Katedra Informatyki Stosowanej

Politechnika Łódzka

Al. Politechniki 11, 90-925 Łódź

Tel. [phone]

Sieci komputerowe I

Wykład 1: Wstęp, Model OSI i TCP/IP, HTML i WWW.

Opracowanie:

mgr inż. Łukasz Sturgulewski ([e-mail])

Wstęp.

Po co komu sieć?

• Współdzielenie zasobów sprzętowych i programowych;

• Współdzielenie dużych mocy obliczeniowych;

• Szeroko pojęta możliwość wymiany informacji pomiędzy użytkownikami.

Historia.

• Duży wpływ wojska na opracowywanie i wdrażanie nowych technologii;

• Zapotrzebowanie na moc obliczeniową: Agencja ds. Badań Perspektywicznych Departamentu Obrony USA (ARPA);

• Opracowanie systemu ARPANET;

• Opracowanie, przez twórców ARPANET, zbioru protokołów przekształconego w późnych latach 70-tych w TCP/IP;

• TCP/IP - spójny zbiór protokołów o wysokim stopniu funkcjonalności. Opisany w dokumentach RFC (Request for Comments);

• TCP/IP - oficjalny standard IAB (Internet ArchitectureBoad);

• Pomimo ostrej konkurencji ze strony standardu ISO/OSI, TCP/IP jest dzisiaj dominującym protokołem komunikacyjnym.

Dlaczego?

• Niezależność od techniki sieciowej: Protokoły TCP/IP definiują jednostkę transmitowanych danych - datagram oraz określają sposoby przesyłania datagramów w różnych sieciach (niezależność od zastosowanych technologii w sieciach rozległych);

• Jednolitość połączenia: Komunikujące się jednostki mają jednoznacznie je identyfikujący adres. Każdy datagram zawiera adres nadawcy i odbiorcy. Jednostki pośredniczące w przekazywaniu datagramów na podstawie adresu celu wyznaczają trasy;

• Potwierdzenie na końcach: Potwierdzenie pomiędzy nadawcą i odbiorcą zamiast potwierdzeń między maszynami pośredniczącymi w transporcie danych;

• Standardy protokołów programów użytkowych: W obrębie protokołów TCP/IP jest miejsce dla standardów wielu popularnych programów użytkowych: SMTP, FTP, TELNET, SNMP.

Modele warstwowe sieci komputerowych.

Sieć komputerowa - budowa warstwowa:

• Warstwy oprogramowania (layers);

• Zasady komunikacji miêdzy nimi (protocols)

Dwa modele warstwowe sieci komputerowych:

• Model odniesienia łączenia systemów otwartych ISO/OSI RM (International Standards Organization/Open Systems Interconnection Reference Model)

• Model DARPA (Agencji ds. Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony USA, Defence Advanced Research Projects Agency)

Najważniejsze pojęcia związane z modelami warstwowymi:

• Protokół: Zestaw reguł rządzących wymianą danych między dwiema jednostkami, obejmujący:

• Składnię: format danych, kodowanie, itp.

• Semantykę: informacje sterującą, postępowanie w przypadku błędów, itp.

• Uzależnienia czasowe: szybkość, kolejność, itp.

• Warstwa: Zbiór jednostek i dostarczanych przez nie usług.

• Interfejs- Połączenie między dwiema warstwami.

• PDU Protocol Data Units: Dane są przenoszone między jednostkami implementującymi warstwę poprzez protokół w postaci tzw. Protocol Data Units.

• Enkapsulacja: Proces dodawania nagłówków (headers) i/lub bloków końcowych (trailers) w miarę przechodzenia do warstw niższych oraz usuwania ich w miarę przechodzenia do warstw wyższych nazywamy enkapsulacją (encapsulation). Służy on ukryciu informacji warstwy wyższej przed warstwami niższymi.

Model OSI.

Warstwy w modelu ISO/OSI:

• Warstwa fizyczna (physical layer)

• Zapewnia transmisję ciągu bitów (nie tworzących żadnych struktur) poprzez medium fizyczne (elektryczne, optyczne, mechaniczne, itp.).

• Ustala zasady przyłączenia urządzenia do medium transmisyjnego sieci.

• Na poziomie warstwy fizycznej jednostką informacji jest bit.

• Określa:

• Rodzaj złącza mechanicznego

• Parametry elektryczne sygnałów

• Warstwa łącza danych (data link layer)

• Zapewnia niezawodny transfer poprzez łącza fizyczne.

• Ustala początek i koniec bloków danych (dokonując - jeśli to konieczne - synchronizacji).

• Wykrywa błędy i w miarę możliwości dokonuje ich korekty, czyli zapewnia kontrolę transmisji poprzez łącze fizyczne.

• Dzieli się na dwie podwarstwy:

• MAC - Media Access Control: Odpowiada za odpowiednie kolekcjonowanie bitów informacji i tworzenie z nich jednostek zwanych ramkami.

• LLC - Logical Link Control: Odpowiada za komunikację z warstwami wyższymi.

• Warstwa sieciowa (network layer)

• Odpowiada za transmisję bloków informacji zwanych pakietami poprzez sieć połączonych urządzeń.

• Podstawową jednostką informacji w warstwie sieci jest pakiet.

• Umożliwia uniezależnienie warstw wyższych od transmisji danych, rodzaju technologii komutacji, topologii sieci.

• Określa, którą drogą przesyłane będą poszczególne jednostki danych (routing).

• Warstwa transportowa (transport layer)

• Warstwa transportowa zapewnia niezawodny i przezroczysty transfer danych między punktami końcowymi (komputerami).

• Warstwa transportowa zapewnia wykrycie błędów i kontrolę transmisji.

• Jednostką informacji na poziomie warstwy transportowej jest datagram.

• Niezawodność połączenia w warstwie transportowej realizuje się wyłącznie środkami programowymi.

• Warstwa sesji (session layer)

• Tworzy struktury służące zarządzaniu komunikacją: np. ustanawianiem, zarządzaniem oraz przerywaniem sesji (połączenia).

• Warstwa prezentacji (presentation layer)

• Wykonuje ogólne operacje na strukturze danych podlegających wymianie;

• Szyfrowanie;

• Kompresję;

• Konwersja formatów danych i kodów znakowych między różnymi systemami operacyjnymi obsługującymi sesję.

• Uwzględnia fakt, że systemy operacyjne różnych hostów różnią się pod takimi względami jak:

• Kody znakowe (np. ASCII, ISO7, ISO5);

• Struktura plików tekstowych;

• Struktura kartotek i plików;

• Oprogramowanie warstwy prezentacji gwarantuje automatyczną transformację zasobów do standardów obowiązujących w danym systemie.

• Warstwa aplikacji (application layer)

• Odpowiedzialna za zarządzanie komunikacją między dwiema aplikacjami.

• Jest warstwą programów użytkowych, wykorzystujących technologie sieci.

Model DARPA (TCP/IP) sieci komputerowych.

Warstwy sieci w modelu DARPA:

• Warstwa dostępu do sieci

• Warstwa Internet

Protokoły:

• IP - Internet Protocol

• ICMP - Internet Control Message Protocol

• Warstwa transportowa Host-to-Host

Protokoły:

• TCP - Transmission Control Protocol

• UDP - User Datagram Protocol

• Warstwa aplikacji

Protokoły:

• TELNET

• FTP

• SMTP

• DNS

• SNMP

• DHCP

Porównanie modelu OSI i TCP/IP.

Usługi.

• Na poziomie programu użytkowego - użytkownicy otrzymują programy realizujące określone zadania i nie martwią się współpracą tych programów z protokołami warstw niższych czy też funkcjonowaniem samej sieci.

Najważniejsze zadania realizowane przez protokoły warstwy aplikacji:

• Poczta elektroniczna:

• Tworzenie i wysyłanie wiadomości (także wiadomości zakodowanych oraz załączników);

• Odbieranie otrzymanych wiadomości;

• Przesyłanie plików:

• Można dołączać pliki do e-mail - jednak nie powinny one być zbyt duże gdyż większość systemów nakłada ograniczenia na wielkość wiadomości, aby nie obciążać zbytnio serwera;

• Specjalny protokół do przesyłania plików dowolnej wielkości;

• Dzięki bezpośredniemu połączeniu nadawcy i odbiorcy (TCP/IP) możemy być pewni prawidłowego i bezpiecznego przesyłania plików.

• Praca zdalna:

• Tworzenie interakcyjnych sesji;

• Bezpośrednia praca na zdalnym systemie;

• Zamknięcie sesji i powrót do lokalnego środowiska.

• Zarządzanie sieciami:

• Monitorowanie pracy urządzeń:

• Wydajność;

• Uszkodzenia;

• Koszty.

• Zarządzanie pracą urządzeń:

• Konfiguracja;

• Bezpieczeństwo;

• Strony i przeglądarki WWW.

• Na poziomie sieci:

• Bezpołączeniowe przenoszenie pakietów (IP):

• Przesyłanie porcji danych do adresata;

• Brak gwarancji, co do kolejności dostarczenia pakietów.

• Transport niezawodnymi strumieniami (TCP):

• Obsługa błędów transmisji;

• Obsługa zgubionych pakietów;

• Ustawianie bezpośredniego połączenia pomiędzy nadawcą i odbiorcą;

• Niezawodne przesyłanie danych.

• Transmisja pakietów:

• Techniki LAN i topologie sieci;

• Technologie WAN.

• Okablowanie sieci, topologie fizyczne.

WWW i HTML.

Przeglądarka: Program interakcyjny umożliwiający użytkownikowi przeglądanie informacji dostępnych przez WWW.

Hipertekst (system hipermedialny): Informacje są przechowywane w postaci zbioru dokumentów, które mogą zawierać odsyłacze do innych dokumentów zawartych w zbiorze.

Uwaga:

Zbiór dokumentów - cały internet rozproszony pomiędzy wieloma sieciami i komputerami - stąd duża niepewność poprawności odsyłaczy.

HTML (Hypertext Markup Language): Język opisu struktury dokumentów hipertekstowych.

Ideą HTML'a nie jest podawanie szczegółów o wyglądzie strony, lecz jedynie opis jej struktury.

Identyfikacja strony: Aby umożliwić jednoznaczne wskazanie żądanej strony wprowadzono jednolity adres zasobu: URL (Uniform Resource Locator), którego ogólna postać wygląda następująco: protokół://nazwa_komputera:port/nazwa_dokumentu

Protokół HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Do pobrania strony z serwera WWW przeglądarka używa tego protokołu. Przeglądarka żąda przesłania strony a serwer to żądanie spełnia. Protokół HTTP określa dokładnie format żądań i odpowiedzi.

Złożoność serwerów - niska;

Złożoność przeglądarek - wysoka:

• Moduł sterujący;

• Klient HTTP, oraz inne opcjonalne;

• Interpreter HTML;

Przeglądarka (klient) łączy się z serwerem WWW (serwer), wysyła żądanie a następnie odbiera dane lub informacje o ich niedostępności. Następnie połączenie jest zamykane.

HTML.

• Dokument HTML to plik tekstowy zawierający informacje oraz znaczniki określające strukturę dokumentu;

• Białe znaki możemy używać dowolnie, tak aby zwiększyć czytelność źródła.

• Dokument HTML składa się z dwóch części

• Nagłówek - szczegółowe informacje o dokumencie np. tytuł - większość przeglądarek umieszcza go na pasku tytułowym programu;

• Treść dokumentu - ;

<HTML>

<HEAD>

<TITLE>

To jest tytuł dokumentu

</TITLE>

</HEAD>

<BODY>

Zawartość dokumentu

</BODY>

</HTML>

Dokumenty dynamiczne i aktywne.

• Dokumenty dynamiczne: Serwer WWW uruchamia dodatkowy program, który tworzy dokument przy każdym zleceniu dostarczenia strony przez przeglądarkę;

• Dokumenty aktywne: Serwer WWW dostarcza przeglądarce odpowiedni program, który uruchamiany jest lokalnie i odpowiada za wyświetlanie informacji i interakcje z użytkownikiem.

Wady i zalety tych rozwiązań:

• statyczne:

• zalety:

• prostota;

• pewność;

• szybkość obsługi:

• łatwość tworzenia (HTML - opis struktury strony bez znajomość języków programowania);

• obsługa przez przeglądarkę natychmiastowa i pewna;

• może być bez problemu przechowywana w cache przeglądarki.

• wady:

• brak elastyczności;

• mało atrakcyjna forma;

• nieaktualne informacje;

• dynamiczne:

• zalety:

• „większa” aktualność informacji

• dla przeglądarki są to takie same dokumenty jak statyczne;

• wady:

• większy koszt (osobowy i sprzętowy)

• dłuższy czas oczekiwania na odpowiedź;

• po wysłaniu informacji do przeglądarki zaczynają się one dezaktualizować;

• aktywne:

• zalety:

• możliwość ciągłej aktualizacji informacji na stronie;

• możliwość tworzenia skomplikowanych, atrakcyjnych stron;

• wady:

• jeszcze wyższe koszty (osobowe i sprzętowe)

• wymagania dotyczące przeglądarki i systemu komputerowego klienta;

• zagrożenie bezpieczeństwa;

Dokumenty aktywne.

• wypychanie przez serwer:

• zalety:

• aktualna zawartość stron;

• wady:

• duże obciążenie serwera;

• większe czasy oczekiwania;

• aktywne:

Java: język opracowany przez Sun Microsystems do tworzenia aktywnych dokumentów.

• wysokiego poziomu: Oddzielony od architektury sprzętu;

• uniwersalny: Można tworzyć nie tylko aplety ale i pełne programy;

• podobny do C++:

• wiele konstrukcji składniowych jak w C++;

• Mechanizm obiektów i klas jak w C++;

• Brak:

• Przeciążania operatorów;

• Wielodziedziczenia;

• Niektóre możliwość C++ zostały okrojone;

• Potrzeby ręcznego zwalniania pamięci - automatyczne odśmiecanie.

Wstęp, Model OSI i TCP/IP, HTML i WWW

- 8 -

Warstwa fizyczna

Warstwa łącza danych

Warstwa sieciowa

Warstwa transportowa

Warstwa sesji

Warstwa prezentacji

Warstwa aplikacji

Warstwa dostępu do sieci

Warstwa transportowa

Warstwa Internet

Warstwa aplikacji

---