PB001: Uvod do informačních technologií Luděk Matýska Přednášející: Eva Hladká Fakulta informatiky Masarykovy univerzity podzim 2011 Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 1 / 19 Q Úvod Ql Architektura počítačových sítí 0 TCP/IP model Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií I podzim 2011 2/19 • skupina HW prostředků a počítaču propojených komunikačními kanály, které umožňují sdílení informací a zdrojů. Možné účely: • komunikace uživatelů (přenos textu, řeči, videa, atd.) • sdílení hardwarových zdrojů • sdílení dat a informací • poskytování softwarových služeb Základní vlastnosti počítačové sítě: • doručení dat (správnému příjemci) • správnost doručení (nepoškozená data) • včasnost doručení Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 3/19 Ideální sítě • transparentní pro uživatele/aplikace • neomezená propustnost • žádné ztráty dat • žádné žádné zpoždění • zacovávají pořadí paketů • date nemohou být poškozena Skutečné sítě • mají vnitřní strukturu, která ovlivňuje doručení dat • omezená propustnost • dochází ke ztrátám dat • data se variabilně zpožďují • pořadí paketů není garantováno • data mohou být poškozena Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 4/19 • efektivita - efektivní/maximální využití dostupné přenosové kapacity • spravedlivost - stejná priorita přístupu všech uživatelů ke všem datovým tokům • decentralizovaná správa • rychlá adaptace na nový stav topologie sítě • spolehlivost • řízení toku dat - ochrana proti zahlcení Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 5/19 Architektura počítačových sítí Spojované sítě (přepínání okruhů) • komunikace ve dvou fázích: navázání spojení —> přenos dat • spojení (cesta sítí) je udržována během celé komunikace • síť udržuje stav - informace o vystavěných spojeních • „abstrakce drátu" • snadné zaručení kvality služby • např. analogové telefonní sítě Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 6/19 Architektura počítačových sítí Nespojované sítě (přepínání paketů) • data rozdělena vysílající stranou na malé pakety (datagramy) • každý paket prochází sítí samostatně o pakety mohou přicházet v různém pořadí • přijímající strana pakety opět složí do původní podoby • není třeba uchovávat stav sítě, větší robustnost • velmi problematická implamentace kvality služby • např. Internet Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 7/19 Architektura počítačových sítí ;o Motivace: • forma komunikace/domluvy musí být předem známa všem zúčastněným stranám Komunikační protokol: • určuje co je předmětem komunikace, jak daná komunikace probíhá a kdy probíhá • definuje • syntax - strukturu/formát zasílaných dat • sémantiku - funkční význam zasílaných dat (jak mají být interpretována) • časování - kdy je třeba zaslat kterou správu • např. TCP, UDP, IP, IPv6, SSL, TLS, SNMP, HTTP, FTP, SSH, Aloha, CSMA/CD, ... Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 8/19 Architektura počítačových sítí • 7 vrstev, každá odpovídá za konkrétní funkcionalitu • každá vrstva komunikuje pouze se sousedícími vrstvami • využívá služeb nižších vrstev k poskytování svých služeb vyšším vrstvám • funkcionalita je izolována v rámci vrstvy • loogicky se komunikace odehrává mezi stejnými vrstvami komunikujících stran, fyzicky prochází všemi nižšími vrstvami • vrstvy popisují pouze abstrakci, skutečné implementace se mohou odlišovat Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 9/19 vysílání příjem f data j ( data 1 vrstva: i i aplikační i i * Á prezentační 1 iř 1 1 A 1 relační 1 * 1 1 A. 1 transportní 1 * 1 1 Á 1 síťová 1 * 1 1 Á 1 spojová ' Ý ' 1 Á 1 fyzická t fyzický kanál Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 10 / 19 TCP/IP model ISO/OSI aplikační prezentační relační transportní síťová spojová fyzická TCP/IP aplikační transportní internetová (IP) síťové rozhraní Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 11 / 19 TCP/IP model Cíl: propojování lokálních sítí do velkých, komplexních sítí (internet) Internet protokol (IP): • odpovídá za dopravu dat mezi uzly • nespojovaná komunikace: základní jednotkou přenosu paket • zajišťuje směřování paketů v síti • jednoznačná identiikace (adresace) každého zařízení • metody základního monitoringu sítě Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 12 / 19 TCP/IP model • jednoznačné určení uzlu pomocí číselné adresy • adresa: 32 bitů (IPv6 128 bitů) • běžně se zapisuje dekadicky ve formátu: A.B.C.D • zleva hierarchická: 147.251.48.1 Typy adres: • individuální (unicast) • broadcast - slouží k zaslání dat všem uzlům v dané LAN • skupinové (multicast) - data směrována příjemcům, kteří o ně projevili zájem Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 13 / 19 TCP/IP model • IP adresy nevhodné pro lidi (IPv6 už vůbec) • jmenná služba: převod IP adres a jmen • DNS (Domain Name Service) • zprava hierarchická: aisa.fi.muni.cz • lokální/kořenové DNS servery Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 14 / 19 TCP/IP model Proč nový protokol? • relativně rychlé vyčerpání adresního prostoru IPv4 • potřeba podpory aplikací reálného času, zabezpečení, autokonfigurace, mobility Vlastnosti: • větší adresní prostor - 128 bitů (hexadecimální zápis) • rozšířitelný - rozšiřující hlavičky • podpora přenosů v reálném čase - prioritizace provozu • podpora zabezpečení přenosu - autentizace, šifrování provozu ... • podpora mobility pomocí domácích agentů • podpora autokofigurace Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 15 / 19 TCP/IP model Cíl: dopravit paket skrz síť od vysílače k přijímači • v podstatě grafový problém: síť jako graf • algoritmy nalezení cesty mezi dvěma uzly grafu • uzly znají cestu (explicitně, či implicitně) • podle cílové adresy rozhodují uzly, kam poslat paket dále Dvě fáze směrování: o nalezení směrovacích tabulek • vlastní zasílání datových paketů Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 16 / 19 TCP/IP model • distribuované x centralizované • „krok za krokem" x zdrojové • deterministické x stochastické • jednocestné x vícecestné • dynamické x statické Protokoly používané v Internetu jsou označeny červeně. Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 17 / 19 TCP/IP model Statické algoritmy • jednorázové (často ruční) tabulky • vhodné pro statickou topologii Dynamické algoritmy • tabulky aktualizovány v reakci na změny v topologii • robustní Centralizované algoritmy • stav sítě se posílá do centra o centrum spočte tabulky a zasílá je zpět uzlům Distribuované algoritmy • vzájemná kooperace uzlů při vytváření tabulek Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 18 / 19 TCP/IP model Pojem portu • Více aplikací na jednom stroji: nutná jemnější adresace • Port: adresa posktyované služby UDP protokol • Pouze nezaručený přenos • Datagramy jsou zasílány do sítě bez další kontroly • Žádná garance ani kontrola doručení TCP (Transmition Control Protokol) • Staví „spojovanou" službu nad IP • Iniciace spojení • Garantovaný přenos • Schopen reagovat na zahlcení (zpomalí a znovu postupně „přidává") • Hlavní přenosový protokol na Internetu Luděk MatyskaPřednášející: Eva Hladká (Fl I PB001: Úvod do informačních technologií podzim 2011 19 / 19