª¡czy¢ ró»nych funkcji w tej samej warstwie, i na tyle maªa, by architektura umo»liwiaªa ªatwe zarz¡dzanie sieci¡ nale»y mie¢ na uwadze denicje mi¦dzynarodowo normalizowanych protokoªów Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Model odniesienia ISO/OSI Warstwa Warstwa Protokó³ aplikacji Aplikacji Aplikacji I I Protokó³ prezentacji Prezentacji Prezentacji I I Protokó³ sesji Sesji Sesji I I Protokó³ transportowy Transportowa GPK I Sieæ Sieci I I Sieæ A Sieci A PWPK £¹cza danych I Transportowa B Fizyczna C £¹cze danych £¹cze danych £¹cze fizyczne £¹cze fizyczne Bartosz Kuczewski I £¹cza danych B I Fizyczna C I - interfejs GPK - granice podsieci komunikacyjnej PWPK protokoªy wewn¦trzne podsieci komunikacyjnej A - protokóª warstwa sieci hosta - w¦zeª B - protokóª warstwa ª¡cza danych hosta w¦zeª C - protokóª warstwa zyczna hosta - w¦zeª Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Model odniesienia ISO/OSI Sam model OSI nie jest architektur¡ sieciow¡ nie okre±la dokªadnie jakie protokoªy stosowa¢ w ka»dej warstwie, nie deniuje równie» usªug jakie oferuje ka»da warstwa. ISO opracowaªa oddzielne normy dla ka»dej z warstw (nie stanowi¡ one jednak cz¦±ci modelu odniesienia). 1 Warstwa zyczna zajmuje si¦ ±ci±le przesyªaniem bitów za pomoc¡ kanaªu transmisyjnego (ustalenie typu ªaczówki sieciowej, poziomów napi¦¢ 0 i 1, czas trwania bitu, itp.). Projektowanie tej warstwy polega na ustaleniu interfejsów mechanicznych, elektrycznych i proceduralnych mi¦dzy ta warstw¡ a ª¡czem komunikacyjnym. Do dyspozycji projektantów zestaw norm IEEE 802, RS 449, itp. 2 Warstwa ª¡cza danych gªównym zadaniem jest dostarczenie warstwie sieci kanaªu komunikacyjnego wolnego od bª¦dów. Strumie« danych nadajnika dzieli si¦ na mniejsze porcje, tzw. ramki zawieraj¡ce na pocz¡tku i na ko«cu tzw. agi (okre±lone kombinacje bitów umo»liwiaj¡ce detekcj¦ pocz¡tku i ko«ca ramki). Uwzgl¦dnia si¦ te» potwierdzenie odbioru ramki przez odbiornik. Do dyspozycji projektantów wiele norm, np. protokoªy SDLC, HDLC, X.25 LAP, ATM, NDIS, ODI. Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Model odniesienia ISO/OSI 3 4 Warstwa sieci steruje dziaªaniem podsieci komunikacyjnej (zagadnienie doboru drogi pakietu od ¹ródªa do miejsca przeznaczenia). Warstwa sieciowa musi zawiera¢ oprogramowanie umo»liwiaj¡ce obliczanie ilo±ci przesªanych bajtów w czasie trwania poª¡czenia (niezale»nie od tego, czy jest ono lokalne, czy globalne). Powinna tak»e realizowa¢ poª¡czenia sieci heterogenicznych (na ogóª ró»ne systemy adresowania, ró»ne protokoªy) Protokoªy warstwy sieci to m.in. X.25, IPX, VIP, IP. Warstwa transportowa podstawowa czynno±¢: przyj¦cie danych z wy»szej warstwy sesji, ew. rozdzielenie ich na mniejsze cz¦±ci, przesªanie do ni»szej warstwy sieci i sprawdzenie, czy w komplecie dotarªy do celu. Warstwa transportowa tworzy ró»ne poª¡czenia sieciowe dla ka»dego poª¡czenia wymaganego przez warstw¦ sesji. w celu zrealizowania poª¡czenia w warstwie transportowej program komputera ¹ródªowego porozumiewa sie bezpo±rednio z programem komputera docelowego (w warstwach ni»szych komputer porozumiewa si¦ jedynie z najbli»szymi s¡siadami). Protokoªy: internetowe protokoªy TCP i UDP, NetBIOS rmy Microsoft i inne Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Model odniesienia ISO/OSI 5 Warstwa sesji pozwala u»ytkownikom ró»nych maszyn ustala¢ sesje mi¦dzy sob¡, umo»liwia taki sam transport danych jak warstwa transportowa oraz dostarcza dodatkowe usªugi, np. praca na zdalnym wielodost¦powym systemie komputerowym, transfer plików pomi¦dzy komputerami. Brak obowi¡zuj¡cych norm mi¦dzynarodowych dotycz¡cych protokoªów tej warstwy. 6 7 Warstwa prezentacji dotyczy gªównie skªadni i znaczenia przesyªanej w sieci informacji. Typowe usªugi tej warstwy to kodowanie i szyfrowanie danych, kompresja danych, konwersje kodów danych. Brak obowi¡zuj¡cych norm mi¦dzynarodowych dotycz¡cych protokoªów tej warstwy. Warstwa aplikacji realizuje szereg protokoªów o du»ym znaczeniu praktycznym, np. wirtualny terminal sieciowy, transfer plików pomi¦dzy ró»ni¡cymi si¦ systemami, obsªuga poczty elektronicznej, zdalnego przetwarzania wsadowego, itp. Szereg znormalizowanych protokoªów: X.400, X.500, DTP, FTAM Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej rodowiska sieci komputerowych Tzw. ±rodowisko sieci komputerowej stanowi sieciowy system operacyjny i oprogramowanie realizuj¡ce protokoªy zapewniaj¡ce wªa±ciw¡ komunikacj¦ pomi¦dzy komputerami oraz usªugi sieciowe. Rodzaje sieciowych systemów operacyjnych: Peer-to-peer (ka»dy z ka»dym) ka»dy u»ytkownik sieci mo»e udost¦pnia¢ zasoby swojego komputera i korzysta¢ z zasobów komputerów pozostaªych u»ytkowników. Wszyscy u»ytkownicy posiadaj¡ te same uprawnienia. Przykªadem jest ±rodowisko sieciowe Windows NT czy architektura SNA (Systems Network Architecture) rmy IBM. Dedicated Server (dedykowany serwer) jeden lub wi¦cej systemów komputerowych peªni rol¦ serwera dedykowanego, ±wiadcz¡c jedynie usªugi na rzecz u=»ytkowników sieci i nie wykonuj¡c »adnych innych zada«. Przykªad: system operacyjny UNIX stosuj¡cy protokoªy TCP/IP oraz system operacyjny Novell NetWare, realizuj¡cy protokoªy SPX/IPX (Sequential Packet Exchange, International Packet Exchange). Bartosz Kuczewski Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Porównanie modelu OSI i realizacji praktycznych OSI Warstwa aplikacji Warstwa prezentacji Warstwa sesji Warstwa transportowa Warstwa sieciowa Warstwa ª¡cza danych Warstwa zyczna NetWare NetWare Core Protocol (NCP) Potoki NetBIOS nazwane SPX IPX Sterowniki LAN ODI NDIS Warstwa zyczna Bartosz Kuczewski UNIX Network Filing Systems (NFS) SMTP, FTP Telnet, SNTP TCP IP Sterowniki LAN Media Access Control Warstwa zyczna Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej Proces nadawania i odbioru danych w modelu OSI Proces nadawania Proces odbioru dane Warstwa Aplikacji AH Warstwa Prezentacji PH Warstwa Sesji SH Warstwa TH dane Warstwa Aplikacji dane Warstwa Prezentacji dane Warstwa Sesji Warstwa dane Transportowa Transportowa Warstwa Sieci Warstwa £¹cza danych NH DH dane Warstwa Fizyczna bity Bartosz Kuczewski Warstwa Sieci dane DT Warstwa £¹cza danych Warstwa Fizyczna Podstawy Informatyki i Technologii Informacyjnej