Sieci komputerowe

Download Report

Transcript Sieci komputerowe

Slide 1

WYKŁAD 2
Internet i sieci komputerowe

1


Slide 2

SIECI KOMPUTEROWE

2


Slide 3

Sieci komputerowe
• Sieć komputerowa jest zbiorem niezależnych systemów
komputerowych połączonych liniami transmisyjnymi.
• Linie transmisyjne to połączenia służące do transmisji danych
pomiędzy komputerami pracującymi w sieci

3


Slide 4

Model odniesienia ISO/OSI
• Uniwersalna i otwarta specyfikacja zadań i
protokołów sieci komputerowych
• Model składa się z warstw określających
poszczególne zadania w sieci
• Model określa jedynie funkcje każdej warstwy i
oddziaływanie miedzy warstwami. Szczegóły
implementacji pozostają poza strefą modelu.

4


Slide 5

Model odniesienia ISO/OSI








Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna

5


Slide 6

SYSTEM
UŻYTKOWY

SYSTEM
UŻYTKOWY

APLIKACJI

APLIKACJI

PREZENTACJI

PREZENTACJI

SESJI

SESJI

TRANSPORTOWA

TRANSPORTOWA

SIECIOWA

SIECIOWA

ŁĄCZA DANYCH

ŁĄCZA DANYCH

FIZYCZNA

FIZYCZNA
6


Slide 7

Warstwa aplikacji
• Cel:
– Zapewnienie wiarygodności informacji i usług
– Pośrednictwo w dostępie do zasobów

• Składa się ze specyfikacji interfejsu łączącego
aplikacje użytkowe z siecią

7


Slide 8

Warstwa prezentacji
• Wielopoziomowa interpretacja danych na
użytek warstwy aplikacji
– Tłumaczenie danych (np. tłumaczenie z kodu
EBCDIC na ASCII)
– Definiowanie formatu danych
– Definiowanie składni danych

8


Slide 9

Warstwa sesji
• Umożliwienie aplikacjom organizacji dialogu oraz
wymiany danych
• Nadzór nad komunikacją między węzłami
– Ustalanie kierunku przepływu danych
– Ustalanie i kontrola trybu przesyłania danych

• Tworzenie i zarządzanie punktami kontrolnymi
– gromadzenie wszystkich danych
– nadzór nad poprawnością danych
– ewentualne żądania powtórzenia części transmisji

9


Slide 10

Warstwa transportowa
• Segmentacja danych
• Kontrola i zapewnienie jakości przesłanych
danych
– Kontrola ilości przesłanych danych
– Kontrola wewnętrznej poprawności danych (suma
kontrolna, bity parzystości, itp.)

10


Slide 11

Warstwa sieciowa
• Wybór optymalnej pod względem liczby
połączeń drogi przesyłania pakietu przez sieć
• Wykonuje:
– adresowanie
– enkapsulację
– routing
– dekapsulację

• Nie zajmuje się poprawnością przesyłanych
danych (ignoruje błędne dane)
11


Slide 12

Warstwa łącza danych
• Podział pakietów na ramki o wielkości
odpowiadającej protokołom przesyłania
danych
• Kontrola przepływu danych i potwierdzeń
otrzymania ramki
• Ewentualna naprawa ramek i korekcja pracy
warstwy fizycznej

12


Slide 13

Warstwa fizyczna
• Urządzenia i przewody służące do fizycznego
przemieszczenia danych
• Jest odpowiedzialna za transmisję strumienia bitów między
węzłami sieci.
• Definiuje protokoły opisujące interfejsy fizyczne, to jest ich
aspekty: mechaniczny, elektryczny, funkcjonalny i
proceduralny.
• Do funkcji tej warstwy należą:





sprzęgniecie z medium transmisji danych,
dekodowanie sygnałów,
określanie zakresu amplitudy prądu lub napięcia
określanie parametrów mechanicznych łączówek (kształtu,
wymiarów i liczby styków) oraz inne kwestie związane z transmisją
bitów.
13


Slide 14

SKŁADNIKI SIECI KOMPUTEROWYCH

14


Slide 15











Komputer
Karta sieciowa (Ethernet)
Wtórnik
Hub
Switch
Mostek
Bramka
Router
Serwer proxy
15


Slide 16

Karta sieciowa


Interfejs łączący sieć z komputerem (dokładniej z jego
magistralą systemową lub specjalną magistralą we/wy)
• Każda karta sieciowa ma swój unikalny adres sieciowy
nadawany przez producenta (3 pierwsze bajty – identyfikator
producenta, 3 następne – unikalny numer egzemplarza karty)
• Unikalny adres karty jest mapowany na przynajmniej jeden
adres logiczny sieci (adres węzła)

16


Slide 17

Karta sieciowa

17


Slide 18

Karta sieciowa w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna

18


Slide 19

Powtarzacz (wtórnik)
• Urządzenie warstwy fizycznej
• Wzmacniacz sygnałów w sieci – jeden port wejściowy
i jeden port wyjściowy
• Zapobiega utracie sygnału przy przesyłaniu na
większe odległości
• Oczyszcza sygnał cyfrowy z szumów i przeciwdziała
tłumieniom
• Działa bezobsługowo
• Nie ma własnego adresu

19


Slide 20

Powtarzacz (wtórnik) w modelu
ISO/OSI

Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna

20


Slide 21

Koncentrator (hub)
• Urządzenie warstwy fizycznej
• Ma kilka portów wejściowych i kilka portów
wyjściowych
• Koncentrator rozpowszechnia sygnał otrzymany na
wejściu na wszystkie wyjścia – nie kieruje świadomie
żadnych sygnałów
• Fizyczne elementy przyłączane do huba muszą być
takie same (np. mieć kartę typu ethernet, połączenia
skrętką, itp.)
• Obsługuje jeden pakiet na raz
21


Slide 22

Hub

22


Slide 23

Przełącznik (switch)
• Urządzenie warstwy łącza danych
• Ustanawia połączenie dwupunktowe (P2P) między
dwoma urządzeniami przyłączonymi do wejść i wyjść
• Może obsługiwać wiele połączeń (pakietów) na raz
• Świadomie kieruje pakiety do odpowiednich wyjść

23


Slide 24

Switch

24


Slide 25

Mostek
• Urządzenie warstwy łącza danych
• Łączy dwie fizycznie podobne sieci w jedną
• Jest to urządzenie typu „zapamiętaj i wyślij” –
kompletuje ramki w pamięci i przesyła dalej po
skompletowaniu
• Może łączyć różne nośniki i może obsługiwać różne
protokoły dostępu (ale obie łączone sieci muszą mieć
identyczne protokoły od warstwy łącza danych)

25


Slide 26

Mostek w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna

26


Slide 27

Bramka
• Pełnowartościowy komputer obsługujący
połączenie z fragmentem sieci
• Obsługuje wszystkie warstwy modelu ISO/OSI

27


Slide 28

Bramka w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna

28


Slide 29

Router
• Specjalizowany komputer przyłączony do co najmniej dwóch
sieci
• Router decyduje o tym do której z sieci kierować poszczególne
pakiety
• Uznaje się je za urządzenia warstwy sieci
• Zadanie: marszrutowanie – znalezienie najlepszej drogi dla
pakietów
• Router pamięta trasy do różnych miejsc sieci
• Routery komunikują się między sobą – przekazują sobie
informacje o możliwych trasach połączeń.

29


Slide 30

Router

30


Slide 31

Router w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna

31


Slide 32

Routery - problemy
• Rozgłaszanie trasy – może spowodować
nadmierny ruch w sieci
– Router A nauczył się trasy od routera B
– Router A uczy tej samej trasy router B
– Router B uczy (znowu) tej trasy router A
– I tak w kółko ...

• Zasada: rozgłaszam nową trasę do wszystkich
oprócz „nauczyciela”

32


Slide 33

Serwer pośredniczący (proxy)
• Serwer pośredniczący to specjalny serwer „przyspieszający”
pracę ze stronami WWW
• Serwer ten codziennie uaktualnia najczęściej oglądane strony
WWW i umieszcza je na swoim dysku
• Odpowiednio skonfigurowana przeglądarka WWW najpierw
sprawdza, czy żądane strony są na serwerze proxy - jeśli tak to
je ściąga, jeśli nie ma to ściąga je z odpowiedniego serwera.
• Przyspieszenie polega na tym, że serwer pośredniczący jest
łatwiej dostępny niż jakikolwiek inny serwer (zwykle znajduje
się we własnej sieci lokalnej)

33


Slide 34

Przewody
• Skrętka nieekranowana
– Kabel złożony z 4 par pojedynczych przewodów
– Zasięg do ok. 100 m
– Podatny na zakłócenia zewnętrzne (np. magnetyczne,
radiowe)
– Miękki, łatwy w montażu
– Wtyczka RJ45 (jak telefon ale szersza)
– Przeznaczenie
• Sieci lokalne
• Bezpośrednie połączenie komputerów (przewody krosowane)

34


Slide 35

Wtyczka z przewodem
Przewód skrętka

Wtyczka RJ45

35


Slide 36

Przewody 2
• Kabel koncentryczny
– Taki jak telewizyjny kabel antenowy
• Miedziany rdzeń
• Wokół rdzenia (odizolowana) siatka ekranująca
• Dane płyną przez rdzeń i siatkę!






Mało podatny na zakłócenia
Sztywny, gruby, trudny w montażu
Zasięg do 300 m
Wtyczka BNC

36


Slide 37

Wtyczka z przewodem
Przewód
koncentryczny

Wtyczka BNC

37


Slide 38

Przewody 3
• Światłowód
– Elastyczny pręt szklany o grubości do 1,5 mm
– Transmisja danych za pomocą promienia światła
– Całkowicie odporny na zakłócenia
– Zasięg do 2 km
– Montaż wymaga wysokiej klasy fachowców
– Stosuje się zwykle zbiory światłowodów
– Zastosowanie połączenia szkieletowe sieci

38


Slide 39

Światłowód

39


Slide 40

40


Slide 41

41


Slide 42

Fizyczna budowa sieci
• Karta sieciowa komputera do hub-a lub
switch-a lub router-a
• Hub-y między sobą
• Switch-e między hub-ami
• Ostatni hub do routera
• Routery między sobą lub do serwerów

42


Slide 43

Topografia sieci VAN
• Połączenia bezpośrednie komputerów typu
P2P: punkt-punkt (Point To Point)
• Każde dwa komputery połączone (jeżeli nie
bezpośrednio to zawsze istnieje ścieżka)
• Protokoły pakietowe

43


Slide 44

INTERNET

48


Slide 45

• Sieć globalna sieci lokalnych
• Sieć heterogeniczna
• Specjalny protokół transmisji pakietowej
TCP/IP
• Każdy komputer posiada jednoznaczny adres
w postaci numeru IP (Internet Point)

49


Slide 46

Protokół Ethernet
• Protokół komunikacyjny:
– niezależne od rodzaju konstrukcji sieci reguły określające jak dane
są przekazywane przez sieć

• Technika komunikacyjna:
– Każdy komputer w sieci ma własny, unikalny adres – numer IP
– Dane są rozsyłane po sieci; otrzymuje je każdy komputer ale tylko
adresat je odbiera
– Zasady transmisji:
• Słuchaj aż do zwolnienia linii a wówczas wyślij
• Jeśli następuje kolizja (więcej komputerów wysyła w tym samym
czasie), poczekaj nieco (losowo długi okres) i spróbuj znowu
50


Slide 47

Protokół komunikacyjny (WAN)
• Przesyłanie wiadomości poprzez przełączanie pakietów
zapisz-i-prześlij (store-and-forward packet switching):
– Wiadomości są podzielone na pakiety (1000-1500 bajtów)
– Router określa najlepszą ścieżkę przesłania pakietów
– Pakiety są przekazywane z komputera do komputera
• Przy otrzymaniu pakietu, komputer odbiorczy przesyła potwierdzenie
do komputera wysyłającego, który wówczas usuwa lokalną kopię
pakietu

– Komputer odbiorczy rekonstruuje wiadomość z pakietów
– Pakiety z tej samej wiadomości mogą zostać przesłane różnymi
drogami
51


Slide 48

Adresy IP
• Adresowanie:
– Każdy komputer ma unikalny adres
• IP address (system IP4)
• xxx.xxx.xxx.xxx – gdzie xxx ma wartości 0 – 255 (np. 128.129.4.29)

– Domain Name System
• Łatwiej jest pamiętać nazwy niż liczby
• Np. Adres 193.0.96.1 jest tłumaczony na nazwę: mimuw.edu.pl

– Obecnie testowany jest nowy system (IP6) w formacie:
xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx – gdzie x ma
wartości 0 – F (szesnastkowo – czyli 0 – 15 dziesiętnie)
52


Slide 49

Klasy adresów IP
• Klasa A
– Pierwszy bit 0; 7 bitów sieć; 24 bity host

• Klasa B
– Pierwsze bity 10; 14 bitów sieć; 16 bitów host

• Klasa C
– Pierwsze bity 110; 21 bitów sieć; 8 bitów host

• Klasa D
• Klasa E – zarezerwowane na przyszłość
53


Slide 50

Problem z adresami IP
• Klasa A
– 126 sieci - całkowicie wyczerpana

• Klasa B
– 16382 sieci po 65534 hosty – całkowicie
wyczerpana

• Klasa C
– nie spełnia oczekiwań, bo 256 hostów to mało (i
niedługo zabraknie sieci – tylko ok. 2 mln.)

54


Slide 51

Infrastruktura Internetu
• Internet jest siecią sieci
• Bazuje na koncepcji „internetworking”:
– Wewnętrznie każda pod-sieć może być „czymkolwiek
chce”, ale
– Zewnętrznie MUSI używać:
• Standardowego protokołu (TCP/IP)
• Standardowego sposoby adresowania (IP)

• Urządzenia zwane „bramką” (gateway) łączą
poszczególne sieci
– Bramki są komputerami = ruter + firewall (ściana
ogniowa)
55


Slide 52

Usługi w Internecie (techniczne)
 WWW

 w tym transmisje radiowe i telewizyjne

 E-mail

 w tym grupy dyskusyjne, gry sieciowe, „wypożyczenia”
programów







Ftp (transfer plików)
Telnet (praca na odległym komputerze)
IRC (bezpośrednie rozmowy tekstowe użytkowników)
VoIP (bezpośrednie rozmowy głosowe użytkowników)
Tele i Video-konferencje

56


Slide 53

Historia Internetu (1)
1945

Vannevar Bush publikuje w Atlantic Monthly artykuł As We
May Think, gdzie przedstawione zostają idee leżące u podstaw
hipertekstu.

1957

USA powołują agencję ARPA (Advanced Research Projects
Agency)

1964

Paul Baran z RAND Corporation publikuje raport On
Distributed Communications Networks z propozycją
zdecentralizowanej sieci komputerowej, która może działać
nawet w przypadku awarii wielu węzłów.

1969

Powstaje (naukowa) sieć ARPAnet

1970

Pierwsza wersja FTP

1971

Początki poczty elektronicznej. Ray Tomlinson wysyła
pierwszą wiadomość elektroniczną.
57


Slide 54

Historia Internetu (2)
1972

Powstaje Telnet

1973

Do ARPANETu włączone zostają pierwsze instytucje spoza
Stanów Zjednoczonych: University College of London w
Wielkiej Brytanii i Royal Radar Establishment w Norwergii.

1977

Opracowane zostają protokoły TCP/IP

1982

W sieci komputerowej pojawiają się uśmieszki (smileys),
tekstowe znaczki wyrażające emocje, dziś są powszechnie
używane w poczcie i grupach dyskusyjnych.

1983

Od ARPANET odłączona zostaje jej część wojskowa. W
ARPANET hosty i i sieci zaczynają używać protokołu TCP/IP.
Powstaje właściwy Internet.
58


Slide 55

Historia Internetu (3)
1984

Zostaje opublikowana specyfikacja DNS, Domain Name
System; jej twórcą jest Paul Mockapetris.

1985

Zarejestrowana zostaje pierwsza domena komercyjna symbolics.com dla firmy tworzącej programy i sprzęt dla
języka programowania Lisp. Powstaje America Online, słynna
usługa on-line.

1989

Formalnie przestaje istnieć ARPANET

1990

Tim Berners-Lee tworzy World Wide Web.
17 lipca następuje połączenie krajowego węzła PLEARN w CI
UW z węzłem DKEARN w Kopenhadze.

59


Slide 56

UCZENIE INTERNETU

60


Slide 57

Problemy nauczyciela
• Cele
– Co chcemy uzyskać ucząc o Internecie?

• Treści
– O czym mamy powiedzieć, co mamy pokazać,
czego mamy nauczyć?

• Metody
– Jak mamy to zrobić?

61


Slide 58

Po co trzeba uczyć o Internecie?

Przygotować świadomego użytkownika
globalnej sieci komputerowej

65


Slide 59

• Pokazać jak i do czego można wykorzystać
Internet w chwili obecnej
– uczymy tego co jest zakładając, że to jest już forma
ukształtowana sieci.
• wyszukiwanie informacji,
• dokonywanie zakupów,
• porozumiewanie się za pomocą poczty elektronicznej.

66


Slide 60

• Uczyć zachowania się przy korzystaniu z (innych niż
tradycyjne) metod i środków porozumiewania się ludzi









Poczta elektroniczna
Chat, komunikatory
Listy dyskusyjne
Przekaz video z kamer Internetowych
Strony WWW
Blogi
Portale społecznościowe


• Pokazać ich zalety, wady i niebezpieczeństwa

67


Slide 61

• Przygotować świadomego uczestnika wymiany
informacji
– Uczymy jak przekazać swoją wiedzę, ideę, doświadczenia
(każdego rodzaju wygenerowaną przez siebie informację)
innym,
– Uczymy jak udostępnić swoje wiadomości w sieci.
– Uczymy roli twórcy (dostawcy) informacji, a nie tylko
„klienta” sieci.

68


Slide 62

Cele nauczania o Internecie
• Nauczyć narzędzia do pracy i nauki
– Korzystanie z baz wiedzy
– Korzystanie z oprogramowania udostępnianego
przez sieć
– Wyszukiwanie rozmaitych informacji i ich
przekazywanie
– Praca i nauka na odległość

69


Slide 63

Czego trzeba uczyć?
• Wyszukiwanie danych
– Korzystanie z wyszukiwarek
• Określanie warunków wyszukiwania
• Krytyczne podejście do wyników

– Zgadywanie adresów
– Podążanie ścieżką „linków”

73


Slide 64

Czego trzeba uczyć?
• Porozumiewanie się przez sieć
– Poczta elektroniczna
– Zakupy
– Czat
– Przesyłanie plików (FTP)

74


Slide 65

Czego trzeba uczyć?
• Tworzenie informacji
– Uzupełnianie istniejących baz wiedzy (np.
Wikipedia)
– Własne strony www
– Wykorzystanie obcych materiałów (tekstowych,
graficznych)

75


Slide 66

Jak uczyć?
• Zachęcać (zmuszać!) do aktywności
• Zmuszać do poszukiwań
• Wymagać kreatywności

76


Slide 67

Przykład – podręcznikowy
• Wyszukiwanie
– Utwórz prezentację na zadany temat (w
podręcznikach zwykle jest: O swojej szkole lub o
swojej klasie) np.






Tam byłem
O tym nic nie wiedziałem
Moja droga do szkoły
Przyjaciel od serca
Ten przedmiot chciałbym mieć

77


Slide 68

Przykład - zabawy
• Wyszukiwanie
– Polowanie na skarby: każdy otrzymuje listę obiektów,
które musi znaleźć. Wygrywa ten, kto znajdzie najszybciej
wszystkie (potwierdzenie znaleziska – adres strony lub
jakaś grafika z tej strony).
– Konkurs na najdziwniejsze znalezisko w sieci (ocena przez
głosowanie – każdy uczestnik robi minimalną prezentację
na temat swojego znaleziska)

78


Slide 69

Przykład – prawie zabawy
• Wyszukiwanie
– Znaleźć jak najwięcej informacji na dziwne tematy np.






Co to jest GoMoKu?
Na ile sposobów można grać w domino?
W co grali faraonowie w Starożytnym Egipcie?
Jak się skacze na spadochronie?
Jak przywiązać latawiec do nitki aby latał?

– Tutaj uczniowie sami też coś zaproponują, ale nauczyciel
powinien zamienić uczniów: nikt nie powinien szukać
informacji na wymyślony przez siebie temat.

79


Slide 70

Przykład - zabawy
• Poczta elektroniczna
– Otrzymujesz list od kogoś z klasy, dopisz do niego
wyraz zaczynający się na literę ostatniego wyrazu,
dopisz siebie na końcu i wyślij do kogoś, kogo nie
ma na liście. Ostatni wysyła listę wyrazów do
wszystkich
– Jak wyżej ale piszemy jedno długie zdanie (kto
zakończy zdanie przegrywa!)

80


Slide 71

A MOŻE INACZEJ?

81


Slide 72

Podstawowe założenie metodologiczne:

Najważniejsze jest uczestnictwo w
tworzeniu wiedzy
Temu założeniu podporządkowujemy cały
plan uczenia technologii informacyjnej i
informatyki w szkole

82


Slide 73

Zaczynamy
Pierwsze spotkanie z komputerem w szkole
to Internet
– Przeglądanie stron www
– Wyszukiwanie i zbieranie informacji
– Korzystanie z Internetu (np. gry ze stron dla
dzieci – bez przemocy!)

83


Slide 74

Edycja tekstu
• Poczta elektroniczna wymaga pisania
tekstu, a więc zasady posługiwania się
prostym edytorem tekstu.
• Początki tworzenia własnego serwisu
WWW – edycja plików tekstowych
• Zaawansowana edycja – aby stworzyć
materiał udostępniany ze strony w formacie
PDF.
84


Slide 75

Grafika prezentacyjna
• Proste ilustracje do wstawienia na stronę –
jako ilustracja tekstów
• Ozdobniki na stronę (klawisze, ikonki itp.)
• Opracowywanie zdjęć cyfrowych i skanów
ze skanera
• Wstawianie elementów graficznych do
tekstu w PDF.

85


Slide 76

Obliczenia
• Jakieś zestawienia statystyczne
uzupełniające informacje pokazywane na
stronie
• Wykresy statystyczne

86


Slide 77

Programowanie





Skrypty w Java Script na stronach
Programy obsługujące CGI
Aplety Java
Zaawansowany HTML, arkusze CSS

87


Slide 78

Bazy danych





Udostępnianie danych z bazy w internecie
Interfejs – przeglądarka
Komunikacja – formularze
Łączność CGI

88


Slide 79

Projekty
• Indywidualne serwisy uczniów tworzone
przez cały czas nauki na danym etapie
nauczania (albo tylko w danej klasie)
• Zbiorowa witryna całej klasy

89


Slide 80

Tematy projektów
• SPORT
– Dyscypliny sportowe
• Np. nieznane u nas (baseball, amerykański football,
squash – zasady, gracze…)

– Zawody
• Np. ostatnia olimpiada, historia złotych medali

– Wielkie postacie sportu
• Sportowcy
• Działacze
• Sprawozdawcy
90


Slide 81

Tematy projektów
• MODA
– Aktualności
– Znani kreatorzy
– Historia ubioru
– Przemiany w ostatnich latach
• Np. zmiana „obowiązującej” długości płaszczy
zimowych w ciągu ostatnich 20 lat

91


Slide 82

Tematy projektów






HOBBY
MUZYKA
FILMY
KSIĄŻKI
….

92


Slide 83

Niebezpieczeństwa
• Prawa autorskie
• Dane osobowe
• Problem „coś”

93