Úvodní poznámka - poděkování
 Přednášky jsou volně odvozeny ze studijních materiálů
doc. Ing. Petra Sosíka, Dr. a použity s jeho souhlasem
2
Začátky počítačových sítí
o 60. léta 20. století
o USA vývoj počítačové sítě pro armádu a hlavní
vzdělávací instituce
o spolehlivost
o robustnost
o kompaktnost
o odolnost (nukleární válka)
o Namísto přepínání okruhů zavedena technologie
přepínání paketů
Přepínání okruhů
o informace přemísťovány po okruhu po celou dobu spojení
o linka – (okruh) je zablokována po celou dobu přenosu
o Odpovídá např. přenosu po telefonní lince
Přepínání paketů
o Různé zdroje mohou sdílet jednu linku
o Přenosu není definována žádná stanovená cesta
o Každý paket může do cíle putovat vlastní cestou
o Na konci komunikace jsou pakety spojeny dohromady
Příklad – rozdíl obou technologií
Cesta Praha letiště – Pražský Hrad
o Okruh
o Letiště – prezidentská kolona – jedna cesta – ulice
blokovány pro průjezd – ostatní auta musí stát – Hrad
o Paket
o Letiště – čínská turistická výprava – skupina taxíků – různé
cesty – taxíky sdílejí ulice s jinými vozidly – Hrad
Přepínání paketů
Zdroj: Wikimedia Commons, autor Oddbodz
Historie - terminálové sítě
o Slouží k zadávání údajů do počítače a zobrazování
výsledků jeho činnosti
o Terminály obsahují
o klávesnici (vložení údajů do počítače )
o monitor (zobrazuje výsledky výpočtů)
o Terminál je propojen s počítačem pomocí kabelu,
(délka až několik kilometrů)
Terminálové sítě
Další fáze – privátní sítě
o Problém dostupnosti dat na izolovaných počítačích v USA
(armáda, univerzity, velké firmy)
o Sedmdesátá léta – celá řada projektů sítí
o Americká armáda – ARPANET (vyvinuta i protokolová sada
TCP/IP)
o DECnet firmy Digital
o Síť univerzity na Havaji ALOHA (technologie Ethernet)
o Konec sedmdesátých let: vzájemné propojování dílčích
sítí, zejména akademických – vznikl Internet
Arpanet 1970
Arpanet 1980
Internet
o 1987 – vznik pojmu Internet
o nárůst počítačových sítí mimo USA (EUNET, EARN, JUNET…)
o celek vzájemně propojených sítí = INTERNET
o 1987 – v síti je připojeno 27 000 počítačů
Worldwide Internet users
Users 2005 2010 2017 2019 2021
World population 6.5 billion 6.9 billion 7.4 billion 7.75 billion 7.9 billion
Worldwide 16% 30% 48% 53.6% 63%
Developing world 8% 21% 41.3% 47% 57%
Developed world 51% 67% 81% 86.6% 90%
Internet –INFORMAČNÍ SPOLEČNOST
Zdroj: Wikimedia Commons, autor: Jeff Ogden (W163) and Jim Scarborough (Ke4roh)
Morrisův červ
o 1988 – jeden z prvních virů
šířících se po síti
o Neměl mít destruktivní efekt
o Chyba v kódu => vícenásobná nákaza
o Napadeno 6000 počítačů (10% sítě)
o Zpomalení až k nefunkčnosti
o Škody řádu mil. $
Klasifikace počítačových sítí – ROZLOHA
o LAN (Local Area Network) – sítě lokální rozkládající se na
území kanceláře či podniku
o MAN (Metropolitan Area Network) – sítě metropolitní,
ohraničené územím města nebo městské aglomerace
o WAN (Wide Area Network ) – sítě rozlehlé, rozprostřené na
větších územích (světadíly, kosmos)
 (Existují jemnější dělení, viz např. Wiki)
Klasifikace počítačových sítí – METODY VZÁJEMNÉ
KOMUNIKACE
„Peer-to-peer“: každý počítač přímo komunikuje s každým jiným
(nemusí být přímo propojeny, přenos může probíhat skrze další uzly)
 Nevýhody
o špatný přehled o prostředcích, které jsou v síti k dispozici
o chybí správa dat na sdílených discích
o Počítače, jejichž prostředky využívá jiný počítač, musí zůstat zapnuty až
do okamžiku, kdy poslední uživatel ukončí práci
 Výhody
o S počtem uživatelů roste přenosová kapacita sítě
o Nezávislost na výpadcích klíčových uzlů či serverů
 Příklady: BitTorrent, Gnutella (sdílení souborů), Bitcoin (platby)
Model file server/pracovní stanice
o Data jsou zpracována jinde, než jsou umístěna, a
proto musí být přenášena ze serveru na stanice k
aplikacím
o V řadě situací způsobuje zbytečný přenos a může
snadno dojít k zahlcení sítě
o Server nemá kontrolu nad přístupem klientů k datům,
možnost poškození dat některým klientem
o Za file server lze dnes považovat např. úložiště typu
Dropbox, iCloud, Google Drive...
Model file server/pracovní stanice
Model klient/server
o Data jsou zpracovávána tam, kde se nacházejí (na serveru)
o Výstupy pro uživatele generovány tam, kde se nachází
uživatel (tedy na klientském počítači)
o Rozdělení původně monolitické aplikace na dvě části:
o serverovou část – zajišťuje zpracování dat
o klientskou část – zajišťuje uživatelské rozhraní
o Klient a server si posílají jen data představující dotazy a
odpovědi, nepředávají se celé soubory
Model klient/server
3-úrovňová architektura klient/server
Topologie počítačových sítí
o Způsob, jakým jsou jednotlivé uzly sítě uspořádány a
vzájemně propojeny
o Nejjednodušší topologií je sběrnice či magistrála. Jde
o lineární vedení, k němuž jsou připojeny jednotlivé uzly sítě
o Spojením obou konců získáme kruhovou topologii
o Hvězda (hvězdice) je paprskový systém přípojných vedení z
centrálního uzlu k jednotlivým stanicím
Topologie počítačových sítí
Topologie počítačových sítí
o Hvězda-kruh, která vznikne zmenšením průměru kruhu a
prodloužením přípojných kabelů k uzlům
o Topologie stromová, která vznikne hierarchickým
upořádáním dílčích sítí s topologií typu hvězda. Tato
topologie je spolu s kombinací magistrály a hvězdy,
nejčastěji používanou architekturou pro vytváření sítí
 Úloha: zjistěte, jakou topologii má fakultní síť LAN
Infrastruktura počítačové sítě
o Soustava pasivních a aktivních prvků
o Pasivní prvky (signály pouze přenášejí)
o kabely, konektory a zásuvky, spojovací a zakončovací prvky,
přepojovací panely datových rozvaděčů
o Aktivní prvky (signály upravují – zesilují, obnovují, směrují…)
o opakovače a rozbočovače, přepínače, mosty, směrovače, brány
Rozdělení síťové komunikace do vrstev
o Implementovat funkční síť zahrnuje řadu úloh: fyzický
přenos bitů, spojování do paketů, adresování paketů,
porozumění obsahu (email, webový obsah, data…)
o Řešení: rozdělit úlohy do hierarchicky uspořádaných
vrstev s rozdílnými úkoly
o Každá vrstva poskytuje služby vrstvě vyšší, a využívá
služeb vrstvy nižší
o Komunikace „ob vrstvu“ zakázána
Komunikace mezi vrstvami
ISO/OSI
o 70. léta – nutnost sjednocení technologií mezi výrobci sítí
o Do r. 1979 čtyřvrstvý model TCP/IP
o TCP/IP = Transmission Control Protocol/Internet Protocol
o Od r. 1984 model ISO/OSI (OSI = Open Systems Interconnection)
o Standard OSI představuje model se sedmi vrstvami - zajišťuje
komunikaci v rámci sítě LAN a také mezi různými sítěmi
o Definuje způsob komunikace mezi počítači, počínaje aplikacemi
a konče elektrickými signály přenášenými po kabelu
ISO/OSI (přesná struktura není vyžadována u zkoušky)
Adresování v sítích – IP adresa
o IP adresa je jednoznačná identifikace síťového připojení
konkrétního zařízení (počítače) v síti, slouží ke směrování
o Přidělována poskytovatelem připojení
o Veškerá data posílaná přes síť obsahují IP adresu odesilatele i
příjemce
o Dnešní standard IPv6, adresa délky 128 bitů
o Počet adres je 2128 ≈ 3×1038
MAC adresa
o Aby bylo možné uzel v lokální síti jednoznačně identifikovat, je
potřeba přidělit mu označení - MAC adresu
o Jednoznačnost – v lokální síti se nesmí vyskytnout dva či více
počítačů se shodnými MAC adresami
o MAC adresa = unikátní 48-bitové číslo uložené v pevné paměti
síťového adaptéru, více než 2×1014 adres
o Přidělována výrobcem (na rozdíl od IP adresy)
o ARP tabulka – překlad IP adresy <-> MAC adresy
Protokol HTTP
o HTTP – protokol pro přenos hypertextových informací
(Hypertext Transfer Protocol)
o Současný přenos textových a multimediálních informací ve
formátu HTML (Hypertext Markup Language)
o Vyvinut 1990, globální iniciativa WWW (World Wide Web)
o Autor – Tim Berners-Lee (CERN, Švýcarsko)
o Spustil první webový server http://info.cern.ch/
URL – UNIFORM RESOURCE LOCATOR (KOMPLETNÍ ADRESA)
http://cs.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=URL&action=edit
o Schéma
o http – odpovídající protokolu téhož jména
o Server
o cs.wikipedia.org
o Dokument
o /w/wiki.phtml – je uveden včetně cesty (adresáře) v rámci webserveru
o Parametry
o jsou-li specifikovány, jsou uvozeny znakem otazníku. Zde je první parametr se jménem
„title“ a hodnotou „URL“, druhý se jménem „action“ a hodnotou „edit“.
o Parametr a hodnota se oddělují =, dvojice parametr-hodnota se oddělují &
Wi-fi sítě
o Bezdrátová technologie v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz a 5
GHz, nově 6 GHz (mikrovlnná trouba: 2,45 GHz)
o Aktuální přenosové rychlosti 600 – 9608 Mbit/s
o Aktivním prvkem je access point (AP, přístupový bod)
Frekvenční spektrum pro IEEE 802.11ac.
Mobilní sítě
Schéma 5G sítě
Mobilní sítě
o Klientská zařízení komunikují se základnovou stanicí (BS – Base
Station), nevadí rychlý pohyb a změna polohy
o Postupně 1G až 5G technologie (2G - 4G dodnes funkční)
o Řada frekvenčních pásem (800, 1800, 2100 MHz)
o 5G sítě: paralelně více pásem od <1 GHz až po >24 GHz,
frekvence uvolněné po DVB-T apod.
o Vyšší frekvence = vyšší datová propustnost, ale menší dosah,
proto 5G potřebuje větší počet BS
o Průměrná rychlost: 4G sítě 15-50 Mbps, 5G sítě 500 Mbps
Internet of Things (IoT) – internet věcí
IoT sítě
o Mnoho typů zařízení, rozdílné nároky na přenos
o V oblasti LAN: kabelový i bezdrátový přenos, nejznámější sítě
ZigBee a Z-Wave
o V oblasti WAN: nižší nároky na datovou propustnost (většinou
102 až 105 bit/s), důležitá je výdrž baterií v IoT zařízeních
o LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT …
o Dosah jednotky až desítky km (zástavba / volná krajina)
o Cena koncových IoT zařízení začíná v jednotkách $
o Seznamte se s aktuální nabídkou IoT pro „chytrou domácnost“
41Úvod do informatiky a výpočetní techniky