Z důvodu potřeby standardizace síťové komunikace bylo zapotřebí vytvořit síťové modely. Jedná se o způsob komunikace a pravidla síťové komunikace, která všichni výrobci musí dodržovat. Jsou to modely ISO/OSI a TCP/IP. Tyto modely jsou vzájemně provázány. Každá vrstva předává té informace vyšší vrstvě, která vloží do hlavičky. Každá vrstva se řídí různými protokoly, aby se zajistil spolehlivý chod sítě. 

 

Pro pochopení, proč jsou síťové vrstvy potřebné, můžeme uvést jednoduchou analogii dvou manažerů zahraničních firem, kteří si právě napsali dopis. Ani jeden nerozumí jazyku toho druhého.

Můžeme si povšimnout, že na straně odesílatele probíhá komunikace od nejnižší vrstvy k nejvyšší a na straně příjemce naopak. Jednotlivé vrstvy mají kontakt pouze se sousední vrstvou.

 

 

Interface (rozhraní) = zařízení zde komunikuje se sítí, např. fyzické – porty; softwarové – IP, MAC adresy

 

 

Referenční model ISO/OSI

se skládá z následujících sedmi vrstev: 

1.   Fyzická 

2.   Linková 

3.   Síťová 

4.   Transportní 

5.   Relační 

6.   Prezentační 

7.   Aplikační 

 

 

FYZICKÁ VRSTVA (physical layer)

Fyzická vrstva, jak už její název napovídá, se zabývá fyzickou komunikací. To znamená přenášení jednotlivých bitů (jedniček a nul). Definuje věci jako jsou média (odkaz), konektory nebo potřebná napětí. 

Další její funkcí je modulace – převádění digitálních dat na data analogová a obráceně. Modulaci provádí zařízení modem.

 

NIC – Network Interface Card (síťová karta), pomocí ní je zařízení možné připojit do sítě

 

 

LINKOVÁ VRSTVA (data link layer)

Jinými slovy spojová vrstva. Stará se o propojení o dvou sousedních zařízení. Přijatá data z fyzické vrstvy sestavuje do rámců. Seřazuje tyto rámce do správného pořadí. Pro koho jsou data určena zjistí pomocí MAC adresy. 

Na této vrstvě komunikuje zařízení switch. Switch umí rozpoznat jednotlivé MAC adresy a na základě toho zjistí, pro koho jsou data určena a pošle je. Switch má několik portů a na každém portu je připojen jeden klient. Kdo je na kterém portu určí podle MAC tabulky, kde má napsána čísla portů a k němu příslušnou MAC adresu. 

 

 

SÍŤOVÁ VRSTVA (network layer)

Síťová vrstva se stará o směrování dat zařízením, které spolu přímo nesousedí. Jedná se tedy o propojení mezi jednotlivými sítěmi. Data jsou uspořádána do packetů. Pracuje s IP protokolem (Internet Protocol).

Procesu směrování se také říká routování. O to se stará router, který pracuje s IP adresami. Tabulku s adresami označujeme jako routovací tabulku. Routování dělíme na statické a dynamické. Při statickém routingu jsou do routovací tabulky informace manuálně vloženy administrátorem. Například přes který router budou chodit určité adresy. U dynamického routingu je routovací tabulka tvořena automaticky pomocí různých protokolů.

 

Podle toho, kolika zařízením jsou určeny packety rozdělujeme vysílání na

Unicast = jednomu (přijetí e-mailu, prohlížení webové stránky)

Multicast = skupině (video konference, hraní on-line her)

Broadcast = všem (identifikace zařízení v síti)

 

 

TRANSPORTNÍ VRSTVA (transport layer)

Transportní vrstva se stará o kvalitu přenosu, kterou vyžadují vyšší vrstvy. Jednotkou posílaných dat je segment. Využívá dva protokoly:

 

TCP se stará o spolehlivý přenos. Odesílá informace, ve kterých se nesmí chybovat, například zprávy, e-maily, webové stránky atp.

·      Zajišťuje propojení odesílatele a příjemce

·      Kontroluje, zda se některá data po cestě neztratila a popřípadě příslušnou část pošle znovu

·      Zachovává správné pořadí

·      Data vyhodnocuje a odesílá výhodně

 

TCP dává do hlavičky více informací. Z toho důvodu je sice spolehlivý, ale i pomalejší.

 

UDP je určen pro přenos informací, u kterých více preferujeme rychlost. To se vztahuje na služby jako jsou stremování videí, hraní on-line her nebo telefonáty. Nezajišťuje spojení ani nekontroluje příjem dat, z toho důvodu jeho hlavička obsahuje méně informací a přenos je rychlejší.

Pokud se u např. přehrávaní videa ztratí určitý packet, video ztratí kvalitu, vypadne na krátkou chvíli zvuk atp. Pokud bychom chtěli bezchybný přenos, opakované zaslání ztracených dat by způsobovalo zpoždění a video by se zasekávalo.

 

 

RELAČNÍ VRSTVA (session layer)

Předchozí čtyři vrstvy se soustředily spíše na vlastní přenos dat mezi počítači. Vyšší tři vrstvy se orientují na potřeby síťových aplikací.

 

Pro pochopení si relaci (dialog) můžeme připodobnit k telefonnímu hovoru:

·      Nejprve se účastníci musí vytočit = navázání transportního spojení

·      Účastníci spolu hovoří = relace

·      Účastníci hovor zavěsí = skončení relace

·      Účastníci hovor nezavěsí, ale předají telefony dalším osobám, který vedou jiný rozhovor = transportní spojení zajišťuje více po sobě jdoucích relací

·      Spojení vypadne a dvojice si musí zavolat znovu = zakrývá výpadky spojení transportní vrstvy

·      Pokud chce jeden z účastníků hovor ukončit, domluví se s tím druhým, který může odmítnout a hovor bude pokračovat = pro ukončení relace je třeba souhlas obou stran, jedna strana může konec relace pouze navrhnout

 

Řízení dialogu:

Jako při telefonování není možné, aby lidé mluvili současně a zároveň si rozuměli, tak i relační vrstva zajišťuje, aby vždy „hovořila“ jen jedna strana. K pověření posunu dat slouží tzv. data token, který si můžeme představit jako štafetový kolík. Účastník si o něj může požádat, nebo ho předat.

 

Synchronizace:

Může nastat situace, že z nějakého důvodu spojení nemůže pokračovat. Zařízení tedy v pořádku přijalo určité množství dat, která nemůže ihned zpracovat. Bude požadovat, aby druhé zařízení informace poslalo znovu, až se problém vyřeší. To je zprostředkováno vkládáním kontrolních bodů, která si odesílatel pamatuje, a ke kterým bude možno se později vrátit.

 

Tato vrstva nemusí být vždy používána. Některým aplikacím třeba stačí transportní vrstva a relace řídí na úrovni aplikační vrstvy.

 

 

PREZENTAČNÍ VRSTVA (presentation layer)

Nyní se nacházíme v situaci, kdy data v pořádku dorazila ke koncovému zařízení. Jelikož každý počítač není stejný, může být jeho vnitřní reprezentace dat jiná, než by příjemce očekával. Funkcí vrstvy je přetvořit data do tvaru, který koncové zařízení správně zpracuje – provádí nezbytné konverze. Prezentační vrstva však nerozumí datům, která přijímá, to mají na starosti až vlastní aplikace.

Na úrovni prezentační vrstvy může být řešeno zabezpečení pomocí šifrování. Pro minimalizaci objemu přenášených dat může být zajišťována i jejich komprimace.

 

 

APLIKAČNÍ VRSTVA (application layer)

Je určena k tomu, aby aplikacím poskytovala přístup do prostředí sítě. Funguje jako brána mezi aplikacemi na různých počítačích. Interaguje přímo s uživatelem prostřednictvím aplikací. Existuje na ní nespočet protokolů, můžeme si uvést například:

 

HTTP – komunikace s webovými servery

HTTPS – šifrovaná komunikace s webovými servery

 

FTP – přenos souborů mezi klienty

FTPS – šifrovaný přenos souborů

TFTP – triviální přenos souborů, nezabezpečený

 

SMTP – přenos e-mailů (klient – server, server – server)

POP3 – přenos elektronické pošty (server – klient), stáhne e-mail na disk klienta

IMAP – přenos elektronické pošty (server – klient), pracuje s e-maily na straně serveru

 

DNS – překlad názvu domény na IP adresu a opačně

DHCP – dynamické přiřazování IP adres

 

Telnet – nešifrovaný (nezabezpečený) komunikační protokol

SSH – šifrovaný komunikační protokol, využívaný hlavně pro vzdálenou správu zařízení (např. routeru nebo switche), nahradil Telnet

 

 

TCP/IP

TCP/IP Protocol Suite neboli rodina protokolů TCP/IP je druhý síťový model. Přesněji se jedná o soustavu protokolů, který se využívá v Internetu, ale i v lokálních sítích. Kromě různých protokolů obsahuje hierarchii síťových vrstev podobných ISO/OSI modelu. Jsou to vrstvy:

1.    Síťové rozhraní – zastupuje fyzickou a linkovou vrstvu

2.    Síťová – odpovídá síťové vrstvě

3.    Transportní – transportní vrstva ISO/OSI

4.    Aplikační – spojuje relační, prezentační a aplikační vrstvu

 

Zdroj obrázku: www.guru99.com

 

Není třeba vysvětlovat funkčnost každé vrstvy, jelikož spojuje vrstvy ISO/OSI modelu, který jsme si již dříve podrobněji vysvětlili.

Zde je přehled nejznámějších a nejdůležitějších protokolů TCP/IP:

 

 

CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Tento protokol vrstvy síťového rozhraní dokáže detekovat kolize v síti a snaží se jim předcházet. Jedná se o přístupovou metodu u ethernetových sítí.

Uzel, který chce zahájit vysílání, naslouchá provozu a pokud zrovna žádný jiný přenos neprobíhá, data pošle. Může nastat situace, že ve stejnou chvíli začne vysílat několik uzlů najednou, pak dojde ke kolizi. Vysílací uzel tento stav pozná a své vysílání zastaví. Pokračuje v něm až po náhodně zvoleném časovém úseku, aby ke kolizi nedošlo znovu.

Protokol se využíval hlavně v sítích s huby, před přechodem na switche.

 

 

CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Avoidance

Jedná se o další protokol z rodiny CSMA. Tento se používá v sítích, kde je kolize těžké detekovat, tedy především v bezdrátových. Místo toho kolizím předchází tím, že před samotným vysíláním vyšle žádost, zda může informace poslat. Pokud je médium volné, data pošle.

 

 

IP –  Internetový protokol (Internet Protocol)

Jak jsme v předchozí části nakousli, internetový protokol pracuje na 2. vrstvě – síťové (3. v rámci ISO/OSI). Jejím úkolem je přepravit data až na místo určení přes všechny routery. Zajišťuje tedy směrování. Hledá vhodnou cestu pro každý packet, ke které potřebuje znát topologii dílčích sítí, přes které budou data cestovat. Protokol IP je ale nespolehlivý. Pokud zjistí, že jsou data např. poškozena, zahodí je a dále se jimi nezaobírá. TCP/IP obsahuje další protokoly, které se starají o nestandartní situace, aby byl přenos spolehlivý.

 

 

TCP – Transmission Control Protocol

S TCP už jsme se také seznámili. Pracuje na 3. vrstvě – transportní (4. v ISO/OSI). Kvůli nespolehlivosti IP na sebe bere zodpovědnost za nápravu poškozených dat. Pokud se data ztratí, požádá o jejich opětovné poslání. IP se zaobírá pouze směrováním pomocí IP adres, ale nerozumí tomu, co data obsahují. TCP rozlišuje různé aplikace a programy a identifikuje je pomocí čísel portů.

 

 

UDP – User Datagram Protocol

UDP je nespolehlivá alternativa TCP, pracuje tedy na transportní vrstvě. Nesnaží se o nápravu dat, díky tomu poskytuje větší rychlost. Tudíž nějak zásadně kvalitativně nemění IP protokol. Každá aplikace si může zvolit, který protokol potřebuje. Z toho důvodu jsou síťové vrstvy vždy vykresleny od nejvyšší po nejnižší – vyšší vrstva vytváří požadavek, který ta nižší zpracovává.

 

 

RTP – Real Time Protocol

K přenášení multimediálních dat (streamování videa, on-line hry) nestačí pouze TCP nebo UDP protokol. Videa potřebují jistou pravidelnost přehrávání snímků, aby obraz nepůsobil trhaně. RTP zajišťuje plynulé přehrání videa bez ohledu na to, která část videa stihla dorazit dříve a která je opožděná. Pracuje na aplikační vrstvě.

 

 

RSVP –  Protokol pro nastavení rezervace (Resource Reservation Setup Protocol)

Dalším protokolem aplikační vrstvy je RSVP. Ten dopomáhá RTP protokolu tím, že pro potřebná data vytvoří určitý objem přepojovací kapacity. Jinými slovy – zarezervuje část sítě, po které video putuje. Zaručí tak, že žádná data nebudou mít přednost a budou se odesílat a přijímat chronologicky.

 

Protokolů existuje opravdu nespočet. Slouží k různým účelům. Je důležité si uvědomit, na které vrstvě který protokol pracuje, abychom pochopili, čím se zabývá.

 

Pokud vás blíže zajímají síťové modely a protokoly, doporučuji stránku www.earchiv.cz, která obsahuje zápisy přednášek a článků pana Jiřího Peterky, přednášejícího na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy.

Zpět na hlavní stránku