Toto je první část krátkého seriálu, ve kterém se pokusím vysvětlit základy počítačových sítí. Co se stane například se zprávou, kterou posíláme známému na ICQ, nebo jakoukoliv jinou komunikací na síti? V jakém formátu prochází na své cestě? Jaké zařízení jsou k tomu potřeba? Na tyto i spoustu jiných otázek si v tomto seriálu odpovíme.
Konvergence
V dnešní době dochází k takzvané konvergenci sítí. Dříve existovaly počítačové, telefonní nebo televizní sítě zcela odděleně. Každá se svými rozdílnými zařízeními, každá síť měla své rozdílné standardy, rozdílná media, po kterých se přenášel různý signál. Jako konvergence se označuje trend spojování těchto dříve zdánlivě nesouvisejících a vzdálených sítí. Konvergence přináší mnoho výhod, tou hlavní je samozřejmě omezení nákladů jak pro firmy, tak pro obyčejnou domácnost. O konvergenci je zde zmínka především proto, aby si každý uvědomil, že svět sítí se neustále vyvíjí a zdaleka není jeho vývoj dokončen.
Přepojování okruhů vs. Přepojování paketů
V telekomunikačních sítích se používá k navázání spojení techniky přepojování okruhů (circuit switching). Před uskutečněním hovoru je nutno nejprve ustálit spojení, které se poté udržuje po celou dobu, bez ohledu na to, zda někdo komunikuje nebo ne. Představte si mezi dvěma telefony několik takzvaných přepínačů (v praxi telefonní ústředny), pomocí kterých se nalezne cesta (okruh) od jednoho k druhému přístroji. Celý tento okruh je až do ukončení komunikace vyhrazen jen pro tyto dva přístroje. Z toho vyplývá, že k udržení komunikace je nutná každá část celkového okruhu, pokud jediná část okruhu přestane pracovat, je celá komunikace ukončena a je nutno ji navázat znovu. Jednotlivé dílčí cesty mezi přepínači mohou být sdíleny pro více okruhů. Pro každý okruh je vyhrazena část kapacity přenosového media mezi přepínači. Největší výhodou tohoto přístupu je zaručená kapacita na přenosovém mediu, tedy to, že komunikace proběhne vždy a ve stejné kvalitě.
Přepojování okruhů - modře je znázorněno ustálené spojení
Přepojování okruhů - modře je znázorněno ustálené spojení
Pro datové (počítačové) sítě by bylo přepojování okruhů značně neefektivní. Bylo tedy nutné vymyslet nějaký efektivnější systém přenosu informací, který bude vyhovovat potřebám datových sítí. Stal se jím systém přepojování paketů (packet switching). Základní myšlenkou tohoto přístupu je rozdělení zprávy na několik menších částí, nazvaných pakety, které se budou jednotlivě posílat a na druhé straně komunikace opět skládat do původního celku. Tyto pakety mohou být poslány každý dokonce rozdílnými cestami (o rozhodování nejlepší cesty si povíme více v některém z následujících dílů). Kvůli tomuto bylo nutné zavést i více režijních prvků. Zavedlo se adresování, bylo nutné rozlišit zdrojovou a cílovou adresu, a kvůli zpětnému poskládání zprávy i jakési pořadové číslo paketů. V tomto řešení není úplně zaručena kvalita přenosu, není jisté, zda všechny pakety dorazí. Některé služby, jako například VoIP (Voice over IP - internetová telefonie), potřebují zaručit, že jejich pakety dostanou přednost před ostatními. Existují tedy mechanismy, které se s tímto problémem vypořádají. Souhrnně se skrývají pod zkratkou QoS, tedy Quality of Services.
Přepojování paketů - Zpráva je rozdělena na pakety a ty mohou být směrovány různými cestami
Přepojování paketů - zpráva je rozdělena na pakety, které mohou být směrovány i různými cestami
LAN, MAN, WAN a jiné rozdělení
Sítě se rozdělují z několika hledisek. Často můžete narazit na zkratky uvedené v nadpisu. Těmito zkratkami se určuje rozsah sítě. LAN, zkráceně Local Area Network, označuje sítě nejmenšího rozsahu. Tyto sítě jsou zapojeny na malém geografickém území, typicky firemní nebo školní budovy. LAN propojuje zařízení v budovách, ale i budovy mezi sebou. Jako MAN (Metropolitan Area Network) se označuje síť propojující celé město nebo větší území než síť LAN. Rozdíly mezi LAN a MAN se stírají a nejsou žádné hranice, kde končí LAN a začíná MAN. Toto značení může být matoucí a se zkratkou MAN se tolik nesetkáte. Další v řadě podle velikosti je WAN, neboli Wide Area Network, což je termín pro sítě rozléhající se na velkém geografickém území. Typicky je tato zkratka používána v souvislosti s poskytovateli internetového připojení a páteřní sítí nebo se sítěmi velkým mezinárodních společností. Můžete narazit i na zkratku PAN (Personal Area Network), která označuje sítě velmi krátkého dosahu, tedy například komunikaci mezi PDA či mobilními telefony pomocí bluetooth či infraportu.
Propojováním různých LAN sítí pomocí WAN a jejich neustálým rozrůstáním ve větší a větší celek se zaváděl termín interconnected network (zkráceně internetworks), propojováním sítí internetových poskytovatelů se zrodil dnešní internet. Dalším "netem", se kterým se můžete setkat je intranet. Takto je označována síť a její prostředky, které jsou dostupné pouze zaměstnancům určité firmy. Pokud firma připojení k této síti umožní i například svým obchodním partnerům, označuje se pak tato síť jako extranet.
Vrstvy jsou výhoda
Pro popis fungování sítě a konkrétních protokolů se používají modely. Základním modelem je takzvaný referenční ISO/OSI (Open Systems Interconnection) model. Je rozdělen do sedmi vrstev, kde každá má své samostatné úkoly během síťové komunikace a vzájemně využívají služeb vyšších (resp. nižších) vrstev ke své potřebě. Jeho podoba je znázorněna na obrázku níže. S pomocí referenčního modelu, který sám o sobě funkčnost pouze popisuje, se vyvíjejí protokolové modely.
Referenční ISO/OSI model. Základ fungování počítačových sítí
Referenční ISO/OSI model - základ fungování datových sítí
První vrstva se nazývá fyzická (Physical Layer), její úkol je aktivace, udržování a deaktivace fyzického spojení. Linková vrstva (Data Link Layer), někdy také nazývaná jako spojová, má za úkol nastavení parametrů přenosové linky. Jednotkou linkové vrstvy jsou rámce. Síťová vrstva (Network Layer) má za úkol směrování a adresování, její přítomnost je nezbytně nutná kvůli komunikaci mezi různými sítěmi. Její jednotkou je nám již známý paket (někdy také zaměňován za datagram). Transportní vrstva (Transport Layer) zajišťuje přenos dat mezi stanicemi, v závislosti na potřebách vyšších vrstev poskytuje kvalitu přenosu pomocí TCP nebo UDP protokolu. Relační vrstva (Session Layer) organizuje komunikaci mezi koncovými uzly. Prezentační vrstva (Presentation Layer) uspořádá data do takové podoby, aby je mohla aplikace, běžící na koncovém uzlu přečíst. Aplikační vrstva (Application Layer) umožňuje aplikacím přístup k síti.
Protokolový model TCP/IP. Vychází z referenčního OSI modelu. Funkce některých vrstev jsou spojeny a model tvoří jen 4 vrstvy
TCP/IP model - vychází z OSI modelu, spojuje funkce některých vrstev a snižuje počet vrstev
Z OSI modelu vychází model TCP/IP. Rodina protokolů TCP/IP používá model o 4 vrstvách, poslední 3 vrstvy OSI modelu jsou obsaženy v jedné, stejně tak první 2 vrstvy. Vrstva síťového rozhraní (Network Acces Layer) ovládá hardware zařízení a kontroluje přístup k přenosovému mediu. Síťová vrstva (Internet Layer) zajišťuje směrování paketů, adresaci a výběr nejlepších cest k cílovému zařízení. Transportní vrstva (Transport Layer) slouží k podpoře komunikace mezi různorodými zařízeními v rozdílných sítích. Poslední vrstvou je aplikační vrstva (Application Layer), která obhospodařuje aplikace, které vyžadují síťovou komunikaci.
Pokračování
Jednotlivé části tohoto článku spolu možná zdánlivě nesouvisí, nicméně jsou důležité pro další pokračování, které bude zaměřeno na hardware počítačových sítí. Seznámíme se tak blíže se switchem a routerem, podíváme se i na kabeláž.
