WYKŁAD 2 Internet i sieci komputerowe

WYKŁAD 2Internet i sieci komputerowe

1

SIECI KOMPUTEROWE

2

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

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.

5

Model odniesienia ISO/OSI

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

6

APLIKACJI

PREZENTACJI

SESJI

SIECIOWA

FIZYCZNA

TRANSPORTOWA

ŁĄCZA DANYCH

APLIKACJI

PREZENTACJI

SESJI

SIECIOWA

FIZYCZNA

TRANSPORTOWA

ŁĄCZA DANYCH

SYSTEM UŻYTKOWY

SYSTEM UŻYTKOWY

7

Warstwa aplikacji

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

• Składa się ze specyfikacji interfejsu łączącego aplikacje użytkowe z siecią

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

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

10

Warstwa transportowa

• Segmentacja danych• Kontrola i zapewnienie jakości przesłanych

danych– Kontrola ilości przesłanych danych– Kontrola wewnętrznej poprawności danych (suma

kontrolna, bity parzystości, itp.)

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)

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

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.

SKŁADNIKI SIECI KOMPUTEROWYCH

14

15

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

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)

17

Karta sieciowa

18

Karta sieciowa w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacjiWarstwa prezentacjiWarstwa sesjiWarstwa transportowaWarstwa sieciowaWarstwa łącza danych Warstwa fizyczna

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

20

Powtarzacz (wtórnik) w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacjiWarstwa prezentacjiWarstwa sesjiWarstwa transportowaWarstwa sieciowaWarstwa łącza danych Warstwa fizyczna

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

22

Hub

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

24

Switch

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)

26

Mostek w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacjiWarstwa prezentacjiWarstwa sesjiWarstwa transportowaWarstwa sieciowaWarstwa łącza danych Warstwa fizyczna

27

Bramka

• Pełnowartościowy komputer obsługujący połączenie z fragmentem sieci

• Obsługuje wszystkie warstwy modelu ISO/OSI

28

Bramka w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacjiWarstwa prezentacjiWarstwa sesjiWarstwa transportowaWarstwa sieciowaWarstwa łącza danych Warstwa fizyczna

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.

30

Router

31

Router w modelu ISO/OSI

Warstwa aplikacjiWarstwa prezentacjiWarstwa sesjiWarstwa transportowaWarstwa sieciowaWarstwa łącza danych Warstwa fizyczna

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”

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)

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)

35

Wtyczka z przewodem

Wtyczka RJ45

Przewód skrętka

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

37

Wtyczka z przewodem

Wtyczka BNC

Przewód koncentryczny

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

39

Światłowód

40

41

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

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

INTERNET

48

49

• Sieć globalna sieci lokalnych• Sieć heterogeniczna• Specjalny protokół transmisji pakietowej

TCP/IP • Każdy komputer posiada jednoznaczny adres

w postaci numeru IP (Internet Point)

50

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

51

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

52

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)

53

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

54

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.)

55

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)

56

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

57

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.

58

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.

59

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.

UCZENIE INTERNETU

60

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

Po co trzeba uczyć o Internecie?

Przygotować świadomego użytkownika globalnej sieci komputerowej

65

• 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

• 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

• 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

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

Czego trzeba uczyć?

• Wyszukiwanie danych– Korzystanie z wyszukiwarek

• Określanie warunków wyszukiwania• Krytyczne podejście do wyników

– Zgadywanie adresów– Podążanie ścieżką „linków”

73

Czego trzeba uczyć?

• Porozumiewanie się przez sieć– Poczta elektroniczna– Zakupy– Czat– Przesyłanie plików (FTP)

74

Czego trzeba uczyć?

• Tworzenie informacji– Uzupełnianie istniejących baz wiedzy (np.

Wikipedia)– Własne strony www– Wykorzystanie obcych materiałów (tekstowych,

graficznych)

75

Jak uczyć?

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

76

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

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

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

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

A MOŻE INACZEJ?

81

Podstawowe założenie metodologiczne:

Najważniejsze jest uczestnictwo w tworzeniu wiedzy

Temu założeniu podporządkowujemy cały plan uczenia technologii informacyjnej i informatyki w szkole

82

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

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

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

Obliczenia

• Jakieś zestawienia statystyczne uzupełniające informacje pokazywane na stronie

• Wykresy statystyczne

86

Programowanie

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

87

Bazy danych

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

88

Projekty

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

• Zbiorowa witryna całej klasy

89

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

Tematy projektów

• MODA– Aktualności– Znani kreatorzy– Historia ubioru– Przemiany w ostatnich latach

• Np. zmiana „obowiązującej” długości płaszczy zimowych w ciągu ostatnich 20 lat

91

Tematy projektów

• HOBBY• MUZYKA• FILMY• KSIĄŻKI• ….

92

Niebezpieczeństwa

• Prawa autorskie• Dane osobowe• Problem „coś”

93