Počítačové siete rozdelenie

Ostatné » Informatika

Autor: verca123
Typ práce: Referát
Dátum: 07.12.2013
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 2 512 slov
Počet zobrazení: 3 207
Tlačení: 248
Uložení: 287
Počítačové siete
 
Úvod
Internet je v súčasnosti veľmi často skloňovaný pojem. Mnoho ľudí nevie vôbec alebo takmer nič o tom, ako vlastne funguje. Pre veľkú časť z nich je to len „ikona na ploche“, hoci v skutočnosti je to komplexný systém rôznych zariadení formujúcich počítačovú sieť s názvom Internet. Cieľom tejto práce je priblížiť čitateľovi tento mechanizmus a v jednoduchosti vysvetliť ako pracuje, keďže v súčasnosti je práca s počítačom považovaná za nevyhnutnú súčasť všeobecného vzdelania a čím ďalej sa viac začleňuje do našich životov. Naša práca by tiež mala pomôcť sa zorientovať v počítačových sieťach, procesoch, ktoré v nich prebiehajú taktiež základných sieťových zariadeniach a ich systémom komunikácie medzi sebou.
 
1. Jednotky informácií a rýchlosti prenosu
 
1.1 Bit
Bit základná jednotka informácie. Ako skratka sa používa bit alebo b. Používa sa v teórii informácie a v informatike. Bit nadobúda vždy jednu z dvoch logických hodnôt - vzájomne sa vylučujúcich stavov, ako „pravda“ - „nepravda“, „zapnutý“ - „vypnutý“, nula - jedna.
 
1.2 Bajt (Byte)
Bajt je najmenšia adresovateľná jednotka. Je to zoskupenie bitov, pôvodne s premenlivou veľkosťou, no dnes takmer vždy 8 bitov. Osembitové bajty, tiež známe ako oktety sú schopné reprezentovať 256 rozličných hodnôt. Jedným bajtom je reprezentovaný jeden znak. „A“ je napríklad bajt s hodnotou 65, čiže 01000001.
 
Bit sa označuje aj ako „b“ alebo „bit“ a bajt ako „B“. Pre bitovú rýchlosť (bitrate) sa používa jednotka b/s, čiže bit za sekundu inak označovaný aj ako bps alebo bit/s. Rovnako sa označujú aj bajty za sekundu, teda B/s alebo Bps. V praxi sa však vyskytujú násobky týchto jednotiek. Správne by sa mali používať Kib pre označenie kilobinary bit, čo znamená 1024 b (210) a kb pre 1000 b. V praxi sa však binárne označovanie často úplne ignoruje a stretávame sa s 1kb = 1024 b, čo vedie často k zmätku hlavne pri udávaní kapacity pamätí. Ďalšie predpony sú Mi (M), Gi (G) atď. Pri počítačových sieťach a telekomunikácií sa používajú hlavne násobky bps, zatiaľ čo laici „rýchlosť internetu“ merajú v násobkoch Bps.
 
1.3 Šírka pásma a priepustnosť (bandwidth a throughput )
Šírka pásma alebo bandwidth je definovaný ako množstvo informácií ktoré môže prejsť sieťovým pripojením za jednotku času. Môžeme o nej uvažovať ako o šírke potrubia alebo ako o počte pruhov na ceste. Udáva maximálnu teoretickú rýchlosť dát v danom pripojení.
 
Priepustnosť udáva skutočnú merateľnú a využiteľnú dátovú rýchlosť daného pripojenia. Je vždy menšia ako šírka pásma a blíži sa k nej len vo veľmi ideálnych podmienkach. Ovplyvňuje ju mnoho faktorov ako sú napríklad zariadenia použité na sieti, sieťová topológia, počet používateľov, charakter prúdiacich dát, stav elektrickej siete atď. Poskytovatelia internetového pripojenia väčšinou udávajú šírku pásma ako „rýchlosť“ hoci v skutočnosti ňou je priepustnosť.
 
Dnešné počítače sú vybavené väčšinou gigabitovými sieťovými kartami, čiže ich šírka pásma je 1 Gbps. No stále sú bežnejšie zariadenia a prepojenia so šírkou 100 Mbps, či už v domácnostiach alebo na školách. Rýchlosti pripojenia na Internet sú v súčasnosti v rozpätí megabitov až desiatok megabitov za sekundu.
 
2. Typy káblov
2.1 Koaxiálny kábel

Koaxiálny kábel je elektrický kábel zložený z vodiča obaleného izolačnou vrstvou, ďalšou kovovou tieniacou vrstvou a celkovou izoláciou. Používa sa na vysokofrekvenčné prenosové linky na prenos vysokofrekvenčného signálu alebo vysielania.
 
Koaxiálny kábel bol vyvinutý ako odozva na potrebu rozšíriť šírku prenosového pásma a zvýšiť odolnosť vedenia voči šumu. Na rozdiel od skrúcaného páru, ktorý je vytvorený dvoma rovnakými vodičmi zakrútenými navzájom okolo seba, má koaxiálny kábel dva rozdielne vodiče. Vnútorný vodič je uložený v pevnom dielektriku, ktoré je obalené tienením (druhým vodičom) obvykle vo forme kovovej fólie, alebo opletanej sieťky. Celý kábel je obalený izolačnou vrstvou, ktorá ho chráni pred vonkajšími vplyvmi.
 
2.2 Krútená dvojlinka
Krútená dvojlinka alebo tiež krútený kábel sa vo výpočtovej technike označuje ako štvorpárový kábel (káblový zväzok), kde sú jednotlivé vodiče uložené v pároch, pričom páry sú skrútené navzájom okolo seba. Vodiče v páre sú rovnocenné (žiaden z vodičov nie je pripojený na zem, alebo zdroj napätia) preto sa takýto typ kábel označuje ako symetrický. Kábel je určený pre prenos dát v počítačových sieťach.
 
2.2.1 Netienená krútená dvojlinka (UTP)

UTP je krútený párovaný kábel, ktorý nemá dodatočné tienenie. Pre sieťové aplikácie Ethernet používame 100Ω káble kategórií 3, 4 a 5 a káble kategórie 5e, 6 a 7 určené pre vysokorýchlostný prenos. UTP kábel obsahuje 4 krútené páry – čiže 8 vodičov v jednom zväzku. Ethernet 10Base-T, 100Base-TX, and 100Base-T2 používajú iba 2 zakrútené páry (4 vodiče), 100Base-T4 a 1000Base-T vyžaduje všetky 4 páry.
 
2.2.2 Tienená krútená dvojlinka (FTP alebo tiež ScTP )
Pod tienenou krútenou dvojlinkou (Screened Twisted Pair (ScTP)) rozumieme štvorpárový UTP kábel s jednoduchou fóliou (vtedy F ako Foiled - fóliované), alebo opletaním (vtedy S ako Shield - štít) všetkých štyroch párov vodičov spolu pre minimalizáciu elektromagnetického rušenia a vyžarovania. Pre zvlášť elektromagneticky zaručené prostredie (alebo naopak pre prostredie vyžadujúce minimálny vyžarovaný elektromagnetický šum) sa používa tienenie pre každý pár kábla zvlášť, alebo kombinácia – tienené páry + celkové tienenie fóliovaním alebo opletaním.
 
2.3 Optické vlákno
Optické vlákno je optický vlnovod, vyrobený v tvare dlhého vlákna. Svetlo, ktoré vchádza do jedného konca optického vlákna je vedené vláknom a vychádza druhým koncom. Optické vlákno je skonštruované ako valcové jadro priemeru niekoľkých jednotiek až desiatok um z materiálu s určitým indexom lomu, pokryté obalom z materiálu s menším indexom lomu. Pri dopade svetelného lúča na rozhranie jadra a obalu pod dostatočne veľkým uhlom dopadu, nastáva úplný odraz. Sériou takýchto odrazov sa lúč šíri z jedného konca vlákna na druhé.
 
Z tohto princípu vyplývajú niektoré technologické obmedzenia pri použití optických vlákien. Predovšetkým ide o ohyb: keďže v ohnutom vlákne dopadá lúč na rozhranie jadro/obal pod iným uhlom ako v rovnom vlákne je možné, že nastane len čiastočný odraz a časť svetla unikne (čo sa pre prenesené svetlo prejaví ako zvýšený útlm). Preto je dôležité dodržať minimálny predpísaný polomer ohybu pre dané vlákno (toto pochopiteľne závisí od pomeru indexov lomu jadra a obalu, takže neexistuje univerzálna hodnota pre všetky vlákna).
 
Ďalším javom je uhol, v ktorom je potrebné umiestniť zdroj svetla, aby jeho svetlo bolo naviazané do vlákna tak, aby sa ďalej šírilo vláknom. Tento tiež závisí od rozdielov indexov lomu jadra a obalu a tiež od priemeru jadra.

3. Typy a použitie sieťových zariadení
3.1 Sieťová karta (NIC)
Sieťová karta z logického hľadiska obsahuje elektronické obvody potrebné na komunikáciu použitím špecifickej fyzickej vrstvy a linkovej vrstvy, ako napríklad dnes najpoužívanejší ethernet. To poskytuje základ na sieťový protokolový zásobník, umožňujúc komunikáciu v malých skupinách počítačov na rovnakej lokálnej sieti a komunikáciu na veľké vzdialenosti pomocou smerovateľných protokolov, ako IP.
 
3.2 Rozbočovač (Hub)

Hub a switch slúžia ako „centrum počítačovej siete“. Pripájajú všetky zariadenia v počítačovej sieti a pracujú s dátami usporiadanými do frames (dátových rámcov). Prijaté rámce zosilnia a pošlú prostredníctvom kabeláže na port cieľového počítača. Najväčší rozdiel medzi hubom a switchom je spôsob, akým posielajú rámce k cieľovému počítaču. Každý dátový rámec je určený pre konkrétny počítač v sieti. Keďže hub nevie, na ktorý port má daný dátový rámec poslať, rozpošle ho na všetky porty – tento typ komunikácie sa nazýva aj „broadcasting“. Takto síce hub zabezpečí, že rámec sa dostane na príslušné PC, ale zbytočne zaťažuje komunikáciu v sieti tým, že rámce sa rozpošlú na všetky počítače a len „ten pravý“ ho spracuje, ostatné počítače ho ignorujú. Navyše, hub musí rozdeliť šírku komunikačného pásma (10 alebo 100 Mb/s) medzi všetky porty. To znamená, že čím viac počítačov je pripojených na hub, tým sa situácia zhoršuje – každý počítač posiela dátové rámce na hub a ten ich rozposiela znova na všetky porty.
 
3.3 Most (Bridge)
Bridge nie je potrebné konfigurovať a účelovo znižuje veľkosť kolíznej domény, tiež pracuje na dátovej vrstve OSI modelu pričom zachytáva prichádzajúce dáta a rozhoduje sa, či ich má poslať ďalej alebo ich vymazať. Napríklad ethernetový bridge zachytáva každý prichádzajúci frame, ktorý obsahuje zdrojovú a cieľovú MAC adresu a niekedy aj jeho veľkosť. Bridge má podobnú funkciu ako switch, ktorý tiež operuje na druhej vrste. Tradičné bridge podporujú využitie len na jednej sieti narozdiel od switchov, ktoré ponúkajú štyri alebo viac portov, preto sa tiež switche nazývajú "multi-port bridge".
 
3.4 Smerovač (Router)
Router je iný typ zariadenia. Kým hub a switch pracujú s dátovými rámcami, router spracováva dátové pakety. A ako vyplýva z jeho názvu – hlavnou úlohou je smerovať pakety do inej počítačovej siete. Paket neobsahuje len dáta, ale aj cieľovú adresu, na ktorú má byť doručený. Router väčšinou prepája dve alebo viac sietí (LAN, WAN a podobne). Pomocou hlavičky paketu a „forwardovacej tabuľky“ dokáže router určiť najlepšiu cestu pre jeho doručenie. Na komunikáciu medzi dvoma routerami sa používa ICMP protokol (Internet Control Message Protocol).
 
3.5 Opakovač (Repeater)
Opakovač je elektronicky aktívny sieťový prvok, ktorý príma skreslený, zašumený alebo inak poškodený signál a opravený, zosilnený a správne časovaný ho posiela ďalej. Tak je možné ľahko zvýšiť dosah média bez straty kvality a obsahu signálu. Opakovače patria do prvej (fyzickej) vrstvy referenčného modelu OSI, pretože pracuje priamo s elektrickým signálom. Repeater je v súčasnosti veľmi často využívaný kvôli jeho nenáročnosti, malým finančným nákladom a potrebe stáleho zosilňovania signálu.
 
3.6 Prepínač (Switch)
Switch je „inteligentnejšie zariadenie“. Obsahuje vnútornú pamäť, v ktorej si uchováva všetky sieťové adresy (MAC = Media Access Control – hardvérová adresa, ktorá jednoznačne identifikuje každé zariadenie v sieti) pripojených počítačov. Ak teda switch prijme dátový rámec, vie presne, na ktorom porte je pripojený počítač, ktorému je rámec určený a vyšle ho len na tento port. To samozrejme veľmi zrýchľuje komunikáciu v sieti a navyše switch môže pre komunikáciu s pripojeným počítačom využiť celú šírku komunikačného pásma.
 
4. Fungovanie siete
4.1 TCP/IP model

TCP/IP model siete, je množina protokolov používaných v sieťach a Internete. Protokol je súbor pravidiel nevyhnutných pre komunikáciu. Meno nesie podľa dvoch najdôležitejších a zároveň prvých protokoloch ktoré obsahoval. Skladá sa zo štyroch vrstiev, aplikačnej, transportnej, internetovej a prístupovej (application, transport, internet, network access). Dáta od užívateľa k užívateľovi postupne prejdú všetkými týmito vrstvami.
 
4.1.1 Aplikačná vrstva (Application layer)
Na aplikačnej vrstve sú spracúvané dáta, ktoré užívateľ vkladá do aplikácie, tá ich upraví do podoby v akej ich odošle. Potom operačný systém pridelí aplikácií sieťové prostriedky. Pri opačnom procese je to získanie dát zo siete napríklad stiahnutie webovej stránky a ich následné spracovanie do podoby v akej je čitateľná pre užívateľa. Najznámejšie protokoly tejto vrstvy sú HTTP, DNS, IMAP, SMTP, FTP, TLS/SSL atď.
 
4.1.2 Transportná vrstva (Transport layer)
Na transportnej vrstve protokol zabezpečuje prenos dát sieťou. Dáta sa na tejto vrstve nazývajú segmenty. Najznámejšie protokoly tejto vrstvy sú TCP a UDP.
 
4.1.2.1 TCP – Transmission Control Protocol

Protokol TCP zabezpečuje spoľahlivosť prenos, zoraďovanie a riadenie toku dát od zdroja k cieľu. Najprv sa vytvorí virtuálne spojenie pomocou „trojcestného nadviazania spojenia“ (3-way handshake). Pri ňom najskôr prvé zariadenie inicializuje spojenie zaslaním paketu so svojím začiatočným poradovým číslom (Sequence Number) x. Druhé zariadenie si zaznamená poradové číslo x, odpovie potvrdzovacím číslom (Acknowledge Number) x + 1 a súčasne oznámi svoje vlastné poradové číslo y. Potom si prvé zariadenie zaznamená poradové číslo y a odpovie potvrdzovacím číslom y + 1. Ďalej môže prebiehať vlastná obojsmerná komunikácia. Pri komunikácií sa po odoslaní segmentu spustí časovač a čaká sa na potvrdenie prijatia segmentu. Ak nepríde, segment sa znovu odošle. Internetové servery sú často napádané DoS (Denial of Service) útokmi, ktoré zneužívajú slabiny tohto procesu. Útočník s predstieranou IP adresou sa snaží veľkým množstvom žiadostí o spojenie zahltiť server a vyčerpať jeho systémové prostriedky a spojenia márne čakajú na 3. časť nadviazania spojenia, kým neuplynie timeout.
 
4.1.2.2 UDP – User Datagram Protocol
Protokol UDP je „nespoľahlivý“ a nie je spojovo orientovaný (unreliable, conectionless). Znamená to, že UDP nevytvára virtuálne spojenie, nezabezpečuje sa prijatie dát a dáta sa nezoraďujú. Segmenty sa len odosielajú a prípadné znovuodoslanie musí ovládať aplikačná vrstva.
 
4.1.2.3 Porty
Každé sieťové zariadenie väčšinou komunikuje s viacerými súčasne. Bežný používateľ má napríklad spustený internetový prehliadač, poštového klienta, správcu sťahovaní, klienta pre okamžité správy atď. Aby sa rozlíšilo, ktoré dáta sú určené pre ktorú aplikáciu, využívajú sa čísla portov. Tie sú v rozsahu 0 – 65535. Od 0 po 1023 sú to známe čísla portov, ktoré su rezervované pre určité služby, napríklad 21 pre FTP, 23 TELNET, 25 SMTP, 80 HTTP, 53 DNS, od 1024 nie sú regulované a môžu byť využívané ľubovoľne. Pri otvorení webového prehliadača sa klient pripája na známe číslo portu servera - 80. Server na tomto porte očakáva pripojenia od klientov. Klient ako svoje zdrojové číslo portu pre konverzáciu môže použiť ľubovoľné číslo voľného portu nad 1023. Server mu potom cez tento port odpovedá. Číslo portu je obsiahnuté v hlavičke TCP a UDP segmentov.
 
4.1.3 Internetová vrstva (Internet layer)
Internetová vrstva zabezpečuje výber najvhodnejšej cesty po sieti na veľké vzdialenosti. Podľa okolností to môže byť cesta s najmenším počtom zariadení na nej, cesta s najlepším pomerom rýchlosti, zaťaženia, oneskorenia atď. O jej výber sa starajú smerovače. Dáta na tejto vrstve sa nazývajú pakety. Pakety sú segmenty s pridanou hlavičkou paketu, ktorá obsahuje okrem iného najmä IP adresu zdroja a cieľa.
 
4.1.3.1 IP adresy
IP adresa je 32 bitové číslo, ktoré identifikuje sieťový adaptér zariadenia na internetovej vrstve. Bežne sa zapisuje ako štyri osembitové čísla v desiatkovej sústave oddelené bodkou. IP adresa je väčšinou sprevádzaná sieťovou maskou, ktorá rozdeľuje IP adresu na časť siete a časť zariadení. Pri adrese 192.168.0.1 a maske 255.255.255.0 je adresa siete 192.168.0.0. Jednotky v binárnom zápise masky označujú adresu siete. Na komunikáciu medzi rôznymi sieťami je potrebný smerovač. Z dôvodu nedostatku IP adries pre všetky sieťové zariadenia sa adresy delia na verejné a súkromné. Verejné adresy sú celosvetovo unikátne. Súkromné je možné používať ľubovoľne, no bez patričnej technológie na preklad adries ako NAT nie je možné sa s nimi pripojiť na Internet. Napriek tomu dnes prichádzame k problému nedostatku verejných IP adries, čo bude vyriešené prechodom zo súčasnej verzie IPv4 na novšiu verziu IPv6. Tá používa 128 bitové adresy čo umožňuje využiť približne 1038 adries miesto súčasných štyroch miliárd. IPv6 adresy sa zapisujú ako 32 hexadecimálnych číslic v ôsmich skupinách po štyri oddelených dvojbodkou. Pre zjednodušenie sa nuly na začiatku štvorčíslí nemusia písať a miesto štvorčíslia zloženého iba z núl stačí napísať jednu nulu. IPv6 adresa 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 sa teda skrátene zapíše ako 2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334.
 
4.1.4 Prístupová vrstva (Network Access layer)

Prístupová vrstva riadi fyzický prenos dát po sieti. Na základe IP adresy cieľa určí nasledujúce zariadenie, ktoré má paket prijať a odošle mu ho. K paketu sa pred odoslaním pridá naposledy hlavička, ktorá obsahuje MAC adresu najbližšieho zariadenia. MAC adresa je 48 bitové číslo, zvyčajne zapisované ako šesť dvojíc hexadecimálnych číslic oddelených dvojbodkou alebo pomlčkou prípadne ako tri štvorice oddelené bodkou. Je to unikátne číslo priradené každému sieťovému adaptéru. Prvá polovica MAC adresy určuje výrobcu, zatiaľ čo druhá konkrétne zariadenie. Takto zabalené dáta sa nazývajú rámec (frame). Tieto hlavičky sa po ceste pravidelne menia, zatiaľ čo paket ostáva nezmenený od začiatku až do konca. Medzi protokoly patriace pod prístupovú vrstvu patrí hlavne ARP, RARP, PPP ale aj ovládače sieťového adaptéra.

Záver
Myšlienka spájať počítače má korene niekde v 50tych rokoch. Jej pôvod nie je celkom známy, no pravdepodobne vznikla na akademickej pôde niektorej z univerzít alebo iných vedeckých zariadení, kde bola potreba pracovať v tíme na jednom projekte alebo ako dôsledok studenej vojny v ministerstve obrany USA. Tu boli položené základné kamene Internetu a jeho dnešná podoba je obrazom päťdesiatročného vývoja.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Ostatné » Informatika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.017