1

Podstawy sieci komputerowych

Wstęp, pojęcia podstawowe i wprowadzenie

Spis rzeczyModel komunikacji Sieci komputerowe a telekomunikacjaZadania komunikacyjneTransmisja analogowa i cyfrowaKodowanie – analog/cyfra – cztery rodzajeszybkość transmisji, przepływność, przepustowośćŁączność i transmisja danychsieci LAN, MAN i WAN ( technologie )protokoływarstwowy model komunikacjiwarstwowe modele siecistandaryzacja i jej waga

2

Model komunikacyjnyŹródło

generuje dane które mają być przesłaneNadajnik

zamienia dane na sygnałSystem transmisyjny

przenosi sygnałOdbiornik

zamienia sygnał na daneCel

odbiera przesłane dane

Model komunikacyjny - diagram

3

Kluczowe zadania komunikacyjne

Wykorzystanie systemu transmisyjnegoInterfacingGenerowanie sygnałuSynchronizacjaZarządzanie centraląWykrywanie i korekcja błędówAdresowanie i routowanieRadzenie sobie z błędamiFormatowanie wiadomości BezpieczeństwoZarządzanie siecią

Uproszczony model komunikacyjny przesyłania danych

4

Kodowanie sygnałówzamiana obrazu sygnału

Dane cyfrowe, sygnał cyfrowysieci komputerowe, pokonanie dużych odległości

Dane analogowe, sygnał cyfrowytelefonia, telekomunikacja, telefonia cyfrowa

Dane cyfrowe, sygnał analogowymodulacja, pokonanie dużych odległości

Dane analogowe, sygnał analogowyrozproszenie mocy, przeciwdziałanie zakłóceniom

Kodowanie to nie szyfrowanie !!

Kodowane - przykłady

telefon analogowy

modem telefoniczny analogowy

telefon cyfrowy

sieć komputerowa, „modem” cyfrowy DSU/CSU

5

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 Hzliczba zmian sygnału na sekundę to szubkość modulacji w baudach ( 1 baud )jeśli sygnał jest kodowany binarnie toszybkość transmisji == szybkość modulacji

prawa Shannona i Nyqista opisują związki tych wielkościPrzepływność jest miarą natężenia strumienia informacji (danych), podczas gdy przepustowość jest cechą toru lub kanału telekomunikacyjnego

szybkość transmisji,przepływność a przepustowośćPrzepływność jest miarą natężenia strumienia informacji (danych), podczas gdy przepustowość jest cechą toru lub kanału telekomunikacyjnegoObie mierzone w bitach na sekundęPrzepływność (prędkość transmisji, prędkośćprzesyłu, bit rate) - w telekomunikacji i informatyceczęstość 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

6

Łączność i komunikacjaPołączenia punkt-punkt nie są zwykle praktyczne

Urządzenia są zbytnio oddaloneOlbrzymia ilość urządzeń wymagałaby nie praktycznej ilości połączeń

Rozwiązaniem jest sieć komunikacyjnaTransmisja w kanale może być:

jednokierunkowa – simplex ( radio, telewizja )dwukierunkowa naprzemienna – half duplex (CB radio)dwukierunkowa jednoczesna – full duplex ( telefon )

Uproszczony model sieciowysieci LAN, MAN i WAN

7

Sieci WANOlbrzymie geograficzne obszaryNieograniczone formalnymi granicamiW oparciu o wspólne łącza transmisyjneTechnologie alternatywne

Komutacja obwodówKomutacja pakietówFrame relayAsynchronous Transfer Mode (ATM)

Przełączanie obwodów (circuitswitching)

Zestawiana, dedykowana ścieżka komunikacyjna podczas trwania rozmowy Np. sieć telefoniczna

8

Komutacja pakietówDane nie są przesyłane w kolejnościPorcjami są małe fragmenty (pakiety) danychPakiety przesyłane z węzła do węzła pomiędzy źródłem a przeznaczeniemUżywane dla połączeń typu terminal - komputeri komputer - komputer

Frame RelaySystem komutacji pakietów ma duży narzut by skompensować błędyNowoczesne systemy są pewniejszeBłędy mogą być wychwycone w odbiornikuWiększość ww. narzutu jest odrzucana

9

Asynchronous Transfer ModeATMWynik ewolucji Frame RelayMały narzut na kontrole błędówStała długość pakietu (zwanego komórką) Od 10Mbps do GbpsStała szybkość transmisji używająca techniki komutacji pakietów

Integrated Services DigitalNetwork

ISDNZaprojektowany by zastąpić telefonię publicznąSzeroki wybór usługKomunikacja wyłącznie cyfrowa

10

Sieci LANMniejszy zakres

Budynek albo obszar kampusaZwykle używane przez jedną organizacjęDużo większa szybkość transmisjiNa ogół technika rozgłoszeniowaObecnie ponad 90% sieci LAN wykorzystuje technologie Ethernet 802.3kilka procent sieci bezprzewodowe 802.11pozostałe to:

Token Ring 802.5 100VGanyLAN 802.12MAP/TOP 802.4

Protokoły

Używane do komunikacji między obiektami w systemieMuszą komunikować się w ten sam sposóbObiekty

Aplikacje użytkownikaUsługi e-mailterminale

SystemyKomputerTerminalZdalne czujniki

11

Kluczowe elementy protokołówSkładnia

Format danychPoziomy sygnałów

SemantykaInformacje kontrolneObsługa błędów

TaktowanieUstalanie prędkościSekwencjonowanie

Architektura protokołuZadania komunikacyjne podzielone na modułyNa 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

12

Uproszczona architektura przesyłania plików

Trójwarstwowy modelWarstwa dostępu do sieciWarstwa transportowaWarstwa aplikacjiMODEL NAJMNIEJSZY, nie ma znaczenia praktycznegoMODEL NAJMNIEJSZY, pokazuje istotę podziału na warstwy

13

Wymagania adresoweWymagane są dwa poziomy adresowaniaKażdy komputer potrzebuje unikalnego adresuKażda aplikacja w komputerze wielozadaniowym wymaga swojego unikatowego adresu (multi-tasking)Punkt dostępu do usługi (SAP)

Architektura protokołów i sieci

14

Protokoły w uproszczonej architekturze

Protocol Data Units (PDU)W każdej warstwie protokoły używane są do zapewnienia komunikacjiInformacje kontrolne są dodawane do danych w każdej warstwie do własnych potrzeb Każda warstwa może fragmentować i składać daneKażdy fragment ma dodany nagłówek transportowy

Docelowy SAPNumer sekwencyjnyKod wykrywający błędy

Wszystko to powyżej daje nam PDU

15

Zasada działania architektury

Architektura protokołu TCP/IPRozwinięty przez US Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) dla ich sieci komutacji pakietów (ARPANET)Używany globalnie obecnie w InternecieBardziej model ‘roboczy’ niż ‘oficjalny’

Warstwa aplikacjiPołączenie host-host lub warstwa transportowaWarstwa Internetu (sieci)Warstwa dostępu do sieci ( liniowa)Warstwa fizyczna

16

Warstwa fizycznaŁącze fizyczne pomiędzy urządzeniami transmitującymi dane (np.. komputer) i medium transmisyjne lub siećCharakterystyka medium transmisyjnegoPoziomy sygnałówSzybkość transmisjiRodzaje złączSposób kodowania sygnałuNIEZAWODNE DOSTARCZANIE BITÓW

Warstwa dostępu do sieciWymienia dane pomiędzy systemem końcowym a siecią lokalnieAdres odbiorcy jest adresem sprzętowymUsługi w rodzaju priorytetów, itp.Znalezienie drogi od nadawcy do odbiorcy w połączeniu lokalnymOdpowiada warstwie łącza danych zwanej liniową w innych modelachNIEZAWODNE DOSTARCZANIE RAMEK

17

Warstwa Internetowa (IP)Systemy mogą być podłączone do różnych sieciFunkcje rutowania poprzez wiele sieciZnalezienie drogi od nadawcy do odbiorcy, od LAN nadawcy do LAN odbiorcy, „najlepszej”Zaimplementowane w systemach końcowych i routerach na brzegach sieci LANDostarczanie danych nie jest gwarantowane, „the best effort”Usługi bezpołączeniowe, datagramoweNIEZAWODNE DOSTARCZANIE PAKIETÓW

Warstwa transportowa (TCP)Niezawodne dostarczanie danychNIEZAWODNE DOSTARCZANIE SEGMENTÓW DANYCHUdostępnienie aplikacjom różnych usług:

połączeniowych (TCP) bezpołączeniowych (UDP)

Transmitowanie „w kolejności”, retransmisja, obsługa braków i duplikatówUstanawianie połączeń o charakterze sesji łączności

18

Warstwa aplikacjiWsparcie dla aplikacji użytkownika lubRealizacja usług użytkownikaProtokoły 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

19

Niektóre z protokołów w zestawie protokołów TCP/IP

Model OSIOpen Systems InterconnectionRozwijany przez International Organization for Standardization (ISO)Siedem warstwModel teoretyczny, powstały zbyt późnoTCP/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)

20

Warstwy modelu OSIAplikacjiPrezentacjiSesjiTransportowaSieciowaŁącza danychFizyczna

OSI na tle TCP/IP

21

IEEE 802 na tle OSI

StandardyWymagane w celu umożliwienia współpracy różnego sprzętuZalety

Zapewniają duży rynek dla sprzętu i oprogramowaniaPozwalają na komunikację pomiędzy sprzętami różnych producentów

WadyHamują rozwój nowych technologiiMoże istnieć wiele standardów dotyczących tej samej rzeczy

22

Organizacje standaryzujące i ich dokumenty

społeczność internetowadokumenty nieformalne: ⌧RFC (request for comment) numerowane⌧FYI (For Your Information)

ISONormy 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?type=products&parent=T-REC-ghttp://www.ieee.org

23

802.3

Przykład 802.3

24

ISO 11801

Przykład RFC

Network Working Group D. WaitzmanRequest for Comments: 1149 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 ofIP datagrams in avian carriers. This specification is primarilyuseful in Metropolitan Area Networks. This is an experimental, notrecommended standard. Distribution of this memo is unlimited.

Overview and Rational

Avian carriers can provide high delay, low throughput, and lowaltitude service. The connection topology is limited to a singlepoint-to-point path for each carrier, used with standard carriers,but many carriers can be used without significant interference witheach other, outside of early spring. This is because of the 3D etherspace available to the carriers, in contrast to the 1D ether used byIEEE802.3. The carriers have an intrinsic collision avoidancesystem, which increases availability. Unlike some networktechnologies, such as packet radio, communication is not limited toline-of-sight distance. Connection oriented service is available insome cities, usually based upon a central hub topology.

Frame Format

The IP datagram is printed, on a small scroll of paper, inhexadecimal, 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. Thebandwidth is limited to the leg length. The MTU is variable, andparadoxically, generally increases with increased carrier age. Atypical MTU is 256 milligrams. Some datagram padding may be needed.

Upon receipt, the duct tape is removed and the paper copy of thedatagram is optically scanned into a electronically transmittableform.

Discussion

25

Dalsze informacje

Stallings, W. Data and Computer Communications (6wydanie, Prentice Hall 1999, rozdział 1Strona WWW książki Stallingsa

www.shore.net/~ws/DCC6e.html

Strony WWW organizacji IETF, IEEE, ITU-T, ISORFCGrupy dyskusyjne

comp.dcom.*comp.protocols.tcp-ippl.comp.networking