01 - Počítačové sítě Počítačové sítě představují základní nástroj pro

01 - Počítačové sítě
Počítačové sítě představují základní nástroj pro realizaci komunikace a efektivní využívání a sdílení dat, aplikací a
technických prostředků. Z hlediska jejich geografického rozsahu je lze rozdělit na:
•
•
•
•
PAN (Personal area network) – sítě určené pro osobní potřebu a rozsahem zabírající cca jednu místnost.
Klasickým příkladem může být použití technologie bluetooth.
LAN (Local Area Network) – síť obvykle v rozsahu jedné či několika blízkých budov. Dnes je přesnější hovořit o
síti jedné organizace.
MAN (Metropolitan area Network) – městská síť vytvářející infrastrukturu pro propojení a spolupráci několika
organizací v dané lokalitě.
WAN (Wide Area Network) – síť přesahující geograficky danou lokalitu (město) a umožňující propojení sítí LAN.
Typickým příkladem je Internet.
Z hlediska funkce počítačů v síti rozlišujeme dvě varianty:
•
•
Server – počítač zajišťuje služby pro ostatní stroje (souborové, tiskové, databázové, komunikační
Stanice (klient) – počítač využívá zdroje nabízené servery, sám však do sítě žádné služby nenabízí
Od tohoto členění lze odvodit dva hlavní druhy užívaných sítí:
•
•
Peer to peer - velice levně a snadno se realizují, každý počítač může být server i stanice. Jedná se o
architekturu dříve i dnes použitelnou u malých sítí, dnes však získává novou oblibu s rozvojem služeb na
Internetu.
Klient - server – v síti existují servery a stanice odděleně (sítě s dedikovaným serverem). Tato technologie je
užívána v rozsáhlejších sítích a Internetu.
Označení klient – server se v současnosti používá ještě na úrovni zajišťovaných služeb, kdy se však jedná především o
programové prostředky, nikoliv technické.
Architektura sítí
Architektura sítí je dána použitou topologií a komunikačními protokoly. Topologie je pak jednak fyzická (definuje
prostorové uspořádání sítě), tak logická, která vychází z cesty signálu v síti. Základními topologiemi jsou v současnosti
sběrnice, hvězda, kruh a mříž. Technickými prostředky tvořícími síť jsou:
•
•
Aktivní prvky (aktivně se podílejí na přenosu dat) - síťové adaptery jednotlivých počítačů, směšovače,
přepínače, rozbočovače, opakovače.
Pasivní prvky – kabely, spojky, atd.
Komunikační protokoly definují způsob komunikace mezi jednotlivými komponenty při zajištění chodu sítě a jsou
implementovány jak v síťovém HW, tak v SW . Pro jejich tvorbu a popis byl vytvořen sedmivrstvý model ISO-OSI. Ten byl
prosazován jako standard propojení vzájemně otevřených systémů. Model zachycuje jednotlivé vrstvy zajišťující různé
činnosti nutné pro realizaci spojení a umístěním vrstev vyjadřuje návaznost jednotlivých činností a jejich protokolů na
sebe:
Model ISO/OSI (zdroj http://www.netbook.cs.purdue.edu/figures/f16_1.gif)
Vrstvy 1, 2 a 3 zabezpečují a kontrolují přenos dat. Transportní vrstva zajišťuje paketizaci dat - přenášený soubor rozdělí
na stejně velké části (pakety). Relační vrstva rozhoduje o realizaci spojení, prezentační vrstva provádí kompresi a
překódování dat. Na aplikační vrstvě běží aplikační protokoly, např. e-mail.
Model popisuje cestu dat od uživatele (zcela nahoře) k přenosovému médiu. Stejnou cestu (v opačném směru) pak
absolvují data na počítači příjemce.
Vývoj v oblasti sítí však směřoval k masivnímu využití rodiny protokolů TCP/IP, pro které se používá jednodušší
čtyřvrstvý model:
•
•
•
•
aplikační
transportní
síťová
síťové rozhraní
Porovnání obou modelů je na obrázku.
Porovnání modelů TCP/IP a OSI (zdroj http://fajri.freebsd.or.id/wp-content/uploads/2007/10/tcpip.jpg)
Na úrovni síťového rozhraní se dnes nejčastěji využívá protokol Ethernet. Sítě pak mají nejčastěji hvězdicovou
fyzickou a sběrnicovou logickou topologii. Hvězdicová fyzická topologie je dnes dána především požadavky na
propustnost sítě, kterou lze výrazně zvýšit použitím přepínačů jako centrálních prvků. Ethernet vyniká stochastickým
přístupem zařízení k médiu – síťová karta může vysílat data do sítě pouze v případě, že nevysílá žádná jiná karta a pro
žádnou kartu není zaručeno, kdy a zda vůbec se k vysílání dostane. Pro adresaci se využívá tzv. MAC adresa daná
jednoznačně již výrobcem každému síťovému adapteru. Jiným příkladem protokolu na této vrstvě může být např. FDDI,
ATM nebo Token ring.
Na úrovni síťové vrstvy je nejběžnějším protokolem IP sloužící k přenosu datových rámců. Tento protokol je především
užíván protokoly vyšších vrstev. Kromě něho se však užívají i další protokoly, které bychom mohli označit za služební
(např. ICMP pro kontrolu dostupnosti cílové stanice). Pro adresaci adapterů na této vrstvě se užívá tzv. IP adresa. Pro
její převod na MAC a naopak slouží protokoly ARP a RARP. Dalšími protokoly síťové vrstvy by mohly být např. IPX
(Novell) či NETBEUI (Microsoft).
Transportní vrstva má již podle názvu za úkol dopravit data mezi dvěma počítači v síti. Obvykle je pro tento účel využit
protokol IP, který je doplněn nadřazeným řídícím protokolem TCP nebo UDP. Protokol TCP zajišťuje spolehlivý přenos
dat, jeho nevýhodou je však vyšší režie, která přenosy poněkud zpomaluje. Toto má vliv zejména na multimediální
přenosy. Naopak UDP je protokol nespolehlivý, ale rychlý. Spolehlivost při jeho užití musí být zajištěna na vyšší vrstvě
modelu.
Poslední a nejvyšší vrstvou TCP/IP modelu je aplikační vrstva. Na té již běží protokoly jednotlivých síťových služeb,
jako např. HTTP, SMTP, FTP a další.
Současnost však ukazuje, že ani aplikační vrstva není z hlediska chodu aplikací poslední. Především vzhledem k
obecnému trendu používání osvědčených a vyzkoušených otevřených protokolů se nad otevřenými protokoly známých
služeb (např. HTTP) vytvářejí další vrstvy podle potřeb dané aplikace či nadstavbové služby (např. web services).
Během průchodu dat modelem TCP/IP dochází k jejich úpravě pro přenos:
•
•
•
•
zpráva – samotné sdělení přicházející od aplikace nebo uživatele
paket – rozdělení zprávy na bloky obvykle konstantní délky
rámec – paket doplněný o další informace (kontrol. posloupnost, adresa odesílatele a příjemce, atd.))
datagram – rámec doplněný o údaje nutné pro samotný přenos (např. MAC adresy)
Konkrétní protokoly jsou obvykle zveřejňovány stejně jako další standardy Internetu v některém z dokumentů řady RFC
(Request for Comments).
Slovníček pojmů
•
•
•
•
•
•
repeater - opakovač; upravuje data a impulsy deformované přenosem do původní podoby
bridge - most; obdoba opakovače, odděluje pakety podle adres, tzn. Omezuje zbytečné datové toky
switch – přepínač; obdoba bridže s více porty pro připojení více segmentů sítě; přepíná a směruje pakety na 2.
vrstvě modelu ISO-OSI s využitím MAC adres
router – směrovač; směruje pakety na 3. vrstvě ISO-OSI s využitím IP adres
gateway - brána; tvoří rozhraní mezi dvěma sítěmi, často s odlišnou architekturou
zpráva > paket (mívají konstantní délku) > rámec (paket + doplňkové prvky (kontrol. posloupnost, adresa atd.))
Z hlediska použitých přenosových médií je dnes zejména v sítích LAN rozšířena tzv. kroucená dvoulinka (TP), dále
optická vlákna a stále častěji se uplatňují i bezdrátové přenosové technologie (zejména sítě standardu Wi-Fi).
02 - Sítě s TCP/IP
Adresace v sítích s TCP/IP
V uvedených sítích závisí formát adresy na použité verzi IP protokolu, přičemž nejrozšířenější je verze 4 (IPv4) a
postupně nastupuje verze 6 (IPv6). My se budeme věnovat IPv4, kde je adresa dána 4 byty oddělenými tečkami. Ve
verzi IPv6 je adresa 4 x delší. Základním požadavkem na IP adresu stroje je, že je v daný okamžik v Internetu jedinečná.
Konkrétní IP adresu přiděluje správce adresního prostoru (RIPE, ISP nebo správce lokální sítě). Adresa je z důvodu
směrování rozdělena na část adresující síť a část adresující konkrétní adapter (stroj). U adres strojů se v jednotlivých
bytech nepoužívá 0 (slouží k identifikaci sítě), ani 255 (slouží k hromadné adresaci). Místo rozdělení udává tzv. maska
sítě, 4B údaj mající ve dvojkové interpretaci jedničky tam, kde jednotlivé bity reprezentují adresu sítě a nuly tam, kde jde
o bity, které jsou součástí adresy stroje. Částečně z historických důvodů rozeznáváme několik tříd IP adres:
Třída
Rozsah adres
Maska sítě
Poznámka
A
000-126.x.x.x
255.0.0.0
128 sítí, 16 777 216 adres v každé
B
128-191.x.x.x
255.255.0.0
16 386 sítí, 65536 adres v každé
C
192-223.x.x.x
255.255.255.0
2 097 152 sítí, 256 adres v každé
D
224-239.x.x.x
255.0.0.0
Skupinové adresy pro multicast
E
240-254.x.x.x
255.0.0.0
Speciální a experimentální
Toto dělení však s příchodem tzv. beztřídního směrování ztratilo smysl. Kromě uvedených tříd lze dále rozlišit následující
významné adresy:
Lokální
127.x.x.x
255.0.0.0
Vnitřní adresa adapteru (loopback)
Neveřejné
10.x.x.x
255.0.0.0
Adresy pro lokální použití
Neveřejné
172.16.x.x
255.255.0.0
Adresy pro lokální použití
Neveřejné
192.168.x.x
255.255.0.0
Adresy pro lokální použití
Broadcast
(všesměrová
adresa)
x.x.255.255
255.255.0.0
Adresa mající jedničky v části označující
stroj. Data přijímají všechny stroje v dané
síti (příklad pro síť třídy B).
Adresa sítě
x.x.0.0
255.255.0.0
Adresa mající nuly v části označující stroj
(příklad pro síť třídy B).
Adresa stroje
x.x.x.x
255.255.255.255
Adresa zcela konkrétního stroje
Dnes je adresový prostor téměř vyčerpán. Organizace ICANN jako správce adresního prostoru odhaduje vyčerpání
všech dostupných adres cca do roku 2012. Proto je kladen značný důraz na šetření těchto adres a to zejména jejich
dynamickým přidělováním pouze v okamžiku reálné potřeby (např. pomocí služby DHCP) a využitím tzv. adresního
překladu. Adresní překlad umožňuje adresovat počítače uvnitř LAN libovolnými IP adresami, které pak brána mezi LAN a
Internetem tzv. překládá na jedinou veřejnou IP adresu (obvykle přiřazenou právě bráně). Tento postup se označuje jako
NAT (Network address translation). Pro adresaci vnitřní sítě se obvykle využívají tzv. neveřejné adresy (viz výše v
tabulce), které by se ve veřejném Internetu neměly používat.
Domény
Číselná IP adresace odráží fyzickou strukturu sítě a její propojení. To však běžného uživatele obvykle nezajímá a jde pro
něj o obtížně zapamatovatelné údaje. Proto se dnes v hojné míře používá systém doménových jmen, který naopak
odráží strukturu logickou (především podle vlastníků sítí). Vztah mezi oběma formami adres není však zcela
jednoznačný: jedné číselné adrese může být přiřazeno více doménových jmen. Naopak platí, že v drtivé většině případů
odpovídá jedno doménové jméno jedné IP adrese. To umožňuje označovat počítače podle názvu služby, kterou do
Internetu nabízejí (např. výše uvedený stroj poskytuje službu WWW a FTP a může být tedy označován i
jakowww.fm.vse.cz nebo ftp.fm.vse.cz). Označování počítačů podle nabízených služeb je nepsaným internetovým
standardem usnadňujícím zapamatování adresy. Např. pokud se chceme připojit na www server firmy Ford, velmi
pravděpodobně ho najdeme na adrese www.ford.com.
Pro navázání spojení a přenos dat se však vždy využívá pouze číselná adresa. Proto je nutné doménová jména
převádět na číselné adresy a někdy i naopak. Tuto činnost zajišťuje služba DNS (Domain Name Service). Překlad je
řízen obsahem tzv. zónových souborů, které definují doménová jména pro konkrétní IP adresy, případně naopak:
Zónový soubor obsahuje standardní hlavičku, definující odkaz na správce a tzv. timeouty, tedy časy, po kterých např.
vyprší platnost těchto záznamů při potížích v síti. Podstatných z hlediska překladu adres je především posledních pět
řádků. Na prvním z nich je definováno, který server služby DNS (tzv. jmenný server, name server, proto označení „NS“)
bude celou doménu spravovat (zde server se jménem „localhost“). Označení „IN“ definuje internetový formát adres
(především z historických důvodů). Následující řádek definuje pro adresu 127.0.0.1 jméno „localhost“, „A“ pak říká, že
jde o tzv. autoritativní záznam, tedy, že server služby DNS, řídící se tímto zónovým souborem, je oprávněn příslušný
překlad provést a jeho odpověď je spolehlivá. Pod ním jsou dva řádky definující, kam bude pro stroj uvedený výše
zasílána jeho elektronická pošta (typ záznamu „MX“). S prioritou 10 (tedy vyšší) bude pošta zasílána přímo na stroj
„localhost“. V případě jeho nedostupnosti bude zaslána na stroj “mail“, který by měl zaručit její další zpracování (obvykle
tím, že po určité době se opět pokusí o doručení na stroj „localhost“ a pokud nebude dostupný, poštu po určité době
smaže). Poslední řádek pak definuje pro adresu „localhost“ (tedy prakticky pro 127.0.0.1) další doménové jméno „www“,
tzv. přezdívku, přičemž typ záznamu je uveden jako „CNAME“. Tento princip umožňuje správci sítě operativně reagovat
na události a změny v konfiguraci sítě (pouhým přepisem zónového souboru může např. přezdívku „www“ přiřadit jinému
stroji a tím prakticky přesměrovat provoz služby WWW, protože je vžitým zvykem definovat doménová jména podle typu
služby, kterou daný stroj zajišťuje či nabízí).
Protože je zajištění DNS pro chod sítě klíčovou záležitostí, má každá doména kromě svého základního serveru DNS
(tzv. primárního) i jeden nebo více serverů sekundárních, jejichž zónové soubory se však netvoří „ručně“, ale jsou
automaticky načítány ze serveru primárního v zadaných časových intervalech.
Jak již bylo uvedeno služba DNS je realizována prostřednictvím serverů, z nichž každý má na starosti pouze svou
doménu. Jedná se tedy o hierarchické uspořádání, přičemž nejvyšší doménou je doména „.“, kterou spravuje 13
kořenových jmenných severů se stejným obsahem, rozmístěných po celém světě pro lepší dostupnost a vzájemné
zálohování. Pod touto doménou následují tzv. domény první úrovně (top level domains, TLD). Kromě některých
vybraných se jedná o jména definovaná podle kódu příslušného státu (např. cz). Výjimku tvoří domény vzniklé ještě před
masovým rozšířením Internetu mimo prostor USA (gov, com, mil, edu, …) a další nadnárodní domény (net, org, cc, biz,
info, eu, …). V uspořádání následují domény druhé úrovně spravované obvykle určitou organizací nebo zájmovou
skupinou. Další úrovně jsou pak již zcela v režii této organizace a počet úrovní není omezen. Na všech úrovních platí, že
existuje správce DNS, který na této úrovni a pro danou doménu zajišťuje správu DNS a též příslušné jmenné servery pro
doménu, zajišťující zejména odkazy na jmenné servery podřízené úrovně a definici konkrétních jmen strojů pod danou
doménou.
Např. označení beta.fm.vse.cz označuje počítač BETA umístěný ve jmenné doméně CZ, v ní v doméně druhé úrovně
VSE (označující konkrétní organizaci, která ji rovněž vlastní) a v ní v poddoméně FM (část organizace). Při navazování
spojení je po zadání doménového jména cíle vyvolána služba DNS, která zkonvertuje jmenný tvar adresy na číselný a s
takto získanou adresou naváže spojení.
Směrování paketů
Rozdělení adresy na část sítě a stroje je nutné pro proces směrování paketů. Ten zajišťují směrovače (routery), na které
jsou prostřednictvím portů (nejčastěji TP) připojeny jednotlivé sítě, mezi kterými mají být předávány pakety. Směrovač na
základě údajů ze směrovací tabulky a podle adresy příjemce paketu určuje, na který port bude příslušný paket odeslán.
Podoba směrovací tabulky se může lišit, její základní podobu vidíte dále:
Adresát
Brána
Maska
Příznak
Metrika
Rozhraní
10.1.1.0
*
255.255.255.0
U
0
eth0
10.90.0.0
*
255.255.0.0
U
0
eth1
169.254.0.0
*
255.255.0.0
U
0
eth2
224.0.0.0
*
240.0.0.0
U
0
eth0
Default
10.90.0.1
0.0.0.0
UG
0
eth1
Základními údaji tedy jsou IP příjemce (adresát). Obvykle však nejde o označení konkrétního stroje (i když i to je možné),
ale o označení celé sítě. Proto je tento údaj nutné brát v úvahu společně se síťovou maskou (maska), případně
označením rozhraní (portu), na kterém je daná síť připojena. První řádek tak definuje síť třídy „C“ z neveřejného rozsahu,
umožňující přidělení až 254 adres jednotlivým strojům (mimo „0“ pro označení celé sítě a „255“ pro všesměrové
adresování). Síť je připojena na port „eth0“. Pokud na směrovač přijde paket, je jeho cílová adresa ověřována proti údaji
v prvním řádku tabulky (tedy zda je cílový počítač ze sítě, pro kterou tento řádek definuje směrování). Pokud identifikace
uspěje, je paket předán na příslušné rozhraní, pokud ne, je postoupeno k dalšímu řádku tabulky. Směrovač si dále pro
vlastní potřebu udržuje údaj o dostupnosti uvedené sítě, a to v atributu „příznak“. Hodnota „U“ označuje dostupnou a
funkční síť. Velmi podstatným údajem je tzv. „metrika“ určující „vzdálenost“ daného cíle nejčastěji v počtu uzlů, kterými
bude paket muset projít, aby byl doručen příjemci. Hodnota „0“ tak označuje přímo připojenou síť.
Podle tohoto návodu je možné interpretovat i další řádky tabulky. Určitou výjimkou je poslední řádek, definující způsob
zacházení s pakety, kde příjemce nelze identifikovat s žádným z předchozích řádků v tabulce. V takovém případě jsou
pakety obvykle předány nadřízenému směrovači s důvěrou, že on se o jejich doručení postará. Pak tento nadřízený
prvek pracuje jako brána (gateway, zde navíc default gateway – přednastavená brána) do dalších sítí. Proto je také v
tabulce vyplněno pole „brána“, a to právě adresou tohoto nadřízeného směšovače (pro přímo připojené sítě je toto pole
vyplněné pouze hvězdičkou).
Směrovací tabulka může být (zejména pro malé sítě) definována „ručně“ přímo správcem. V rozsáhlých sítích by však
tento postup nebyl efektivní a do značné míry by omezil adaptivní schopnosti sítě reagovat na změnu konfigurace (např.
poruchy či zprovoznění nových spojů a sítí). Proto směšovače vzájemně komunikují pomocí speciálních protokolů (RIP,
OSPF, BGP, …) v daných intervalech a informují se o změnách v síti. Toto umožňuje (zvláště s pomocí adaptivní úpravy
metriky) efektivně směrovat pakety podle aktuálního stavu a zatížení sítě.
URL
Při využití Internetu se však setkáváme nejen s nutností označovat počítače, ale i další objekty. Velmi brzy se tak objevila
nutnost sjednotit různá označení v Internetu, vznikl univerzální identifikátor zdrojů (Uniform Resource Locator, URL).
URL v sobě zahrnuje vše, co bylo zatím uvedeno o internetové adresaci a dále ji rozšiřuje.
Pod odstavcem je uveden zápis URL, který bude nyní rozebrán. Jednotlivé logické části URL jsou uzavřeny do
hranatých závorek (do URL se nakonec nezapisují), které rovněž naznačují, že uvedená část URL je volitelná a nemusí
být v konkrétním případě použita. Použité speciální symboly jsou součástí URL a musí být použity při použití dané části
URL:
[protokol://] [jméno[:heslo]@] [server]:port]/cesta/[soubor][#místo_v_souboru][?param]
•
•
•
•
•
•
•
Protokol – označení způsobu komunikace, který musí být použit pro získání zdroje (nejčastěji HTTP, což je
protokol pro přenos dat služby WWW).
Jméno a heslo – pokud přístup ke zdroji není veřejný, je nutno zadat identifikaci, která přístup umožní (obvykle
chybí, protože komunikujeme s veřejnými zdroji).
Server – doménové nebo číselné označení cílového počítače, na němž se zdroj nachází
Port – číslo brány na cílovém počítači, přes kterou se má komunikace uskutečnit (hlavní služby mají brány
přidělené, např. WWW má port 80, takže obvykle není nutné uvádět).
Cesta a soubor – cesta adresářovým stromem ke konkrétnímu zdroji (souboru) a název tohoto zdroje (souboru).
Místo_v_souboru – označení konkrétního místa v cílovém souboru, od kterého má být soubor zobrazen.
Param – doplňkové parametry předávané cílovému počítači od uživatele (slouží např. pro definice výběrových
podmínek v databázi).
Příklady URL :
•
http://www.fm.vse.cz
•
•
•
•
•
•
www.seznam.cz
ftp.fm.vse.cz/spolecne/text.txt
mailto://[email protected]
http://208.136.175.52/avi/index.htm
ftp://ftp.ripe.net/ripe/hostcount/History
telnet://[email protected]
03 - Bezdrátové sítě
Bezdrátové počítačové sítě zaznamenaly v poslední době značný rozmach a to především díky nízkým cenám
komponentů a možnosti využívat radiové frekvence v rámci tzv. generálního povolení. To v současné době platí pro sítě
pracující v pásmu 2,4 GHz a 5 GHz.
Bezdrátové technologie zasahují prakticky do všech typů počítačových sítí od PAN až po WAN. V následujícím textu
budou představeny nejčastěji užívané technologie.
IrDA
Uvedená zkratka označuje zařízení pro přenos dat infračerveným paprskem (Infrared Data Association). Jedná se
vlastně o nejstarší formu bezdrátové komunikace nevyužívající radiové vlnění. Myšlenka vzešla z principu dálkových
ovladačů a podle nich má tento přenos i dosah (cca 1-2 m). Pro uskutečnění spojení je nutná přímá viditelnost obou
zařízení. Přenosová rychlost se pohybuje v širokém rozmezí 2,4 kb/s – 16 Mb/s podle použité technologie. Obecně lze
říci, že rychlost běžně dostupných zařízení zhruba odpovídá rychlosti sériových portů v počítači (cca 115 kb/s).
ZigBee
Tato technologie je prvním příkladem radiových bezdrátových sítí. Je definována standardem IEEE 802.15.4 a umožňuje
propojení až do vzdálenosti stovek metrů, přičemž koncové body nemusí díky možnosti zřetězení uzlů mít mezi sebou
přímou viditelnost. Vzhledem k zaměření na nízkou spotřebu energie mohou být cílovými aplikacemi především
průmyslová řešení a oblasti svázané s IT pouze částečně (např. spotřební elektronika, zabezpečovací technika). Sítě
ZigBee pracují ve volných pásmech 858 MHz, 902–928 MHz a 2,4 GHz a umožňují dosáhnout rychlosti přenosu až 250
kb/s.
Bluetooth
Technologie Bluetooth byla vytvořena pro realizaci komunikace mezi jednotlivými počítačovými komponenty v rámci cca
jedné kanceláře, aby nebylo nutné vytvářet propojovací vedení a byla zachována vysoká míra flexibility. Jedná se tedy o
nástroj tvorby PAN umožňující vytvářet malé sítě typu peer-to-peer. Je definována standardem IEEE 802.15.1 a pracuje
v pásmu 2,4 GHz. Poslední verze 2.0 pracuje s přenosovou rychlostí 2,1 Mb/s.
Zařízení pro Bluetooth lze dělit podle jejich dosahu do tří tříd:
Třída
Dosah
1.
100 m
2.
10 m
3.
1m
Obvykle se nepředpokládá užití jiné antény, než vestavěné. Zařízení bluetooth jsou užívána pro připojení periferií (např.
tiskáren), ale i v oblasti osobní komunikace (sluchátka, mikrofon).
Wireless USB
Dalším ze standardů pro sítě PAN je Wireless USB definovaný jako IEEE 802.15.3. Jedná se o nepříliš rozšířenou
technologii s dosahem v řádu metrů, ale s přenosovou rychlostí až 480 Mb/s (USB 2.0). Sítě WUSB pracují v pásmu od
3,1 do 10,6 GHz.
Mobilní komunikace
Sítě GSM (Global System for Mobile Communications) jsou již velmi dobře známé a užívané v oblasti mobilních
telekomunikací. Z hlediska datového propojení má význam související protokol GPRS (General Packet Radio Service).
Sítě GSM pracují ve třech frekvenčních pásmech a to 900, 1800 a 1900 MHz.
GPRS
Přenosové možnosti GPRS přímo vycházejí z mechanizmu tzv. time slotů. Jedná se o časové úseky, které jsou
vyčleněny na příslušné komunikační frekvenci pro přenos dat. Protože frekvence je pouze jediná, musí nutně docházet
ke střídání vysílání a příjmu dat. Nejčastější konfigurace jsou pak 4+1 slot (4 pro download, 1 upload) nebo 3+2 (3
download, 2 upload). Podle konkrétního uspořádání se pak GPRS zařízení dělí do několika tříd. Běžné mobilní telefony s
4+1 slotem jsou tak např. ve třídě 8. Na rychlost přenosu má vliv ještě princip kódování dat označovaný zkratkou CS
(Coding Scheme) a číselnou hodnotou 1 – 4 s přenosovou rychlostí na time slot 8 – 20 kb/s. Přenosová rychlost zařízení
s konfigurací 4+1 a kódováním CS-4 je 80 kb/s pro download a 20 kb/s pro upload dat.
EDGE
V současnosti se začíná uplatňovat i technologie EGPRS (Enhanced GPRS) někdy označovaná jako EDGE (Enhanced
Data rates for GSM Evolution). Ta umožňuje dosáhnout přenosových rychlostí až 59,2 kb/s na jeden time slot. Běžná
zařízení tak mohou stahovat data rychlostí až 236,8 kb/s, přičemž teoretické maximum pro 8 time slotů je 473,6 kb/s.
3G
Sítě tzv. třetí generace zahrnují několik standardů. Společná je však pro ně snaha o dosažení vyšších přenosových
rychlostí a spolehlivosti přenosu, aby je bylo možné užít pro přenos multimedií. Jedním z používaných standardů je
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Tato síť umožňuje běžně dosahovat rychlostí až 384 kb/s. Je
však potřeba mít příslušné koncové zařízení, které není stejné jako pro sítě GSM, protože pracuje v pásmu 2 GHz.
MBWA
Mobile Broadband Wireless Access je další, dosud vývojovou technologií pro mobilní zařízení. Je definováno normou
IEEE 802.20 a hlavním cílem je dosáhnout přenosové kapacity srovnatelné s tzv. rychlým Internetem a to pro pohybující
se koncové zařízení. Systém má pracovat v licencovaném pásmu 3,5 GHz a dosahovat min. rychlosti 128 kb/s pro
pohybující se zařízení.
Wi-Fi
Zkratkou Wi-Fi (Wireless Fidelity, parafráze na HiFi) jsou označovány sítě pracující v pásmech 2,4 GHz a 5 GHz určené
pro propojení přímo viditelných koncových bodů a splňující některý ze standardů IEEE 802.11. Jedná se dnes patrně o
nejrozšířenější standard v oblasti bezdrátové komunikace mimo mobilní tel. sítě. Lépe by však bylo říci, že jde o celou
rodinu standardů s různými přenosovými rychlostmi a frekvenčním pásmem:
Standard
Pásmo [GHz]
Maximální rychlost
[Mb/s]
IEEE 802.11 původní
2,4
2
IEEE 802.11a
5
55
IEEE 802.11b
2,4
11
IEEE 802.11g
2,4
54
IEEE 802.11n
2,4 nebo 5
540
Frekvenční pásma 802.11 (zdroj http://cs.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi )
Struktura Wi-Fi sítí je odvozena podle účelu, který mají splnit. V podstatě se provozují dvě základní struktury:
•
•
Ad-hoc sítě propojují pouze dva koncové body způsobem peer-to-peer.
Infrastrukturní sítě propojující více koncových bodů s jedním centrálním prvkem, tzv. přístupovým bodem
(Access Point, AP). Přístupový bod může být umístěn např. u ISP a jeho prostřednictvím mohou k Internetu
přistupovat jednotliví uživatelé. Toto je také dnes velmi užívané uplatnění Wi-Fi (realizace tzv. „poslední míle“
připojení uživatelů). Přístupové body mohou být konfigurovány jako bridge nebo router, rovněž mohou sloužit
jako repeatery a předávat si signál mezi sebou.
Bezpečnost Wi-Fi
Bezpečnost bezdrátových sítí je velmi podstatná. Je potřeba si uvědomit, že sítě nejsou v základním režimu nijak
chráněny. Mohou být bez problémů odposlouchávány a zneužívány (např. tzv. krádežemi konektivity, tedy kapacity
spojení, neoprávněným připojením do dané sítě). Proto existuje několik stupňů zajištění.
Zřejmě nejprimitivnějším je utajování příslušného označení sítě SSID. To je jinak periodicky vysíláno, aby uživatelé
měli možnost zjistit, jaké sítě se v jejich blízkosti nacházejí. To lze však zrušit a uživatelé pro připojení do sítě musí její
SSID znát. Protože se však veškerá komunikace včetně přenosu SSID děje bez zabezpečení, je možně SSID „odchytit“
odposlechem.
Poněkud vyšší bezpečnost přináší kontrola MAC adres koncových bodů. AP tak může mít seznam oprávněných MAC
adres (tj. koncových zařízení), které se smí do sítě připojit. Ani tady však není míra zabezpečení příliš velká, protože
podobně jako u předchozího řešení i zde lze komunikaci sledovat a oprávněné MAC adresy tak zjistit. Následně existují
možnosti, jak svou MAC adresu „maskovat“ adresou oprávněnou (např. OS Linux obsahuje takový nástroj standardně,
doinstalovat jej lze i do MS Windows).
Prvním skutečným zabezpečením je užití WEP (Wired Equivalent Privacy). Jedná se o šifrování komunikace
symetrickým šifrováním s klíčem ručně nastaveným na obou koncových zařízeních. Bohužel však nedokonalostí
protokolu je možné tento klíč speciálními programy prolomit.
Ještě vyšší míru zabezpečení poskytuje standard WPA (Wi-Fi Protected Access). Jedná se opět o symetrické
šifrování, avšak na rozdíl od WEP jsou klíče dynamicky obměňovány. Správa a přidělení oprávnění k přístupu do sítě se
děje na základě užití stejné tzv. heslové fráze ( PSK - Pre-Shared Key) nebo pomocí autentifikační technologie RADIUS
(Remote Authentication Dial In User Service).
Prozatím nejvyšší stupeň bezpečnosti přináší užití WPA2, užívající šifrování AES (Advanced Encryption Standard).
Konstrukce Wi-Fi sítí
Koncová zařízení Wi-Fi mají dnes nejrůznější podobu od samostatných klientů, přes zásuvné karty až po USB řešení,
přičemž cena těchto produktů je velmi nízká. To způsobilo, že vlastní Wi-Fi síť může dnes provozovat prakticky kdokoliv,
kdo o to má zájem. Běžní uživatelé však obvykle nedisponují informacemi a znalostmi o zásadách budování podobných
sítí, což způsobuje zahlcení frekvenčního pásma a snižuje jeho propustnost.
Komunikace v jednotlivých pásmech je rozdělena do kanálů, kterých je např. v pásmu 2,4 GHz 13. Kanály jsou od sebe
frekvenčně posunuty, ale částečně se překrývají, což znamená, že reálných a oddělených kanálů je podstatně méně
(cca 3). Kromě čísla kanálu je pro navázání spojení rozhodující i polarizace antény, tedy její natočení (horizontální nebo
vertikální). Protože se obě polarizace neruší, je možné na daném kanále provozovat v jedné oblasti dvě sítě s různou
polarizací. Identifikace jednotlivých spojení či sítí je prováděna na základě jejich textového označení SSID (Service Set
Identifier). V případě existence více sítí na jediném kanále je nutné provést další opatření k tomu, aby nedocházelo k
jejich vzájemnému ovlivňování a rušení. Základním nástrojem je zde usměrnění vysílaného signálu do určitého směru.
Kromě tzv. všesměrových antén se proto užívaní i antény směrové a sektorové (usměrňující signál do sektoru o dané
úhlové velikosti, např. 90 stupňů). Užitím směrování signálu lze významně zvýšit počet sítí sdílejících jeden frekvenční
kanál a polarizaci v dané lokalitě.
Kromě směrování signálu lze využít i regulaci vysílacího výkonu, kterou současná zařízení běžně nabízejí, a tím snížit
nežádoucí šíření mimo předpokládaný spoj. Vysílacím výkonem je nutné se též zabývat v souvislosti s dodržováním
generálního povolení, které stanovuje jeho maximální hodnotu. Většina zařízení tuto hodnotu bez problémů splňuje,
avšak pouze s k nim dodávanými anténami. Při použití úzce směrových antén je proto nutné tento výkon snižovat.
WiMAX
Standard IEEE 802.16 označovaný jako WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) je považován za
možného následníka technologie Wi-Fi při budování venkovních metropolitních bezdrátových sítí. Doposud byly
definovány standardy 802.16 (pásmo 10 - 66 MHz, požadována přímá viditelnost), 802.16a (2 – 11 GHz, bez přímé
viditelnosti). Zdroje hovoří o přenosové rychlosti až 70 Mb/s a dosahu cca 70 km. Standard 802.16e je zaměřen na
mobilní zařízení s rychlostí pohybu až 160 km/h a je vyvíjen především firmou Nokia.
S technologií WiMAX přichází i nový systém zajištění bezpečnosti. Používán je protokol PKM (Privacy Key Management)
používající dvě úrovně klíčů a asymetrické i symetrické šifrování.
Další technologie
Ani Wi-Fi však výčet bezdrátových technologií pro tvorbu sítí nemusí končit. Především jsou zde další radiové
technologie určené zejména pro realizaci páteřních sítí jednotlivých ISP a pracující v licencovaných frekvenčních
pásmech.
Za zmínku též stojí technologie založená na vysílání infračerveného paprsku, která byla úspěšně nasazena v praxi na
vzdálenosti v řádech stovek metrů. Výhodou je dokonalá směrovost a nezávislost na radiovém pásmu, nevýhodou pak
značná citlivost na povětrnostní vlivy a rušivé záření.
Služby Internetu
Službou Internetu označujeme obvykle spojení technických a programových prostředků spolu s definovaným
komunikačním protokolem, zajišťujících zpřístupnění a manipulaci určitých informací a dat. V Internetovém prostředí je
služba prakticky vždy realizována pomocí technologie klient – server (zde však nikoliv ve významu hardwarovém, ale
softwarovém; klient i server jsou programy běžící na vybraném HW).
Klient – server technologie
Princip uvedené technologie spočívá v rozdělení softwaru pro zajištění služby na dvě části:
Technologie klient - server
•
•
Server – program běžící na stroji v Internetu, který zpracovává požadavky přicházející od klientů a vrací jim
výsledky tohoto zpracování. Pokud má být služba dostupná, musí být server trvale připojen k Internetu.
Klient – program obvykle běžící na stroji uživatele, který je schopen konvertovat požadavky od uživatele do
podoby srozumitelné serveru služby a výsledky zpracování opět převést do podoby vhodné pro uživatele.
Klientský počítač nemusí být trvale připojen.
Uvedené programy obvykle pracují na různých (často velmi geograficky vzdálených) počítačích, které komunikují
prostřednictvím Internetu tak, jak je ukázáno na následujícím obrázku:
S jedním serverem obvykle komunikuje celá řada klientů. Z obrázku je rovněž vidět, že na jediném počítači může
pracovat více serverů různých služeb. Proto je každá služba charakterizována bránou (portem), což je číselný údaj
udávající, se kterým serverem (službou) chceme na daném počítači komunikovat. Porty s čísly do 1024 jsou tzv.
privilegované, vybrané porty do cca 10 000 jsou užívány některými dalšími službami, porty do 65535 jsou volné pro další
užití. Standardní služby mají čísla portů trvale přidělena a nemusí se proto uvádět. Je také vidět, že na jednom stroji
může běžet klient i server současně.
Přehled služeb
Služby v Internetu jsou definovány stejně jako další standardy v dokumentech RFC (např. RFC 896 definuje mail).
Služby Internetu lze rozdělit podle různých kritérií. Zde v tabulce je uvedeno členění podle účelu. Uvedený výčet není a
nemůže být úplný, Internet patří k nejrychleji se rozvíjejícím médiím a nabídka se mění prakticky každý den; zde
uvedené služby patří k všeobecně uznávaným a užívaným:
Kategorie
Název
Protokol
Port
Poznámka
Všeobecné
Telnet
Telnet
23
Terminálový přístup ke vzdálenému počítači. Je k dispozici jeho
obrazovka, myš a klávesnice.
SSH
SSH
22
Zabezpečený terminálový přístup ke vzdálenému počítači.
Ping
ICMP
7
Pošle speciální paket ke vzdálenému počítači, ten se „odrazí“ a vrátí
Služební
v případě, že cílový počítač pracuje.
Finger
FINGER
79
Zjištění uživatelů na vzdáleném stroji. Často bývá zakázána.
Trace
ICMP
7
Znázornění cesty paketů Internetem. Vypisuje všechny uzly sítě,
přes které pakety prochází k cílovému počítači.
DNS
DNS
42, 53 Konverze adres (číselný <>jmenný tvar)
BOOTP,
BOOTP
67,68
Protokoly pro automatické nastavování internetových parametrů
počítačů v lokální síti (především IP adresa). Jejich použití (hlavně
DHCP) výrazně usnadňuje správu lokální sítě a šetří adresní
prostor.
správa sítě SNMP
161
Vzdálený monitoring a management aktivních prvků sítě (routery,
servery, koncové stanice, …)
správa
času
NTP, SNTP
123
Šíření přesného času Internetem, podle něho lze nastavovat lokální
počítače.
LDAP
LDAP
389
Vzdálená autentifikace uživatelů.
NFS
NFS
2049
Sdílení diskové kapacity mezi servery (především s operačním
systémem unixového typu). Obdoba sdílení složek ve Windows.
Samba
NETBIOS
137,
138,
139
Sdílení disků na počítači s OS Unix (Linux) s počítači s OS Windows
(lze použít oběma směry)
E-mail
SMTP,
SMTPS,
POP3,
POP3S,
IMAP
25,
465,
110,
Elektronická pošta a služby na ní navazující.
Listserv
Jako mail
25,
110
Elektronické konference. Rozšíření elektronické pošty.
NetNews
NNTP
119
Elektronické nástěnky (noviny). Podobné konferencím, ale technicky
jinak realizované.
517
Přímá komunikace dvou uživatelů pomocí textových zpráv (na
strojích s OS UNIX).
DHCP
Diskové
Asynchronní
komunikace
Synchronní
komunikace
Talk
995,
220
IRC, chat
IRC
194
Skupinová přímá komunikace. Probíhá v zájmových skupinách
(kanálech, místnostech).
Informace o
uživatelích
Whols
WhoIs
63
Databáze uživatelů Internetu, spravovaná síťovými koordinačními
centry (NCC). Udržuje informace o registrovaných uživatelích
(především organizacích).
Získávání
softwaru
FTP
FTP
21
Přenos souborů. Používán jak pro anonymní šíření souborů a
programů (přihlašování jménem „anonymous“), tak pro autorizovaný
přístup s přiděleným jménem a heslem
Informační
zdroje
TFTP
TFTP
69
Trivial FTP, protokol užívaný pro startování bezdiskových stanic ze
sítě.
Gopher
GOPHER
70
Předchůdce WWW. Služba založená na předkládání textových
nabídek (menu) uspořádaných do nabídkového stromu. Gopher
přinesl některé principy, na kterých byla poté vytvořena služba
WWW. Zde uvedena pro úplnost.
WWW
HTTP,
HTTPS
80,
443
Dnes nejrozšířenější služba Internetu a spolu s elektronickou poštou
také nejpoužívanější, Na jejím základě (stejný protokol a klient) jsou
přístupné další stovky služeb, které tak mají tzv. bránu do prostředí
WWW. Může jít i o výše prezentované služby.
World Wide Web
Služba WWW se na scéně Internetu objevila začátkem 90. let. Jejím autorem je Tim Berners-Lee, který při jejím návrhu
vyšel ze starší služby nazývané Gopher. Jednalo se především o :
•
•
•
•
•
•
•
Distribuovanost – služba je postavena na existenci nezávislých serverů v síti, přičemž každý si udržuje vlastní
informační obsah.
Jednotné uživatelské prostředí – uživatel prochází systémem serverů, přičemž klient služby (prohlížeč)
zajišťuje jednotný vzhled a chování u všech kontaktovaných serverů.
Jednoduchý protokol pro přenos – přenosový protokol služby WWW je v podstatě textový. To značně
usnadňuje ladění aplikací a podporuje celkovou otevřenost této internetové služby. Protokol se nazývá HTTP
(hypertext transfer protocol).
Jednoduchý jazyk pro popis zdrojů a formátů – WWW používá jako standard formátovací jazyk HTML
(hypertext markup language), případně další doplňky jako např. CSS (cascade style sheets).
Interpretace dat na straně klienta – přesně v duchu principů služby klient – server je klientovi předán pouze
obsah sdělení, případně zhuštěné požadavky na jeho zobrazení. Klient se pak stará o vhodnou interpretaci
uživateli.
Otevřenost – specifikace služby je otevřená a dostupná. Je tak možné ji použít za základ pro vývoj
nadstavbových aplikací a služeb.
Cena – nejméně jeden klient i server služby je k dispozici zdarma. Zejména v oblasti serverů existují
samozřejmě i placené implementace, v oblasti klientů (prohlížečů) se však tato „tradice“ udržuje prakticky
stoprocentně.
Autor WWW se poučil i z nedostatků služby Gopher a přidal ještě další charakteristické rysy:
•
•
•
•
Použití hypertextu jako základního navigačního nástroje – hypertext (nelineární text) je informační struktura
založená na existenci odkazů mezi jednotlivými částmi a celky. Tyto odkazy jsou umístěny přímo v textu a slouží
pro zobrazování detailních informací, souvisejících informací, přechodu k vyšším celkům atd. Vyvolání přechodu
na daný odkaz se děje kliknutím na jeho označení v zobrazeném textu.
Podpora multimedií – WWW podporuje jak multimediální prvky (obrázky, video, zvuk, ..) přímo vkládané do
stránek, tak pouze přenášené protokolem HTTP a interpretované v jiném zobrazovacím programu.
Interaktivita – kromě samotného výběru průchodu stránkami klikáním na vybrané hypertextové odkazy lze
pomocí systému formulářů předávat data i opačným směrem, tedy od uživatele k serveru, který se pak postará
o jejich další zpracování.
Některé prvky bezpečnosti – snaha oddělit lokální zdroje na klientském počítači (především disky) od
síťového prostředí a omezit tak možnosti zneužití.
Samotná činnost služby je založena na schopnosti klienta identifikovat zvolené URL konkrétního zdroje v Internetu,
kontaktovat protokolem HTTP v URL definovaný server služby WWW a předat mu zbylou část požadovaného URL
zdroje. Server naopak musí zajistit nalezení zdroje (WWW stránky), jeho případné další zpracování (pokud se jedná o
on-line generovaný zdroj) a jeho zpětný transport klientovi. Klient pak provede zobrazení výstupu uživateli. Pro server
platí totéž, co v případě elektronické pošty: měl by být trvale připojen do Internetu. Klient může být opět připojen
dočasným spojem.
Služba WWW je v současnosti velmi často využívána nejen pro prosté předávání statických informací, ale také jako
brána (rozhraní) pro přístup uživatelů do dalších služeb Internetu a k dalším údajům. Typickým příkladem může být např.
tzv. webmail, tedy webové rozhraní pro službu elektronické pošty. Mezi takové aplikace lze též zařadit dynamickou
tvorbu WWW stránek na základě dat z databází v pozadí.
Klienti (prohlížeče) WWW
Klienti pro prohlížení WWW stránek pocházejí prakticky z jediné aplikace, která stanovila základní vzhled a chování,
které by prohlížeč měl mít. Touto aplikací byl produkt Mosaic, na základě kterého později vznikl prohlížeč firmy Netscape,
Microsoft se svým Internet Explorerem se na tomto trhu objevil podstatně později, ale s o to větší razancí (v současnosti
je v ČR jednoznačně nejznámější a nejpoužívanější MS IE, ve světě si stále drží ne zcela bezvýznamnou pozici
Netscape). Objevují se i další prohlížeče s nezanedbatelným procentem trhu (Firefox, Opera, …)
Servery WWW
Pro zveřejňování informačních zdrojů a další služby je u služby WWW rovněž nutný server. Toto programové vybavení
se odlišuje podle operačního systému daného počítače (stejně jako prohlížeče na straně uživatele). Významnou roli zde
sehrávají stroje s OS Unix a jeho volně šiřitelným klonem Linux. Pro tuto platformu se nejčastěji používá WWW server
Apache (volně šiřitelný a nejrozšířenější v Internetu). Pro prostředí Windows se užívá IIS (Internet Information Server)
dodávaný Microsoftem, případně opět Apache.
Bezpečnost WWW
Na tomto místě je potřeba konstatovat, že služba WWW (reprezentovaná především svým přenosovým protokolem
HTTP) je ve své podstatě nebezpečná. Nedochází zde totiž k žádnému zabezpečení přenášených dat, komunikace mezi
serverem a klientem probíhá otevřeně. Tato skutečnost samozřejmě poněkud brzdila další rozšiřování WWW především
v oblastech, kdy je nutné předávat citlivé údaje. Proto byl pro zabezpečení přenosu užit standard SSL (Secure Socket
Layer). Jedná se o programovou vrstvu, která je umístěna nad protokolem HTTP a kryptuje data přenášená po síti a
naopak dekóduje data ze sítě přicházející. Tato vrstva je dnes implementována ve všech klientech WWW. Je tak vlastně
vytvořen zabezpečený přenosový kanál mezi klientem a serverem, po kterém lze předávat privátní data bez nebezpečí
prozrazení. Vlastní navázání spojení přes SSL se děje s pomocí tzv. certifikátů, které si klient a server vyměňují. O
existenci zabezpečeného spojení je možné se přesvědčit z URL, ve kterém je místo protokolu HTTP definován
protokolHTTPS.
Cookies
Pojem cookies v souvislosti s WWW neoznačuje sušenky, ale nástroj s jehož pomocí je možné ukládat na lokální disk
uživatele WWW data zvolená serverem WWW. Jedná se zde o částečnou výjimku ze základního pravidla WWW, kterým
je jednoznačné oddělení prostoru Internetu a WWW od prostoru a hlavně dat uživatelského počítače. Tyto prostory by se
z důvodu bezpečnosti měly prolínat co nejméně. Server WWW si tedy může na počítač klienta uložit svá data, která
mohou být potenciálně nebezpečná. Technika cookies umožňuje obejít jednu ze základních vlastností http, kterou je jeho
nestavovost. Každé vyžádání daného URL je samostatnou relací, data se tedy nedají předat mezi dvěma stránkami.
Cookies se tedy používají v případech, kdy je nutné vytvořit vazbu a předávat data mezi několika samostatnými
stránkami. Typickým příkladem je nákupní košík v elektronickém obchodě.
Web cache
Především uživatelé se slabším připojením k Internetu mohou využít nástroj, který načítání dat zdánlivě urychlí. Tím je
tzv. webová cache, tedy vyrovnávací paměť. Princip vyrovnávací paměti se v konstrukci HW a SW objevuje na několika
místech, vždy jde o mechanizmus s „rychlou“ pamětí, do které se ukládají často využívaná data, jinak uložená na
pomalejším médiu. V případě WWW je tímto pomalejším médiem Internet. Cache se proto umisťuje co nejblíže (ve
smyslu propojení a síťové struktury) koncovému uživateli. Při požadavku na dané URL je obsah odpovědi serveru uložen
ve vyrovnávací paměti a při opětovném požadavku se již nekontaktuje vzdálený server, ale odpověď poskytne právě
cache. Služba WWW cache je obvykle realizována speciálním serverem, na který se obrací klient WWW (prohlížeč
uživatele) a který dále komunikuje s WWW servery v Internetu. Základní podobu má v sobě již WWW prohlížeč, ale tato
cache je použitelná pouze pro tento prohlížeč a tedy pro jediného uživatele. V případě realizace pomocí samostatného
serveru jsou data z paměti přístupná více uživatelům (např. všem na LAN). Zařazení cache do komunikačního řetězce
se může dít na pokyn a s vědomím uživatele (nastavením prohlížeče) nebo bez něho automaticky (tzv. transparentní
cache). Jedním z nejznámějších implementací WWW cache je SW Squid běžící na OS Linux.
Užití webové cache má však i svá úskalí. Ta se týkají především práce s dynamickým obsahem, tedy WWW stránkami
generovanými teprve v okamžiku jejich vyžádání. Takovýto obsah lze skladovat jen těžko. V dnešní době se tak užití
vyrovnávací paměti u WWW soustřeďuje především na statické prvky, jako jsou např. obrázky.
Akcelerace WWW
Akcelerace je další možností, jak zdánlivě urychlit přenos WWW dat po pomalejších spojovacích linkách. Princip služby
vychází z možnosti protokolu HTTP preferovat při komunikaci data určitého typu. Klient služby tak sdělí serveru, že
upřednostňuje při komunikaci data komprimovaná některým standardním způsobem (např. pomocí mechanizmu ZIP).
Server (v případě, že to umí a je tato možnost povolena) tedy před odesláním obsahu WWW stránky provede tuto
kompresi, čímž zmenší objem předávaných dat, která tak budou přenesena rychleji. Vzhledem k rychlosti komprese i
dekomprese se pak uživateli jeví přenos jako rychlejší. Zde je však potřeba poznamenat, že tento postup zvyšuje
zatížení WWW serveru a především u vytížených strojů může být zakázán správcem.
Wiki
Nad službou WWW vznikají především v poslední době další služby zaměřené na konkrétní potřeby uživatelů, které se
dnes točí především kolem sdílení dat a informací. Jednou z těchto služeb, které lze pro sdílenou tvorbu informací a
znalostí využít je systém WikiWikiWeb (zkráceně Wiki). S touto koncepcí přišel jako první Ward Cunningham [Cun05] u
stránek Portland Pattern Repository. Název je odvozen od havajského výrazu pro “velmi rychlý”. Jedná se o nástroj
umožňující spolupráci a kooperaci při tvorbě WWW stránek komunitou uživatelů, která je ohraničena pouze společným
zájmem na vytvoření WWW stránek. Hlavním záměrem při návrhu služby bylo především zajistit jednoduchou editaci a
tvorbu obsahu a to prostým přechodem z režimu prohlížení do režimu editace přímo na příslušné stránce. Stránky lze
také kdykoliv dále rozšiřovat a doplňovat. Jednoznačně je upřednostňován obsah stránek (obvykle nestrukturovaný nebo
strukturovaný pouze pro „lidského“ čtenáře) před jejich formou.
Velmi silným a elegantně řešeným prvkem je tvorba nových stránek pouhým uvedením odkazu na ně (i když doposud
neexistují). Tento odkaz může využít další tvůrce a doplnit obsah stránek. Naopak negativním prvkem původní koncepce
je absence bezpečnostních a autorizačních mechanizmů. Vycházelo se tedy z předpokladu, že do stránek zasahuje
pouze ten, kdo je zainteresován na jejich úspěchu, či na dosažení výsledku. Tento nedostatek je odstraněn pouze u
některých implementací. Velkým problémem Wiki je omezená podpora řešení kolizních situací, které vznikají při
úpravách stránek (více uživatelů edituje v jeden okamžik tutéž stránku, ale uloženy budou pouze změny provedené
posledním z nich). Takové problémy vznikají zejména v situaci, kdy Wiki obsahuje málo stránek k editaci a kolize jsou
proto častější. Problém může být řešen pomocí tzv. měkkých (soft) nebo tvrdých (hard) zámků, které jsou rovněž
součástí některých implementací. Měkké zámky uzamykají stránku např. na omezenou dobu, tvrdé až do jejího uložení
(které však nemusí vždy nastat).
Užití Wiki nevyžaduje žádný speciální SW na straně uživatele, používá se klasický webový prohlížeč. Tento postup je
volen zcela záměrně a není ojedinělý. Je založen na správném předpokladu, že uživatel nechce nic nového instalovat a
nejraději pracuje s tím, co dobře zná. Podpora musí však existovat na straně WWW serveru, obvykle jde o webovou
aplikaci psanou v některém skriptovacím jazyce (např. PHP).
RSS
Standard RSS (Rapid Site Summary, RDF Site Summary) byl vytvořen teprve nedávno (cca 2002). Přesto si již získal
široký okruh příznivců. Jde o technologii umožňující uživatelům získávat nejnovější informace z vybraného WWW
serveru. Děje se tak stažením speciálně formátované WWW stránky, která je prostřednictvím prohlížeče RSS následně
prezentována uživateli. Je tedy požadován speciální prohlížeč na straně uživatele, který bývá doplněn ještě o další
funkce užitečné pro tuto službu, jako např. periodická obnova zadaných stránek. Formát stránky vychází ze standardu
XML a jde o verzi RSS 0.91, 1 či RSS2 . V současnosti je definován nový standard této služby označovaný jako ATOM
1.0.
Techniku RSS využívají především jedinci a organizace, jejichž webové stránky mají vysokou dynamiku. Typicky jde o
zpravodajské servery, zprávy o počasí, blogy, atd. Uživatel tak může být mít neustálý přehled o novinkách.
Weblog (blog)
Tzv. blogy si získávají v poslední době stále větší popularitu a jsou dalším zástupcem technologií používajících WWW
jako základ a sloužících k podpoře komunikace a sdílení znalostí a informací. Jedná se webové diskusní fórum
umožňující uživatelům vkládat své příspěvky, případně reagovat na příspěvky ostatních. Užití této technologie je velmi
rozsáhlé od vedení tzv. webových deníčků jednotlivými uživateli přes udržování komunikace mezi omezenou komunitou
(např. přáteli), až po veřejná a obecně přístupná diskusní fóra pro prezentaci názorů a informací.
Z hlediska nutné podpory pro chod služby je situace stejná jako u Wiki: NA straně uživatele není potřeba nic speciálního,
na straně serveru ano (webová aplikace).
Web 2.0
Označení Web 2.0 se vžilo pro poněkud nejasně ohraničenou skupinu nástrojů, služeb a aplikací, mající za svůj hlavní
cíl podporovat komunikaci uživatelů, sdílení informací a dat (včetně multimediálních) a znalostí. Lépe než se snažit o
definici tohoto pojmu je snad uvést služby, které se pod něj zahrnují:
•
•
•
•
•
Blogy – diskusní fóra
Wiki – rychlá WWW prezentace informací
Tagging – označování a komentování (převážně webových) zdrojů
Social networks – podpora vytváření sociálních sítí mezi uživateli WWW
Sdílení multimedií – server YouTube
Na rozdíl od tzv. současného webu, nebo webu 1.0 se web 2.0 vyznačuje značným datovým tokem směrem od uživatelů
k serverům distribuujícím obsah dále do WWW. Znamená to, že na rozdíl od webu 1.0, kde lze rozlišit malou skupinu
tvůrců obsahu a velkou skupinu uživatelů tohoto obsahu, má být u webu 2.0 pouze jedna souhrnná skupina, jejž členové
jak užívají, tak vytvářejí sdílený obsah. Praktické zkušenosti s některými službami zařaditelnými pod web 2.0 však
ukázaly, že přání tvůrců pojmu web 2.0 jsou daleko před skutečným zájmem uživatelů o tento princip a sdílení dat.
Komunikační technologie
Komunikačními technologiemi označujeme všechny nástroje sloužící pro předávání zpráv mezi dvěma či více účastníky.
Těmito účastníky mohou být jak lidé, tak automatizované systémy.
Komunikaci obecně dělíme na komunikaci přímou (synchronní) a nepřímou (asynchronní). Rozdíl mezi nimi je dán
jednak nutnou technickou podporou, ale především rychlostí předávání sdělení. U nepřímé komunikace je využívána
nějaká forma vyrovnávací paměti (např. mailbox) eliminující nutnost příjemce být v okamžiku vzniku sdělení „na příjmu“.
Použité techniky mu umožňují využít tento čas efektivně jinou činností. Naopak u přímé komunikace se předpokládá
možnost přímé interakce „v reálném čase“ mezi účastníky. Obě strany tedy musí být přítomny.
Podle jiného hlediska můžeme přenosové systémy dělit podle jejich schopností přenášet určité druhy zpráv:
•
•
•
•
•
Textový přenos– založen na předávání textových zpráv.
Obrazový přenos – přenos obecných statických grafických prvků či obrazů vytvořených účastníkem.
Zvukový přenos– přenos hlasových či obecně zvukových sdělení.
Videopřenos – přenos sdělení pomocí videotechnologií. Tento způsob většinou zahrnuje rovněž zvukovou
komunikaci.
Sdílení prostředí – sdílení pracovního prostředí (např. programových aplikací na počítači). Tato forma je
typickou formou elektronické datové komunikace.
Přenos sdělení lze kromě výše uvedených charakteristik ještě členit podle dominantního toku zpráv na jednosměrný či
obousměrný. Je potřeba si zde uvědomit, že tok dat není nikdy zcela jednosměrný, proto stále hovoříme o komunikaci.
Mezi typické formy komunikace tak můžeme zařadit klasickou poštu jako nepřímou (z hlediska přenosu jedné zprávy
převážně jednosměrnou) textovou a obrazovou komunikaci, telefonní rozhovor jako příklad přímé zvukové komunikace
(obousměrné), atd. Naopak např. televizní vysílání je příkladem jednosměrného přenosu zpráv založeného na bázi
videotechnologií.
Elektronická komunikace je pak charakterizována podporou předávání sdělení elektronickými nástroji a pomůckami. Z
hlediska technické realizace je možné elektronické komunikační technologie dělit na analogové a digitální. U první
skupiny, která je vývojově starší, je základem přenos analogových signálů. To je po technické stránce jednodušší řešení,
které má blíže k lidskému vnímání, avšak kvalita přenosu je poněkud problematická a z podstaty této technologie plyne
nemožnost zajištění bezchybného přenosu a samotné detekce chyb. Variantou je pak digitální přenos s vyššími nároky
na technické prostředky, ale s možností garance kvality přenosového kanálu. Nutnou podmínkou digitálních přenosů je
však existence digitálního přenosového kanálu s dostatečnou kapacitou, která se liší podle typu sdělení (malá pro text,
velmi značná pro videopřenos).
V současnosti převládají elektronické formy přenosů zpráv a komunikace. S rozmachem datových přenosových sítí (do
nichž řadíme rovněž Internet) se tato elektronická komunikace stále častěji odehrává v digitální podobě, velmi často
prostřednictvím sítě Internet.
Synchronní komunikace a přenosy
Hlavním problémem v případě přímé komunikace je vytvoření kvalitního a trvalého spoje mezi oběma účastníky. Internet
je realizován na principu přepínání paketů, nikoliv celých okruhů a internetové protokoly nejsou přizpůsobeny uvedeným
požadavkům. Nejčastějším problémem je opožděné doručení určitého paketu, což způsobí rušivý výpadek v komunikaci.
Tento problém je možné omezit při zařazení určitého zpoždění, čímž se získá čas na doručení paketu. Rovněž se
používají opravné protokoly minimalizující vliv ztráty paketu na výslednou kvalitu spojení. Díky tomu je dnes možné
přímé internetové komunikační technologie využívat.
Do uvedené kategorie patří dnes především tzv. IP telefonie. Jedná se o klasický princip telefonu (tedy přímé zvukové
komunikace) realizovaný na bázi internetových přenosových protokolů. Lze realizovat různé způsoby IP telefonie a to od
programové aplikace v PC, umožňující spojení na zadanou IP adresu, až k systémům využívaným telefonními operátory,
u kterých již uživatel ani neví, že jeho hovor je veden Internetem. Velmi rozšířenou aplikací této technologie je služba
Skype umožňující telefonování prakticky po celém světě a to i na pevné linky.
Program ICQ
Další možností přímé komunikace, ale v tomto případě převážně textové, je systém nazývaný IRC (Internet Relay
Chat). Komunikace se zde může odehrávat v tzv. místnostech, do kterých mohou vstoupit dva či více účastníků.
Komunikace pak může probíhat mezi všemi těmito účastníky. Nejznámější aplikací tohoto typu je ICQ (www.icq.com).
Uživatel systému zde obdrží bezplatně své identifikační číslo (ICQ number), které mu umožňuje se připojit k systému
ICQ z libovolného místa v Internetu. Pro použití služby je nutná instalace aplikace (zdarma šířené, viz. obrázek) nebo je
možné využít on-line přístup přes webovou stránku.
Pokročilejší techniky přímé komunikace lze nalézt např. v produktech firmy Microsoft, jakými je např. ve Windows XP
systém Messenger nebo starší NetMeeting. Jedná se o komplexní aplikace umožňující uživateli využít prakticky
všechny formy komunikace od textové až po sdílení prostředí (v tomto případě aplikací ve Windows). Komunikace se
uskutečňuje realizací spojení na konkrétní počítač, jehož uživatel má možnost rozhodnout o přijetí či nepřijetí spojení.
Pro snazší orientaci a vyhledávání partnerů existuje možnost nepovinné registrace na některém adresářovém serveru.
Program umožňuje rovněž sdílení aplikací běžících ve Windows. Oba komunikující uživatelé tak mají možnost sdílet
přístup do aplikace běžící na počítači jednoho z nich a to včetně ovládání myši a klávesnice. V produktu Netmeeting je
možná rovněž skupinová komunikace, je však potřeba mít na paměti určitá omezení jako např. možnost audio či video
komunikace pouze s jedním členem skupiny, přičemž ostatní ji mohou pouze sledovat a nemohou do ní zasáhnout.
Navazování spojení se uskutečňuje na zadanou e-mailovou adresu druhého účastníka, která slouží jako jeho
jednoznačný identifikátor. Podle té se nalezne příslušný stroj, na kterém účastník v danou chvíli pracuje a uskuteční se
spojení. Je jasné, že uvedený princip vyžaduje, aby existoval aktuální přehled o všech uživatelích služby Messenger.
Proto je zde povinná registrace uživatelů na serveru firmy Microsoft pomocí služby .NET Passport. Oba výše uvedené
produkty jsou volně šiřitelné a pracují na platformách MS Windows.
Program Real Player
Videokonferenční systém VCON Falcon
(zdroj http://www.vcon.cz/)
Další kategorií produktů pro přímou komunikaci jsou nástroje pro realizaci videokonferencí. Jedná se vlastně o
specializovaná koncová pracoviště obsahující specializovaný hardware i software pro realizaci videokonferenčního
přenosu s co nejmenším časovým zpožděním. Tato koncová pracoviště mohou být zcela specializovaná (pro konferenční
použití) nebo mohou být vytvořena na PC doplněním o potřebný hardware a software (zpravidla pro osobní užití
jednotlivcem). Příkladem mohou být zařízení izraelské firmy VCON, které používá Fakulta managementu. K dispozici
jsou dva systémy VCON Escort určené pro montáž do PC, dvě pracoviště VCON Vigo, která jsou přenosná a je možné
je připojit k PC pomocí USB portu (takže mohou pracovat např. s notebookem), a jedno konferenční pracoviště VCON
Falcon (na obrázku) pro videokomunikaci celých skupin uživatelů. Při realizaci videokonference je velmi podstatný údaj o
šířce pásma, které je pro přenos k dispozici. Uvedená zařízení mohou pracovat s pásmy od 64 kb/s (velmi nekvalitní
přenos) až po 1,5Mb/s (kvalitní spojení).
Windows Media Player
Jednosměrné videopřenosy (v podstatě internetové vysílání) lze kromě uvedeného realizovat i dalšími technologiemi,
které lze rovněž uplatnit u nepřímých přenosů. Jedná se především o produkty firmy Real Networks a Microsoft. Real
Networks vytvořili známý přehrávač multimediálních souborů Real Player (dnes Real One), který doplnili o aplikace
umožňující konverzi do používaného distribučního formátu (Real Producer) a o server zajišťující jejich distribuci (Real
Server). Pro přímé videopřenosy je podstatné, že Real Producer je schopen kódovat vstupní videosignál online a rovněž
online ho předávat videoserveru k distribuci. Podobnou techniku používá i Media Player a Media Encoder firmy
Microsoft. Rozdíl je zde v absenci distribučního serveru, jehož činnost zajišťuje Encoder. To však rovněž znamená vyšší
nároky na výkon příslušného PC. Zvláštním případem jednosměrné přímé komunikace je tzv. multicasting. Jde o
technologii umožňující přímý přenos multimedií většímu počtu příjemců v Internetu. Na rozdíl od tzv. unicastingu, kdy s
příslušným serverem komunikuje každý uživatel zvlášť a pro každého je tak použito samostatné přenosové pásmo (např.
pro 5 uživatelů s požadovaným datovým tokem 200kb/s musí server distribuovat 1Mb/s) je v tomto případě vysílán pouze
jeden datový tok, ke kterému se mohou uživatelé připojit. Tímto postupem se výrazně šetří kapacita přenosových cest,
avšak nevýhodou je, že všichni uživatelé musí sledovat totéž vysílání. Multicasting lze také použít pouze v případě, že je
pro něj přenosový kanál řádně nastaven. Jak již bylo uvedeno, oba popsané systémy lze použít i pro distribuci uložených
souborů (nepřímé přenosy).
Asynchronní komunikace a přenosy
Jak již bylo uvedeno výše, nepřímá komunikace je charakteristická využitím určitého paměťového media pro uložení
předávaných informací a tím i určitou volností uživatelů, kteří nemusí být komunikaci přítomni současně. Cesta sdělení
od jednoho uživatele ke druhému se zde vlastně rozděluje na cestu od odesílatele do paměti a cestu z paměti k příjemci.
Jak je jistě patrné, uvedený princip je široce využíván a oblíben v elektronické komunikaci. Hlavní příčiny této obliby je
možno vidět v dostupnosti , malé ceně paměťových médií i (časové) svobodě uživatelů.
Nejstarší internetovou službou pro nepřímou komunikaci je elektronická pošta umožňující převážně textovou (ale díky
přílohám zpráv i grafickou, zvukovou, atd.) komunikaci. Této službě je věnována samostatná pasáž, stejně jako systému
NetNews (elektronickým nástěnkám). Dalším značně rozšířeným a poněkud speciálním příkladem nepřímé komunikace
může být i World Wide Web. Autor umístí své sdělení na WWW server, odkud si ho může vyzvednout příjemce.
Mezi nepřímé formy komunikace lze zařadit rovněž distribuci multimediálních souborů. Tu je možno uskutečnit pomocí
prostého souborového serveru, avšak v takovém případě je potřeba přemístit celý soubor na cílový počítač a teprve poté
jej lze spustit. V dnešní době je častější využití tzv. streamingu. Jedná se o postup umožňující individuální spojení se
serverem této služby a získání multimediálních dat takovou cestou, že je lze prohlížet již během přenosu po Internetu.
Jedná se o využití stejných technologií, jaké byly zmíněny v části o jednosměrných přímých videopřenosech. Jedná se
vlastně o technologii zastřešující jak multicasting, tak unicasting.
Elektronická pošta
Elektronická pošta (e-mail) je službou Internetu umožňující asynchronní (nepřímou) komunikaci dvou uživatelů. Slůvko
asynchronní zde naznačuje, že uživatelé nejsou při komunikaci přímo propojeni.
Princip elektronické pošty
Komunikace pomocí e-mailu se odehrává obdobnou formou jako při použití klasické pošty: odesílatel vytvoří pomocí
svého poštovního klienta zprávu, kterou odešle adresátovi tak, že ji předá transportním poštovním serverům v síti
Internet (MTA – mail transport agent). Ti se postarají o doručení do poštovní schránky adresáta. Ten má pak možnost si
svou schránku vybrat opět za pomoci poštovního klienta.
Princip elektronické pošty
Z obrázku je rovněž patrné, že počítače s poštovními klienty nemusí být trvale připojeny do Internetu (mohou se
připojovat např. pomocí telefonního spojení). Naopak transportní servery musí být trvale připojeny. Pro server, na kterém
jsou uloženy poštovní schránky uživatelů je možno zvolit obě řešení (samozřejmě s různými technickými nároky). Pro
transport zprávy od odesílatele k adresátovi jsou použity dva způsoby přenosu (dva různé protokoly datové komunikace).
Proto je také nutné při konfiguraci poštovní komunikace definovat servery pro oba tyto protokoly:
•
•
Transportní protokol - nejčastěji SMTP. Server (MTA), který je ochoten převzít vaši zprávu a zajistit její
transport Internetem k příjemci.
Protokol pro přístup do poštovní schránky a její výběr - nejčastěji POP3. Server, na kterém je umístěna
vaše poštovní schránka.
Webmail FM
Definice obou serverů je spolu s dalšími nutnými údaji často označována jako uživatelský účet elektronické pošty. Ten je
možno založit u libovolného poskytovatele této služby (často se jedná o službu zdarma, tzv. freemail). Takto definovaný
účet je pak nastaven v prohlížeči elektronické pošty (klientovi) a umožňuje odesílání a příjem zpráv. Zde je potřeba
zmínit i možnost, že pošta není čtena samostatným programem, ale prostřednictvím klienta služby WWW přes webové
rozhraní (tzv. webmail).
S pojmem elektronická pošta ještě souvisí pojem elektronických konferencí. Jedná se o seznam členů takové
konference, z nichž každý je reprezentován svou adresou elektronické pošty. Celý seznam je pak nazván vlastní emailovou adresou, takže zprávu pro všechny takové konference stačí zaslat právě na tuto adresu, která reprezentuje
celý seznam členů. Do konference je nutné se přihlásit, aby adresa uživatele byla přidána do seznamu. Konference lze
nastavit jako veřejné (uživatelé se hlásí sami), případně neveřejné (požadavek na přihlášení bude odmítnut nebo předán
správci konference k rozhodnutí). Elektronické konference vyžadují pro svou realizaci zvláštní programové vybavení a
nejsou tedy standardní součástí např. transportních serverů v Internetu.
Uživatelský účet
Jak již bylo naznačeno, princip elektronické pošty vyžaduje vytvoření uživatelského účtu pro tuto službu. Účet je
definován především následujícími údaji:
•
•
•
•
Adresa elektronické pošty
Server SMTP pro odesílání pošty
Server POP3 pro přístup do poštovní schránky
Přístupové jméno a heslo pro přístup do poštovní schránky (váže se k POP3 serveru).
Na jediném počítači může být definováno více poštovních účtů. Jejich schránky je pak možné vybírat hromadně. Rovněž
je možné volit transportní server (nebo účet) pro odesílanou poštu. V praxi to znamená, že lze přes jeden účet odesílat
např. služební korespondenci a přes druhý soukromou. Již definované účty je možné také deaktivovat tzn., že nebudou
použity ani vybírány jejich schránky, ani nebudou nabízeny pro odeslání zpráv.
Struktura zprávy
Díky velké popularitě se formát předávané zprávy značně rozšířil. Kromě prostého textu je v dnešní době možno posílat i
text s rozšířeným formátováním (RTF, HTML včetně grafiky) a hlavně je možné připojit ke zprávě libovolný počet příloh,
což jsou vlastně samostatné datové soubory s libovolným obsahem, jejichž interpretaci má na starosti počítač (nikoliv
poštovní klient) příjemce. Každá zpráva je rozdělena do dvou hlavních částí:
•
•
Hlavička – obsahuje informace nutné pro samotný přenos
Tělo – vlastní obsah zprávy.
V případě přenosu příloh či rozšířeného formátování je toto uloženo v těle zprávy. V hlavičce je pouze uveden typ
obsahu.
Jednoduchý příklad je vidět zde:
Položka Cc: umožňuje po svém vyplnění zaslat kopii zprávy dalším příjemcům. Ze strany uživatele je obvykle
vyžadováno zadání adresáta (From), krátké charakteristiky obsahu zprávy (Subject, česky předmět) a samotného textu
zprávy. Na tomto místě je potřeba připomenout, že uvedené vlastnosti v hlavičce jsou pouze ty nejčastější. Kromě nich
může být v hlavičce mnoho dalších, např. priorita zprávy, informace o adrese pro odpověď, způsob kódování češtiny.
Reálná hlavička zprávy je tedy poněkud složitější.
Přenos příloh
Přílohy jsou přenášeny jako zvláštní typ obsahu. Protože spolu s přílohou je transportován i text zprávy, jedná se o tedy
o tzv. vícedílnou zprávu (multipart message), přičemž každý její díl může být jiného typu. Pro zajištění správného
přenosu všech dat (nejen vybraných znaků textu), je nutné připojené soubory zakódovat do běžných znaků. Nejčastěji se
používá kódování Base64, přičemž všechny potřebné činnosti za vás provede poštovní klient. Pro definici typu obsahu
zpráv slouží tabulka kódů MIME. Ta obsahuje kódy pro nejčastější typy souborů. Podle ní rozhoduje počítač o
interpretaci přenášených dat. Část tabulky MIME následuje:
text/html html htm
text/richtext rtx
text/rtf rtf
text/plain asc txt
text/sgml sgml sgm
text/tab-separated-values tsv
text/uri-list
text/x-setext etx
text/xml xml
text/wml wml
video/mpeg mpeg mpg mpe
video/quicktime qt mov
video/vnd.motorola.video
video/vnd.motorola.videop
video/vnd.vivo
video/x-msvideo avi
video/x-sgi-movie movie
Tabulka obsahuje hlavní typ (text, video) a podtyp (text/plain, video/mpeg). U některých řádků je dále uvedena i obvyklá
přípona souboru, podle které se MIME typ automaticky nastaví.
Čeština a elektronická pošta
Je třeba mít na mysli, že elektronická pošta původně vznikla pro přenos znaků anglické abecedy. Implementace
ostatních jazyků byly řešeny později. Z toho plyne i problém s českou diakritikou. Standardní protokol pro elektronickou
poštu přenos českých znaků neovládá. Je nutné použít takového klienta, který tyto operace zvládne. Připomínám ještě,
že takový klient musí být použit na obou stranách, tzn. u odesílatele i příjemce. V případě, že si nejsme jisti, jakým
způsobem bude adresát poštu číst, je vhodné obejít se bez českých znaků v textu zprávy.
Bezpečnost elektronické pošty
Z hlediska bezpečnosti přenosu je zpráva předávaná elektronickou poštou považována za otevřenou listovní zásilku. To
naznačuje, že zpráva je během své cesty Internetem prakticky nechráněná a čitelná. Pokud chcete, aby vaše zprávy
byly lépe chráněné, je nutno použít některou metodu elektronické ochrany, např. asynchronní kryptování s využitím
veřejného a privátního klíče.
Chcete-li mít o něco větší jistotu, že vaše poštovní schránka není zneužívaná, zvolte si server, který neumožňuje přístup
ke schránce pomocí webového rozhraní (pomocí prohlížeče). Tato možnost totiž výrazně snižuje bezpečnost.
Používejte heslo, které není příliš krátké a není jednoduše uhodnutelným slovem. Pro případného narušitele vašeho
soukromí je rozhodně složitější zjistit či rozkódovat heslo l@mer1485, než Jana nebo abc.
Aktuálním problémem současnosti je tzv. SPAM, tedy nevyžádaná pošta. Nejde zde pouze o zbytečné zatížení
přenosových linek a příjemců pošty. Často se tímto způsobem mohou šířit i počítačové viry, které pak napadají počítač
příjemce. O tom, že jde o skutečně závažný problém svědčí i postavení spamu mimo zákon v USA a příprava
podobného kroku v EU.
Elektronické nástěnky
Internetovou službou vycházející z principu elektronické pošty jsou NetNews. Diskusní skupiny se pro uživatele chovají
jako elektronické nástěnky, které může číst prakticky kdokoliv (na rozdíl od elektronických konferencí, kde musí být
uživatel přihlášen). Nástěnky jsou uspořádány zájmově a v současné době jich je cca 30 tisíc.
Služba je založena na jednotlivých serverech, které spolu komunikují a vyměňují si obsahy nástěnek a jejich seznam a
komunikují mezi sebou a s klienty protokolem NNTP. Tato koncepce byla zvolena z důvodu efektivního využití datových
linek – uživatel by se měl vždy přihlašovat k nejbližšímu serveru (nikoliv geograficky nejbližšímu, ale síťově nejbližšímu).
Klient služby (např. OE) potom umožňuje vybrat si z velkého množství nástěnek ty, které chce sledovat (nejedná se zde
však o přihlašování odběru, ale pouze o lokální operaci na klientovi, aby byla uživateli usnadněna orientace v
příspěvcích.
Abychom mohli použít OE pro elektronické nástěnky, je nutné vytvořit opět přístupový účet. Jeho nejpodstatnější složkou
jsou
•
•
Adresa NNTP serveru
Případně jméno a heslo pro přístup (některé servery omezují přístup pouze na registrované uživatele, stále
však existuje dostatek serverů veřejných)
Po vytvoření účtu lze stáhnout seznam aktuálních nástěnek a případně se přihlásit ke sledování některé z nich (značka u
dané nástěnky naznačuje její výběr pro sledování). Jak je patrné, názvy nástěnek se podobají jmenným adresám
počítačů v Internetu, avšak obráceným. Příslušnost do určité domény vyjadřuje buď určitou zájmovou oblast nebo
regionální příslušnost (skupina cz.) nebo příslušnost ke spravující organizaci.
Přenosy souborů
Přenos a sdílení souborů jsou specifické oblasti užití datových sítí. Existuje celá řada nástrojů, jak je uskutečnit. Vždy
však platí základní princip počítačových sítí: musí existovat server nabízející nějaké soubory a klient, který o ně stojí.
Lze rozlišit služby pro přenos souborů, struktury peer-to-peer a síťové souborové systémy.
FTP
Jedním z nejstarších protokolů a zároveň služeb pro obousměrný přenos souborů je FTP (File Transfer Protocol). I přes
svůj „věk“ je však dodnes aktivně používán a to především v souvislosti s aktualizací WWW stránek. Stále populární je
užití tzv. anonymních FTP serverů, umožňujících stahovat uložené soubory komukoliv. Univerzálním přihlašovacím
jménem je pak obvykle „anonymous“ a heslem emailová adresa. Jedná se o protokol aplikační vrstvy s otevřenou
komunikací, který je díky způsobu přenosu uživatelských hesel dnes považován za značně nebezpečný. I proto vznikla
jeho novější varianta SFTP (Secure FTP), která již používá pro přenos hesel šifrování.
Služba běží standardně na portech 20 a 21 a server FTP lze ovládat jednoduchými textovými příkazy, takže stačí pouze
textový klient. Přesto je obvyklejší užití grafického klienta, kterým je díky unifikaci URL často prohlížeč webových stránek
(místo protokolu http je užit protokol FTP).
Připojení FTP serveru je možné provést jako aktivní nebo pasivní. Aktivní spojení je charakteristické skutečností, že po
úvodní komunikaci portem 21 navazuje spojení pro přenos dat na portu 20 server FTP. Naopak při pasivním spojení je v
úvodní komunikaci předána klientovi adresa serveru a klient pak sám navazuje datové spojení. Tuto skutečnost je
podstatné znát ve chvíli, kdy se klientský počítač nachází za firewallem, či NAT (překlad IP adres). V takové situaci
nemůže externí server spojení s chráněným klientem navázat a musí být použit pasivní režim. Důvodem je princip
činnosti většiny firewalů, které odmítnou komunikaci, která byla inicializována z nechráněného prostředí. Naopak
komunikaci inicializovanou z vnitřní chráněné sítě umožní.
Rodina protokolů FTP obsahuje ještě jednoho významného zástupce, jedná se o protokol TFTP (Trivial FTP). Jak již z
názvu plyne, jde o velmi jednoduchý protokol určený pro situace, kdy např. potřebný SW musí mít jen omezenou
velikost. Tato varianta FTP neobsahuje žádný systém přístupových práv, neumí pracovat s adresáři a neumí vytvářet
seznamy souborů na serveru a vyhledávat v nich (klient tak musí přesně znát identifikaci souboru požadovaného z TFTP
serveru). Přes tyto nevýhody má své praktické uplatnění a to zejména při dálkovém bootování síťových stanic, obvykle
bezdiskových. Pomocí tohoto protokolu se ihned po startu počítače natáhne ze sítě obraz operačního systému, který se
vzápětí nainstaluje.
SCP
Další a podstatně bezpečnější službou pro obousměrný přenos souborů je SCP (Secure Copy). Jedná se o nadstavbu
bezpečného protokolu SSH běžící na portu 22. Ve své základní podobě vyžaduje kromě běžícího serveru pouze
textového klienta, v prostředí MS Windows je však k dispozici grafická nadstavba.
Výměnné sítě (Sítě peer-to-peer)
Označení peer-to-peer pro sítě sdílení souborů je poněkud zavádějící a přesnější by bylo tyto sítě označit jako výměnné.
Smyslem je vyjádřit, že komunikace v těchto sítích probíhá na principu distribuovanosti a spojení „každý s každým“.
Samotné soubory (data) nejsou uloženy na jediném místě (centrálním serveru), ale jsou sdíleny celou řadou uživatelů,
obvykle přímo z jejich počítačů. Kromě nástrojů a protokolů pro samotný přenos jsou SW produkty pro realizaci těchto
sítí vybaveny i dalšími funkcemi, zejména pro orientaci a vyhledávání v distribuovaném prostoru. Sítě tohoto typu si v
poslední době získaly dosti špatnou pověst, protože se jimi šíří pirátské hudební a filmové nahrávky. Jedná se o sítě
užívané zpravidla určitou komunitou, kde většina počítačů slouží jako klient i jako server pro sdílení souborů (v takovém
případě uživatelé dávají k dispozici nejen své soubory, ale i kapacitu svého internetového spoje, tyto sítě jsou založeny
na určité "slušnosti a solidaritě“, pokud něco stahuji, měl bych též nabízet podobnou rychlostí). Výměnné sítě také
obvykle podporují současné stahování dat z více serverů a tím zvyšují dosažitelný datový tok a snižují čas potřebný k
získání souboru. Je potřeba si uvědomit, že podle posledních výzkumů provoz generovaný výměnnými sítěmi tvoří až
90% dat přenášených Internetem.
Komunikace v těchto sítích nejprve vyžaduje, aby klient zjistil adresu serveru, se kterým chce navázat spojení a získat
od něho vybrané soubory. Tento krok je zajišťován různým způsobem, obvykle centrálním serverem (např. Napster) nebo
servery (eDonkey, eD2K) dané sítě, které po zadání dotazu zjistí, kde se daný soubor nachází a sdělí to klientovi, který
již přímo s vybraným serverem naváže komunikaci. Uživatel obvykle ani netuší, že tento proces proběhl, protože se daný
soubor začíná prakticky okamžitě stahovat. Vyšší mírou decentralizace se vyznačují sítě, kde i výše popsaný úkol je
zabezpečován počítači samotných uživatelů (FastTrack). Centrální server sítě tedy neexistuje a síť je tvořena
samostatnými univerzálními prvky (SW). Přesto je však možné do sítě centrálně zasahovat a usměrňovat její činnost
(decentralizovaná, ale spravovaná síť). Dalším případem jsou tzv. nespojité sítě, tvořící určité ostrovy kolem centrálního
uzlu, jehož adresu musí uživatelé znát. Tento princip podporuje vznik komunitních výměnných sítí. Krajním uspořádáním
je tzv. plně decentralizovaná síť bez centrální správy, kdy neexistuje ani centrální server, ani koordinace sítě (Gnutella).
Přenosových standardů pro tyto sítě je velké množství, konkrétní SW produkty tvořící příslušné sítě se pak opírají o
některý z nich (v mnoha případech je název sítě současně názvem protokolu):
Protokol
Sítě
Akamai
Applejuice
BitTorrent
Azureus, Bittornado, KTorrent,
MLDonkey, Opera, Shareaza
Napster
CAKE
Direct Connect
DC, DC++, MLDonkey
ed2k
eDonkey 2000, eMule, aMule
FastTrack
Grokster, Kazaa, MLDonkey
FileTopia
Freenet
Gnutella, Gnutella2
Shareaza, MLDonkey
HyperCast
Joltid PeerEnabler
Kademlia
eMule, aMule, eDonkey 2000,
MLDonkey
MANOLITO
MP2P
Napster
PeerCast, IceShare,
Freecast
Skype
Soulseek
Warez P2P
Ares
WinMX
Sítě per-to-peer (zdroj http://cs.wikipedia.org/wiki/Peer-to-peer)
BitTorrent
Typickým představitelem výměnných sítí je BitTorrent. Princip tohoto protokolu vychází z rozdělení požadovaného
souboru na menší části, které klient stahuje samostatně a již stažené části ihned dále nabízí dalším uživatelů, kteří o ně
požádají. O koordinaci aktivních uživatelů se stará tracker server, jehož adresu získává uživatel při vyvolání požadavku
na určitý soubor. Pro distribuci každého souboru vzniká tedy speciální síť. Tímto mechanizmem lze dosáhnout jak
snížení zátěže serveru nabízejícího původní soubor, tak výrazného zefektivnění a zrychlení přenosu. Čím více uživatelů
soubor stahuje, tím je BitTorrent efektivnější a rychlejší.
Typické užití sítě BitTorrent dnes je distribuce velkých SW produktů on-line. Např. distribuce OS Linux, které mají velikost
v řádech GB jsou vystaveny na serveru výrobce, odkud je začínají stahovat prostřednictvím BitTorrent uživatelé. Další
uživatelé však již mohou využít stažených částí u jiných uživatelů a odlehčit tak serveru výrobce.
Síťové souborové systémy
Poněkud jiným řešením sdílení souborů jsou síťové souborové systémy. Jejich hlavní odlišnost od výše uvedených
postupů a řešení spočívá v tom, že pro uživatele jsou velmi transparentní a nevyžadují z jeho pohledu v podstatě žádné
nové ovládací programy. Přístup ke vzdáleným souborům je zde přímo integrován do operačního systému na úrovni
souborových systémů. Sítě budované touto cestou jsou obvykle založeny na asymetrické koncepci klient – server.
Nejtěžším úkolem serveru zajišťujícího sdílení souborů pak je práce s uživatelskými oprávněními k souborům a řešení
konfliktů při konkurenčních požadavcích na jeden soubor z více klientů.
Síťové souborové systémy se poprvé objevily v síťovém OS Novell Netvare firmy Novell v roce 1985 a začátkem 90. let v
P2P síti Lantastic firmy Artisoft. Velmi brzy pak následovala firma Microsoft s implementací P2P pro MS DOS a MS
Windows 3.11. Ta svůj SW postupně vylepšovala a doplnila též o výkonnější architekturu klient – server.
Implementace firmy Novell je dodnes užívána, firma se však postupně od vlastního OS odklonila k OS Linux (SuSE
Linux), který teď užívá. Vzhledem k dlouhé historii vývoje však má Novell velmi kvalitní know-how o postupech, jak co
nejlépe a nejefektivněji splnit požadavky uživatelů.
Patrně nejrozšířenější implementací síťového sdílení souborů je sdílení v rámci OS MS Windows a to jak v menších
sítích peer-to-peer, tak výkonných řešeních klient - server. Tento protokol byl původně vytvořen firmou IBM a je
označován jako SMB (Server Message Block), případně NetBIOS. Vzdálené soubory a složky jsou přístupné pod novým
(dalším v pořadí) označením logického disku (dalším písmenem, např. H .
V sítích s počítači s OS Linux lze též užít technologii sdílení z MS Windows (SW Samba), k dispozici jsou však i jiné
cesty, např. užití NFS (Network File System). Protokol NFS definovala firma Sun Microsystems a dala jej k dispozici jako
otevřený. Sdílení souborů je podobně jako u MS Windows pro uživatele zcela transparentní, vzdálené soubory a složky
jsou přístupné přes zvolený adresář v adresářovém stromu.
Web Services
Webové služby (web services) představují nadstavbu WWW zaměřenou na přímou komunikaci informačních systémů
mezi sebou s využitím základních standardů WWW. Jejich hlavním cílem je usnadnit koncovému uživateli práci s
distribuovanou nabídkou informací a služeb. Jako příklad může posloužit jednoduchý cíl zakoupit prostřednictvím WWW
určitý výrobek. Uživatel obvykle nechce přesně konkrétní typ, je tedy nejprve nutné shromáždit informace o dostupných
typech. Po výběru je potřeba zjistit, kdo daný typ prodává. Pak je možné vstoupit na jeho web a zjistit, zda lze nákup
provést přes WWW. Pokud ano, je potřeba vyplnit nutné kontaktní údaje, které jsou většinou stále stejné pro daného
zákazníka. Dále je možné provést objednávku, která je obvykle zpětně potvrzena. Podle způsobu platby může ještě
následovat komunikace s bankou pro zadání příkazu k platbě či převodu. Nakonec pak již jen zbývá čekat na dodání
produktu, případně sledovat jeho cestu od dodavatele k uživateli prostřednictvím WWW. V tomto případě se jedná o
modelovou situaci, která se opakuje pro téměř všechny komodity dostupné prostřednictvím WWW. Bylo by tedy možné
uvedený postup výrazně zautomatizovat, přičemž webové služby jsou pro to ideálním nástrojem.
Základními kroky, které WS systém provádí jsou tyto:
•
•
•
•
Vyhledání webové služby (WS)
Kontaktování serveru provozujícího WS a zjištění požadavků na využití služby
Užití konkrétní WS
Zpracování výstupu WS
Princip Web Services (zdrojhttp://www.kosek.cz/diplomka/html/websluzby.html)
Komunikace mezi systémy WS je vedena prostřednictvím protokolu http. Nad ním jsou však definovány ještě další
vrstvy. Především se jedná o protokol SOAP (Simple Object Access Protocol) určený pro zasílání zpráv ve formátu XML.
Zprávy slouží k vyvolání nějaké činnosti na serveru WS a zaslání výstupu této činnosti zpět klientovi. Jedná se tedy o
základ mechanizmu vzdáleného volání procedur (RPC). Protokol SOAP je využíván jako základní komunikační
prostředek v rámci webových služeb.
Vyhledání konkrétní webové služby je prováděno také prostřednictvím WS a sice protokolem dále rozvíjejícím SOAP s
názvem UDDI (Universal Description, Discovery and Integration). Server UDDI představuje v podstatě databázi
dostupných WS, ve které je možné vyhledávat. Výstupem je zpráva zaslaná klientovi jako odpověď na jeho dotaz, která
obsahuje údaje nutné pro navázání komunikace se serverem provozujícím příslušnou WS. Modernější a více
distribuovanou alternativou k WSDL je protokol WSIL (Web Services Inspection Language), který již neshromažduje
seznamy webových služeb, ale pouze serverů, které je nabízejí. Samotný popis služby se následně získává až ze
serveru WS.
Další komunikace již probíhá se serverem WS. Pro zjištění náležitostí nutných k využití WS je používán protokol WSDL
(Web Services Description Language). Ten vychází z jazyka XML a umožňuje popsat formáty vstupu a výstupu dat, jejich
význam a další související náležitosti. Pro přenos využívá WSDL protokol SOAP. Tak se ke klientovi dostane informace,
jak sestavit požadavek na užití WS a v dalším kroku je již možné službu použít.
Otázkou zde zůstává, co je oním klientem vystupujícím v celém uvedeném popisu. Jde o webovou aplikaci, která (podle
svého zaměření) realizuje a automatizuje činnosti pro svého přímého uživatele, kterým je již konkrétní osoba.
Ve výše uvedeném příkladu by klientem byl univerzální webový metaobchod, který by svůj veškerý sortiment získával z
jiných e-shopů na webu. Uživatel metaobchodu zadá svůj požadavek (nákup produktu s danými vlastnostmi).
Prostřednictvím UDDI je zjištěno, které servery WS takový produkt nabízejí a s pomocí WSDL jsou kontaktovány a jsou
zjištěny další údaje (např. prodejní cena, podmínky dodání, atd.). Souhrn informací je předložen uživateli metaobchodu,
který si vybere produkt a dodavatele a zadá nutné kontaktní a platební údaje (což může udělat jen jednou, pokud bude v
metaobchodu registrován). Veškerou další činnost zajistí metaobchod prostřednictvím WS pro objednávku zboží a
realizaci plateb. Uživatel pak může prostřednictvím WS ještě sledovat cestu objednaného produktu k němu.
Přínos webových služeb lze vidět především ve vytvoření výše popsaného komunikačního modelu a dále ve vytvoření
otevřených standardů a protokolů nutných pro jeho realizaci. Zavádění WS přináší možnost jednotného přístupu ke
komunikaci mezi jednotlivými IS s webovým rozhraním a možnost širokého využití služeb. Významným rysem je také
značný důraz na distribuovanost, který se projevuje přenesením odpovědnosti za provoz a aktualizaci služeb na jejich
provozovatele bez nutnosti existence centrální databáze WS.
XML a související standardy
Jazyk XML (eXtensible Markup Language) bývá velmi často spojován s jazykem HTML. Podobnost mezi nimi je však
dána pouze stejnou syntaxí. Oba jazyky používají tzv. tagy (elementy jazyka) uzavřené do lomených závorek. Zásadní
rozdíl mezi nimi je však v účelu: HTML je formátovací jazyk určující pomocí elementů jazyka výsledný způsob
prezentace dat uživateli. Jazyk XML je oproti tomu určen pro popis vnitřní struktury dokumentu, jeho stavby.
Jak již bylo uvedeno, oba jazyky jsou si vzhledově velmi podobné. Následující zápis je v jazyce XML:
Příklad popisuje složení menu pro snídani. První řádek ukázky definuje použitý jazyk a kódování. Každý XML soubor
dále obsahuje jeden hlavní (kořenový) element, v tomto případě <breakfast_menu>. Jeho obsahem mohou být další
elementy. Ty mohou rovněž používat atributy (zde pouze u elementu <?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>, kde
je definována verze a kódování).
Hlavním důvodem stále častějšího použití jazyka XML je jeho pevná a jasná stavba a tedy i vcelku jednoduché strojové
zpracování, to vše při zachování rozsáhlé variability použití. Jazyk XML tak stal základem pro popis a definici dalších
standardů (např. jazyk AppML pro tvorbu aplikací, RDF, atd.). Jeho rozsáhlé uplatnění lze vidět i v systémech webových
služeb, kde tvoří základ pro komunikaci mezi aplikacemi v prostředí Internetu.
Jmenné prostory
Princip jmenných prostorů je řešením situace, kdy se v jediném XML souboru vyskytují stejné názvy elementů, ale s
rozdílným významem. Příkladem může být následující situace vzniklá kombinací dat z oblasti stolování a školství:
Je zřejmé, že element <tabule> zde má dva různé významy, které je nutno odlišit. Proto jsou použity jmenné prostory
přidávající před každý element ze své oblasti působnosti prefix, vyjadřující právě příslušnost k určitému prostoru jmen.
Prostory jsou voleny podle oblasti, ze které daný element pochází:
Prefix se zapisuje před všechny vnitřní elementy patřící do uvedené oblasti. Hodnota atributu „xmlns“ je textový řetězec,
který by sám měl být platným URL s jasným vztahem k popisované oblasti.
DTD a XML Schema
Pro práci s daty v jazyce XML byly vytvořeny i další standardy. Jedním z nich je DTD (Document Type Definition), nástroj
pro popis struktury XML dokumentu. Jeho použití je dvojí:
•
•
Slouží při tvorbě nového XML dokumentu podle definice DTD
Může být využit při ověřování, zda daný dokument vyhovuje zadanému formátu DTD.
Základním stavebním prvkem DTD definice jsou jednotlivé elementy XML, jejichž vnitřní strukturu, případně typ, DTD
popisuje. Příklad definice XML dokumentu pomocí DTD je uveden dále:
Definice popisuje strukturu e-mailové zprávy složené ze 4 povinných částí (komu, autor, titulek, obsah), přičemž všechny
části již nejsou dále strukturované (typ PCDATA). Odpovídající XML dokument by mohl vypadat následovně (DTD
definice může a nemusí být součástí dokumentu):
Složitější příklad DTD následuje (zdroj www.w3schools.com ):
Jedná se o popis TV programu. Pro kompletní pochopení je potřeba dodat, že značky v závorkách upravují pravidla
výskytu jednotlivých elementů (např. pod elementem TVSCHEDULE může být jeden nebo více elementů CHANNEL, v
elementu DAY může být buď jeden element HOLIDAY nebo jeden nebo více elementů PROGRAMSLOT). Prvky
ATTLIST definují atributy pro jednotlivé elementy, jejich názvy a požadavky na ně (např. element TVSCHEDULE má
definován atribut NAME typu CDATA, který je vyžadován jako povinný).
Modernější verzí popisu XML dokumentu je standard XML Schema. Použitá syntaxe se oproti DTD poněkud liší, však
hlavním důvodem pro změnu bylo dodržení zápisu ve formě XML dokumentu, který je zpracovatelný pomocí dostupných
XML nástrojů (podrobněji včetně příkladů nawww.w3schools.com/schema).
XSL
Tak jako kaskádové styly slouží pro formátování a úpravu vzhledu HTML dokumentů, lze XML dokumenty formátovat
pomocí XSL (eXtensible Stylesheet Language), tedy standardu stylů jazyka XML. Využít lze rovněž CSS styly
definováním vzhledu pro XML elementy. Na rozdíl od popisu formátu pomocí pravidel (CSS) se v případě XSL jedná o
popis pomocí předlohy. Standard je vlastně tvořen několika samostatnými jazyky:
•
•
•
XSLT - transformace XML
XPath - adresace elementů XML (např. v XSLT
XSL Formatting Objects - definice zobrazení XML
Jazyk XSL umožňuje definovat i některé postupy, které nebylo možné použít v CSS:
•
•
•
•
cykly
řazení prvků
výběr prvků z XML
definice podmínek
Některé programátorské postupy však stále použít nelze, např. definice funkcí.
Následující příklad se skládá ze dvou částí. První výpis ukazuje výpis XML souboru obsahujícího katalog CD
(zdroj www.w3schools.com ) :
Druhý výpis představuje XSL definici formátu výpisu pro uvedený soubor:
Ve výpisu je vidět použití cyklů (for-each) a výběr hodnot (value-of). Rovněž je patrné, že XSL soubor je vlastně
předlohou pro výsledný výstup.
Jazyk XML slouží dnes především jako základ pro definování dalších, specializovanějších jazyků a protokolů.
Databázové systémy
Provoz databázových systémů není zařazován mezi služby na protokolu TCP/IP a nemusí s ním ani souviset. V této
části se proto nebudeme věnovat databázovým systémům jako takovým, ale spíše aspektům jejich provozu v
počítačových sítích.
Při realizaci větších databázových řešení je dnes standardně používán stejný přístup, jaký byl zvolen pro služby v
Internetu, tedy klient-server. V databázové terminologii však mluvíme o backendu a frontendu. Pojmem backend je
označován databázový server obsahující především samotnou databázi (data) organizovanou na základě některého z
obecně známých modelů (síťový, hierarchický, relační, objektový). Zvláštním případem je tzv. přirozený XML model
vycházející nikoliv z relací či objektů, ale ze struktury celých dokumentů popsaných pomocí jazyka XML. Tento model
umožňuje pracovat s podstatně volnějšími strukturami dat, než je tomu např. v relačním modelu. Proto se tento přístup
stává velmi oblíbeným. Databázi server spravuje prostřednictvím systému řízení báze dat (SŘBD), který „obaluje“
samotná data. Na úrovni SŘBD je implementována sada povelů (jazyk), která umožňuje plnit tři základní úkoly:
•
•
•
Definovat data
Manipulovat s daty
Řídit přístup uživatelů k datům
Tímto jazykem může být např. SQL, který se užívá především u relačních databázových systémů, případně jazyky
vhodné pro práci s XML dokumenty, jako např. XQuery.
Frontend databázového systému je v podstatě klient transformující požadavky uživatele či aplikace do jazyka SŘBD,
předávající tyto požadavky serveru a zajišťující interpretaci odpovědí serveru. Takovýmto frontendem může být jak
specializovaná aplikace, tak také jiný databázový produkt, schopný komunikovat v příslušném jazyce SŘBD (např. MS
Access pro SQL).
K danému backendu se může připojit více různých frontendů. Propojení mezi oběma prvky je uskutečňováno pomocí
specializovaných protokolů jako jsou ODBC (Open Databáze Connectivity) nebo JDBC (Java Databáze Connectivity).
Oba protokoly též umožňují vytvářet specializované klientské aplikace v některém programovacím jazyce (Java, C++)
komunikující standardním způsobem s databázovými servery.
Implementace
Trh s databázovými systémy je v současnosti velmi rozsáhlý a nabízí celou škálu produktů lišících se jak svou
ekonomickou náročností, tak schopnostmi a výkonem. Na tomto místě připomeneme jen některé z nich.
MySQL
Databázový systém MySQL je prezentován na prvním místě pro své kvality a dostupnost. Systém vznikl původně jako
jednoduchá aplikace zaměřená především na rychlost zpracování dat. Postupně si získal širší oblibu a vynutil si doplnění
některých standardních funkcí, které v prvotním návrhu nebyly dostupné (např. vestavěné procedury).
Backend, který tvoří jádro MySQL je portován na všechny významné operační systémy včetně MS Windows a Linuxu.
Jeho instalace je velmi jednoduchá stejně jako správa. Jako frontend je dostupný jednoduchý textový klient. Pro větší
pohodlí je však možné využít i webovou aplikaci MySQLAdmin či jako klienta užít MS Access, který s MySQL komunikuje
přes ODBC.
Dnes slouží MySQL jako patrně nejrozšířenější systém podporující tvorbu dynamického webu a to jak u
webhostingových společností, ve firmách i u jednotlivců. K jeho rozšíření významně přispívá velmi vstřícná licenční
politika tvůrců, umožňující bezplatné užití tohoto produktu.
SQLite
Dalším zástupcem volně dostupných databázových systémů je SQLite. Tento systém je zajímavý především svou
základní filozofií, která je postavena na značné jednoduchosti a rychlosti. Celá databáze je zde uložena v jediném
souboru, který je při zahájení práce celý načten do operační paměti, ve které se také uskutečňují veškeré operace s
daty. Teprve po ukončení práce je celý soubor uložen na disk. Toto řešení má svůj hlavní klad ve vysoké rychlosti
zpracování. Naopak problémem je otázka bezpečnosti dat při výpadku napájení nebo jiné poruše.
Systém je jednoznačně určen pro malé aplikace a velmi dobře se uplatňuje např. ve spolupráci s webovými servery a
jejich skriptovacími jazyky (např. PHP).
PostgreSQL
Systém PostgreSQL vzešel z prostředí BSD a je dnes patrně nejrozsáhlejším a nejpropracovanějším volně šiřitelným
databázovým systémem. Od samého počátku byl při jeho vývoji kladen značný důraz na kvalitu, rozsah funkcí,
bezpečnost, atd. Tyto nároky však způsobily, že se jedná o produkt náročnější na HW výkon hostitelského počítače.
Přesto je dnes široce využíván a je portován na Unixové OS a MS Windows.
eXist
Tento produkt je zástupcem přirozených XML databází, do kterých jsou ukládány celé XML dokumenty a které disponují
dotazovacími jazyky určenými pro toto prostředí (XQuery). Celý systém je vytvořen v jazyce Java a je tedy
multiplatformní. Jako frontend je k dispozici webové rozhraní, programové rozhraní backendu však umožňuje dotazování
i velkého množství programovacích jazyků a tedy i tvorbu specializovaných aplikací. Podobně jako výše uvedené se
jedná o volně šiřitelný a použitelný produkt.
Oracle
Mezi nejrozsáhlejší a nejdokonalejší komerčně dostupné produkty patří databázové systémy firmy Oracle. Současná
verze 11g je prezentována jako modulární systém podporující mimo jiné grid computing a umožňující realizaci
konkrétních systémů podle požadavků zákazníka díky množství doplňkových nadstavbových modulů zahrnujících mimo
jiné i XML vrstvu pro ukládání XML dokumentů a práci s nimi. Systém je portován na platformy MS Windows, Linux a
Unix.
MS SQL
Dalším zástupcem komerčních aplikací je MS SQL firmy Microsoft. Jedná se rozsahem i možnostmi o produkt stejné
kategorie jako Oracle. Jeho nevýhodou je závislost na operačním systému MS Windows. Přesto jde o oblíbený
databázový produkt s množstvím doplňků a vcelku jednoduchým procesem návrhu aplikací. Podobně jako Oracle
komunikuje s potencionálními klienty pomocí rozhraní ODBC nebo JDBC.
Sybase
Produkty firmy Sybase jsou v oblasti DB systémů přítomny již velmi dlouhou dobu. Nejnovější systém Adaptive Server IQ
používá unikátní technologie Bit-Wise ukládání a indexování dat po sloupcích. Portován je do všech významnějších OS.
Principy OS
Operační systém je základním programovým vybavením každého počítače. Jeho smyslem je vytvořit jednotné prostředí
pro chod programových aplikací, které nebude závislé na konkrétním hardwaru (aplikace se pak vytvářejí pro daný OS).
Tento postup je reakcí na obrovskou variabilitu HW prostředků a jejich možných kombinací a přináší značný užitek i
výrobcům HW, kteří jsou rovněž oproštěni od tvorby speciálních ovladačů pro konkrétní aplikace a tvoří pouze ovladače
pro daný OS. OS tedy vytváří rozhraní mezi HW a aplikačními programy a zajišťuje pro ně nutné služby.
Základní myšlenka vrstvové struktury programového vybavení pochází již od Johna von Neumanna. V současnosti lze
odlišit následující vrstvy:
•
•
•
•
Komunikace přímo s technickými prostředky (firmware)
Základní SW vybavení pro komunikaci mezi HW prostředky (BIOS)
Vybavení pro správu PC, HW a aplikací a komunikaci mezi nimi (operační systém)
Aplikační SW, virtualizační technologie
Samotnou vrstvu OS lze pak dále členit na jednotlivé vrstvy OS:
•
•
•
Ovladače HW – označováno též jako HAL (Hardware Abstraction Layer)
Jádro OS
API pro komunikaci s uživatelem nebo aplikačním SW
Struktura OS Windows (zdrojhttp://www.fce.vutbr.cz/studium/materialy/BU01/03-operacniSystemy.ppt)
Operační systémy lze členit podle mnoha kritérií. Např. z hlediska času jde o systémy pracující v reálném čase (real
time), případně systémy dávkové (batch processing). Jiné hledisko si všímá členění podle cílové HW architektury:
•
OS pro mainframe a superpočítače – OS je cílovému HW přizpůsobený „na míru“. Užívá se v nejvýkonnějších
systémech pro práci s velkými objemy dat. Zvláště v této kategorii se setkáme s dávkovými OS, což je dáno
požadavkem na maximální využití HW (úlohy jsou řazeny do front, jejich pořadí optimalizováno a postupně jsou
•
•
•
•
•
HW vykonávány). Typickými představiteli této kategorie mohou být IBM OS/390 a v poslední době i Linux či
BSD.
Serverové OS – tyto systémy jsou optimalizované na poskytování (především) síťových služeb. Jejich rozhraní
pro správu jsou obvykle složitější, protože nejsou určena pro běžné uživatele. Důraz je kladen na bezpečnost a
hlavně spolehlivost. Přizpůsobení HW je zde pouze částečné. V oblasti serverů dominují stroje s OS na bázi
Unixu, OS vytvářeného od svého počátku především pro serverová řešení (Linux, BSD). Velký podíl na trhu má
však i firma Microsoft se serverovými verzemi svého OS Windows, případně IBM se svými OS, např. OS/2.
Dobrý výkon poskytuje i Netvare firmy Novell.
OS pro multiprocesorové systémy – tato kategorie postupně mizí a přesouvá se částečně do OS pro osobní
počítače, případně do kategorie superpočítačových OS. Důvodem je určitá polarizace daná dostupností
vícejádrových procesorů pro PC a na druhé straně extrémními nároky na výpočetní výkon v určitých oblastech.
Významnými zástupci jsou opět Windows XP či Vista, Linux a další speciální OS.
OS pro osobní počítače – dnes patrně nejrozšířenější kategorie OS. Jsou zaměřeny na koncového uživatele,
takže disponují obvykle kvalitním grafickým rozhraním. V této oblasti dnes dominují stroje s OS Microsoft
Windows (běžně dostupná PC a notebooky, někdy označovaná jako tzv. „intel kompatibilní“), Mac OS X
(počítače firmy Apple) a Linuxem. Zvláštní postavení mezi nimi má OS Linux a jeho klony a distribuce, protože
díky způsobu vývoje a příslušné právní ochraně jde o systém šířený zdarma.
Zabudované (embeded) OS – jedná se o OS určené pro speciální zařízení a přístroje (např. PDA, mobilní
telefony, atd.). OS je přizpůsoben HW. Prvním prakticky použitelným OS byl Palm OS vytvořený pro PDA stejné
značky a dodnes používaný. Druhým nejvýznamnějším je SW firmy Microsoft ve starší verzi Windows CE nebo
novější Windows Mobile (3 nebo 5). Na PDA se však uplatní i OS Linux. V OS pro mobilní telefony má vedoucí
pozici firma Nokia se svým OS Symbian. Starším zástupcem je OS EPOC. Další elektronické přístroje (např.
DVD přehrávače a satelitní přijímače) s oblibou užívají OS Linux a jeho klony.
Smart card OS – jednoduché OS umístěné na čipu např. v bankovní kartě. Jsou schopné vykonávat
jednoduché úkony.
Mezi hlavní úkoly OS patří zejména:
•
•
•
•
Řízení procesů a meziprocesová komunikace
Správa souborových systémů
Správa, komunikace a přidělování zařízení vč. správy paměti
Správa rozhraní pro interakci s uživatelem
Z hlediska konstrukce a návrhu OS rozlišujeme dva základní přístupy. Prvním z nich a také historicky starším je
vytvoření tzv. monolitického jádra OS. Toto jádro pak obsahuje nástroj pro vše, co musí OS zajistit. Druhou, modernější
cestou, je vytvoření tzv. mikrojádra obsahujícího pouze nezbytné nástroje. To je také schopno využívat doplňkové
moduly, které jej mohou rozšířit. Ty se mohou nahrát do operační paměti později, případně je lze i odinstalovat bez
nutnosti reinstalace celého OS. Tato cesta je dnes prakticky nutností zejména kvůli značné rozmanitosti HW vybavení.
OS jsou tradičně ukládány na pevný disk počítače. To však nemusí být jediné místo, kde mohou být uloženy. V
současnosti zažívají boom jakési „instantní“ OS umístěné na CD či DVD a rovnou z těchto médií také spustitelné.
Hovoříme pak o tzv. „live“ distribucích OS (dnes především OS Linux a jeho klony). Operační systém lze v
současnosti umístit i na USB flash disk a to jak v „live“ podobě, která na své médium nezapisuje, tak v plné verzi. Toto
přináší možnost měnit na počítači velmi rychle celý OS bez nutnosti reinstalace či užití bootovacího menu, které
umožňuje výběr OS při startu PC.
OS se nejčastěji člení podle požadavků na ně, případně podle schopností a vlastností. Podstatný je zejména údaj o
počtu současně pracujících uživatelů, kde např. u většiny MS Windows je pouze jeden (na rozdíl od Linuxu). Důležité je
též vědět, kolik aplikací (úloh) může běžet „současně“ (dnes je tento počet u většiny běžných OS dán především
velikostí paměti, existují však i specializované jednoúlohové OS).
Správa procesů
Jak již bylo uvedeno, správa procesů je jedním ze základních úkolů OS. Každý proces je uskutečněním nějakého
programu. Tím může být jak finální aplikace, tak podprogram operačního systému.
Multitasking
Z výše uvedeného plyne, že pokud jde o víceúlohový OS pracující na jednoprocesorovém počítači (který více než jednu
úlohu v reálném čase zpracovat neumí), musí být zajištěno přepínání procesů (tedy běh více programů „současně“) a je
nutné toto přepínání řídit. Tuto činnost označujeme obecně jako multitasking (přepínání úloh).
Historicky lze rozlišit několik stupňů vývoje multitaskingu. Nejstarší podobou byl tzv. multiprogramming, který vycházel z
nutnosti efektivně využít strojový čas prvních počítačů a to i v situaci, kdy docházelo k čekání na pomalé externí
periferie. Prováděný program se v takovém případě zastavil a v době čekání byl zpracováván program jiný. Tento postup
zajišťoval využití procesoru, ale z hlediska správy programů byl velmi nedokonalý.
Dalším stupněm byl tzv. kooperativní multitasking. Ten byl založen již na pravidelném přerušování procesů (time-sharing)
a jejich správě. Používán byl např. v OS firmy Microsoft před Windows 95. Jeho hlavní nevýhodou bylo, že přerušení
vyvolával nikoliv OS, ale běžící proces. Pokud tedy došlo k jeho zhroucení, zhroutil se celý počítač. Tuto nevýhodu
odstraňuje tzv. preemptivní multitasking, kde je řízení přerušení již plně pod správou OS a při havárii některého z
procesů tak již nedochází ke kolapsu počítače. Tento způsob multitaskingu je užíván doposud.
Multiprocessing
Vývoj technologie postoupil v minulých letech tak daleko, že další zvyšování výkonu počítačů cestou zvyšování taktovací
frekvence procesorů již není reálně možné. Proto se dodavatelé počítačů zaměřili na cestu zvýšení počtu procesorů
nebo jejich jader v počítači. Na tento krok musí nutně reagovat i výrobci OS a přichází tak pojem multiprocessing. Na
rozdíl od multitaskingu jde v tomto případě o efektivní využití více procesorů pro zpracovávání úloh.
Z hlediska rovnosti procesorů lze definovat symetrický a asymetrický multiprocessing. U symetrického jsou si všechny
procesory „rovny“ a mohu vykonávat stejné činnosti přidělené OS. U asymetrického uspořádání jsou procesorům
přiřazeny nestejné role, např. je jeden vyčleněn pro správu a chod OS a ostatní pro řešení úloh.
Podle vnitřního uspořádání je možno rozeznat následující typy multiprocessingu:
•
•
•
Jedna sekvence instrukcí aplikována na více kontextů (single instruction, multiple-data, SIMD) – tento případ
bývá též označován jako vektorový multiprocessing a může jít např. o provedení jednoho algoritmu na více
stejných procesů, ale různým kontextem (daty).
Více instrukčních sekvencí aplikováno na jediný kontext (multiple-instruction, single-data, MISD) – jedná se
především o systémy s redundantním zpracováním dat pro zajištění vysoké bezpečnosti.
Více instrukčních sekvencí aplikovaných na více kontextů (multiple-instruction, multiple-data, MIMD) – typický
případ obecných systémů umožňujících zpracování více úloh v reálném čase, dostupných rovněž pro PC.
Podle kvality propojení procesorů a tím i rychlosti jejich vzájemné komunikace můžeme multiprocesorové systémy dělit
na úzce svázané a volně svázané. U úzce propojených systémů jsou procesory na jedné sběrnici, případně se jedná o
vícejádrové uspořádání. Procesory mají snadný přístup ke společné paměti a dalším zdrojům. Naopak u volně
propojených systémů se jedná o propojení samostatných počítačů, obvykle výkonnou počítačovou sítí. Vzájemná
komunikace je tak výrazně pomalejší, toto řešení však umožňuje např. sdružovat kapacity více pracovišť nebo i
jednotlivců (distributed computing).
Grid computing
Tento pojem je v současné době velmi často užíván a obtížně se překládá do češtiny (snad mřížové počítání??). Jedná
se o formu distributed computing, tedy sdílení prostorově oddělených počítačů. Lze rozeznat několik forem podle
zaměření:
•
•
•
Computational grids – uskupení vytvářená za účelem sdílení výkonu a výpočetní kapacity. Tato forma získává
stále nové možnosti uplatnění především díky Internetu a rychlosti propojení (viz multiprocessing). Podpora v
rámci OS je zde nezbytná.
Data grids – sdílení velkých objemů distribuovaných dat. Tato oblast se neváže přímo k OS.
Equipment grids – sdílení speciálních technologií. Uplatnění nachází především ve vědecké sféře, kdy lze touto
formou uskutečňovat experimenty na vzdáleném zařízení. Podpora v OS je v tomto případě možná, ale ne vždy
nutná.
Procesy a jejich správa
Procesy spravuje (spouští, řadí, ukončuje) OS. Hlavním nástrojem je mu zde především systém přerušení, tedy metoda
umožňující přerušit stávající činnost procesoru a zadat mu jiný úkol. Obvykle je oním jiným úkolem nějaká činnost
související s úkoly OS, po jejímž vykonání pokračuje procesor ve zpracování předchozí úlohy. Přerušení může být
vyvoláno hardwarově (některým zařízením) a softwarově (programem).
Zpracování procesů procesorem je nutné organizovat. K tomu slouží dispečer procesů a plánovač procesů, které jsou
součástí OS. Dispečer řídí správu procesů na operativní úrovni v kratším časovém horizontu, plánovač má za úkol spíše
efektivní rozvržení v delším časovém horizontu. S užitím organizačních nástrojů souvisí i různé stavy, ve kterých se
proces může nacházet, jak je uvedeno na následujícím obrázku:
Stavy procesů OS (zdroj http://en.wikipedia.org/wiki/Process_states)
Proces je nejprve inicializován a uveden do stavu created (new). Proces inicializace zahrnuje mimo jiné i vytvoření
prostředí, ve kterém se proces bude spouštět, tzv. kontextu. Kontext obsahuje veškerá nutná nastavení pro to, aby
proces mohl být zpracován a dále veškerá data, která proces vytvořil nebo s nimi pracuje. Při přepínání procesů je pak
přepínán rovněž jejich kontext. Proces připravený pro zpracování procesorem je pak převeden do stavu waiting (ready).
Takto může být připraveno více procesů. Pouze jeden z nich je však v daný okamžik vybrán ke zpracování a předán
procesoru. Tento proces je pak označen jako aktivní (active). V případě požadavku na nějaký zdroj (typicky zařízení),
které není v danou chvíli volné, je proces převeden do stavu blocked (sleeping). Po uvolnění zdroje je pak OS převeden
do stavu waiting. Běžící proces také může být ukončen a to korektně typicky svým dokončením nebo abnormálně
zásahem OS. Pro takovýto proces je následně uvolněn (smazán) jeho kontext a příslušná paměť může být využita k
jiným účelům.
Při využití tzv. virtuální paměti (obvykle část pevného disku počítače) se mohou procesy nacházet ještě v následujících
dvou stavech. Stav swaped out and waiting označuje proces odložený plánovačem do virtuální paměti z důvodu jeho
nevyužívání. Proces je však připraven k okamžitému návratu do operační paměti v případě požadavku na něj. Podobně
lze vysvětlit i stav swaped out and blocked pro procesy odložené a stále se nacházející v situaci, kdy čekají na určité
zdroje.
Vlákna
V souvislosti s pojmem proces se vyskytuje ještě pojem vlákno. Jedná se v podstatě o stav, kdy se proces rozdělí na
několik souběžně zpracovávaných proudů. Takto vzniklá vlákna sdílejí společný kontext, mohou spolu jednodušeji
komunikovat a jejich přepínání v rámci procesu je jednodušší a méně náročné na režii OS.
Správa zařízení v OS včetně správy paměti
Správa paměti
Správa paměti je jednou z nejdůležitějších činností OS. Cílem je vybavit každý proces takovým množstvím paměti, o
který požádá, zajistit správu paměti během multitaskingu a v případě nedostatku fyzické paměti vytvořit a spravovat
paměť virtuální.
Hierarchie pamětí
V počítači lze nalézt paměťová média na různých úrovních (zdrojhttp://tpp.janmuzik.com/tpp08.html ):
•
•
•
•
•
•
•
Akumulátor: obvykle jeden registr procesoru o velikosti rovné délce slova procesoru (8, 16, 32, 64 bitů).
Akumulátor je nejdůležitějším registrem procesoru a je užíván prakticky při všech výpočtech a činnostech
procesoru.
Registry: několik až několik desítek registrů uvnitř procesoru o velikosti rovné délce slova procesoru. Tyto
registry užívá procesor podle potřeby pro realizaci zadaných úkolů.
Cache procesoru: vyrovnávací paměť procesoru. S principem vyrovnávací paměti je možno se setkat v
počítači na více místech. Pro její efektivní užití však vždy platí, že dokáže požadovaná data poskytnout rychleji,
než zařízení či paměť, před kterým je zařazena. Zejména starší procesory tuto paměť nemusí mít vůbec. Na
novějších procesorech mívá rozsah stovky KB nebo několik MB. Na mikroprocesorech Intel se dělí na cache
úrovně 1 (je součástí mikroprocesoru) a úrovně 2 (mimo procesor). Lze rozeznat dva typy paměti cache: writethrough – data se zapisují ihned a write-back - data se zapisují do vnitřní paměti později.
Vnitřní paměť: tzv. operační paměť počítače. Ve Von Neumannově architektuře slouží pro ukládání dat i
programu. U nejstarších počítačů a současných jednočipových mikrořadičů má velikost několik KB, u
současných počítačů stovky až tisíce MB.
Disková cache: stejný princip jako u cache procesoru, zde je však vyrovnávací paměť umístěna mezi operační
paměť a externí (obvykle diskové) paměti. Jde o část vnitřní paměti používanou pro data čtená v předstihu z
disku (read-ahead cache) a pro opožděný zápis na disk. Tím je možné urychlit diskové operace.
Sekundární paměti (vnější paměti): paměťová zařízení s přímým přístupem umožňující čtení i zápis. Obvykle
se jedná o pevné disky, mohou to být však i flash disky, paměťové karty, atd. Je na nich obvykle systém
souborů, který umožňuje používat disky jako hierarchickou strukturu adresářů (složek, atd.) obsahujících
pojmenované soubory.
Terciální paměti (zálohovací zařízení): obvykle jde o magnetické pásky a optické disky CD nebo DVD,
používané jako zálohovací média. Některé operační systémy s nimi dokáží pracovat přímo a automaticky na ně
přesunují soubory, které nebyly dlouhou dobu používány, a v případě, že se mají použít je transparentně
kopírují zpět na disky.
Pokud mluvíme o správě paměti, obvykle je myšlena správa operační paměti (OP) počítače. Zejména u víceúlohových
systémů s multitaskingem je správa OP složitější. OS zde musí OP efektivně spravovat a musí být schopen přidělit
každému procesu takový paměťový prostor v OP, který vyžaduje. Pro tento účel se OP rozděluje na bloky, které OS
následně přiděluje procesům. Na OS také je, aby udržoval přehled o přidělených a uvolňovaných blocích OP.
Lze rozeznat několik způsobů přidělování OP:
•
•
•
Přidělování veškeré volné paměti – tento princip se užívá zejména u jednoúlohových OS. V OP je tak vždy
pouze jeden proces.
Bloky pevné délky – metoda rozdělení paměti na pevné bloky (stejné nebo různé velikosti), které jsou
následně propůjčovány jednotlivým procesům. I zde existují různé strategie přidělování, např. first fit (přidělí se
první blok s velikostí větší, než je požadovaná), last fit (totéž, ale přidělí se poslední vyhovující), worst fit (přidělí
se největší vyhovující blok) a best fit (přidělí se blok, jehož velikost je dostatečná a je nejblíže požadavku
procesu). Toto řešení má však stále nevýhody v malé efektivitě správy paměti a v potížích při nárocích větších ,
než je největší blok.
Dynamická alokace bloků – postup přidělování OP je „obrácen“ blok se vytváří až po zjištění nároků
programu. Tento postup přináší vyšší efektivitu využití paměti, přesto však nelze překročit její fyzickou velikost.
Některé potíže s výše uvedenými postupy přidělování lze odstranit zavedením logické mezivrstvy mezi pamětí a
procesem, která umožní OS adresovat bloky OP a skládat je pro daný proces do jednoho celku tak jak je potřeba a aniž
to proces pozná. Vytváříme tak tzv. lineární paměťový prostor procesu. Mapování tohoto prostoru na bloky fyzické
paměti lze uskutečnit dvěma cestami:
•
•
Stránkování – fyzická paměť je dělena na stejně velké bloky (rámce) do kterých jsou umisťovány tzv. stránky
logického adresního prostoru (adresa je složena z čísla stránky a čísla umístění uvnitř této stránky). Mapování
stránek do rámců zajišťuje OS. Takto se prudce zvyšuje efektivita přidělování paměti, protože rámce a stránky
jsou relativně malé (kB) a prostor paměti lze využít prakticky beze zbytku.
Segmentace – jedná se o obdobný postup jako stránkování, velikost segmentů však není stejná a může se
dynamicky měnit podle požadavků procesů. Segmenty jsou umisťovány do bloků OP, obvykle stejné velikosti (v
situaci, kdy je přidělována dosud nevyužitá část OP) nebo nejbližší vhodné velikosti (opětovné přidělení již
existujícího uvolněného bloku OP). Aby bylo možné vytvářet co největší bloky, je používán mechanizmus
„setřásání“, tedy realokování bloků OP vůči segmentům. Dochází tím k vytváření větších souvislých oblastí
použitelných pro velké segmenty (podobný princip jako defragmentace pevného disku).
Virtuální paměť
Virtuální paměť řeší situaci, kdy počítač již nemá dostatek tzv. fyzické (reálné) OP pro další procesy. Obvykle se jedná o
část kapacity pevného či flash nebo USB disku, která je spravována OS ve zvláštním režimu. Vůči uživateli se tato část
obvykle jeví jako samostatný soubor. OS takto rozšířenou OP využívá podle potřeby k odkládání těch bloků fyzické OP,
které např. patří málo používanému procesu, nebo nejsou procesem dlouhodobě užívány. V případě požadavku na ně
jsou tyto bloky opět načteny do fyzické části OP a do virtuální části je uvolněno něco jiného. Pro procesy je tato paměť
transparentní a tváří se jako regulérní OP. Virtuální paměť je někdy označována jako swap a proces jejího naplnění či
uvolňování jako swapping.
Velikost virtuální paměti si OS obvykle nastavuje sám, uživatel má však možnost do tohoto procesu zasáhnout (i když se
to nedoporučuje). Také je potřeba si uvědomit, že užití swapu s sebou nese dodatečnou režii, která též závisí na velikosti
swapu. Obvykle se doporučuje mít virtuální paměť velkou jako cca 1,5 násobek fyzické OP.
Obsluha zařízení
Další oblastí, kterou musí OS spravovat je obsluha dalších zařízení, obvykle vstupně výstupních (V/V). Účelem správy je
zabezpečit přístup k zařízení (pro OS) standardním způsobem, zpravidla stejně jako k souborům, až při běhu programu
se definuje, kam výstup půjde. Dalším úkolem je zajistit sdílení zařízení a aplikaci přístupových práv pro různé
uživatele. Hlavními problémy jsou přitom jak podstatný rozdíl v rychlosti mezi těmito zařízeními a procesorem, tak také
nutnost řešit kolizní situace, protože jedno V/V zařízení (např. tiskárna) může být požadováno více procesy. Jednotlivé
přístupy ke správě V/V zařízení jsou rozebrány dále.
Programové řízení V/V
V tomto případě procesor vyčkává na informaci zařízení o jeho připravenosti a následně mu odesílá či od něho přijímá
data. Při tomto režimu se však plně projevuje značný rychlostní rozdíl mezi procesorem a zařízením. Lze říci, že
procesor vlastně stále jen čeká.
Obsluha pomocí přerušení
Zde je použit stejný princip jako při multitaskingu. Zařízení oznamuje svou připravenost pomocí signálu přerušení. To
vede k uložení aktuálního kontextu, detekci příčiny přerušení, zpracování přerušení (vyvoláním programu pro jeho
obsluhu, který např. může na tiskárnu zaslat další úlohu z fronty) a návrat k provádění původního programu. Takto je
procesor neustále efektivně využit.
Pro správu systému přerušení se užívá tzv. řadič přerušení, který detekuje příčiny přerušení, určuje priority a řeší
případné konflikty. Ty mohou nastat zejména u zařízení, která nemohou být sdílena více procesy naráz (např. tiskárna).
Taková zařízení označujeme jako vyhrazená (pro daný proces). Přidělení takového zařízení procesu se děje
prostřednictvím řídícího mechanizmu, kterým mohou být např. semafory, či priority požadavků. Při užití semaforu je tento
přiřazen každému vyhrazenému zařízení. Prvnímu procesu je zařízení přiřazeno a zároveň je semafor nastaven tak, že
všechny další procesy žádající o toto zařízení jsou pozastaveny (stav wait). Po uvolnění zařízení je přiděleno dalšímu
procesu v pořadí. Zde však hrozí tzv. deadlock, tedy situace, kdy aktivní proces, který má k dispozici zařízení požaduje
komunikaci s procesem čekajícím ve frontě na toto zařízení. První proces nemůže pokračovat, protože nemá od druhého
procesu odezvu. Ten ji nemůže poskytnout, protože čeká na uvolnění zařízení vyhrazeného pro první proces. V případě
definování priorit je postup stejný, z fronty čekajících procesů se však vybírá ten s nejvyšší prioritou.
Proces vyhrazování a s ním spojené problémy lze eliminovat užitím programové mezivrstvy, která bude mít dané
zařízení plně pod kontrolou a bude sbírat požadavky od jednotlivých procesů. Proces tak předá svá data mezivrstvě,
která se postará o jejich uložení do okamžiku zpracování, a více se o ně nestará. Zároveň je možné tuto službu
nabídnout nejen procesům na daném počítači, ale i z dalších strojů např. v rámci LAN (síťový tiskový server).
DMA
Přímý přístup do paměti (Direkt Memory Access) je další možností obsluhy V/V zařízení. Jeho princip spočívá v přímé
komunikaci mezi OP a příslušným zařízením prostřednictvím paměťové sběrnice procesoru. Procesor sám se této
komunikace však neúčastní, pouze inicializuje požadavek na ni a ukončuje ji. Důvodem pro tento princip je vysoká
přenosová rychlost i odlehčení procesoru.
Princip DMA (zdroj http://marvin.sn.schule.de/~dvt/lpe12/121dma.htm )
Vlastní přenos je řízen řadičem DMA, který musí vyřešit, kdy DMA přenos uskutečnit, protože probíhá po sběrnici, na
kterou je napojen i procesor. Používány jsou 3 přístupy:
•
•
•
Dávkový režim - DMA řadič požádá procesor o uvolnění sběrnic. Následně provede přenos dat a sběrnice
procesoru vrátí.
Kradení cyklů – DMA řadič uspí procesor v době, kdy ten se sběrnicemi nepracuje (to lze však provést jen na
velmi krátkou dobu) a provede přenos
Transparentní – DMA řadič sleduje činnost procesoru a rozpozná, kdy nejsou sběrnice užívány. V té době
provede přenos dat.
Obsluha zařízení pomocí specializovaného řadiče
Jedná se o podobný princip jako u DMA v tom, že zařízení komunikuje nikoliv přímo s procesorem, ale se svým řadičem
(v případě DMA jde o DMA řadič), na ten může být připojeno více podobných zařízení (např. SCSI či IDE řadič pro pevné
disky). Problémem zde je detekce příslušného řadiče a míra standardizace jeho chování. Pro běžná zařízení jsou řadiče
běžně detekovány operačním systémem, pro specializovaná zařízení je nutné doplnit příslušný SW ovladač.
OS a souborové systémy
Základním a značně univerzálním modelem práce s daty v OS je využití souborů jako jednotek pro tuto činnost. Z toho
také plyne nutnost soubory ukládat a organizovat. K tomu se užívají paměťová média (vnější paměti) na nichž je
implementován některý ze souborových systémů (filesystémů). Souborový systém strukturuje prostor pro ukládání dat
(např. na sektory) popsaný metadaty a uchovává informace o tom, kde se jaký soubor (data) nachází.
Souborové systémy jsou kromě své reálné implementace charakterizovány některými společnými vlastnostmi. Jednou ze
základních je velikost adresovatelného prostoru, údaj, který vlastně vyjadřuje maximální velikost fyzického disku, na
který se dá SS implementovat. S tím souvisí i maximální počet úrovní složek či adresářů, do kterých lze soubory členit
nebo maximální počet položek v adresáři. Podstatná je (zvláště při práci s multimedii) i maximální velikost jediného
souboru.Další vlastností je míra a způsob implementace přístupových práv a uživatelských limitů objemů dat (kvót).
Podstatná je též míra bezpečnosti dosahovaná např. žurnálováním či užitím více fyzických nosičů (RAID).
Vyčerpávající přehled SS poskytuje např. Wikipedia, odkud je převzata i následující tabulka (upraveno):
Souborový
systém
Max.
délka
Max.
Znaky v názvech Max. délka
názvu
velikost
adresářů
cesty
soubor
souboru
u
V6FS
14b
libovolný bajt
kromě NULL a /
Bez
omezení
8MB
2TB
Bell Labs
1972
Version 6 Unix
V7FS
14b
libovolný bajt
kromě NULL a /
Bez
omezení
1GB
2TB
Bell Labs
1979
Version 7 Unix
FAT12
255b
Unicodekromě
NULL
Bez
omezení
32MB
32MB
Microsoft
1977
QDOS
FAT16
8b
(původ
ně) /
Unicodekromě
255b
NULL
(pouze
LFN /
VFAT)
Bez
omezení
2 Gib /
4GiB
16MiB
Microsoft
až 4GiB
1983
MS-DOSverze 2
FAT32
8b
(DOS
bez
LFN) / Unicodekromě
255b NULL
(pouze
LFN /
VFAT)
Bez
omezení
2 Gib /
4GiB
2 TiB
Microsoft
1997
Windows 95c
FATplus
255b
Unicodekromě
NULL
Bez
omezení
256GiB
2TiB
Udo Kuhnt
2006
a další
EnhancedDR-DOS
MFS
30b
libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
?
?
Apple
1983
Mac OS
HFS
libovolný bajt
30b 24 kromě NULL
Bez
omezení
?
?
Apple
1985
Mac OS
OFS
?
?
?
?
Metacomc
oproCom 1985
modore
?
Max.
velikost
diskové Vyvinul
ho
oddílu
Používáno od
r.
Původní OS
Amiga OS
255b
Všechny bajty
kromě NULL
Bez
omezení
8GB až
2TB
IBM &Micr
1988
osoft
OS/2
NTFS
255b
Unicodekromě
NULL
Bez
omezení
16EB
16EB
Microsoft ,
Gary
1995
Kimura, To
m Miller
Windows NT
HFS+
255
Unicodekromě
znaků 1 NULL
?
8EB
8EB
Apple
1998
Mac OS
FFS
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
4GB
256TB
Kirk
1983
McKusick
4.2BSD
Amiga
FFS(Amiga)
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
4GB
256TB
Commodo
1987
re
Amiga OS verze 1.3
UFS1
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
4GB až
256TB
256TB
Kirk
1994
McKusick
4.4BSD
UFS2
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
512GB
1YB
až 32PB
Kirk
2002
McKusick
FreeBSD5.0
NILFS
?
?
?
?
NTT
2005
Linux
ext2
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
16GB až 2TB až
2TB
32TB
Rémy
Card
1993
Linux
ext3
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
16GB až 2TB až
2TB
32TB
Stephen
Tweedie
1999
Linux
4032b/
Libovolný bajt
ReiserFS V3 255zna
kromě NULL
ků
Bez
omezení
8TB
16TB
Namesys 2001
Linux
Reiser4
?
?
Bez
omezení
8TB na
x86
?
Namesys 2004
Linux
XFS
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
9EB
9EB
SGI
1994
IRIX
JFS
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
8EB
512TB
až 4PB
IBM
1990
AIX 11
JFS2
255b
LibovolnýUnicodez Bez
nak kromě NULL omezení
4PiB
32PiB
IBM
1999
OS/2WSeB
12288b
až
260GB
256PB
až 2EB
Be
Inc. , D.
Giampaolo 1996(?)
,C.
Meurillon
BeOS
8TB
8TB
Novell
Netware 5
HPFS
Be File
System
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
NSS
?
Omezení
Závisí na použitém
limitované
jmenném prostoru
klientem
4GB
?
1998
NWFS
80b
Závisí na použitém Bez
jmenném prostoru omezení
4GB
1TB
Novell
1985
Netware 286
ODS-2
?
?
?
?
?
DEC
1979
OpenVMS
ODS-5
236b
?
4096b
1TB
1TB
DEC
2003
OpenVMSverze 8
UDF
255b
LibovolnýUnicodez
1023b
nak kromě NULL
16EB
?
ISO / ECM
1995
A /OSTA
-
UFS
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
4 GiB až
256 TiB
256 TiB
Kirk
1994
McKusick
4.4BSD
UFS2
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
512 GiB
1 YiB
až 32 PiB
Kirk
2002
McKusick
FreeBSD 5.0
QNX 4.x
255b
libovolný bajt
kromě NULL
255b
4GB
8GB až
2TB (?)
QNX
Software
Systems
QNX
QNX
VxFS
255b
Libovolný bajt
kromě NULL
Bez
omezení
16EB
?
VERITAS 1991
SVR4.0
Plan9
Fosil+Venti
?
?
?
?
?
Bell Labs
Plan9verze 4
ZFS
255b
LibovolnýUnicodez Bez
nak kromě NULL omezení
16EB
16EB
Sun
Microsyste 2004
ms
Solaris 10
LFFS
?
? Unicodeznak
kromě NULL
?
?
Symbian
Symbian S60 6.1
?
1990
2003
2003
Souborové systémy (zdrojhttp://cs.wikipedia.org/wiki/Souborov%C3%BD_syst%C3%A9m)
Různé OS podporují různé souborové systémy (SS). Známý je např. systém FAT nebo NTFS pro MS Windows či EXT3
pro Linux. Na některé nejpodstatnější SS se zaměří další text.
FAT
FAT (File Allocation Table) patří mezi nejstarší SS používané na PC. Původně se jednalo o SS vytvořený pro OS DOS
(Disc Operating System). Doplňující číslo označuje počet bitů užitých pro adresaci clusteru. Původní FAT12 byla určena
pro diskety. Následovala verze FAT16 a současná FAT 32 s maximální velikostí souboru až 4 GB a velikostí disku až 2
TB. Bohužel právě limit 4 GB na jediný soubor činí tento SS nevhodný pro práci s multimedii. V souvislosti s přechodem
od 8-místného označování souboru a 3-místné přípony byla vytvořena verze VFAT implementující tzv. dlouhé názvy
souborů (max. 255 znaků).
Základem SS je tabulka uložení souborů (FAT) definují umístění souborů v clusterech. Soubor může být rozložen do více
clusterů na disku a to i vzájemně nesouvisejících. Pak hovoříme o tzv. fragmentaci disku, která může významně
zpomalovat činnost OS (OS musí nejprve soubor „sestavit“, teprve pak může pokračovat v práci). Tabulka FAT pak
uchovává i údaje o správném pořadí clusterů souboru. Pro zvýšení bezpečnosti je FAT na disku uložena několikrát a v
případě nečitelnosti jedné kopie je použita jiná. Tabulka FAT obsahuje pro každý soubor pouze 4 základní atributy
(skrytý, systémový, jen pro čtení a archivní), neukládá se vlastník souboru ani specifická přístupová práva k němu.
Souborový systém FAT si za léta používání získal značnou oblibu pro svou jednoduchost a spolehlivost a je podporován
širokou škálou SS jako uznávaný standard.
NTFS
Systém NTFS (New Technology File Systém) firmy Microsoft je prakticky následníkem FAT snažícím se o odstranění
jeho hlavních nedostatků:
•
•
•
•
•
•
•
Žurnálování – činnosti na SS jsou archivovány do zvláštního souboru (žurnál) pro zajištění dat. V případě
havárie je možné nedokončené operace anulovat nebo dokončit.
Systém přístupových práv orientovaný na soubory a uživatele či jejich skupiny
Možnost komprese přímo zapracována v SS
Šifrování – možnost zašifrování jednotlivých souborů nebo složek pro zamezení zneužití dat.
Podpora uživatelských kvót – uživatelé nemohou obsadit více prostoru, než je jim povoleno.
Podpora dlouhých jmen souborů a adresářů
Podpora odkazů – doplnění rysu SS z prostředí Unix, kdy je možné vytvořit zvláštní soubor, který e pouze
odkazem na soubor skutečný. Na jeden soubor může ukazovat i několik odkazů, které mohou být jak pevné
(hardlink), tak volné (softlink).
NTFS byl vytvořen pro MS Windows NT, max. velikost souboru i disku je 16 EB. Základem systému je tzv. MFT (Master
File Table) a celý SS je organizován jako velká databáze. V současnosti je provozována NTFS ve verzi 5.0 a 6.0
(Windows Vista). Systém NTFS také umožňuje vytvářet logické disky spojením několika disků fyzických. Jedná se o
opačný postup, než je dnes zcela běžný (rozdělení fyzického disku na několik logických).
ISO 9660
Formát ISO 9660 je používán jako SS na discích CD a DVD. Vzhledem ke svému účelu je charakteristický tím, že do
něho nelze přidávat soubory a je nutné jej vytvořit jednorázově. Pro přepisovatelná média lze užít SS UDF, který zápis
umožňuje.
Systém atributů v ISO 9660 prakticky neexistuje stejně jako systém přístupových práv. Maximální velikost souboru je 4
GB, maximální počet adresářů je 65535. Pro práci s dlouhými názvy v kódování Unicode a pro větší kompatibilitu s MS
Windows se používá rozšíření Joliet. V prostředí OS Linux se používá rozšíření Rock Ridge umožňující zachovat atributy
souborů a definovat delší ASCII jména. Rozšíření ElTorito umožňuje vytvářet bootovací CD.
Systém ISO 9660 je považován za standard a jako takový je podporován všemi významnými OS.
EXT2 (EXT3)
EXT2 (Second extended file systém) je souborový systém užívaný v OS Linux. Jak již název vypovídá, jde o druhou
verzi ve vývojové řadě, která je kompatibilní s verzí EXT3 obsahující navíc žurnálovací systém a možnost měnit velikost
SS za běhu. Dnes tyto SS tvoří základ implementace Linuxu. Jejich společným předchůdcem byl SS Minix, omezený
maximální velikostí disku 64 MB. Novinkou poslední doby je vývojová verze SS EXT4, která byla představena v roce
2006.
Prostorem uchovávajícím informace o SS je tzv. superblok umožňující bootování OS, za kterým následují další
metadata, z nichž nejdůležitější je tabulka tzv. uzlů (inodes) neboli identifikátorů souborů a adresářů nesoucích veškeré
informace o nich včetně přístupových práv.
EXT2 umožňuje (při vhodném nastavení) velikost souboru až 2 TB a velikost disku až 32 TB (EXT4 až 1 EB) a z hlediska
přístupových práv a atributů souborů je plně přizpůsoben OS Linux.
ReiserFS
ReiserFS je SS vyvinutý firmou Namesys (vedenou a vlastněnou Hansem Reiserem). V současné době je tento SS
implementován zejména na OS Linux. Podporuje žurnálování a zvětšování disku za běhu. Jeho největším plusem je
velká rychlost (cca 10-15x rychlejší ve standardním nastavení než EXT2 a EXT3). Naopak problémem je provádění
nesynchronizovaných operací s disky (operace neprobíhají přímo na disku, ale jen v paměti počítače a následně se
zapisují).
XFS
XFS je souborový systém uvolněný firmou SGI v roce 2001 pod GPL pro Linux. Je určen pro ukládání dat na discích /
diskových polích velkých serverů (maximální velikost souboru i disku 9 EB). Dnes má již své uplatnění i v osobních
počítačích či pracovních stanicích operujících s velkými objemy dat. Jde o ž urnálovací souborový systém s 64-bitovým
adresováním, lze tedy adresovat značně velký diskový prostor. XFS je také mimořádně rychlý a dobře podporuje
multiprocesorové systémy.
Porovnání a příklady OS
Při snaze porovnat různé OS je nejprve potřeba definovat určitá kritéria tohoto porovnávání. Dále jsou uvedena alespoň
některá z nich a jejich aplikace na nejznámější OS pro osobní počítače (MS Windows, Linux - Unix a MacOS).
Hlavní kritéria při porovnávání OS jsou následující:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Spolehlivost - stabilita OS je jednou z nejpodstatnějších vlastností. Pád OS obvykle vede ke ztrátě dat. Na
tomto poli vynikají OS Unixového typu (zejména BSD). Velmi stabilní (zřejmě především díky speciálnímu HW)
je také MacOS (MacOS X je vlastně unix). Mezi uživateli mají naopak poměrně špatnou pověst MS Windows.
Výkon - posuzovat výkonnost OS je problematická záležitost, velmi zde záleží na typu řešených úloh. Např.
unixové OS jsou od svého zrodu optimalizovány pro provoz síťových aplikací. Naopak MS Windows jsou
primárně určeny pro tzv. desktopové aplikace, tedy kancelářské a domácí. Pro účely zjišťování výkonu OS a
daného HW (tzv. benchmarking) jsou k dispozici standardizované testovací programy, obvykle portované na
všechny významné OS.
Bezpečnost - bezpečností je myšlena především odolnost OS proti napadení viry, proti útoků z počítačové sítě
či proti škodlivému SW (malware, spyware, …). Bezpečnost je obtížné testovat, jednou z cest je zkoumání kódu
OS. To je např. možné u OS Linux, který je tzv. „open source“, tedy otevřený systém s dostupnými zdrojovými
kódy. Tuto cestu nelze naopak zvolit u firemních OS (Windows, MacOS), protože jejich kódy nejsou k dispozici
(„closed source“). Na bezpečnost má vliv také rozšíření OS, např. Windows jsou dnes jednoznačně nejvíce
napadaným OS. Vliv má i charakteristika cílové skupiny uživatelů či dostupnost OS. S bezpečností a
spolehlivostí OS úzce souvisí typ souborového systému a jeho schopnosti odolat poruše či útoku (viz. níže).
Souborový systém - bližší podrobnosti ohledně SS jsou uvedeny v jiné části této kapitoly. Lze jen doplnit, že
zásadní odlišnosti jsou mezi SS v hierarchii složek či adresářů. V MS Windows je nejvyšší složkou plocha, pod
kterou je mimo okolních počítačů a např. koše zařazen i „tento počítač“. Pod ním tvoří další úroveň logické disky
označované písmeny s dvojtečkou (A . Teprve pod těmito disky jsou uloženy adresářové stromy, pro každý
logický disk zvlášť. Samotný OS je obvykle umístěn v prvním logickém pevném disku (C v adresáři Windows.
U SS unixového typu (Linux, MacOS) je vše uspořádáno do jediného adresářového stromu, do kterého lze
připojovat další paměťová média jako adresáře. Běžně se zde používá standardní členění podle účelu
(standardní struktura základních adresářů s typickými názvy). OS je tedy „rozprostřen" do více adresářů.
Rozšiřitelnost - rozšiřitelností je myšlena především možnost doplnění OS o ovladače nových či speciálních
zařízení (dnešním problémem jsou i ovladače grafických karet). V tomto porovnání jednoznačně vedou MS
Windows jako nejšířeji podporovaný OS s dobrou schopností akceptovat nové ovladače. Jde především o
velkou vstřícnost výrobců HW tyto ovladače vyvíjet a poskytovat, ačkoliv vývoj např. pro OS Linux by byl
vzhledem k plné dostupnosti kódů asi o trochu snazší. Problém OS Linux však leží především v licenční politice,
která nutí producenty HW vydávat „open source“ ovladače, což u nich není příliš populární. Podpora Linuxu je
tedy podstatně menší. Menší podporu než MS Windows má i MacOS, ačkoliv nejde o otevřený systém.
Množství dostupných aplikací - vzhledem ke svému rozšíření i v této kategorii jednoznačně vedou MS
Windows jako univerzální (z hlediska zaměření aplikací) a hojně podporovaný OS. Pro počítače Apple (MacOS)
je tento stav také cílem, protože je však tento OS užíván především vybranými skupinami uživatelů
(akademická komunita, zpracování multimédií), je v některých oblastech podpora lepší a v jiných horší. S
rostoucí oblibou Linuxu u koncových uživatelů postupně roste i nabídka aplikačního SW. Vývojové firmy si dnes
nemohou dovolit u nejvýznamnějších aplikací některý z uvedených OS pominout. Ještě je potřeba dodat, že
dostupnost aplikací pro jednotlivé OS se liší i podle modelu distribuce (pro Linux je velká část aplikací volně
šiřitelných, ve Windows či MacOS je jejich procento výrazně menší díky množství placeného SW).
Vývojové nástroje - v této oblasti má lepší pozici OS Linux s množstvím volně dostupných vývojových nástrojů
a volně dostupným kódem. MS Windows také disponují mnoha nástroji, jsou však obvykle placené (což ale
rozhodně nenaznačuje, že jsou lepší) a uzavřené (neprůhledné).
Podpora - jednoznačně platí, že kvalitní firemní podporu poskytují firemně vyvíjené OS (MS Windows, MacOS).
Někdy je však problém ji získat (vzhledem k uzavřenosti kódu jsou vlastně jediným kvalifikovaným
poskytovatelem podpory samotní výrobci OS). Naopak komunitně vyvíjené OS (Linux) jsou z principu
podporovány svými tvůrci méně kvalitně a nesouvisle. Existuje však mnoho nadšenců a společností, které
prostřednictvím různých blogů a diskusních fór či na komerční bázi mohou poskytnut radu. Jiná je situace v
případě, že Linux je dodáván na komerční bázi firmou, která si do ceny podporu započte a poskytuje ji.
Specifickou formou podpory je aktualizace (update) OS, která velmi úzce souvisí s výše uvedenými
charakteristikami. Touto cestou lze totiž eliminovat např. bezpečnostní či výkonové problémy způsobené chybou
v kódu, rozšiřovat a doplňovat OS. Všechny významné OS současnosti jsou na aktualizaci připraveny, přičemž
zvláště podporují tzv. online aktualizaci prostřednictvím Internetu. Uživatel se spojí s výrobcem, zjistí se aktuální
konfigurace OS a podle toho se uživateli nabídnou aktualizační balíčky, někdy označované jako záplaty (patch).
V propracovanosti tohoto systému vyniká zejména Microsoft. Naopak Linux nemá žádnou centrální podporu,
disponuje však nástroji umožňujícími provést aktualizaci či rozšíření systému kontaktováním některého z mnoha
(obvykle specificky zaměřených) skladišť (repozitářů). Ty uživateli umožňují instalovat vybrané součásti,
přičemž tento výběr nemusí provádět uživatel sám, ale provede jej konfigurační program na jeho počítači.
Celkové náklady a cena - musíme mít na paměti, že celkové náklady na užití daného OS nejsou ani zdaleka
tvořeny pouze jeho pořizovací cenou. Podstatně větší položkou jsou výdaje na kvalitní nastavení a správu OS.
Svou roli hraje i dostupnost odborníků na jednotlivé OS, kde jednoznačně vedou OS, ale Linux začíná existující
•
rozdíl dotahovat. Cena MS Windows se velmi liší podle verze a zvoleného licenčního modelu (multilicence,
časově limitovaná licence, …), MacOS je dodáván při nákupu HW do max. 5 uživatelů zdarma. OS Linux je
zdarma k dispozici v tzv. distribucích (Ubuntu, Fedora, Mandriva, SuSE, Gentoo, …), ale i k dostání s podporou
příslušných firem (např. Redhat Enterprise Linux vychází z distribuce Fedora).
Další specifické vlastnosti - sem by bylo možné zařadit další charakteristické a pro některé skupiny uživatelů
podstatné vlastnosti OS. Může jít např. o schopnost práce v clusterech.
Přehled a detailní charakteristiky v současnosti používaných OS lze najít např.
vhttp://www.commercialventvac.com/~jeffs/OS_comparison.html nebo vhttp://www.osdata.com/. Pro informaci je zde
uveden pouze seznam (současných i historických) OS (zdroj http://www.osdata.com/, doplněno a upraveno, významnější
OS pro běžného uživatele jsou uvedeny tučně):
Základní deska a její vybavení
Základní deska je velmi složitý několikavrstvý plošný spoj, tvořící základ každého počítače. Obsahuje jádro počítače,
tedy jeho nejdůležitější a nejrychlejší komponenty, a vytváří potřebné zázemí pro jejich vzájemnou komunikaci a
komunikaci s dalšími částmi počítače. Toto zázemí představují především sběrnice.
Sběrnice
Sběrnici je možné si představit jako určitý počet vodičů vedle sebe, které propojují vybrané části PC. Sběrnice lze členit
podle charakteru přenášených dat na:
•
•
•
Datové – přenášejí data mezi částmi PC. Jejich šířka (počet vodičů) má velký vliv na rychlost počítače; šířka se
udává v bitech a tento údaj je též uváděn jako jeden z parametrů celého počítače.
Adresové – slouží k adresaci operační paměti procesorem. Data na ní určují, ze kterého místa OP se bude číst
nebo na jaké místo psát. Šířka této sběrnice ovlivňuje maximální velikost adresovatelného paměťového
prostoru.
Řídící – slouží pro přenos řídících a kontrolních signálů mezi zařízeními.
Podle technologického uspořádání je možné rozlišit několik standardů (zde uvedeny ty nejznámější):
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ISA (Industry Standard Architecture) – nejstarší užívaný standard, který měl 8b a 16b (AT Bus) variantu.1.
varianta - dodnes užívaná.
EISA (Extended ISA) - vyvinula se z ISA, je konstruována jako propustnější, což má vliv na rychlost počítače.
Microchannel Architecture (MCA) - typ sběrnic vytvořených firmou IBM.
Vesa Local Bus (VLB) – zvláštní sběrnice rozšiřující standard ISA. Po nějakou dobu existovala paralelně s nově
vytvořeným standardem PCI. Nakonec PCI standard zvítězil.
PCI (Peripheral Component Interconnect) – dnes základní standard mezi sběrnicemi. Získal si značnou
popularitu zejména díky podpoře výrobců HW. Tato sběrnice přinesla výrazně vyšší taktování (počet cyklů
přenosu dat za jednotku času) a tím i vyšší propustnost nutnou pro nová a rychlá zařízení. Nejnovější standard
pracuje s taktem 66 MHz a šířkou 64b (verze 2.1 a 3.0), tj. 266 MB/s.
AGP (Accelerated Graphics Port) – standard vytvořený speciálně pro připojování grafických karet do základní
desky. Nejde v pravém smyslu o sběrnici (propojující více zařízení s jádrem počítače), protože AGP je schopna
připojit pouze jedinou kartu. Standard se vyvíjel, přičemž nové verze násobily přenosové schopnosti
předchozích (AGP1.0 = AGP 1x, 2x; AGP2.0 = AGP 4x; AGP3.0 = AGP 8x). Ve své poslední verzi (3.0) šlo o
32b sběrnici taktovanou na 66 MHz, přičemž přenos jedné dávky dat se odehrával 8x za takt. Šlo tedy v
podstatě o takt 533 MHz a přenosovou rychlost až 2133 MHz/s. Standard se dále rozvíjel v několika
modifikacích, které však nebyly obecně přijaty.
PCI Expres (PCIe) – jedná se o následníka PCI a AGP. Standard vychází ze samostatných sériových kanálů,
kde každý může současně přenášet max. 250 MB/s a to oběma směry (tzv. full duplex, tj. reálně 500 Mb/s).
Takových kanálů může být maximálně 32 (PCIe x32), takže výsledná přenosová rychlost je až 16 GB/s
(standard PCIe 1.1). V budoucnu se počítá s rychlostmi až 1 GB/s na kanál. Verze PCIe 2.0 (leden 2007) zatím
přináší 16 GB/s v jednom směru.
Small Computer System Interface (SCSI) – rozhraní pro připojování periferií. Svou oblibu si získal zejména
pro připojování pevných disků (ale nejen jich), protože sběrnice umožňuje připojit 8 – 16 zařízení (podle verze) s
přenosovou rychlostí až 640 MB/s (Parallel SCSI).
USB (Universal Seriál Bus) – sběrnice pro připojování externích zařízení s podporou plug-and-play (připojení
za chodu počítače). Vyskytuje se ve dvou verzích: verze 1.1 dosahuje přenosových rychlostí až 1,5 MB/s, verze
2.0 až 60 MB/s. Sběrnice podporuje až 127 zařízení v 5 úrovních (lze ji totiž dále rozbočovat pomocí USB
rozbočovačů). Připojovaná zařízení jsou rozdělována do tzv. tříd podle požadavků na služby řadiče USB (např.
USB mass storage device, USB human interface device, USB audio device, USB video device, wireless
controlers, atd.). Specifické postavení má zejména třída „Mass Storage“ umožňující připojení externích
paměťových zařízení jako např. pevných USB disků, flash disků, paměťových karet, atd. Z těchto zařízení může
počítač rovněž startovat, pokud obsahují příslušný OS. Jde o dnes patrně nejrozšířenější standard pro
připojování externích zařízení.
Serial Advanced Technology Attachment (SATA) – jde o nejnovější standard pro připojování především
paměťových médií podporující tzv. hot plug (připojení či odpojení za běhu PC). Standard se vyvinul z ATA/IDE,
dnes označovaného jako PATA (Parallel ATA), rozhraní pro připojení pevných disků. Současná přenosová
rychlost dosahuje 375 MB/s na jedno připojené zařízení, přičemž je v plánu zvýšení na dvojnásobek. Standard
je k dispozici nejen pro interní užití v počítači, ale i pro připojení externích zařízení (External SATA, eSATA).
Systém řízení základní desky a na ní existujících zařízení se nazývá čipová sada(chipset). Tyto sady jsou dodávány
různými výrobci a tvoří neoddělitelnou součást základní desky. V současnosti se čipová sada běžně skládá především ze
dvou čipů:
•
•
Memory Controler Hub (MCH), někdy označovaný jako tzv. northbridge, zajišťuje komunikaci mezi procesorem
a operační pamětí, případně AGP nebo PCIe sběrnicí, tedy mezi velmi rychlými částmi počítače, které tvoří jeho
jádro.
I/O Controler Hub (ICH), tzv. southbridge, který je napojen na northbridge a obsluhuje sběrnice PCI, USB a
další služby základní desky jako je správa napájení (APM – Advanced Power Management), hodiny desky (Real
time clock) a další zařízení.
Kromě sběrnic lze další rozšiřující zařízení připojit prostřednictvím tzv. portů a rozhraní:
•
•
•
•
•
•
Advanced Technology Attachment/ Integrated Drive Electronics (ATA/IDE/Enhanced IDE - EIDE) –
rozhraní určené pro připojování paměťových médií uvnitř počítače. Jde o jedno z nejstarších rozhraní, které
prošlo dlouhým vývojem. Dnes je též označováno jako Paralel ATA pro odlišení od SATA. Vyskytuje se též
varianta ATAPI (ATA Packet interface) pro připojování jiných paměťových médií (ZIP Drive, CDROM, DVD).
Ačkoliv nejde o zcela shodná označení, jsou dnes názvy ATA, a IDE či EIDE používány pro obecné označení
rozhraní pro pevné disky. Verze užívané dnes jsou založeny na DMA (DMA nebo Ultra DMA - UDMA).
Umožňuje pracovat až s disky velikosti 128 PB a přenosovou rychlostí až 133 MB/s na kabel. Zařízení jsou u
standardu ATA připojována po dvou na jeden kabel (master a slave zařízení), přičemž maximálně je možno
obsadit dva kabely (primary a secondary rozhraní).
Sériové porty – jedná se o jedno z nejstarších rozhraní pro připojení periferií založené na sériovém přenosu
dat (odpovídající šíři sběrnice 1 bit). Je dostupné prostřednictvím 9-ti pinových a 25-ti pinových konektorů a
umožňovalo připojit širokou škálu zařízení. Dnes je prakticky nahrazeno USB. Dosahovaná přenosová rychlost
činila cca 14,3 kB/s.
Paralelní porty – šlo o rychlejší rozhraní o šíři 8 bitů (někdy označované jako Centronics), které je dnes též
nahrazeno USB. Sloužilo především k připojení tiskáren či scannerů a mohlo být provozováno v několika
režimech (standard, EPP, ECP) přičemž dosahovalo rychlostí až 312 kB/s.
Game port – jak již název naznačuje, šlo o jednoduché rozhraní pro připojení herních periferií (joystick, volant,
atd.). Také se jeho prostřednictvím mohlo pomocí převodníku připojit zařízení standardu MIDI (Music Instrument
Digital Interface). Dnes je opět nahrazeno USB.
PS/2 (PlayStation 2) – dodnes používané rozhraní určené pro připojení vstupních periferií jako je klávesnice
nebo myš.
IEEE1394 (FireWire, iLink) – rozhraní vytvořené původně firmou Apple pro vysokorychlostní přenosy mezi
počítačem a multimediálními zařízeními (např. digitálními kamerami) a dnes považované za standard v této
oblasti. Umožňuje připojit až 63 zařízení s teoretickou rychlostí až 50 MB/s. Ačkoliv jde o nižší hodnotu, než
např. u USB, je FireWire dávána přednost pro jeho schopnost se více přiblížit teoretickému maximu. Své
uplatnění získalo rozhraní v leteckém průmyslu jako standard pro avioniku letadel.
Základní deska PC (zdrojhttp://www.techiwarehouse.com/i/Motherboard/Motherboard1.jpg)
Základní desky PC jsou vyráběny v několika standardizovaných velikostech a zapojení. Dříve byl základním standardem
formát AT, který byl užíván až do desek určených pro procesory Pentium 2. Tento formát vyžadoval též odpovídající
napájecí zdroj ve skříni počítače. V současnosti nejrozšířenějším formátem základních desek je formát ATX (opět s
odpovídajícím zdrojem a napájecím konektorem) disponující již elektronickým řízením napájení .
Přípojná místa (zdrojhttp://www.techiwarehouse.com/i/Motherboard/Motherboard2.jpg)
Procesory
Procesor je základní výkonnou jednotkou počítače a tedy součástí jeho jádra (společně s operační pamětí). Základní
funkcí procesoru je provádění instrukcí z tzv. instrukční sady, ze kterých se skládá každý program. Každá instrukce má
vlastní kódové číslo, vytváří se z nich strojový kód. Instrukční sady jsou pro každý typ procesoru specifické, výrobci se
však snaží zachovávat zpětnou a vzájemnou kompatibilitu. Nepsaným standardem ve světě osobních počítačů je
instrukční sada procesorů firmy Intel, která je v tomto oboru vedoucí silou společně s firmou AMD. Obecně rozeznáváme
dva druhy instrukčních sad:
•
•
CISC (Komplex Instruction Set Computer) – plná (kompletní) instrukční sada. Počet instrukcí je zde vysoký, i
složitější akce mají svou vlastní instrukci a nemusí být sestaveny z jednodušších, což urychluje jejich provádění.
Takováto sada instrukcí je obvykle více závislá na konkrétní architektuře procesoru.
RISC (Reduced Instruction Set Computer) – procesor s omezenou (redukovanou) instrukční sadou. Složitější
akce musí být složeny z jednoduchých základních instrukcí, ale procesor je celkově jednodušší a může
pracovat na vyšší taktovací frekvenci.
Běžná PC (Intel, AMD) používají CISC sadu, RISC se uplatňuje u počítačů Apple či u jednodušších zařízení (PDA,
mobily).
Struktura procesoru
Schéma procesoru (zdroj http://www.pctechguide.com/images/21proc.gif)
Hlavní prvky vnitřní struktury procesoru jsou patrné na obrázku.
Základem je řadič (řídící jednotka, execution unit), který řídí činnost celého procesoru a vykonává většinu instrukcí.
Kromě něj jsou součástí procesoru tzv. registry, tedy paměťová místa sloužící jako podpora při vykonávání instrukcí
(pro uložení mezivýsledku, atd.). Pro urychlení číselných výpočtů je procesor vybaven aritmeticko-logickou jednotkou
(integer ALU) a jednotkou pro práci s čísly v pohyblivé řádové čárce (Floating point unit). Pro urychlení činnosti se
používá na několika místech procesoru princip vyrovnávací paměti (cache). Jde především o přípravu instrukcí (code
cache) a ukládání dat (data cache). Jádru procesoru pomáhá tzv. level 1 cache. Označení Level 1 plyne z umístění této
paměti nejblíže jádru procesoru, kromě toho je možné v počítači najít ještě Level 2 (v procesoru, obvykle společná pro
všechna jádra) a Level 3 (v operační paměti) cache. Propojení mezi jednotlivými částmi zajišťují vnitřní sběrnice
procesoru, z nichž některé mohou být 32-bitové a některé (zejména pro komunikaci s operační pamětí) 64-bitové.
V současnosti je možné se již běžně setkat s procesory, které v jediném pouzdru slučují několik jader (2,4) a k nim
příslušející pomocné obvody.
Vývoj procesorů (zdroj http://www.msprojectstart.org/cpu%20history.gif)
Vývoj mikroprocesorů PC začíná v 60. letech (firma INTEL). Jednotlivé generace procesorů pro osobní počítače jsou
uvedeny na obrázku:
Je potřeba dodat, že jednotlivé generace odpovídají zásadním změnám v základních parametrech procesorů. Mezi ty
patří zejména:
•
•
•
•
•
Taktovací frekvence jádra – jde o frekvenci hodinového kmitočtu jádra. Při každém taktu procesor postoupí ve
vykonávání dané instrukce, přičemž ty jednoduché potřebují pro své vykonání právě jeden takt jako nejmenší
množství času. Někdy je tento údaj prezentován i jako počet instrukcí provedených za jednu sekundu. To je
však zjednodušující podání, některé instrukce vyžadují pro své dokončení více taktů.
Počet instrukčních kanálů – maximální počet instrukcí, které procesor dokáže vykonat souběžně v jediném
taktu. Tento údaj souvisí s počtem jader procesoru a jeho vnitřní architekturou. Tzv. superskalární procesory
(Pentia, Power PC) dokáží vykonat více instrukcí i s jedním jádrem.
Šířka slova – počet bitů zpracovávaných současně během jedné operace. Čím je šířka slova větší, tím větší
objem dat může jádro zpracovat.
Šířka sběrnice a její frekvence – počet bitů, které lze v jediném taktu přenést z nebo do operační paměti a
frekvence tohoto taktu. Sběrnice, přes kterou procesor komunikuje s okolím (FSB – Front Seriál Bus) pracuje
obvykle pouze na zlomku frekvence procesoru.
Vnitřní struktura procesoru – i vnitřní uspořádání a architektura významně ovlivňují výkonnost procesoru.
Příkladem může být např. oddělení adresní a datové sběrnice (procesory AMD), které s sebou přináší výrazné
zvýšení propustnosti a tím i výkonu při stejné taktovací frekvenci. Významná pro spotřebu a výkon může být i
výrobní technologie, dnes obvykle udávaná v nm.
•
•
Velikost paměti cache – činnost jádra ovlivňuje zejména L1 cache, která je mu architektonicky nejblíže.
Šířka adresní sběrnice – údaj v bitech, který přímo souvisí s maximální adresovatelnou kapacitou operační
paměti.
Pro užití procesoru je podstatné rovněž jeho pouzdro, či spotřeba el. energie. Právě spotřeba počítačů vzhledem k
poskytovanému výkonu je dnes jedním z nejdiskutovanějších parametrů.
Mezi nejznámější výrobce procesorů patří v současnosti firmy Intel, AMD, VIA, IBM, Motorola či SUN. Většina z nich se
soustředí na RISC procesory nejen pro osobní počítače, ale rovněž pro další aplikace (PDA, mobily, spotřební
elektronika, atd.).
Paměťová media
Žádný počítačový systém se nedokáže obejít bez prostoru pro ukládání dat a povelů – paměti. Tu lze v počítači nalézt na
různých místech, kde slouží k různým účelům. Její nejstarší užití vychází z Von Neumannova schématu jako operační
paměť, tedy zařízení přímo komunikující s procesorem a tvořící srdce počítače. Pro svou omezenou kapacitu a vysokou
cenu se postupně vyvinula vnější paměť jako trvalé úložiště dat a programů. Potřeba přenášet data mezi počítači
zapříčinila rozvoj přenosných pamětí. V počítači se paměť vyskytuje rovněž v každém zařízení pro uložení jeho firmwaru.
Podle logického uspořádání lze tedy rozlišit následující typy pamětí:
•
•
•
•
•
•
Operační paměť – základní paměť v počítači
BIOS – paměť pro uložení základní konfigurace PC umístěná na základní desce.
Vnější paměť – trvalá paměť pro dlouhodobé uložení dat (pevné disky).
Cache – vyrovnávací paměť sloužící na různých místech a úrovních jako prostor pro přechodné uložení dat
před dalším zpracováním, případně pro zmenšení nerovnováhy mezi různě rychlými prvky PC.
Firmware – paměť prakticky každého technického prvku PC, ve které jsou uložena základní data a obslužné
programy.
Videopaměť – paměť grafické karty umožňující činnost grafických akcelerátorů
Z hlediska chování můžeme paměť rozdělit na:¨
•
•
•
ROM (Read Only Memory) – paměť určená pro trvalé uchování dat bez možnosti jejich změny. Z takového
typu paměti je možné pouze data číst. Zápis není možné provést na běžně vybaveném počítači. Variantou jsou
paměti PROM (Programmable Read Only Memory) programovatelné pomocí speciálního vybavení.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory – paměť PROM, kterou je možné vymazat speciálním
postupem (např. vystavením UV záření). Variantou pamětí EPROM jsou paměti EEPROM (Electric Erasable
PROM) vymazatelné elektrickým impulzem. Ještě speciálnější variantou jsou paměti FLASH (Flash EEPROM),
které jsou uzpůsobeny velmi rychlému mazání a to nikoliv celé paměti, ale po definovaných blocích.
RWM (Random Access Memory, Read Write Memory) – tato paměť, někdy označovaná jako paměť s
náhodným přístupem, umožňuje jak zápis dat, tak jejich čtení, obojí často i vícenásobné.
Podle přístupu ke konkrétním datům může jít o paměti s náhodným nebo libovolným přístupem k datům (RAM –
Random Access Memory) či paměti se sekvenčním (postupným) přístupem.
Jiným kritériem pro dělení pamětí může být použitý fyzikální princip. Dělení podle tohoto kritéria se budeme věnovat
dále.
•
•
•
•
Polovodičové paměti – data jsou uchovávána v polovodičových strukturách
Magnetická média – pro uchování dat je využito magnetických vlastností média. Dnes jsou to především pevné
disky a diskety.
Optická média – zápis dat využívá laserového paprsku, stejně jako čtení.
Experimentální média – vzhledem ke stále rostoucím potřebám na kapacitu médií a existujícím fyzikálním
omezením jsou prováděny experimenty s novými paměťovými médii. Mezi ty patří holografický záznam dat, užití
krystalických struktur pro uchování informací či experimenty s biologickými nosiči dat.
Základními kritérii každého paměťového média jsou jeho kapacita, výměnnost, rychlost přenosu dat do a z média,
případně doba odezvy (doba, po které jsou požadovaná data k dispozici). Jedním ze základních parametrů je rovněž
trvanlivost záznamu.
Polovodičové paměti
Tento typ pamětí patří mezi nejrychlejší a prostorově nejúspornější. Polovodičové paměti slouží pro vytvoření prakticky
všech interních pamětí počítače (operační paměti, videopaměti, pamětí pro BIOS, firmware, cache, atd.). Rovněž je
možné je užít v přenosných médiích (flash nebo USB disky). Mohou být užity jak jako paměti ROM, tak i RAM. Podle
užité výrobní technologie může jít o trvale napájené paměti (data jsou uchovávána pouze po dobu napájení) nebo o
paměti schopné uchovat data i bez něho (paměti typu flash). Podle nároků na obnovování dat rozeznáváme paměti
statické (bez nároku na obnovování) a dynamické (nutná periodická obnova dat).
Nejstarší použitou technologií je TTL (Transistor-Transistor Logic) založená na uložení dat v poli tranzistorů. S její
pomocí lze vytvářet paměti pro trvalá ukládání dat. Její nevýhodou je vysoká spotřeba. Modernější variantou jsou paměti
CMOS (Complementary Metal–Oxide–Semiconductor) založené na uchování elektrického náboje. Velkou předností je
nízká spotřeba a odolnost proti rušení. Také umožňuje dosáhnout vyšších hustot tranzistorů na čipu.
Zvláštním případem polovodičových pamětí jsou čipová média, obsahující kromě samotného mikroprocesoru rovněž
paměťový prostor. Příkladem může být čipová karta (kapacita cca 2,5 kB) nebo např. čipový prsten vhodný pro
identifikaci uživatele.
Polovodičové paměti dosahují kapacit v řádech jednotek až desítek GB (podle technologie). Obvykle jde o paměti RAM,
takže přístup k datům je velmi rychlý, stejně jako je velmi vysoká přenosová rychlost (desítky MB až GB, opět podle
technologie). Boom zažívají dnes zejména Flash paměti v podobě tzv. klíčenek. Polovodičové paměti mají potenciál
nahradit v blízké budoucnosti vnější magnetické paměti a to zejména díky výrazně nižším nárokům na napájení a vyšší
bezpečnosti dat (paměť neobsahuje pohyblivé mechanické prvky). Při správném zacházení (omezení elektrických a
magnetických vlivů) je trvanlivost záznamu v polovodičových pamětech velmi vysoká.
Magnetická média
Detail mechaniky pevného disku (zdrojhttp://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Harddisk_vystavovaci_mech.jpg )
Hlavními představiteli magnetického uchovávání dat jsou dnes, kromě disket o průměru 3,5“, především pevné disky. Ty
jsou tvořeny jednou nebo několika diskovými plotnami nad jejichž povrchy se na vzduchovém polštáři pohybují čtecí a
zapisovací hlavičky (viz. obrázek).
Princip uchování informací spočívá ve změně magnetických vlastností povrchové vrstvy plotny za pomoci elektrického
proudu procházejícího hlavičkou.Hustota záznamu je uváděna v bitech na čtvereční palec.
Pro pochopení uspořádání dat na disku je potřeba orientovat se v následujících pojmech:
•
•
•
•
Plotna – jeden disk s magneticky aktivním povrchem, plotna má dva povrchy (horní a spodní).
Stopa – soustředná kružnice na některém z povrchů. Na této kružnici jsou ukládána data.
Sektor – kruhová výseč na některé stopě. Počet sektorů na stopách není obvykle konstantní (dáno geometrií
disku). Sektor je nejmenší adresovatelnou jednotkou pro uložení dat.
Cylindr - množina stop na různých površích, které lze číst bez pohybu čtecí hlavy (jde o jakýsi válec).
Pro adresaci pozice na disku se užívá číslo povrchu, stopy a sektoru.
V současné době se standardně vyrábějí disky s průměrem ploten 3,5 palce o kapacitách 400-500 GB. Tato kapacita je
však již na hranici fyzikálních možností použitého principu zápisu. Proto byl tento princip upraven tak, že magnetické
elementy na disku nejsou již uspořádány podélně podle stopy, ale příčně, což umožňuje dosáhnout jejich vyšší hustoty
(disky 800 GB). Další zvyšování kapacity je možné již pouze přidáním dalších ploten.
Magnetický princip zápisu se užívá i v zálohovacích zařízeních u magnetických pásek, přičemž dnes jsou standardem
pásky DAT (Digital Audio Tape) a jejich datová varianta. Za použitelná média můžeme považovat i karty s magnetickým
proužkem, které však mají velmi malou kapacitu a jejich spolehlivost není příliš vysoká. V nedávné minulosti (před
masivním příchodem CD a DVD) byla užívána též média ZIP a JAZZ firmy IOMEGA. Zvláště jednotky ZIP s kapacitou až
250 MB a velikostí výměnného média 3,5“ měly šanci nahradit stávající diskety.
Trvanlivost magnetického záznamu není ani při vyloučení mechanické poruchy neomezená a do značné míry se odvíjí
od kvality mechanického provedení médií.
RAID
V souvislosti s užitím magnetických médií jako vnějších pamětí počítače je nutné se zmínit o metodách zajištění dat proti
jejich ztrátě. Střední doba poruchy pevných disků je dnes počítána na statisíce hodin, přesto však taková porucha může
nastat a mít za následek ztrátu nenahraditelných dat.
Pro zvýšení zabezpečení dat se používají kromě zálohování i technologie založené na redundantním zápisu dat do tzv.
diskových polí RAID (Redundant Array of Inexpensive / Independent Discs), čímž lze fakticky významně prodloužit
střední dobu mezi ztrátou dat na základě poruchy disku. Při sestavování a návrhu RAID jsou užívány tři technologie,
které lze dále kombinovat:
•
•
•
Zrcadlení (mirroring) – data jsou uložena současně na více stejných disků, všechny jsou zcela shodné.
Rozprostření (striping) – rozdělení dat a uložení částí na různé disky. Tato metoda nezvyšuje bezpečnost dat,
ale umožňuje výrazně zrychlit přístup k nim a přenosovou rychlost.
Korekce chyb (error correction) – ukládání dat společně s doplňkovou informací umožňující jejich kontrolu a
případné opravy (stejný účel má např. užití parity či CRC).
Uvedené metody jsou kombinovány do typických uspořádání s následujícím označením:
•
•
•
•
•
•
•
RAID 0 – rozprostřená data mezi minimálně dva disky bez doplňkové paritní informace. Toto řešení nezvyšuje
bezpečnost dat (při výpadku kteréhokoliv disku dojde ke ztrátě dat), ale zrychluje přístup k nim (čím více disků,
tím rychlejší přístup).
RAID 1 – zrcadlení alespoň dvou stejných disků mezi sebou bez doplňkové paritní informace. Bezpečnost dat
se zvyšuje s rostoucím počtem disků v poli, stejně jako přístupová rychlost. Kapacita výsledného pole je rovna
kapacitě jednoho disku.
RAID 2 – rozprostření dat na minimálně dva disky na bitové úrovni s doplňkovou opravnou informací
(Hammingův kód). Toto řešení umožňuje velmi vysoké přenosové rychlosti a dochází rovněž ke zvýšení
bezpečnosti dat.
RAID 3 – rozprostření dat na minimálně dva disky na bytové úrovni s paritní informací na zvláštním disku.
Zvyšuje se jak přenosová rychlost dat, tak jejich zabezpečení. Při výpadku paritního disku jsou data stále
dostupná. Kapacita pole je dána součtem kapacity neparitních disků.
RAID 4 – jako RAID 3, data však nejsou rozdělena po bytech, ale po větších blocích.
RAID 5 – jako RAID 4 s distribuovanou paritní informací (viz. obr.). Pole musí být složeno minimálně ze tří
stejných disků. Při výpadku kteréhokoliv z nich lze zrekonstruovat základní data. Kapacita pole pro 3 disky je
dána součtem kapacit dvou disků z pole.
RAID 6 – jako RAID 5 s dvěma paritními informacemi pro každý blok dat.
Uspořádání RAID 5 (zdroj http://en.wikipedia.org/wiki/Image:RAID_5.svg )
Dále lze rozlišit několik tzv. vrstvených struktur RAID:
•
•
•
•
RAID 0+1 – kombinace úrovně 0 (nižší) a 1 (uplatněna na RAID 0). Minimálně 4 disky v poli (vždy sudý počet).
Spolehlivé a rychlé řešení s poměrně nízkou výslednou kapacitou pole.
RAID 1+0 – jako předchozí s opačným pořadím vrstev.
RAID 5+0 – kombinace pole úrovně 5 rozprostřeného přes více disků (úroveň 0) pro zvýšení přenosové
rychlosti.
RAID5+1 – jako předchozí s použitím zrcadlení místo rozprostření (zvýšení rychlosti i bezpečnosti dat).
Výběr vhodného uspořádání RAID vychází především z požadavků na výkon celého systému a úroveň zabezpečení dat.
Optická média
Optická média umožňují uchovávat informace pomocí změny optických vlastností nosného média. Z tohoto pohledu
bychom mohli do této kategorie řadit i děrnou pásku (5 či 8 stop) či štítky (kapacita max. 64B), dnes však máme na mysli
především kompaktní disky (CD) a DVD. Zápis dat se zde uskutečňuje do reflexní vrstvy, ve které vznikají místa s nízkou
odrazivostí. Zápis lze provést ve výrobě (lisováním), případně laserovým paprskem. Čtení dat probíhá pomocí laseru.
Trvanlivost opticky zaznamenaných dat je obvykle odhadována na roky až desetiletí.
CD
Kompaktní disky (CD – Compact Disc) poprvé představené firmou Philips jsou dnes nejběžnějším typem výměnných
paměťových médií. Na médium je zápis proveden ve spirále ve směru od středu k okraji a to po jedné straně disku a v
jedné vrstvě. Média mají kapacitu 650 MB, 700 MB či 800 MB (průměr 12 cm). Existují i zvláštní typy médií s menším
průměrem (8 cm) či vizitkového formátu s nižší kapacitou. Pro užití v IT jsou CD k dispozici ve třech základních typech:
•
CD-ROM – továrně vypálený disk s možností vícenásobného čtení. Typické užití je pro distribuci SW. Tyto disky
mají nejlepší odrazivost aktivní vrstvy (až 80%).
•
•
CD-R – zapisovatelné optické disky, umožňující jedno uložení dat a jejich vícenásobné čtení. Typickým užitím je
archivace dat u uživatele. Odrazivost aktivní vrstvy se pohybuje okolo 45 %.
CD-RW – přepisovatelné kompaktní disky s možností vícenásobného záznamu (po vymazání) i čtení. Disky
jsou mazány laserem při teplotě až 600°C, přičemž odrazivost aktivní vrstvy je cca 25%.
Z údajů o odrazivosti aktivní vrstvy plyne, že starší mechaniky nemusí být schopné přečíst CD-R či CD-RW z důvodu
nedostatečného výkonu čtecího laseru. Je užíván laser s dlouhou vlnovou délkou světla (červený).
Zápis na CD se obvykle uskutečňuje buď jednorázově na celé CD naráz nebo v tzv. sezeních (sessions), kterých je
obvykle nízký počet. Operace zápisu je tak brána jako specifická činnost vyžadující přípravu. V případě jednorázového
zápisu je možné CD tzv. uzavřít, čímž je znemožněno další přidávání dat i na ne zcela zaplněný disk. Princip sezení
umožňuje uživateli lepší využití média podle aktuálních potřeb na ukládání dat. Některé mechaniky však mají se čtením
CD s více sezeními potíže. Výsledné CD se pak chová pro uživatele jako ROM.
DVD
Standard DVD (Digital Versatile Disc, Digital Video Disc) byl původně vytvořen pro distribuci filmů elektronickou cestou a
ve vysoké kvalitě. Základ technologie je shodný s CD (dokonce i pokud jde o průměry disků, tedy 12 a 8 cm, či barvu
laseru). Pro uchování většího objemu dat je však maximální standard definován jako dvouvrstvý a dvoustranný záznam
umožňující uchování až 17,8 GB dat. Z praktických důvodů (nutnost speciálních čteček nebo otáčení média) se však
oboustranný záznam prakticky nepoužívá. Užíván je však jednostranný dvouvrstvý záznam pracující na principu dvou
aktivních vrstev nad sebou. Čtení z nich je realizováno laserem zaostřovaným na jednu z vrstev. Kapacita jednovrstvých
a jednostranných DVD je cca 4,7 GB (DVD5) dvouvrstvých 8,5 GB (DVD9) jednovrstvých a dvoustranných 9,4 GB
(DVD10) a dvouvrstvých i dvoustranných 17,8 GB. DVD disky se vyskytují v několika formátech, přičemž každý z nich
může být proveden na některém z výše uvedených typů disků. Ještě je potřeba upozornit, že v důsledku obchodních
zájmů výrobců se dnes vyskytují dva běžně užívané formáty záznamu na DVD a to DVD- a DVD+. Oba formáty nejsou
kompatibilní, jsou však obvykle zpracovatelné v jediné multiformátové mechanice DVD. Zápis na DVD se uskutečňuje ve
stejném režimu jako na CD ( s výjimkou formátu DVD-RAM). Typické je DVD zapsané naráz, tj. bez vícenásobných
sezení (s těmi mohou mít některé přístroje potíže při čtení, typicky spotřební elektronika). To odpovídá představě
typického užití, kterým je archivace dat.
•
•
•
•
DVD-ROM – základní typ odpovídající svými vlastnostmi CD-ROM. Typickým užitím je dnes distribuce
multimediálního obsahu (filmů) či SW.
DVD-R, DVD+R – zapisovatelné DVD, dnes jedno z nejpoužívanějších médií, zejména s kapacitou 4,7 a 8,5 GB
(DL – dual layer). Formát –R je běžný pro záznam dat v IT, formát +R je často užíván v zařízeních spotřební
elektroniky (DVD rekordéry).
DVD-RW, DVD+RW – přepisovatelná DVD média. Tento typ není zatím příliš běžný a to především kvůli ceně
média.
DVD-RAM – přepisovatelný DVD formát určený pro práci s DVD jako s běžným paměťovým médiem (Random
Access Memory). Pro uživatele se médium chová jako klasický pevný disk s možností vícenásobného zápisu až
do plné kapacity disku. Úpravy na DVD zde probíhají „průběžně“ bez existence sezení.
HD-DVD, Blue-Ray
Porovnání DVD a BD (zdroj http://www.optical.com/optical_storage/blu-ray_construction.gif )
S rostoucími kapacitami pevných disků a s rozšířením zpracování zejména multimediálních dat vyvstala v nedávné době
potřeba zvýšit kapacity archivačních a výměnných médií. Jako vhodný kandidát na vylepšení je zde DVD, na základě
kterého byl vytvořen formát HD-DVD (High Definition DVD) a formát BD (Blueray Disc). Oba formáty se liší především
díky neschopnosti výrobců dohodnout se na jediném standardu a patrně se bude opakovat situace známá z DVD
( formát –R a +R a multiformátové mechaniky). Formát BD umožňuje v současnosti uložení většího objemu dat.
Základem vylepšení je užití kratší vlnové délky světla laseru, což umožňuje výrazně zmenšit velikost jednotlivých
záznamových bodů. Porovnání jednovrstvých médií DVD a BD je uvedeno na obrázku.
Z něho je patrné, že větší hustota je u BD v obou směrech, jak podél stopy, tak stop vedle sebe. Dalšího výrazného
navýšení se dosáhne užitím více vrstev záznamu (až 4), opuštěna byla myšlenka oboustranného záznamu. Kapacita se
dnes pohybuje od 25 GB pro jednovrstvé BD do 50 GB pro dvouvrstvé, přičemž nejde o technologický limit.
Formáty disků BD jsou obdobné jako pro CD či DVD:
•
•
•
BD-ROM – pouze pro čtení
BD-R – zapisovatelé disky
BD-RE – přepisovatelná media, obdoba „RW“ disků
Jak již plyne z popisu, tato nová technologie vyžaduje zcela jiné mechaniky, které budou schopné nové disky přečíst.
Především distributoři multimédií tedy přišli s hybridním řešením. Médiem sdružujícím na jediném disku DVD pro čtení v
klasických DVD mechanikách a HD-DVD s podstatně lepší kvalitou nahrávky pro čtení na nových přístrojích.
Experimentální média
Stále rostoucí požadavky na kapacity paměťových médií vedou výrobce k hledání zcela nových cest pro ukládání dat.
Druhým přístupem je vylepšování již existujících technologií. Tak lze např. zvýšit počet vrstev k DVD záznamu až na cca
10. Metodou prostorové adresace bodů lze tento počet zvýšit až na cca 100 vrstev. Z toho již plyne, že cesta vede od
tzv. 2D médií k 3D, kde data budou zachycena nikoliv v ploše, ale v prostoru. Příkladem této technologie jsou
holografické paměti, které jsou již ve fázi testování.Velké naděje jsou rovněž vkládány do nanotechnologií a ukládání dat
do krystalické mřížky materiálů.
Grafické karty a monitory
Zobrazovací jednotky dnešních počítačů jsou velmi komplikovaná zařízení zajišťující přenos informací a dat směrem od
stroje k člověku, a to v podobě pro uživatele srozumitelné a názorné. Zobrazovací systémy se dělí na dvě základní části:
grafickou kartu a samotný monitor.
Grafické karty
Grafická karta je obvykle plošný spoj (karta), kterou lze zasunout do některého z rozšiřujících konektorů na základní
desce. U jednodušších karet je možné se setkat s jejich integrovanou podobou, kdy obvody karty jsou umístěny přímo na
základní desce a mohou mít svou paměť sdílenou v rámci operační paměti počítače.
Grafické karty mohou obvykle pracovat ve dvou základních režimech:
•
•
Znakovém (textovém) – zobrazení vzniká po definovaných blocích bodů – znacích. Základní rozlišení je 80
znaků na 25-ti řádcích. Pro označení určitého znaku se užívá kódování (ASCII, UniCode), zobrazit lze jen znaky
s přiděleným kódem. Většinu práce v tomto režimu přebírá generátor znaků, který je součástí grafické karty,
procesor tak není zatěžován a může vykonávat další instrukce.
Grafickém – zobrazení se konstruuje po bodech v daném rozlišení (např. 1024 x 768 bodů). V grafickém
režimu je procesor nucen zabývat se každým bodem zvlášť, což zvyšuje nároky na nutný hardware. Grafická
karta může pomoci urychlit zobrazování, ale pouze v některých případech. Protože grafické zobrazení je v
dnešní době standardem, další text je zaměřen právě na tento zobrazovací režim.
Především pro grafické režimy se v průběhu doby vyvinula standardní označení. Dnes stále používané názvy jsou
zejména VGA (Video Graphics Array – zobrazení 640x480 bodů), SVGA (Super VGA – 800x600) a XGA nebo XVGA
(eXtended VGA – 1024-768 bodů).
Základními parametry grafických karet jsou:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Dosažitelné rozlišení – tento údaj má úzkou vazbu na velikost monitoru. Nejvyšší rozlišení se pohybuje u
hodnot cca 4096x4096 bodů, v současnosti běžně užívané rozlišení se pohybuje od 800x600 bodů výše
(1024x768, 1280x1024, 1280x800 u širokoúhlých monitorů, atd.).
Barevná hloubka – jedná se o počet bitů určený pro zakódování barvy pro každý bod. Čím je toto číslo vyšší,
tím větší je rovněž počet zobrazitelných barev. V současnosti se používá 16b (HiColor), 24b (TrueColor) či 32b
zobrazení. Zvláštním případem, užívaným v minulosti nebo dnes např. u grafického formátu GIF, je užití tzv.
indexových barev, kde se konkrétní barevná paleta vybírá z širší nabídky (např. 256 aktuálních barev z
celkového počtu 16,7 mil.).
Rychlost - počet bodů (pixelů), které karta dokáže vykreslit za jednotku času.
Obnovovací frekvence – počet snímků, které karta dokáže vygenerovat za vteřinu (údaj je obvykle v Hz). Pro
snížení zátěže byly dříve užívány i tzv. prokládané (interlaced) režimy zobrazení, vycházející z principů
televizního vysílání. S udanou frekvencí byly zobrazovány pouze tzv. půlsnímky, tedy pouze každý druhý řádek
zobrazení. Tento postup se dnes již neužívá.
Velikost videopaměti – kapacita paměti, která je součástí karty a je jí k dispozici při generování zobrazení.
Minimální velikost této paměti musí být taková, aby při požadovaném rozlišení a barevné hloubce umožňovala
uložení celého zobrazení. Ve znakových režimech stačí, když videopaměť obsahuje obrazy znaků, které se
umístí na obrazovku a jejich atributy (barvu). V současnosti jde o kapacity 128MB – 1GB. Paměť na videokartě
může být následujících druhů:
DRAM (Dynamic RAM) popř. EDO DRAM nebo SDRAM - paměť, do které může v daném okamžiku
přistupovat buď procesor počítače nebo grafický procesor. Tato paměť je levnější, ale poskytuje nižší výkon.
SGRAM (Synchronous Graphic RAM) - podobně jako DRAM, ale navíc s podporu tzv. blokových operací dále
urychlujících manipulaci s bloky dat.
VRAM (Video RAM) - paměť mající možnost dvou vstupů a výstupů, tedy současného přístupu CPU a GPU.
WRAM (WindowRAM) – jako VRAM s podporou blokových operací.
Vnitřní architektura a použitá čipová sada - grafická karta je dnes v podstatě samotným počítačem,
zaměřeným na plnění specializovaných úkolů. Proto jsou pro její výkon rozhodující stejné parametry jako pro
počítač. Hovoříme dnes o tzv. GPU (Graphics Processing Unit) jako základním prvku karty (podobně jako o
CPU jako základním prvku počítače). Komunikaci uvnitř karty zajišťuje sběrnice, jejíž základními parametry jsou
šířka a taktovací frekvence.
Akcelerace - s použitím určité architektury souvisí i možnosti akcelerace zobrazení. Stěžejní pak je, jaké
standardy (API) pro popis grafických úkonů jsou do karty implementovány a karta je schopna je akceptovat.
Mezi ty nejznámější patří DirectX (verze 9.c, 10) firmy Microsoft užívaný na platformě Windows. Jedná se o
programátorskou knihovnu obsahující nástroje pro tvorbu počítačových her a dalších multimediálních aplikací.
Druhým zástupcem je otevřený multiplatformní standard OpenGL umožňující vykreslování různých základních
primitiv (bodů, úseček, mnohoúhelníků a obdélníků pixelů) v několika různých režimech. Akcelerace se obvykle
nejvíce uplatní u tzv. 3D zobrazení.
Způsob připojení do počítače – typ užité sběrnice. V současné době jsou k dispozici karty pro sběrnici PCI
(starší), AGP (běžné) a PCI Express (nejnovější a nejrychlejší). Výběr sběrnice se musí řídit možnostmi
základní desky a požadavky na výkon.
Forma výstupu – v návaznosti na použitý monitor či jiné zobrazovací zařízení je nutné vybírat katy i podle
formátu výstupu (konektoru). Běžně užíván je dnes formát D-SUB (VGA), tedy běžný analogový výstup pro
připojení především klasických CRT monitorů. Novější karty již disponují formátem DVI (Digital Video Interface)
pro digitální propojení se zobrazovacím zařízením, kterým je často LCD monitor. Ten je schopný digitální signál
efektivně využít. Signál DVI lze konvertovat na D-SUB a karty mají často dva výstupy pro připojení dvou
monitorů. Většina karet dnes má rovněž tzv. video výstup, tedy analogový výstup vhodný pro připojení
televizního přijímače či videorekordéru.
Architektura grafické karty
Hlavními stavebními částmi grafické karty jsou procesor (GPU), videopaměť, DAC převodník a firmware (BIOS grafické
karty). Při práci zapisuje procesor počítače obrazová data do videopaměti. Takto zapsaná data jsou potom čtena
procesorem videokarty, který na jejich základě vytváří digitální obraz. Digitální obraz je posílán na vstup DAC (Digital
Analog Convertor) převodníku, který z něj vytváří analogový signál. Tento krok není nutný v případě digitálního výstupu.
DAC převodník je součástí čipové sady (čipsetu) umístěné na grafické kartě. Jeho rychlost výrazně ovlivňuje kvalitu
zobrazení, tj. frekvenci překreslování obrazu při daném rozlišení.
Tvorba výsledného zobrazení probíhá v několika krocích:
•
•
•
•
•
•
Aplikace popíše výsledné zobrazení a předá tuto informaci prostřednictvím API (Application Programming
Interface) ke zpracování hardwaru.
Na základě zadaných informací jsou matematicky popsány jednotlivé objekty scény.
Následuje detailní vykreslení scény s pomocí rozdělení zobrazení na polygony (nejčastěji trojúhelníky).
Dalším krokem je filtrování, vyhlazování roztřepených hran a odstranění rušivých barevných přechodů. Zde
užívaná technika se nazývá antialiasing a její užití výrazně zvyšuje zátěž karty.
Zohlednění viditelných a neviditelných hran a ploch z dané pozice pozorovatele.
Výsledný snímek se odešle do výstupu pro monitor
Grafické karty dnes vyrábí celá řada výrobců. Mezi ty největší a nejznámější však patří pouze dva: ATI (koupena
společností AMD v roce 2006) a nVidia. Dalšími jsou pak např. Diamond, Matrox a v oblasti integrovaných grafických
karet především Intel. V důsledku obchodních zájmů však postupně došlo ke ztrátě kompatibility a karty tak potřebují
specializované ovladače. Pokusem o řešení situace byl v minulosti standard VESA (Video Electronics Standard
Association). Tento standard dnes většina karet podporuje přímo na HW nebo SW úrovni, přesto je však nutné pro plné
využití schopností karet instalovat zvláštní ovladače.
Vzhledem k tomu, že dnes většina počítačů pracuje pod operačním systémem provozovaným v grafickém režimu
(Windows, X Window) a došlo k výraznému rozšíření herních a multimediálních technologií, jsou na grafické karty
kladeny vysoké nároky. Především do výkonných počítačů je proto vhodné používat grafické karty s rovněž vysokým
výkonem, aby nedocházelo k degradaci stoje jako celku (grafická karta se snadno může stát úzkým místem).
Za připomínku stojí i skutečnost, že s rostoucím výkonem grafických karet významně roste i jejich spotřeba (desítky až
stovky W). Je proto často nutné napájet kartu přes zvláštní konektor, protože napájení prostřednictvím konektoru
sběrnice nestačí.
Monitory
Monitory jsou základním výstupním zařízením počítačů. Základními parametry jsou zejména:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Barevnost – většina monitorů na trhu je dnes barevná, přesto existují případy, kdy je vhodné užít
monochromatický monitor (kombinace černá + vybraná barva).
Velikost úhlopříčky – běžně jsou k dispozici monitory s úhlopříčkou od 17“, případně 19“. Větší rozměry jsou
též dodávány, ale cena u nich roste rychleji než úhlopříčka. U údaje o velikosti úhlopříčky je nutné si uvědomit,
že neudává vždy viditelný rozměr obrazu. Např. u CRT monitorů je udáván rozměr obrazovky, její viditelná část
je však významně menší.
Poměr stran obrazu – v minulosti byly na trhu pouze monitory s poměrem stran stejným jako televizní
přijímače, tedy 4:3. S nástupem širokoúhlých technologií s poměrem 16:9 se tomuto rozměru přizpůsobily i
monitory, které se však obvykle vyrábějí s poměrem 16:10, aby pod multimediální scénou zbylo místo na
stavový řádek grafického prostředí. Údaj o velikosti úhlopříčky je nutné vždy posuzovat na základě poměru
stran monitoru.
Obnovovaní frekvence – údaj se stejným významem jako u grafické karty. Podstatný je zejména u CRT
monitorů.
Rozlišení – údaj se stejným významem jako u grafické karty. S tím úzce souvisí i údaj o velikosti zobrazovacího
bodu. Čím větší velikost elementů, tím je obraz méně ostrý.
Formát vstupu - údaj se stejným významem jako u grafické karty.
Doba odezvy – čas , za který se vybraný bod rozsvítí a zhasne. Významný je tento údaj především u LCD
monitorů.
Pozorovací úhel – úhel, ze kterého je zobrazení na monitoru ještě čitelné. Význam má především u LCD
monitorů.
Parametry obrazu – jde především o jas a dosažitelný kontrast. Tyto parametry mají vliv na pohodu, s jakou
uživatel vnímá zobrazované informace a nakolik musí pro jejich přijetí namáhat svůj zrak.
Spotřeba – spotřeba energie se rychle stává významným ukazatelem v informačních technologiích. U monitorů
je závislá především na principu tvorby obrazu. Kromě toho jsou dnešní monitory vybavovány řadou nástrojů
umožňujících šetřit energii v okamžicích, kdy není nutné využívat všechny funkce přístroje.
CRT
Nejstarší dosud užívanou zobrazovací technologií je CRT (Cathode Ray Tube), tedy princip převzatý z klasických
televizních přístrojů. Jejím základem je elektronové dělo vysílající vychylovaný paprsek na matnici (viz obr).
Princip CRT monitoru (zdroj http://www.jegsworks.com/Lessons/lesson5/crt.gif)
Pro dosažení barevného výstupu jsou v CRT monitoru 3 elektronová děla pro různé barvy (RGB), jejichž činnost je
řízena signálem přicházejícím z grafické karty. Elektronové paprsky jsou vychylovány systémem cívek vytvářejících
magnetické pole a dopadají přes masku na stínítko obrazovky. Podle barvy použitého luminoforu je elektronový paprsek
transformován na barevné světlo. Každý zobrazovaný bod se skládá ze 3 minibodů různé barvy. Paprsky přebíhají
obrazovku po řádcích, přičemž viditelný je běh pouze jedním směrem (při návratu na začátek řádky je paprsek utlumen).
Technologie CRT je díky dlouhé době užívání dovedena k dokonalosti. Mezi její kladné stránky patří zejména barevné
podání (i dnes se CRT monitory užívají a to zejména v oblasti DTP a tvorby grafiky) či rychlost reakce na změny.
Negativem je nižší kontrast zobrazení, vyšší spotřeba energie nebo větší rozměry monitoru (zejména jeho hloubka).
LCD
Modernějším a dnes jednoznačně prosazovaným principem zobrazení je LCD (Liquid Crystal Display). Tato technika
vychází ze schopnosti tzv. tekutých krystalů měnit své optické vlastnosti podle elektrických signálů. Princip je uveden na
obrázku.
Princip LCD monitoru (zdroj http://cache.eb.com/eb/image?id=70028&rendTypeId=4)
Zadní vrstvu zobrazovače tvoří elektroluminiscenční zdroj světla (výbojka), který rovnoměrně osvětluje celé pozadí
displeje (rovnoměrnosti často pomáhají optická vlákna vedoucí světlo do vzdálenějších míst). Před ním je umístěn
polarizátor světla a před ním vrstva TFT (Thin Film Transistor) složená z tekutých krystalů. Při přivedení elektrického
napětí na konkrétní bod TFT mřížky se mění jeho optické vlastnosti tak, že se otáčí polarizační rovina procházejícího
světla podle velikosti tohoto napětí. Zcela navrchu je pak maska displeje oddělující od sebe jednotlivé body. Před TFT
vrstvou je umístěn barevný filtr, který umožňuje vytvářet barevný obraz. Před ním je pak opět polarizační vrstva s rovinou
polarizace kolmou na vrstvu předchozí. Podle natočení polarizační roviny v TFT vrstvě tak displej propouští světlo o
různé intenzitě či nikoliv.
Popsaná technologie má své kladné i záporné stránky. Mezi kladné lze zařadit vysoký jas i kontrast zobrazení, nižší
spotřeba energie či stabilita obrazu (blikání u LCD monitorů z principu neexistuje). Mezi záporné pak možnost výskytu
výrobních vad (cizí částice v displeji, vadný pixel, barevné skvrny, atd.), ale i relativně pomalá odezva displeje na změnu
obrazu (doba odezvy) či úzký pozorovací úhel.
Plasma
Princip plasmového monitoru (zdrojhttp://content.answers.com/main/content/img/CDE/_PLASMA.GIF)
Plasmová technologie je užívána zejména na větší displeje a TV obrazovky. Jejím základem je mřížka vodičů umístěná
na dvou skleněných deskách (jedna organizována horizontálně, druhá vertikálně) . Mezi nimi jsou umístěny drobné
komory obsahující inertní plyny.
Při průchodu proudu vodiči, mezi kterými je daná buňka, je plyn vybuzen do aktivního stavu, kdy emituje záření. To je
systémem luminoforů (3 druhy pro různé barvy světla) konvertováno na barevné světlo. Každý zobrazovací bod je tvořen
třemi komorami.
OLED
Princip OLED monitoru (zdroj http://www.canon.com/technology/canon_tech/explanation/images/organic_el_ph003.jpg)
Novou zobrazovací technologií je OLED (Organic Light Emiting Diode) . Jak je vidět na obrázku, jejím základem je
využití vlastnosti některých organických polymerů emitovat světlo po vybuzení elektrickým proudem. Na rozdíl od LCD
zde není nutno užít cizí světelný zdroj elektroluminiscenční záření vydávají samotné body.
Na základní (obvykle skleněné) desce jsou vytvořeny vodiče, nad nimi jsou umístěny polymery vydávající světlo různých
barev. Navrchu je opět vrstva vodičů pro vybuzení polymerů.
Tato technologie je energeticky úspornější a přináší velmi ostrý a jasný obraz pozorovatelný ze širokého úhlu.
Problémem je prozatím vytvoření dostatečně velkého displeje na této bázi.