Počítačová síť

Síťové modely

Síťová komunikační technologie jako jeden velký model by byla obtížně realizovatelná. Proto jsme různé součásti sítě rozdělili do menších modulů nebo vrstev. Standardním modelem sítě je model OSI (Open Systems Interconnection) stanovený mezinárodní organizací ISO (International Organization Standard). Existují i jiné modely sítí, všechny jsou však rozděleny do podobných vrstev. Každá vrstva využívá služeb, které poskytuje vrstva pod ní, a zároveň poskytuje služby vrstvě nad ní. Každá vrstva může komunikovat pouze se stejnou vrstvou na cílovém zařízení.

Příklad komunikace v síťovém modelu

Model OSI

OSI (Open Systems Interconnection) je sedmivrstvý síťový model specifikovaný normou ISO (International Organization for Standardization) a je široce používán po celém světě. Koncept sedmivrstvého modelu poskytla práce Charlese Bachmana ze společnosti Honeywell information Services. Různé aspekty návrhu OSI se vyvinuly na základě zkušeností se sítěmi ARPANET, NPLNET, EIN a CYCLADES a práce v pracovní skupině IFIP WG6.1.

Datová jednotka	Vrstva	Funkce
Data	Aplikace	Síťový proces k aplikaci
	Prezentace	Šifrování, dešifrování a převod dat
	Relace	Správa relací mezi aplikacemi
Segmenty	Doprava	Koncové připojení a spolehlivost
Pakety (datagramy)	Síť	Určení cesty a logické adresování
Rám	Datové spojení	Fyzické adresování
Bit	Fyzická stránka	Signální a binární přenos

Vrstva 1

Fyzická vrstva definuje elektrické a fyzické specifikace zařízení. Specifikuje také modulovaný přenos a přenos v základním pásmu.

Základní pásmo

Základní pásmo jsou digitální data v surové podobě (1001 1101 1010 0011). To umožňuje velmi rychlý a spolehlivý přenos na krátké vzdálenosti; média však mají tendenci způsobovat, že se bity navzájem ruší, dosah přenosu v základním pásmu je velmi omezený. S rostoucí rychlostí se to zhoršuje. Technologie základního pásma se často používá v sítích LAN.

• Kabel UTP - max. 100 m při rychlosti 100 Mbit/s bez opakovače
• Optické vlákno - max. 1 km při rychlosti 100 Mbit/s bez opakovače

Typická technologie: Ethernet

Modulovaný přenos

V telekomunikacích je modulace proces přenosu signálu zprávy, například digitálního bitového toku nebo analogového zvukového signálu, uvnitř jiného signálu, který lze fyzicky přenášet. Zařízení, které zajišťuje modulaci signálu v základním pásmu, se nazývá modulátor a zařízení, které zajišťuje demodulaci modulovaného signálu zpět do základního pásma, se nazývá demodulátor. Dnes jsou modulátor a demodulátor integrovány do jednoho zařízení, které se nazývá modem (modulátor-demodulátor). Často se používá v sítích WAN, WLAN, WWAN.
Typická technologie: WI-FI, ADSL, připojení kabelové televize (CATV).

Vrstva 2

Vrstva datového spoje poskytuje funkční a procedurální prostředky pro přenos dat mezi síťovými entitami a pro detekci a případnou opravu chyb, které se mohou vyskytnout ve fyzické vrstvě.

Vrstva 3

Síťová vrstva poskytuje funkční a procedurální prostředky pro přenos datových sekvencí proměnné délky ze zdrojového hostitele v jedné síti na cílového hostitele v jiné síti pomocí adresy IP.

IP adresa

Adresa internetového protokolu (IP adresa) je číselné označení přiřazené každému zařízení (např. počítači, tiskárně) zapojenému do počítačové sítě, která ke komunikaci používá internetový protokol. V současné době se používají dvě verze protokolů - IPv4 a IPv6.

• Protokol IPv4 používá 32bitové adresování, které omezuje adresní prostor na 4294967296 (²³²⁾ možných jedinečných adres.

Příklad: IP-192.168.0.1 maska-255.255.255.0 znamená, že síťová adresa je 192.168.0.0 a adresa zařízení je 192.168.0.1.

• Protokol IPv6 používá 128bitové adresování, které omezuje adresní prostor na ²¹²⁸ možných adres. V dohledné budoucnosti je považován za dostatečný. Plná podpora protokolu IPv6 je stále ve fázi implementace.

Vrstva 4

Transportní vrstva zajišťuje transparentní přenos dat mezi koncovými uživateli a poskytuje spolehlivé služby přenosu dat vyšším vrstvám. Protokol TCP (Transmission Control Protocol) a protokol UDP (User Datagram Protocol) ze sady internetových protokolů se v rámci OSI běžně řadí mezi protokoly 4. vrstvy.

• Protokol TCP (transmission control protocol) zajišťuje spolehlivé a uspořádané doručení proudu bajtů z programu na jednom počítači jinému programu na jiném počítači. Protokol TCP se používá v aplikacích, které vyžadují spolehlivý přenos (e-mail, WWW, přenos souborů (FTP), ...).
• Protokol UDP (user datagram protocol) používá jednoduchý přenosový model bez implicitních dialogů handshaking pro zajištění spolehlivosti, uspořádání nebo integrity dat. UDP se používá v aplikacích, kde požadujeme snížení zpoždění oproti spolehlivosti (streamování videa, VOIP, online hry, ...).

Vrstvy 5-7

Ve zjednodušených síťových modelech bývá sjednocena do jedné vrstvy a jejím hlavním účelem je interakce s aplikacemi, šifrování a v případě potřeby navazování vyhrazených spojení.

Digitální modulace: 16-QAM s příkladem konstelačních bodů.


Analogová modulace: AM - amplitudováFM - frekvenční

Síťové podmínky

Zpoždění

Latence, nesprávně nazývaná ping, je hodnota, která měří, za jak dlouho se pakety dostanou do svého cíle. Měří se v milisekundách (ms). Nástroj, který latenci měří, se nazývá ping a běžně používá speciální pakety ICMP, které jsou menší než standardní datové pakety, takže svou přítomností nezatěžují síť.

• Okamžitá latence se měří každých X sekund a okamžitě se zobrazuje. Její hodnota se neustále mění v důsledku přirozených vlastností síťové technologie přepínání paketů. Vysoké špičky latence mají negativní vliv na většinu síťových aplikací, které se mohou průměrné latenci přizpůsobit přidělením odpovídající velikosti paměti jako vyrovnávací paměti. Vysoké špičky latence vedou k vyprázdnění této vyrovnávací paměti a k dočasnému zamrznutí aplikací. Toto zamrznutí se běžně nazývá zpoždění.
• Průměrná latence je součet okamžitých latencí naměřených Ykrát za X sekund dělený Y. Průměrná latence se používá k odhadu velikosti vyrovnávací paměti především proto, že se nemění tak často. Vyrovnávací paměť umožňuje plynulý chod některých aplikací, jako je například streamování videa, i při vysoké průměrné latenci, ale nemůže nás ochránit před vysokými špičkami latence.

Kapacita (šířka pásma)

Kapacita je mírou přenosové kapacity sítě a měří se v bitech za sekundu (bps nebo b/s), dnes běžně Mbps nebo Mb/s. Ukazuje nám, kolik datových jednotek se přenese za sekundu. V současné době je průměrná šířka pásma mnohem vyšší, než je nutné, a ve většině případů není limitujícím faktorem.

• Uplink je šířka pásma, která se využívá pro přenos dat od uživatele k serveru (obvykle nižší pro koncové uživatele).
• Šířka pásma pro přenos dat ze serveru k uživateli (obvykle vyšší u koncových uživatelů).

Vysílání

Vysílání je speciální přenos, který není určen pro jedno zařízení, ale je adresován všem zařízením v určité síti. Většinou se používá k automatickému přidělování IP adres zařízením pomocí serveru DHCP a k vytvoření tabulky ARP, která mapuje síť a urychluje provoz.

Frekvenční plán ADSL. Upstream + downstream = šířka pásma sítě