Jak vlastně propojit koncové uzly počítačové sítě tak, aby spolu mohly komunikovat a spolupracovat? Základem je samozřejmě nějaké medium, na kterém se signály přenášejí. Tímto mediem může být speciální kabel nebo vzduch. Této problematice se budeme věnovat na konci tohoto článku. Samozřejmě ale nestačí pouhý kabel. Na propojení dvou počítačů na krátkou vzdálenost bude postačovat, ale propojit jich více nebo na velké vzdálenosti už s pouhým kabelem (nebo jiným mediem) nedokážete. Zde přicházejí na řadu propojovací prvky – opakovače, mosty, směrovače a přepínače. V textu se budu snažit používat české označení pro tyto prvky, nicméně je možné, že občas neuhlídám použití anglického ekvivalentu, který se běžně používá i u nás. Propojovací zařízení projdeme postupně podle vrstvy, na které pracují.
Ethernet
Ale nejprve se podíváme na termín Ethernet. Pod tímto názvem se skrývá dnes nejpoužívanější technologie propojování LAN sítí. Jedná se v podstatě o standard (IEEE 802.3), určující pravidla komunikace na fyzické a linkové vrstvě v sítích LAN, zavádí přístupovou metodu ke sdílenému mediu, nazvanou CSMA/CD. Důležité je především CD neboli Collision Detection, zavádí tedy pravidla pro řešení detekovaných kolizí. Jednoduše každý uzel naslouchá komunikaci na mediu a v případě, že medium je volné, může vysílat. Pokud se ve stejnou dobu rozhodne více uzlů, dojde ke kolizi, stanice přeruší vysílání a vyčkají náhodnou dobu do dalšího pokusu o vysílání.
Opakovač (repeater)
Na fyzické vrstvě (vrstvy byly zmíněny v předchozím článku) pracuje opakovač, nejjednodušší propojovací zařízení v počítačových sítích. Nejčastěji byl opakovač využíván při prodlužování kabelového segmentu. Kabel samozřejmě nemůže být libovolně dlouhý, po určité vzdálenosti dochází k deformaci a útlumu signálu a informace by tak přicházely na druhý konec segmentu poškozené. Opakovač se snaží signál „uhladit“ a přeposlat tak na svém výstupu signál neporušený. Se zavedením Ethernetu a hvězdicové topologie se objevil rozbočovač (hub). Rozbočovač většinou funguje na stejném principu jako opakovač, pro zjednodušení budu tedy dále psát jen o jednom z nich. Dnes však ustoupil i hub a v praxi se již téměř nepoužívá.
Počítač vlevo nahoře vysílá. Data se dostanou ale ke všem ve stejné kolizní doméně
Počítač vlevo nahoře vysílá. Opakovač nemá jak rozhodnout komu data náleží a rozešle je tedy na všechny výstupní porty
Opakovač ale nemusí mít pouze dva porty na prodloužení segmentu. Portů může mít více a do nich připojené různé segmenty. Protože ale pracuje na fyzické vrstvě, která se stará o pouhý přenos na bitové úrovni, nemá žádné rozhodovací funkce pro adresáty komunikace. Došlou komunikaci tak posílá na výstup všech portů. Pokud ve stejný okamžik vysílá více uzlů najednou, dochází ke kolizi. Uzly připojené do jednoho opakovače tvoří dohromady takzvanou kolizní doménu, tedy část sítě, kde může docházet ke kolizím a je nutné je nějakým způsobem řešit. Kolizní doménu může tvořit i více opakovačů, je přerušena až chytřejším zařízením, které pracuje na vyšší vrstvě.
Přepínač (switch)
Na úrovni linkové vrstvy pracuje další z propojovacích prvků. Přepínač je už mnohem chytřejší zařízení, než jednoduchý opakovač. Pracuje s takzvanými linkovými rámci. V rámci jsou zapouzdřena přenášená data, která jsou doplněna především o zdrojovou a cílovou fyzickou adresu. Fyzická adresa (často se setkáte se zkratkou MAC adresa) se používá pro jednoduché adresování v rámci lokální LAN sítě. Fyzická adresa je 48 bitový identifikátor síťové karty (nebo jiných síťových prvků), který se skládá z hexadecimálních čísel (abcd.ef12.3456 nebo ab-cd-ef-12–34–56). Důležitou vlastností je jedinečnost každé této adresy, která vždy neplatí, ale obecně se dá říci, že každá MAC adresa je jedinečná. Rámec obsahuje ještě další položky pro synchronizaci nebo kontrolní součty, kterými se ale zde nebudeme zabývat.
Přepínač je krabička podobná směrovači. Funkce nabízí ale rozdílné
Přepínač a směrovač se mohou zdát vzhledově podobné, nicméně nabízejí odlišné funkce. Na první pohled má switch většinou více portů
Přepínač došlý rámec prozkoumá kvůli cílové adrese a podle svých údajů v MAC tabulce pošle odpovídajícím portem. Na každém portu si přepínač udržuje seznam MAC adres, které s ním sdílejí segment. Při průchodu rámce přepínač nezkoumá jen adresy, ale provádí i kontrolní součty. Tato metoda, kdy jsou před prohledáváním MAC tabulky počítány i kontrolní součty se nazývá Store-and-Forward switching. Dochází tak samozřejmě k určitým latencím, ale díky CRC kontrolnímu součtu je zajištěna integrita dat. Cut-Through switching je pravý opak, kdy přepínač pouze zjišťuje cílovou adresu a ihned posílá.
Směrovač (router)
Na síťové vrstvě pracuje nejchytřejší z prvků v tomto článku, směrovač. Hlavním úkolem směrovače je propojovat rozdílné sítě a umožnit mezi nimi komunikaci. Přepínače nedokázaly pracovat s více sítěmi (mluvíme-li o klasických přepínačích, existují i tzv. L3 switche, které umí pracovat také na třetí vrstvě). Jednoduše tak lze říci, že bez směrovačů by neexistoval dnešní internet ani jiná vzdálená komunikace v datových sítích.
S takovýmto směrovačem přicházíte běžně do styku, možná vám takový leží doma na stole.
S podobnými směrovači přijdete běžně do styku, podobný vám možná doma leží na stole
Směrovač pracuje s pakety (datagramy), ve kterých jsou zapouzdřena přenášená data. Nejdůležitější částí jsou políčka se zdrojovou a cílovou adresou. Tyto IP adresy už nejsou napevno uvedené, jako v případě MAC adresy, ale jsou editovatelné. Jejich cílem je určit nejen konkrétní cílový uzel, ale i do jaké sítě nebo podsítě patří. O IPv4 adresaci si více povíme v další, poslední části seriálu.
Cisco směrovač 2801. S podobnými směrovači zž do styku tak lehce nepřijdete. Jsou základem větších firemních sítí.
Cisco směrovače jsou obtížnější na konfiguraci, máte ale nad nimi plnou kontrolu. Podobné směrovače jsou základ firemních nebo jiných rozsáhlejších sítí
Směrovač udržuje takzvanou routovací tabulku, ve které ukládá adresu známých sítí a port, kterým data do cílové sítě odesílá. Tyto informace mohou být zadány směrovači ručně, což občas síťoví administrátoři používají, pohodlnější (a mnohem méně pracné) je použití dynamických routovacích protokolů. S jejich pomocí si směrovače navzájem posílají své routovací tabulky a aktualizují si je. Na základě těchto tabulek si pak směrovače budují představu o topologii sítě a snadno pak posílají data na místo určení. Mezi tyto protokoly se řadí RIPv1, RIPv2, OSPF nebo různé proprietární řešení, jako například EIGRP od Cisca. Problematika routování a dynamických protokolů je mnohem více obsáhlá a zajímavá, nicméně rozsah článku by zdaleka nedostačoval.
Síťová media
Existují tři základní formy síťových medii, na kterých jsou data přenášena. Na každém z nich je signál přenášen jiným způsobem. Prvním z nich je klasický kabelový přenos, kde je signál přenášen ve formě elektrických impulsů. Pokud jste se setkali například s výrazem kroucená dvojlinka, je tím míněn právě kabel používaný na toto spojení, zakončený konektory RJ-45. Jeho vnitřní uspořádání závisí na použité technologii a její rychlosti. Samozřejmě toto není jediná možnost klasické kabeláže. Druhou možností je použití optických vláken, ve kterých je přenášený signál reprezentován impulsy světelnými. Optická vlákna se používají na spojení na delší vzdálenosti a dosahují vyšších rychlostí než klasická kabeláž. Často používán je i bezdrátový přenos, který využívá radiového signálu. V závislosti na použité modulaci existují rozdílné standardy známého Wi-Fi. Jednotlivé standardy jsou označovány písmeny (nejčastější a,b,g,n) a kromě maximální dosažitelné rychlosti se odlišují i frekvenčním pásmem, ve kterém pracují.
Závěr
V článku byly zjednodušeně popsány klasické propojovací prvky v síti a přenosová media. Nepopisoval jsem všechny, ani přítomné dopodrobna, rozsah článku by na toto téma nestačil. Tento rozsah by ale měl stačit na utvoření lehké představy o počítačové síti. Příště se podíváme blíže na adresaci IPv4.
