Síťová karta

Network Interface Controller slouží ke vzájemné komunikaci počítačů v počítačové síti přijímá a odesílá data převádí digitální signály na elektrické nebo optické

MAC adresa jedinečný 48-bitový identifikátor uložený v paměti EEPROM

Konektory RJ-45

kroucená dvoulinka (dnes nejpoužívanější) AUI (Attachment Unit Interface)

tlustý koaxiální kabel BNC (Bayonet-Neill-Concelman)

tenký koaxiální kabel Bezdrátové připojení

Wi-Fi Optické kabely

Schéma síťové karty (ISA)

PCI

PCI – E

PCMCIA

Integrovaná karta

Integrovaná karta

Základní pojmy

K čemu slouží aktivní prvky zvýšení počtu stanic v síti zvýšení dosahu sítě

např. repeater (opakovač nebo zesilovač) umožňují propojit kabelové segmenty stejného standardu s

jiným typem kabeláže např. transceiver (převodník)

umožňují vůbec funkci sítě pro danou topologii např. hub (rozbočovač), switch (přepínač)

dokáží filtrovat pakety pro jednotlivé podsítě např. bridge (most)

dokáží propojit sítě s různou architekturou např. router (směrovač)

Rozdělení aktivních prvků

Zesilovač nebo opakovač (repeater) pracuje na fyzické vrstvě ISO/OSI

Převodník (transceiver) pracuje na fyzické vrstvě ISO/OSI

Rozbočovač (hub, concentrator) pracuje na fyzické vrstvě ISO/OSI

Most (bridge) pracuje na linkové vrstvě ISO/OSI

Přepínač (switch) pracuje na linkové vrstvě ISO/OSI

Směrovač (router) pracuje na síťové vrstvě ISO/OSI

Brána (gateway) pracuje na aplikační vrstvě ISO/OSI

Zesilovač (repeater)Také „opakovač“Nejjednodušší ze všech prvkůPouze zesiluje procházející signálPoužití

zvětšení rozsahu sítě zvýšení počtu stanic zvětšení délky kabeláže

V nejjednodušším případě je to pouze krabička se shodnými konektory pro kabely shodného typu

Obvykle kombinován s převodníkem popř. i s mostem

Používán většinou u koaxiálních či optických kabelůPropouští provoz do všech segmentů

Repeater

Převodník (transceiver)

Funguje jako repeaterNavíc umožňuje převod z jednoho typu kabelu na druhý

např. z tenkého koaxiálního kabelu na tlustý z mnohavidového vlákna na jednovidové

1000BaseSX na 1000BaseLX z kroucené dvoulinky na optiku

ze 1000BaseTX na 1000BaseSX

Převodníky

Převodníky

Převodníky

Rozbočovač (hub)Také „concentrator“Určen do hvězdicové topologie

nezbytnýPoužití

vytváří z nesdíleného média médium sdílené zajišťuje větvení sítě rozbočuje signál jinak funguje jako repeater

zesiluje signálKonstrukční provedení – různé

závisí na standardu sítě interní huby

do slotu málo konektorů

externí, popř. stohovatelné hubyV dnešní době se již příliš nepoužívá

Rozbočovač

Rozbočovač

Most (bridge)

Pracuje na linkové vrstvě (podvrstvě MAC)Propojuje kabelové segmenty sítí stejné architektury

např. dva segmenty Ethernetu dva segmenty Token Ringu

Nemůže spojovat dva segmenty odlišné architektury např. Ethernet a Token Ring

Na rozdíl od předchozích prvků pracuje s rámci (nikoliv s bity)

vyhodnocuje rámce rozlišuje adresy rámců => dokáže filtrovat

umí posoudit, do které podsítě rámec patří

Filtrace rámců

Udržuje tabulku adres ve své síti Porovnává ji s adresami v rámcíchPokud se adresa v rámci shoduje s adresou v tabulce

bridge propustí rámec do sítěV opačném případě předá rámec bridgi v další síti LANVýhody filtrace

nepustí do sítě „cizí“ rámce nižší zatížení segmentu sítě

rychlé bridge neprovádí konverzi formátu pouze čte adresy v hlavičce

Srovnání opakovače a mostu

Srovnání opakovače a mostu

Srovnání opakovače a mostu

Varianty mostu (bridge)

Switch (přepínač)

V základní variantě v zásadě víceportový most

Určen pro hvězdicovou topologii nahrazuje huby

Pracuje na druhé (linkové) vrstvě ISO/OSIPři filtraci rámců se rozhoduje podle fyzických (MAC)

adres síťových adaptérů poměrně rychlé

Vytváří samostatné kolizní domény počet domén = počet portů

provoz na jednom segmentu neovlivňuje segmenty ostatní

Switch – práce s MAC adresami

Adresy stanic na jednotlivých portech zadány staticky

ručně obsluhou složité nepřesné nedokáže pružně reagovat na změny

zjišťovány dynamicky switch se „učí“ během své činnosti zjišťuje adresy odesílatelů z rámců

ukládá je do směrovací tabulky pak již ví, která adresa je na kterém portu

Při filtrování switch prohlíží v rámci adresu příjemce rámec předá pouze na port s touto adresou

Switch – práce s MAC adresami

Práce s „neznámými rámci“ rámec s adresou příjemce nepatřící žádnému portu

switch se ještě nenaučil rozpoznat adresu lze řešit několika způsoby

broadcastingem rozesílání rámců na všechny porty (zatěžuje)

zasíláním těchto rámců na přednastavený (né) port (y) ne vždy je to vhodné řešení

Typy switchůDesktopové

nahrazují huby počítače se připojují přímo k portům

každý počítač ve své kolizní doméně jsou schopny si pamatovat málo adres

většinou 1 adresu na jeden port nedají se k nim připojovat další aktivní prvky

obsahují obvykle porty stejných rychlostí hodí se do sítí peer-to-peer

Páteřní slouží k vytváření páteřních systémů propojují mezi sebou sítě využívají vysokorychlostních technologií

FDDI, ATM, Gigabit Ethernet a další jsou velmi rychlé => drahé

Typy switchů

Segmentové mohou si pamatovat větší množství adres ( typicky 10 000) slouží k propojení segmentů sítě

k portům lze připojit další aktivní prvky switche, huby, bridge

bývají vybaveny vysokorychlostnímy porty např. switch se 24 x 10Mbps porty má dva 100 Mbps porty propojení switchů mezi sebou připojení serverů

Módy práce switchů

Určují způsob manipulace s rámci cut-through modifikovaný cut-through store-and-forward adaptivní cut-through

Cut-through

Nejrychlejší metoda manipulace s rámciPřepínač čte z rámce pouze cílovou adresu

prvních 6 Bytů rámce (Ethernet) Ihned odesílán na cílový portNevýhoda

nechrání síť proti chybným rámcům rámce mohou

být zničeny kolizí – tzv. Runts být chybně odeslány být příliš dlouhé – tzv. Giants mít chybný CRC – tzv. CRC Errors

Modifikovaný cut-trough

Pomalejší než předchozíBezpečnějšíSwitch čte prvních 64 Bytů rámce

dokáže odhalit rámec poškozený kolizí Filtruje poškozené rámce

nezasílá je na další porty

Store-and-forward

Nejpomalejší, ale nejbezpečnější módSwitch přijme, čte a kontroluje celý rámec

teprve pak jej odešleDetekuje všechny chyby Filtruje poškozené rámce všech typů

nezasílá je na další porty

Poznámka: při přepínání mezi různě rychlými porty (např. ze 100 Mbps na 10 Mbps) se používá metoda store-and-forward rámec se stejně musí uložit do cache switche (porty různě

rychlé)

Adaptivní cut-throughKombinace dvou módů

cut-through store-and-forward

Switch se automaticky přepíná mezi uvedenými módy v závislosti na četnosti výskytu chyb

málo chyb – cut-through hodně chyb – store-and-forward

Poznámka: při velkém výskytu chyb je mód cut-through ve skutečnosti pomalejší chybné rámce zatěžují segmenty stejně nutné zopakovat přenos

Filtrování rámců

Snižuje zatížení Zvyšuje zabezpečení

proti neautorizovanému přístupu do sítěTři skupiny filtrů

lze nastavit současně filtry podle portů

definují pro každý vstupní port povolené výstupní porty filtry podle MAC adres

definují pro porty povolené MAC adresy filtry podle protokolů

definují pro každý protokol (např. IP, IPX) povolené a zakázané porty

Směrovač (router)

Univerzální zařízeníUmožňuje

segmentovat síť na podsítě zajistit přístup na WAN

musí být vybaven příslušným rozhraním zajistit bezpečnost sítě

pokud obsahuje firewall dokáže filtrovat a směrovat pakety

Má svoji vlastní adresu je v síti „vidět“

Směrovač (router)Pracuje na síťové vrstvě ISO/OSIJe závislý na použitých protokolechDokáže propojit sítě s různou architekturou

např. Ethernet a Token Ring zajišťuje převod paketů

konverzi formátu rámcůProvádí tzv. směrování paketu (routing)

určuje každému paketu nejkratší možnou cestu k cíli na základě směrovací tabulky

musí znát topologii sítě obsahuje adresy sítí

Výhody snižuje zatížení sítě

Nevýhody dražší než bridge pomalejší než bridge

Směrování

Rozhodování o dalším směru přenosu datExistují různé algoritmy směrování

adaptivní algoritmy (dynamické směrování) reagují na průběžné změny v síti vyžadují pravidelné informace o stavu sítě

neadaptivní algoritmy (statické směrování) nereagují na změny v síti nevyžadují aktuální informace o síti při výpadku části sítě

může nastat nefunkčnost směrování

Druhy směrování

Centralizované směrování může být adaptivní i neadaptivní

Izolované směrováníDistribuované směrování

Centralizované směrování

Existuje centrum počítá nejvýhodnější cesty

jednorázově (statické směrování) průběžně (dynamické směrování)

Výsledky zasílá všem směrovačům v sítiNevýhody

při výpadku centra – nefunkční značné zatížení sítě v případě dynamické verze

pravidelně zasílá výsledky výpočtůNepoužívá se

Izolované směrování

Neexistuje žádné centrumRozhodnutí o směru provádějí jednotlivé směrovačeKaždý směrovač rozhoduje sám

nespolupracuje s ostatnímiDruhy izolovaného směrování

záplavové směrování metoda „horké brambory“ metoda zpětného učení

Záplavové směrování (flooding)

Izolované směrováníV každém mezilehlém uzlu (směrovači)

paket rozeslán všemi směry kromě toho, odkud přišelVýhody

paket vždy dorazí k cíliNevýhody

duplicita paketů => zatížení sítěVyužití např.

při počáteční autokonfiguraci switche dostane paket – rozešle všude

Metoda „horké brambory“

Odeslat paket co nejrychleji kamkoliv (nehledá se cesta)

tím směrem, který je nejméně vytíženPoužití

doplňková metoda při směrování v případě přeplnění výstupní fronty

Výhoda lepší než zahazování paketů

oklikou můžeme někdy najít lepší cestuNevýhoda

nemusíme se přibližovat cílovému uzlu rámec nemusí dorazit (zacyklení)

Metoda zpětného učení

Uzel se učí topologii sítě postupně dle adres v příchozích paketech

zapisuje je do směrovací tabulkyPoužití

v kombinaci s dalšími metodami např. záplavové směrování

Výhody není potřeba žádná konfigurace

konfiguruje se sámNevýhody

v případě výpadku určité cesty nezaznamená výpadek platnost řešení - „zapomínání“

směrovací tabulky časově omezeny

Distribuované směrování

Neexistuje žádné centrumRozhodnutí o směru provádějí jednotlivé směrovačeSměrovače spolu spolupracují

vyměňují si mezi sebou informace o topologii sítě např. protokoly RIP (Routing Information Protocol)

vyměňují si směrovací tabulkyDruhy distribuovaného směrování

vector-distance routing hledání nejkratších cest

link-state algoritmus hierarchické směrování

Vector distance routing

Každý směrovač má tabulku nejkratších „vzdáleností“ od sousedních směrovačů vyjádřena

počtem uzlů mezi nimi rychlostí trasy, zatížením trasy

Tabulka se neustále obnovuje směrovače si vyměňují tyto informace

průběžně počítají nejkratší vzdálenosti používá se protokol RIP

Výhoda volba optimální trasy

Nevýhoda není vhodné pro velké sítě

zatížení tras RIP pakety, pomalé

J. Peterka, 1996 21

Příklad - počáteční stav

A

B

C

F

DGE

2

3

2

6

2

2

2

C 6 CD ? ?E ? ?F ? ?

B - -A 3 A

G ? ?

C - -D 2 DE ? ?F ? ?

B 6 BA ? ?

G ? ?

C 2 CD - -E 2 EF ? ?

B ? ?A ? ?

G ? ?C ? ?D 2 DE - -F 2 F

B ? ?A ? ?

G ? ?

C ? ?D ? ?E 2 EF - -

B ? ?A 2 A

G 2 G

C ? ?D ? ?E ? ?F 2 F

B ? ?A ? ?

G - -

C ? ?D ? ?E ? ?F 2 F

B 3 BA - -

G ? ?

do kteréhouzlu

do kteréhouzlu přes který uzelpřes který uzel

za jakou cenu

Algoritmy „link-state“Vylepšují vector-distance

zmenšují objemy dat směrovacích tabulekKaždý uzel zjišťuje průchodnost spojení k přímo

sousedícím uzlům zasílá jim pakety, měří odezvu výsledky ukládá do paketu a rozesílá všem

záplavové směrování pakety generuje jen při změně

Každý uzel zná celou topologii zná průchodnost spojů sám si počítá nejkratší cesty nepřenáší se celé RIP tabulky

Využívají protokol OSPF Open Shortest Path First

Hledání nejkratší cesty Dijkstrův algoritmus

Hierarchické směrování

Pro velké sítěSíť se rozdělí na menší částiDo každé části se vymezí pouze jeden vstupní bodVýhody

omezí se počet RIP paketů komunikují spolu pouze „blízké“ uzly vzdálenější pouze přes vstupní body

Nevýhody problémy při výpadcích vstupních bodů

Brána (gateway) Pracuje na nejvyšší (aplikační) vrstvě ISO/OSI Slouží k připojení sítí LAN na zcela odlišné prostředí

např. k mainframům V síti např. PC vybavený

rozšiřující kartou pro připojení k řadiči periferií mainframu

softwarovým vybavením emulace terminálu mainframu

V případě LAN – jeden takovýto PC v síti tzv. brána

Popř. se jako gateway označuje připojení sítě LAN na WAN např. k Internetu

potřeba modem (nebo přímé připojení k Internetu) PC s modemem – brána

Poznámka někdy se pod pojmem brána rozumí spíše router