Użytkownik Sieci Komputerowych. dr inż. Piotr Czyżewski

Transkrypt

1 Użytkownik Sieci Komputerowych dr inż. Piotr Czyżewski

2 Model OSI Model OSI (Open Systems Interconnection) opisuje sposób przepływu informacji między aplikacjami software owymi w jednej stacji sieciowej a software owymi aplikacjami w innej stacji sieciowej przy użyciu kabla sieciowego. Model OSI jest ogólnym modelem koncepcyjnym, komponowanym z siedmiu warstw, z których każda opisuje określone funkcje sieciowe. Nie określa szczegółowych metod komunikacji. Mechanizmy rzeczywistej komunikacji są określone w formie protokołów komunikacyjnych. Dzieli on zadanie przesyłania informacji między stacjami sieciowymi na siedem mniejszych zadań składających się na poszczególne warstwy. Zadanie przypisane każdej warstwie ma charakter autonomiczny i może być interpretowane niezależnie.

3 Model referencyjny ISO/OSI Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Każda warstwa odpowiada konkretnemu fragmentowi procesu komunikacji, który sam w sobie stanowi zamkniętą całość. Dla każdej warstwy zdefiniowano interfejsy do warstw sąsiednich. Przy użyciu tego modelu można wyjaśnić, w jaki sposób pakiet przechodzi przez różne warstwy do innego urządzenia w sieci, nawet jeśli nadawca i odbiorca dysponują różnymi typami medium sieciowego. Dzięki takiemu podejściu uporządkowano reguły konstrukcji i jednocześnie uproszczono proces projektowania sieci, który w pewnym sensie także uległ rozbiciu na warstwy.

4 warstwa 7 Aplikacji. Jest bramą, przez którą procesy aplikacji dostają się do usług sieciowych. Ta warstwa prezentuje usługi, które są realizowane przez aplikacje (przesyłanie plików, dostęp do baz danych, poczta elektroniczna itp.) warstwa 6 - Prezentacji danych. Odpowiada za format używany do wymiany danych pomiędzy komputerami w sieci. Na przykład kodowanie i dekodowanie danych odbywa się w tej warstwie. Większość protokołów sieciowych nie zawiera tej warstwy. warstwa 5 Sesji. Pozwala aplikacjom z różnych komputerów nawiązywać, wykorzystywać i kończyć połączenie (zwane sesją). Warstwa ta tłumaczy nazwy systemów na właściwe adresy (na przykład na adresy IP w sieci TCP/IP). warstwa 4 Transportu. Jest odpowiedzialna za dostawę wiadomości, które pochodzą z warstwy aplikacyjnej. U nadawcy warstwa transportu dzieli długie wiadomości na kilka pakietów, natomiast u odbiorcy odtwarza je i wysyła potwierdzenie odbioru. Sprawdza także, czy dane zostały przekazane we właściwej kolejności i na czas. W przypadku pojawienia się błędów warstwa żąda powtórzenia transmisji danych. warstwa 3 Sieciowa. Kojarzy logiczne adresy sieciowe i ma możliwość zamiany adresów logicznych na fizyczne. U nadawcy warstwa sieciowa zamienia duże pakiety logiczne w małe fizyczne ramki danych, zaś u odbiorcy składa ramki danych w pierwotną logiczną strukturę danych. warstwa 2 - Łącza transmisyjnego (danych). Zajmuje się pakietami logicznymi (lub ramkami) danych. Pakuje nieprzetworzone bity danych z warstwy fizycznej w ramki, których format zależy od typu sieci: Ethernet lub Token Ring. Ramki używane przez tą warstwę zawierają fizyczne adresy nadawcy i odbiorcy danych. warstwa 1 Fizyczna. Przesyła nieprzetworzone bity danych przez fizyczny nośnik (kabel sieciowy lub fale elektromagnetyczne w przypadku sieci radiowych). Ta warstwa przenosi dane generowane przez wszystkie wyższe poziomy.

5 Zalety modelu ISO/OSI Do najważniejszych zalet modelu ISO/OSI należy zaliczyć: podział procesu komunikacji sieciowej na mniejsze, łatwiejsze do zarządzania elementy składowe; utworzenie standardów składników sieci, dzięki czemu składniki te mogą być rozwijane i obsługiwane przez różnych producentów; umożliwienie wzajemnej komunikacji sprzętu i oprogramowania sieciowego różnych producentów; wyeliminowanie wpływu zmian wprowadzonych w jednej warstwie na inne warstwy; podział procesu komunikacji sieciowej na mniejsze składowe, co pozwala na łatwiejsze jego zrozumienie.

6

7 Warstwa Fizyczna Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Zadaniem warstwy fizycznej jest transmitowanie sygnałów cyfrowych pomiędzy urządzeniami sieciowymi. Jednostką informacji na poziomie tej warstwy jest pojedynczy bit. Parametry charakteryzujące tę warstwę to właściwości fizyczne łącza takie jak częstotliwości, napięcia, opóźnienie, długość, zniekształcenia, poziom zakłóceń, itp.

8 Warstwa Łącza danych Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Warstwa łącza danych odpowiada za komunikację pomiędzy hostami, podłączonymi do tego samego medium. Jej głównym zadaniem jest sterowanie dostępem do medium. Jednostką informacji w tej warstwie jest ramka składająca się z bitów o ściśle określonej strukturze zawierająca adresy nadawcy i adresata. Adresy urządzeń mogą mieć dowolną postać, określoną w specyfikacji zastosowanego standardu komunikacji. Warstwa wyposażona jest w mechanizm kontroli poprawności transmisji, w celu zapewnienia niezawodnego przesyłania danych przez medium.

9 Warstwa Sieci Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Głównym zadaniem warstwy sieci jest umożliwienie komunikacji pomiędzy hostami znajdującymi się w różnych sieciach lokalnych. Realizacja tego zadania możliwa jest dzięki dwóm mechanizmom: jednolitej adresacji urządzeń w całej sieci oraz routingu. Podstawową jednostką informacji w tej warstwie jest pakiet o ściśle określonej strukturze zawierający oprócz danych, adresy: nadawcy i odbiorcy pakietu. Warstwa ta nie gwarantuje niezawodności transmisji, natomiast wyposażona jest w mechanizmy monitorowania transmisji, co pozwala m.in. na identyfikację przyczyn uniemożliwiających komunikację.

10 Warstwa Transportu Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Warstwa transportowa odpowiedzialna jest za niezawodne przesyłanie danych między urządzeniami. Warstwa ta posiada mechanizmy umożliwiające inicjację, utrzymanie i zamykanie połączenia między urządzeniami, sterowanie przepływem danych oraz wykrywanie błędów transmisji. Ważną cechą warstwy transportu jest resekwencjonowanie pakietów, które mogły zostać przysłane w nieodpowiedniej kolejności.

11 Warstwa Sesji Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Zadaniem warstwy sesji jest zarządzanie komunikacją między aplikacjami działającymi na danym hoście, a aplikacjami działającymi na innych hostach w sieci. Ze względu na funkcjonalność systemów operacyjnych zawsze występuje sytuacja, gdy liczba aplikacji korzystających z sieci jest większa od liczby fizycznych interfejsów sieciowych. Rola tej warstwy sieci polega na stworzeniu mechanizmu umożliwiającego dostarczanie danych jakie przyszły z sieci oraz wysyłanie danych do sieci do aplikacji, dla której te dane są przeznaczone.

12 Warstwa Prezentacji Aplikacji Prezentacji Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna Zadaniem warstwy prezentacji jest konwersja danych pod względem formatu oraz struktury aby interpretacja tych danych była jednakowa na obu urządzeniach: wysyłającym i odbierającym. Najczęściej konieczność dostosowania danych wynika z różnic między platformami sprzętowymi, na których działają komunikujące się aplikacje.

13 Warstwa Aplikacji Aplikacji Prezentacji Zadaniem warstwy aplikacji jest zapewnienie dostępu do usług sieciowych procesom aplikacyjnym, działającym na danym urządzeniu. Sesji Transportu Sieci Łącza danych Fizyczna

14

15

16

17 Enkapsulacja danych Wędrówce danych między warstwami modelu odniesienia towarzyszy proces enkapsulacji (opakowania) jeżeli dane przekazywane są w dół stosu oraz proces dekapsulacji (rozpakowania), gdy dane przekazywane są w kierunku przeciwnym. Warstwa niższa przekształcając dane do odpowiedniej postaci dodaje niezbędne informacje (enkapsulacja), aby dane te mogły zostać poprawnie przesłane do równorzędnej warstwy hosta odbierającego i poprawnie przez nią zinterpretowane. Następnie, równorzędna warstwa hosta odbierającego dokonuje procesu dekapsulacji i przekazuje dane warstwie wyższej.

18 ISO/OSI vs. TCP/IP

19 TCP/IP Uproszczony czterowarstwowy model: warstwa 4 Aplikacyjna poczta, transmisja plików, telnet warstwa 3 Transportu TCP (Transmission Control Protocol) protokół sterujący transmisją warstwa 2 Sieciowa IP (Internet Protocol) protokół internetowy warstwa 1 Fizyczna Ethernet (karta sieciowa i połączenia sieciowe) W każdej z tych warstw informacje są wymieniane przez jeden ze zdefiniowanych protokołów sieciowych.

20 Protokoły sieciowe Protokół sieciowy wyjaśnia cały uprzednio uzgodniony przez nadawcę i odbiorcę proces wymiany danych na określonej warstwie modelu sieciowego. W uproszczonym czterowarstwowym modelu sieciowym można wyróżnić następujące protokoły: Protokoły warstwy fizycznej: Ethernet, Token Ring Protokoły warstwy sieciowej: protokół internetowy (IP) będący częścią zestawu protokołów TCP/IP Protokoły warstwy transportu: protokół sterowania transmisją w sieci (TCP/IP) i protokół datagramów użytkownika (UDP), które są częścią zestawu protokołów TCP/IP Protokoły warstwy aplikacyjnej: protokół przesyłania plików (FTP), prosty protokół przysłania poczty (SMTP), usługi nazewnicze domen (DNS), telnet, protokół przesyłania hipertekstu (HTTP), prosty protokół zarządzania siecią (SNMP)

21 Warstwa Fizyczna Warstwa fizyczna określa wszystkie składniki niezbędne do obsługi elektrycznego i/lub optycznego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych: mechanicznego, elektrycznego, funkcjonalnego, proceduralnego. Funkcje warstwy fizycznej: zamiana danych znajdujących się w ramkach na strumienie binarne, wykonywanie takiej metody dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych, przesyłanie ramki danych szeregowo (bit po bicie) w postaci strumieni binarnych.

22 Odległość pomiędzy punktami Tłumienie sygnału Zniekształcenie sygnału

23 Nośniki transmisji fizycznej Kabel koncentryczny Skrętka Ekranowana (STP) Nieekranowana (UTP) Światłowód Jednomodowy Wielomodowy

24 Kabel koncentryczny Kabel koncentryczny (BNC) składa się z dwóch przewodów koncentrycznie umieszczonych jeden wewnątrz drugiego, co zapewnia większą odporność na zakłócenia i lepszą jakość transmisji. Zalety kabla koncentrycznego: + mało wrażliwy na zakłócenia i szumy (posiada ekran), + jest tańszy niż ekranowana skrętka, + bardziej odporny na uszkodzenia fizyczne. Wady kabla koncentrycznego: ograniczenie szybkości do 10Mb/s, niewygodny sposób instalacji (terminatory, łączki T), słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowej stacji), niska odporność na awarie i trudność lokalizowania usterki.

25 Kabel koncentryczny

26 Kabel typu skrętka (RJ45) Kabel nieekranowany UTP (Unshielded Twisted Pair) wykonana jest ze skręconych nieekranowanych przewodów. Skręcenie ze splotem 1 zwój na 10 cm chroni przed oddziaływaniem (interferencją) otoczenia. Kabel foliowany FTP (Foiled Twisted Pair) jest skrętką ekranowaną za pomocą folii, z przewodem uziemiającym. Kabel ekranowany STP (Shielded Twisted Pair) ma ekran wykonany w postaci oplotu i zewnętrznej koszulki ochronnej. Kabel foliowany z ekranem S-FTP. Kabel podwójnie ekranowany S-STP ma ekran dla każdej pary i dla całego kabla.

27 Skrętka (RJ 45)

28 Kategorie wydajności

29 Zalety skrętki: + cena i łatwość instalacji, dostępność rozwiązań i urządzeń, + akceptowana przez wiele rodzajów sieci. Wady skrętki: stosunkowo niska prędkość transferu danych, instalacja sieci wymaga urządzeń aktywnych, ograniczona długość kabla (mała odporność na zakłócenia).

30 Pasmo TIA/EIA 568A ISO EN do 100 KHz kategoria 1 klasa A Usługi telefoniczne. Opis do 1 MHz kategoria 2 klasa B Aplikacje głosowe dotyczące danych o małej częstotliwości. do 16 MHz kategoria 3 klasa C Zwykłe sieci lokalne (Ethernet, Token Ring). do 20 MHz kategoria 4 do 100 MHz kategoria 5 klasa D Szybkie sieci LAN (Fast Ethernet, ATM). do 100MHz kategoria 5e rozszerzona klasa Zaostrzone w stosunku do kat. 5 wymagania D na niektóre parametry i zdefiniowano szereg nowych. Do 200 MHz kategoria 6 klasa E Szybkie sieci LAN (Giga Ethernet, ATM 622 Mb/s). Do 600 MHz kategoria 7 klasa F Szybkie sieci LAN (powyżej 1Gb/s), stosuje kable S-STP. od 10MHz klasa optyczna Szybkie sieci LAN

31 Skrętka

32 Segmentowanie sieci

33 Kable światłowodowe Transmisja światłowodowa polega na przesyłaniu przez włókno szklane promieni optycznych generowanych przez laserowe źródło światła. Ze względu na niską tłumienność oraz odporność na zewnętrzne pole elektromagnetyczne światłowód jest obecnie najlepszym medium stosowanym w sieciach komputerowych. Stosowane są dwa rodzaje światłowodów: Wielomodowe. Długość fali świetlnej 850 nm, 1300 nm. Odległości między regeneratorami od 0,1 km do 10 km. Zastosowanie: sieci lokalne, wojsko, przemysł. Jednomodowe. Długość fali świetlnej 1300 nm, 1550 nm. Odległości między regeneratorami od 10 km do 100 km. Zastosowanie: telekomunikacja, telewizja.

34 Zalety światłowodu: + duże prędkości transmisji, + odporność na podsłuch. Wady światłowodu: duży koszt, trudna instalacja.

35 Światłowód

36 Światłowód

37 FC/PC

38 Złącze ST

39 Złącza: SC LC MU SC LC MU

40 Cecha porównawcza Kabel miedziany Światłowód Przewaga na korzyść Pasmo Zależne od kategorii, 100 MHz - 5e, 250 MHz - 6, 600 MHz - 7 Praktycznie nieograniczone, rzędu GHz (WDM, DWDM) światłowodu Zasięg Tłumienie ogranicza zasięg do 100 metrów dla danych oraz kilku kilometrów dla głosu Małe tłumienie daje zasięg 2-3 km dla sieci LAN i kilkuset km dla telekomunikacji światłowodu Przepustowość Ograniczona Większe możliwości światłowodu EMC (kompatybilność elektromagnetyczna) Wrażliwy na zakłócenia, więc w pobliżu nie może być urządzeń generujących zakłócenia Całkowita kompatybilność EMC, idealny do prowadzenia na zewnątrz, przy silnych zakłóceniach światłowodu Cena Współczynnik cena/pasmo Łatwość montażu Kompatybil-ność wsteczna Stosunkowo tani, dla kat. 6 i 7 cena zbliżona do światłowodu Na rozsądnym poziomie Stosunkowo łatwy, problemy dla kabli ekranowanych Kategorie wyższe niż 5 wymagają kompatybilności wstecznej dla toru transmisji Stosunkowo drogi, szczególnie urządzenia Dużo korzystniejszy niż dla kabli miedzianych Dość skomplikowany montaż, łączenie. Nie gwarantują kompatybilności wstecznej. kabla miedzianego światłowodu kabla miedzianego kabla miedzianego Interoperability (Interoperacyjność) Dla kat. 5 i 5e tor transmisji zbudowany z elementów różnych producentów spełnia wymagania Dowolne elementy pochodzące od różnych producentów współpracują poprawnie światłowodu Testowanie Istnieje szereg mierników do testowania, dla wyższych kat. testowanie dość trudne Brak problemów związanych z testowaniem, standardowe mierniki światłowodu Waga Stosunkowo ciężkie Lekkie światłowodu

41 Media bezprzewodowe Łącze podczerwone Ten rodzaj transmisji stosuje fale elektromagnetyczne z zakresu nm. Charakteryzuje się małym zasięgiem (kilkanaście metrów), niewielkie zaniki sygnału, wysoka tłumienność, duża wrażliwość na zakłócenia pochodzące ze źródła promieniowania widzialnego. Zasadnicza zaleta łączy w podczerwieni to brak potrzeby zezwolenia (licencji) odpowiednich agencji rządowych na ich stosowanie. Łącze radiowe Ten rodzaj transmisji stosuje częstotliwości radiowe z zakresu 1-30 GHz, przy czym wyższe częstotliwości są stosowane do transmisji prywatnych na krótszych dystansach. Zastosowania to: połączenie między budynkami, komunikacja w terenie otwartym gdzie tradycyjna transmisja za pomocą kabla jest zbyt droga, zapewnienie nadmiarowych połączeń dublujących połączenia kablowe.

42 Wady i zalety łącz bezprzewodowych Zalety: + możliwość stosowania w miejscach gdzie nie ma możliwości wybudowania infrastruktury kablowej, + możliwość obsługi użytkowników ruchomych. Wady: większy koszt, niższa przepustowość, mniej standardów oraz urządzeń.