Počítačové siete

Vývoj telefónnych sietí:

• Point to point connection alebo „jednoduchý – praobyčajný“ drôt
• Siete spojované operátorkami
• Siete spojované pomocou relé
• Spojované siete (connection oriented networks), okruhy (circuits), udržovanie stavu
(state awareness)
• Homogenita požiadaviek v telefónnej sieti
• Spoľahlivosť sietí – od žiadneho zaistenia po súčasnú telefónnu sieť ( mesh –zabezpečuje lepšiu ochranu pri prerušení služby )

V počiatkoch budovania sietí (networking - sieťovanie) v 70tych rokoch minulého storočia sa prísne rozlišovala hlasová komunikácia, dátová komunikácia a zábava.
Hlasová komunikácia sa odohrávala po pevnej analógovej sieti s komutáciou okruhov alebo v rádiovej sieti.
Zábavu sprostredkovávali výhradne siete rozhlasového a televízneho vysielania.
Dátová komunikácia umožňovala iba priame prepojenie terminálov (terminálové siete) k hlavnému (hostiteľskému) počítaču po sériových spojoch (na diaľku cez modem)

Dátové siete:

• Rozvoj začína v 70tych rokoch, Heterogénne požiadavky na dátovú sieť
• Best-effort networks – užívateľ sa musí uspokojiť s prenosovou kapacitou siete, aká je práve k dispozícii, Stateless networks (paketové siete)
• Problém so zaistením kvality služieb, tzv. QoS (Quality of Service) na best-effort sieťach

Na prelome 70/80 rokov vznikajú známe firemné protokolové architektúry XNS, Banyan Vines, DECNet, NetWare, AppleTalk a SNA, ktoré sa využívajú vo väčšom či menšom rozsahu dodnes.

V 80-tych rokoch...

• sa začínajú digitalizovať ústredne, objavujú sa káblové siete,
• systémy elektronických násteniek (BBS – Bulletin Board System)
• vstupuje na scénu mobilná komunikácia.

Najvýraznejšie boli zmeny v dátovej komunikácii:

• rozširuje sa prenos súborov, elektronická pošta a prihlasovanie na diaľku,
• objavuje sa prepínanie paketov v sieti Arpanet, vzniká jadro Internetu a architektúry TCP/IP.
• kľúčovými prostriedkami prepájania jednotlivých sietí sa stávajú moderné smerovače.

Hlasová komunikácia sa odohráva po verejnej telefónnej sieti, dátová komunikácia sa rieši firemne a je výhradne v réžii a správe daného podniku. V súčasnosti je snaha o čo najbližšie približovanie sa ku koncovému používateľovi prostredníctvom tzv. globálnej informačnej infraštruktúry.

Hlavné míľniky vo vývoji dátových počítačových sietí:

• 1960 – Prvé použitie počítačov typu Mainframe
• 1962 – Paul Baran pracuje na návrhu siete s „prepínaním paketov“
• 1967 – poslaný prvý dokument cez sieť ARPANET
• 1969 – ARPANET bol zavedený na UCLA, UCSB, U-Utah a Stanforde
• 1971 – email
• 1972 – telnet
• 1973 – FTP, práca na predchodcovi TCP/IP (Bob Kahn a Vint Cerf)
• 1977 - mailing list
• 1979 - Usenet, uucp, rozšírenie PC a Unix minipočítačov
• 1981 – BITNET - počítačová sieť vysokých škôl založená na sálových počítačoch, zavedenie pojmu Internet
• 1982-3 – OSI Model protocols, TCP/IP
• 1984 – DNS (Domain Name Services), normalizovaný model hierarchického riadenia komunikácie – teda protokolovej architektúry
• 1986 – NSFNET - chrbticová sieť Internetu v USA, v 1990 zrušenie siete ARPANET
• 1991 – Tim Bernes-Lee navrhol kód pre WWW, GOPHER
• 1993 – Mosaic – prvý GUI browser
• 1999 – podpora videa a multimédií

Počítačová sieť - Network

Počítačová sieť predstavuje systém vzájomne spolupracujúcich počítačov, pozostávajúci z hardvéru, softvéru a organizačného zabezpečenia.

• Hardvér siete zahrňuje všetky technické prostriedky v sieti (počítače, tlačiarne, plotre, atď.), ako aj prostriedky, ktorými je realizované vlastné prepojenie siete (sieťové adaptéry, spojovacie vedenie, rozbočovače, zosilňovače signálu, modemy, a pod.).
• Sieťový softvér je programové vybavenie, ktoré v spolupráci s hardvérom zabezpečuje funkcie siete. U niektorých operačných systémov sú sieťové funkcie už
jeho súčasťou. U iných musíme zabezpečiť dodatočné programové vybavenie a spustiť ho na jednotlivých počítačoch siete vo forme rezidentných programov.
• Organizačné zabezpečenie siete je poslednou a často podceňovanou súčasťou siete. Zahŕňa hlavne opatrenia na zaistenie správy siete a súbor pravidiel správania sa
používateľov pri používaní siete. Patrí sem zabezpečenie aj funkcie správcu siete, ktorý sa stará o chod a riadenie siete.

Dôvody zavádzania počítačových sietí

Počítačové siete prinášajú niekoľko zásadných výhod: zdieľanie údajov, zdieľanie prostriedkov, zvýšenie spoľahlivosti systému.

• Zdieľanie údajov je najvýznamnejší dôvod pre zavádzanie počítačových sietí. Ide o to, že potrebné dátové súbory môže spracovávať viac používateľov súčasne
(sú uložené na serveroch a pripojení používatelia majú k nim prístup).
• Zdieľanie prostriedkov umožňuje pracovným staniciam spoločne používať prostriedky siete, ktoré ponúkajú servere siete (zdieľanie diskov, tlačiarní ...).
• Zvýšenie spoľahlivosti systému znamená ďalšiu výhodu, ktorú siete poskytujú. V súvislosti so zdieľaním prostriedkov je možné napr. v prípade poruchy sieťovej
tlačiarne nahradiť ju inou a systém môže pracovať ďalej. Ak má používateľ svoje programy a údaje uložené na serveri, je možné v prípade poruchy pracovnej stanice
pokračovať v práci na inej pracovnej stanici.

Administrátor (Supervisor) – správca siete

• človek zodpovedný za chod siete
• má v sieti neobmedzené práva

Sieťový protokol

• množina pravidiel v sieťovej komunikácii, ktorá určuje ako spolu počítače komunikujú
• dohovorená množina dát, ktorou je schopný odosielateľ aj príjemca spracovať
• napr.: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX

Packet (paket)

• skupina bitov s pevne definovaným formátom
• pomocou nich sa prenášajú informácie v sieti
• spravidla obsahuje:
• adresu odosielateľa,
• adresu prijímateľa,
• poradové číslo,
• dĺžku v byte-och
• prenášané dáta
• kontrolné informácie

Základné pojmy

• vo všeobecnosti predstavuje entitu, ktorá poskytuje nejaký druh sieťovej služby
• môže sa jednať o hardware i software

Hardware

• počítač zapojený do počítačovej siete, ktorý poskytuje svoje služby ostatným počítačom - pracovným staniciam, napr.: diskovú kapacitu, výpočtovú kapacitu, operačnú pamäť, organizuje tlač na tlačiarňach apod.

Podľa poskytujúcich služieb je možné rozlíšiť niektoré základné typy serverov:

Súborový (file server)

• riadi prístup k súborovým a diskovým zdrojom na sieti,
• zaisťuje bezpečnosť (prístupové práva) a synchronizáciu (zamykanie súborov) siete

Tlačový (print server)

• poskytuje prístup k sieťovým tlačiarňam.
• prevádzkuje programy nutné pre vytváranie a riadenie tlačových front

Aplikačný server

• prevádzkuje aplikácie určené pre pracovné stanice.
• na pracovnej stanici bežia tzv. klientské aplikácie vyžadujúce prenos dátových súborov zo/na server(a)

Komunikačný (communication server)

• poskytuje prístup k modemom (modem server),
• faxom ( fax server) ,
• telefónnym linkám, prepája dve a viac sietí 12

Databázový (database server)

• poskytuje prístup, k databázovým záznamom, programom bežiacim na iných počítačoch
• väčšinou sa vyžaduje, aby server disponoval kvalitným a výkonným technickým vybavením
• dnes najčastejšie využívaným typom databázových serverov sú tzv. SQL servery (SQL = Structured Query Language).
• Oracle
• Microsoft SQL Server
• Sybase
• Adabas D
• mySQL
• PostgreSQL

Storage server (zálohovací server)

• umožňuje bezproblémovo zálohovať všetky potrebné údaje na všetkých počítačoch v sieti, či už sú to servery (najčastejšie) alebo klientské stanice.
• je potrebný recovery plan (plán obnovy) , ktorého základ tvorí snaha o obnovenie prevádzky kritických častí informačného systému podniku v istom stanovenom časovom limite.

Príkladom zálohovacích serverov môžu byť

• TapeWare a ArcServer pre Novell Netware a Windows NT
• balík Amanda pre Linux Software
• program pracujúci na nejakom počítači, ktorý sprostredkováva určité sieťové služby (napr. DNS (Domain Name Server), FTP server, WWW server, mail server)
HTTP server (Hyper Text Transfer Protocol)
• WWW server je súbor stránok s presne určenou štruktúrou.
• HTTP server tieto stránky dokáže čítať a poskytovať ich klientom. Jeden HTTP server môže obsluhovať viacero WWW serverov.
• Medzi najpoužívanejšie HTTP servery partia Apache, Microsoft Internet Information Server a Netscape Enterprise Server.
• najrozšírenejší z nich, Apache, sa používa najmä na systémoch Linux a Unix, ktoré sú jeho materskou platformou.

FTP server ( File Transfer Protocol)

• úlohou FTP servera je poskytovanie súborov,
• používajú sa predovšetkým v prostredí Internetu, teda vo veľmi heterogénnom prostredí,
• má zabudované vlastnosti, ktoré zabezpečia, že FTP server a jeho obsah budú totožné pre všetkých klientov. V heterogénnom prostredí nie je definovaný štandardný protokol (okrem HTTP a FTP), ktorý by umožňoval prenášať súbory medzi takými rozdielnymi systémami, ako sú napríklad Unix a Apple Macintosh.

PROXY server

• jeho úlohou je vystupovať voči iným serverom v mene klientov,
• zvyšuje bezpečnosť komunikácie – proxy server „maskuje" aktivitu klienta, o klientovi sa nik za proxy serverom nedozvie,
• lepšia kontrola v prípade, že všetci klienti pristupujú do vonkajšej siete iba cez proxy server,
• zníženie záťaže prenosových liniek – pomocou vyrovnávacej pamäte (cache)
• zníženie záťaže na často používaných serveroch (cache)
• Novell Border Manager pre Novell NetWare, Microsoft Proxy Server pre Windows NT a Squid pre Linux.

MAIL server (poštový server)
• jednou z najčastejšie požadovaných vlastností dnešných sietí je prenos elektronickej pošty.
• elektronickou poštou je možné poslať akúkoľvek správu, napríklad textovú, obrázok, program aj zvukový záznam.
• V súčasnosti sa bežne používajú tri základné protokoly na prenos elektronickej pošty:
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – je protokol, ktorý sa používa na odosielanie správ a na ich doručenie do používateľských poštových schránok.
• POP (Post Office Protocol) – vo verziách POP2 a POP3
• IMAP (Internet Message Access Protocol) – vo verziách IMAP3 a IMAP4
• POP3 a IMAP sa používajú na čítanie správ z používateľských kont.

DNS server (Domain Name Server)

• služba DNS umožňuje klientskym počítačom v sieti registrovať a prekladať popisné názvy DNS,
• server DNS hostuje záznamy distribuovanej databázy DNS a používa tieto záznamy na generovanie odpovedí na otázky DNS zaslané klientskymi počítačmi DNS, ako napríklad dotazy na názvy webových serverov či počítačov v sieti či Internete.

DHCP Server (Dynamic Host Configuration Protocol)

• po jeho inštalácii môžu správcovia spravovať adresy IP a súvisiace informácie z jediného umiestnenia,
• zabraňuje konfliktom adries IP, pretože neumožňuje pridelenie už skôr pridelenej adresy IP,
• skracuje dobu potrebnú pre konfiguráciu a prekonfiguráciu počítačov voľbou servera DHCP, ktorý pri pridelení zapožičanej adresy IP poskytne taktiež ďalšie konfiguračné hodnoty,
• pomocou procesu obnovenia zapožičania zaisťuje aktualizácie adries IP klientov s mobilnými či prenosnými počítačmi, ktorí často menia svoje umiestnenie.

Dedicated server (vyhradený server)

• server slúžiaci iba pre správu siete
• nemôže byť využívaný ako pracovná stanice

Non-dedicated server (nevyhradený server):

• server, ktorý môže slúžiť zároveň pre správu siete i ako pracovná stanica
• neodporúča sa pre väčšie siete

Client (Workstation, pracovná stanica)

• počítač zapojený v počítačovej sieti slúžiacej k práci používateľa
• prostredníctvom neho sú používateľovi dostupné služby počítačovej siete
• pojem client rovnako môže značiť aplikáciu, ktorá vytvára požiadavky na ďalšie aplikácie, služby, informácie, alebo na prístup k prostriedkom.

Sieťová karta (sieťový adaptér)

• karta umožňujúca pripojenie počítača do počítačovej siete
• určuje do akého typu siete môže byť počítač pripojený – Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), Token-Ring, ARCnet, ATM (Asynchronous Transfer Mode)
• býva vybavená konektormi pre pripojenie prenosového média:
• BNC pre tenký koaxiálny kábel
• Canon (AUI) pre silný koaxiálny kábel
• RJ-45 pre krútenú dvojlinku

Rozdelenie počítačových sietí – Podľa rozlohy (rozsahu)
• Osobné siete PAN nepoužívajú prostriedky pre diaľkový prenos údajov. Maximálne vzdialenosti medzi počítačmi rádovo niekoľko centimetrov, resp. do 10 m. Použitie na komunikáciu periférií s PC v jednej alebo viacerých blízkych miestností a svojím nasadením pokrývajú rozsah pracoviska. (Bluetooth)
• Lokálne siete LAN sú také, pri ktorých sa nepoužívajú prostriedky pre diaľkový prenos údajov (modemy).
• rozsah cca do 1 km
• väčšinou sieť v rámci jednej organizácie
• obsahuje rádovo desiatky až stovky počítačov
• spravovaná jedným administrátorom, či skupinou vzájomne spolupracujúcich administrátorov
• Globálne siete WAN používajú prostriedky pre diaľkový prenos údajov. Ich rozloha je v podstate neobmedzená. Môžu spájať počítače na väčších územiach ako napr. štátu, kontinentu alebo aj na celom svete.
• spojujú jednotlivé LAN, MAN, ...
• spravované na sebe nezávislými skupinami administrátorov
• Mestská (oblastná) sieť MAN zaberajúca územie mesta (rozsah cca do 160 km ), vzniká prepojením niekoľkých sietí LAN, používa spravidla prenosové rýchlosti nad 100 Mb/s.

Rozdelenie počítačových sietí – Podľa vlastníctva

• Rozľahlá sieť pokrýva veľkú geografickú plochu a v dôsledku toho jej používatelia spolupracujú s organizáciami, poskytujúcimi služby dátovej komunikácie. Môžu to byť národné telefónne spoločnosti alebo mobilní operátori, ktorí poskytujú svoje infraštruktúry každému, kto o ne požiada.
• Tieto infraštruktúry umožnia napríklad banke prenájom prenosového média tak, aby sa jej kancelárie mohli medzi sebou prepojiť. Takéto využitie infraštruktúry vytvára rozľahlú privátnu sieť. Lokálne siete, ktoré sú vo vnútri budov organizácie, spadajú do jej jurisdikcie.
• Pri verejných sieťach (napr. Internet) mnohé spoločnosti, aby využili svoje siete, ponúkajú a poskytujú účastníkom celý rad služieb. Takejto spoločnosti sa často hovorí poskytovateľ (provider). Koncový používateľ sa môže rozhodnúť, ktoré prostriedky (služby) si vypožičia, aby mohol postaviť rozľahlú sieť. Musí zistiť, či potrebuje získať iba infraštruktúru, alebo infraštruktúru zároveň so servisom.

Homogénne siete sú také, kedy všetky pripojené počítače sú rovnakého druhu. Druhom siete sa rozumejú napríklad sálové počítače IBM, minipočítače VAX, osobné počítače IBM PC, atď. V súčasnosti sú najviac rozšírené siete osobných počítačov IBM PC a kompatibilných.
 
Heterogénne siete môžu obsahovať viacej druhov počítačov. Existujú siete, kde sú prepojené veľké sálové počítače, minipočítače aj osobné počítače. Typickým predstaviteľom týchto sietí sú verejné dátové siete.

Rozdelenie počítačových sietí – Podľa prenosu – základné pojmy

• sériový - jedným vodičom - bit po bite - obmedzenie rýchlosti
• paralelný - niekoľkými dátovými a riadiacimi vodičmi - obmedzenie vzdialenosti
• synchrónny - vysiela alebo prijíma jeden znak s vlastnou synchronizáciou –rozbehové a záverečné bity, prípadne ešte paritný bit - relatívne neefektívny, pretože vyžaduje určitú réžiu prenosu
• asynchrónny prenos dát - posielajú sa celé bloky znakov vo forme súvislého toku bitov, prenos je riadený pomocou hodinového signálu o frekvencii, ktorá odpovedá prenosovej rýchlosti, obsahuje: synchronizačné bity a dáta. Vyžaduje sa vyrovnávacia pamäť na obidvoch stranách a využíva vysoké prenosové rýchlosti.
• kódovanie - komunikačný kód zahrňuje normalizovaný formát správy a pravidla pre použitie a umiestnenie riadiacich znakov v správe.
• ASCII (American Standard Code for Information Interchnge), kde 7bitov reprezentuje znak a 8-my bit môže byť použitý na kontrolu chýb. Kód sa skladá zo 128 znakov (95 grafických a 33 riadiacich);
• EBCDIC (Extended Binary- Coded Decimal Interchange Code) - 8 bitov; kódovanie v dvojkovej, šestnástkovej, oktetovej ... sústave
• rýchlosť prenosová (dátová rýchlosť) – označuje množstvo informácií v bitoch, ktoré za jednotku času prejdu médiom. Vyjadruje sa v bit/s
• rýchlosť modulačná (symbolová) – označuje, koľkokrát sa zmení stav signálu za jednotku času (počet logických stavov za sekundu), meria sa jednotkou „baud“ a je nepriamo úmerná dobe prenosu jedného bitu.
• kvalita prenosu - u analógových prenosov sa vyjadruje ako pomer signál / šum; u digitálnych prenosov ide o pomer počet chýb / počet prenesených bitov
• Šírka pásma - definovaná rozsahom kmitočtov, ktoré je možné preniesť Rozdelenie počítačových sietí – Podľa prenášaného signálu

B R O A D B A N D

- využitie veľkej časti frekvenčného pásma
- aktívny kábelový systém (zo zosilňovačmi)
- stanice neposkytujú energiu pre prenos
- kábel podporuje viac sietí
- používa koaxiálny kábel
- s modemom viac ako 25000 staníc na sieť

B A S E B A N D

- využitie malej časti frekvenčného pásma
- pasívny kábelový systém (bez zosilňov.)
- energiu pre prenos poskytujú stanice
- kábel podporuje jedinú sieť
- používa koaxiálny kábel a dvojlinku
- bez modemu do 1000 staníc na sieť

Siete typu BASEBAND – využívajú na prenos signálu základné pásmo. Sú väčšinou menšieho rozsahu a slúžia na podporu pomalších zariadení. Prenosovým médiom je
buď koaxiálny kábel alebo krútená dvojlinka.

Siete typu BROADBAND – charakteristický je širokopásmový prenosový kanál - súčasný prenos hlasu, obrazu a iných dát. Technická realizácia môže byť buď
jednokáblová (jednotlivé dáta sa prenášajú na rôznych frekvenciách) alebo dvojkáblová (oddelené dáta sa prenášajú po samostatných vodičoch). Tieto siete sú
výhodné hlavne pre väčšie LAN s veľkým počtom používateľov.

• Komunikácia v sieti prebieha obyčajne prostredníctvom serverov. Napr. ak jeden užívateľ posiela inému elektronickú poštu, táto je odoslaná na poštový server, ktorý ju uloží do priehradky adresáta. Ten si ju potom môže kedykoľvek vyzdvihnúť. Takejto sieti sa zvykne hovoriť sieť typu client/server. Počet pracovných staníc tu nie je výraznejšie obmedzovaný (záleží predovšetkým na výkone servera).
• Niektoré siete používajú centrálny server, ktorý ovláda celú sieť. Príkladom takejto siete je systém NOVELL, používajúci až dva počítače vo funkcii vyhradených serverov. V zásade je možná aj komunikácia priamo medzi používateľmi – napr. zasielanie krátkych správ. Toto zaisťuje programové rozhranie NETBIOS.
• Protikladom ku koncepcii centrálnej siete je koncepcia peer to peer. Každý počítač tu môže byť tak serverom ako aj pracovnou stanicou. V takejto sieti sú si všetky počítače rovné (žiaden nie je inému nadriadený). Najväčšou výhodou tohto typu siete je cena, pri takmer rovnakých možnostiach (zdieľanie SW i HW).
Rozdelenie počítačových sietí – Podľa prístupu počítača do siete

Siete typu peer-to-peer (rovný s rovným)

• každý počítač môže v sieti plniť úlohu servera i pracovnej stanice
• toto prepojenie splňuje základné požiadavky kladené na sieť – t.j. zdieľané dáta a zdieľané periférie

Vlastnosti:

- je pomerne pomalé
- vhodné pre siete s menším počtom počítačov (do 10)
- žiadny počítač nie je stále server a žiadny počítač nie je stále client
- každý počítač môže byť v istom okamžiku serverom i klientom
- nezaisťuje ani technické ani organizačné požiadavky na vysokú bezpečnosť dát
- výhodou je, že môžeme využiť všetky počítače, ktoré až doposiaľ pracovali samostatne
- nevýhodou je neprehľadnosť v sieti a tým aj väčšia pravdepodobnosť existencie dier v zabezpečovacom systéme.

Príklady:

- LANtastic (DOS)
- Nowell Net Ware Lite,
- poprípade OS - NOVELL DOS 7.
- Windows 3.11 for Workgroups
- Windows 95/98/ME
- Windows NT/2000/XP

Siete typu client/server - (podriadený / nadriadený)

- v sieti slúži jeden počítač ako server a ostatné počítače v sieti zapojené sú prac. stanice
- majú zdieľané dáta a zdieľané periféria umiestnené v centrálnom uzle siete – (File Server)
- jednotliví užívatelia pristupujú k týmto informáciám ako klienti (odtiaľ aj názov typu siete)

Vlastnosti:

- veľmi rýchle siete
- vhodné pre siete s väčším počtom počítačov (nad 10)
- je pevné určené, ktoré počítače sú servery a ktoré sú pracovné stanice
- z hľadiska servera a jeho správcu sa dá zaistiť vysoká bezpečnosť zdieľaných dát
- výhodou tejto siete je jej jednoduchá prevádzka a údržba
- nevýhodou je závislosť na serveri, tzn. ak sa pokazí server, je ochromená celá sieť

Príklady OS:

- Novell Net Ware 4.0 (2.20)
- MS Windows NT/2000/XP
- MS Windows NT Advanced Server
- MS Windows 2000 Advanced Server
- MS Windows 2003 Enterprise
- Unix/Linux

Podľa protokolov:

• TCP/IP: UNIX, Novell, Windows 9x (NT), Windows 2000/2003/XP, Linux
• IPX/SPX: Novell, Windows 9x (NT), UNIX
• NetBEUI: Windows 9x (NT)
• Apple Talk: Apple Mac Systém
• DEC NET: siete DEC
• UUCP: UNIX

Podľa rýchlosti prenosu dát:

•do 256 kb/s – prvé siete s počítačmi Apple MacIntosh
•do 10 Mb/s – siete pre kancelárske aplikácie (Ethernet, ARCnet, Token-Ring)
•do 100 Mb/s – priemyselné aplikácie (Fast Ethernet (100 Mb/s))
•nad 100 Mb/s – Gigabit Ethernet (1 Gb/s), ATM (155,52 Mb/s až 2,488 Gb/s)

Cena odvodená od počtu používateľov uzlov
Predpokladá sa správca siete Áno Nie
Optimalizované na rýchlosť a výkon jednoduchosť na viac miestach (u vlastníkov) / na jednom mieste (na centrálnom serveri)
Umiestnenie zdieľaných zdrojov
Postavenie uzla siete asymetrické symetrické

Rozdelenie počítačových sietí – Podľa komunikácie medzi počítačmi

S prepojovaním okruhov (circuit switching)

• komunikácia spočíva vo vytvorení fyzického dátového spoja medzi účastníckymi počítačmi alebo používateľmi terminálu
• vytvára sa cesta medzi koncovými uzlami na celú dobu spojenia
• dáta medzi dvoma počítačmi sa prenášajú v celku
• v okamihu prenosu dát nemôže k sieti pristúpiť nikto tretí
• vhodné pre telefónne linky
• príklad: protokol UUCP

S prepínaním packetov (packet switching)

• dáta sa prenášajú v malých blokoch – packetoch
• je možné, aby niekoľko packetov cestovalo k svojmu cieľu súbežne
• vyslané packety nemusia používať rovnakú dátovú cestu a nemusia doraziť k cieľu v
poradí, v ktorom boli vyslané
• počas prenosu medzi dvoma počítačmi môžu k sieti pristupovať aj iní používatelia

Topológie počítačových sietí...

• Fyzická
• je daná spôsobom fyzického prepojenia všetkých komponentov siete (pracovných staníc, serverov a špeciálnych komunikačných zariadení),
• definuje káblové rozložení siete
• Logická
• definuje logické rozložení siete
• špecifikuje, akým spôsobom medzi sebou komunikujú prvky v sieti a ako sa prenášajú informácie,
• nemusí byť zhodná s fyzickou topológiou

Fyzické topológie

Topológia KRUH ( RING )

• každý počítač je prepojený priamo s predchádzajúcim a nasledujúcim počítačom
• každý počítač je pripojený k sieti aktívne – prijaté dáta, určené inému uzlu, prevezme a pošle ďalej. Pritom taktiež dochádza k elektrickej a logickej regenerácii signálu.
• káblovo sú linky väčšinou usporiadané tak, že po jednej linke počítač signál posiela a po druhej prijíma
• dáta sa pohybujú v kruhu od odosielateľa (prechádzajú postupne k najbližšiemu susedovi) postupne cez všetky následné uzly až k príjemcovi (adresovanej stanici ) – smer pohybu je daný spôsobom prepojenia siete
• výpadok ľubovoľnej stanice spôsobí (u klasickej kruhovej sieti) haváriu celej siete
• správy je nutné zo siete odstraňovať, aby donekonečna kruhom neobiehali (má na starosti prijímač, vysielač alebo monitorovacia stanica)
• riadenie prístupu k médiu býva realizované postupným predávaním špeciálnej správy - token (pešek), ktorého príjemca získa právo vysielať - riadený jednosmerný tok dát
• klasická forma tejto siete sa príliš často v praxi nepoužíva, ale používajú sa špeciálne techniky káblového prepojenia, ktoré zabránia výpadku siete pri poruche (alebo odpojení) ktorejkoľvek zo sieťových staníc alebo pri prerušení káblu (Star-Wired Ring)

Topológia STAR – WIRED RING

• používa kruh ako logickú topológiu, avšak ako fyzická topológia je použitá hviezda
• jednotlivé zariadenia sú fyzicky pripojené k centrálnemu aktívnemu rozbočovaču do hviezdy,
• avšak vo vnútri každého rozbočovača sú stanice fyzicky prepojené do kruhu
• používajú sa špeciálne rozbočovače, ktoré majú dva špeciálne koncové porty
• každý koncový port je pripojený k otvorenému koncovému portu niektorého iného rozbočovača (každý port k inému rozbočovaču) tak, aby bolo možné všetky stanice prepojiť do jedného fyzického kruhu.

Topológia HVIEZDA ( STAR )

• ide najstaršiu topológiu počítačových sietí – používala sa pre pripojovanie terminálov k centrálnemu počítaču
• všetka komunikácia prebieha cez centrálny uzol (riadiaca stanica, hub), ostatné stanice sú k nej paralelne pripojené
• vysoké náklady vzhľadom k drahému riadiacemu počítaču, ktorý je nutné koncipovať s veľkou technickou rezervou
• výpadok stanice ani kábla neohrozí funkciu siete,
• ak vypadne centrálna stanica, havaruje celá sieť!
• neumožňuje efektívne zapojiť viac rovnoprávnych serverov
• v súčasných LAN sa v úlohe centrálneho uzla najčastejšie používa niektorý druh prepojovacieho zariadenia (napr. rozbočovač - hub) a koncové uzly sú tvorené pracovnými stanicami a serverami.
• ak je centrálnym prvkom rozbočovač, je signál (vysielaný ktorýmkoľvek počítačom) šírený po celej sieti (podobne ako u zbernice)

Topológia STROM ( TREE )

• vylepšenie princípov zbernicovej topológie (distribuovaná zbernica)
• jej stredom je riadiaci počítač označovaný ako koreň
• pre prenos správ sa využívajú väčšinou u každej stanice dva kanály:
• pre prenos od koreňa k danej stanici
• pre prenos od stanice ku koreňu
• komunikácia je vedená vždy cez koreň, ak dôjde k havárii koreňa, znamená to výpadok celej siete
• výpadok uzla spôsobí výpadok celého podstromu siete
• ľahko rozšíriteľná (pridanie ďalšej vetvy)
• použitie napr. služby káblovej TV Terminátor, Head, End

Topológia ÚPLNÁ ( MESH )

• špeciálna prípad topológie MESH (viaccestná topológia)
• každá stanica je prepojená zo všetkými ostatnými stanicami
• vyžaduje veľký počet káblov (redundantné spoje)
• veľmi spoľahlivá
• veľmi zle rozšíriteľná
• málo používaná
• V prípade, že nejaké spojenie zlyhá, dáta môžu putovať k cieľu ďalej po iných dostupných linkách (majú viac možností)

Topológia ÚPLNÁ ( MESH ) a NEPRAVIDELNÁ (IRREGULAR)

• z jednotlivých uzlov vedie premenlivé množstvo liniek
• môže ísť o skorý návrh siete, alebo zle a neefektívne naplánovanú sieť

Topológia DUAL RING

• je rovnaká ako kruhová topológia,
• každá stanica je súčasťou dvoch nezávislých kruhov, z ktorých v danom čase využíva iba jeden,
• vysoká spoľahlivosť a flexibilita v sieti,

Topológia CHRBTICOVÁ - MOST (BACKBONE BRIDGE)

• prepája jednotlivé LAN s ľubovoľnou topológiou
• spojuje každou dvojici sietí LAN priamo pomocou mostu
• pokiaľ prebieha komunikácia vo vnútri niektorej LAN, dáta neprebiehajú cez Backbone

Topológia CASCADED BRIDGE

• pre prenos dát z jednej siete do druhej je nutné využiť tzv. medziľahlú sieť

Topológia BUNKOVÁ (CELLULAR)

• spočíva v rozdelení geografického dosahu siete do oblastí (buniek)
• jednotlivé bunky sú prepojené bezdrôtovo iba elektromagnetické vlny (wireless technology)
• jednotlivé bunky sa môžu pohybovať (napríklad mobilný telefón, satelitné družice)
• zvyčajne integrované do iných topológií

Výhody

• nepoužíva žiadne fyzické prenosové médiá
• ako prenosové médium používa
• zemskú atmosféra
• vákuum v mimo planetárnom priestore (satelit).

Nevýhody

• komunikačný signál je všade prítomný
• náchylný na rušenie
• náchylný k narušeniu zabezpečenia (elektronické monitorovanie a krádež služieb)
• bunka môže komunikovať iba s bezprostredne susednými bunkami (neefektívne)
• nie na veľké vzdialenosti (nedostatky a rušenie)

Programové prostriedky a poskytované služby lokálnych sietí

SLUŽBY SIETE

Funkciou každej vrstvy modelu OSI je poskytovanie služieb vyššej vrstve Vrstvy môžu ponúkať vyšším vrstvám dva typy služieb:

Modelom spojovanej služby je telefónny systém - vysielač informácie vysiela a prijímač prijíma
Modelom nespojovanej služby je pošta - každá správa nesie so sebou úplnú adresu svojho určenia - a je systémom dopravovaná nezávisle na ostatných správach.

Každá služba je charakterizovaná svojou kvalitou

• niektoré sú spoľahlivé tým, že sa nestratia dáta
• spoľahlivá služba je obvykle implementovaná tak, že príjemca prijatie každej správy
potvrdzuje, takže vysielač si je istý, že správa dorazila na určené miesto.

Služby lokálnych počítačových sietí...

•potvrdzované
•nepotvrdzované
•spojované
•nespojované

TYPY SLUŽIEB

Spojované

• spoľahlivý prúd správ (postupnosti stránok)
• spoľahlivý prúd slabík (vzdialené prihlasovanie)
• nespoľahlivé spojenie (číslicový prenos hlasu)

Nespojované

• nespoľahlivé dátagramy (elektronická informačná služba)
• potvrdzované dátagramy (doporučený dopis s návratkou)
• otázka - odpoveď (databázové dotazy)

SLUŽBY, KTORÉ MÔŽU LOKÁLNE SIETE POSKYTOVAŤ:

1. zdieľanie diskového priestoru
2. zdieľanie databázových aplikácií
3. zdieľanie programového vybavenia
4. zdieľanie tlačiarní a iných periférnych zariadení
5. zdieľanie modemov
6. predávanie správ medzi užívateľmi (elektronická pošta E-mail)
7. konverzácia medzi užívateľmi
8. vzdialené zavádzanie operačného systému
9. ochrana dát a zvýšenie bezpečnosti prevádzky
10. sledovanie a riadenie prevádzky v sieti

1. Zdieľanie diskového priestoru

Pre zdieľanie diskového priestoru môžu nastať tri dôvody:

• ako takého
• kvôli databázovým aplikáciám
• kvôli drahému programovému vybaveniu

2. Zdieľanie databázovej aplikácie

• práca nad databázovou aplikáciou aj viacerých užívateľov súčasne
• jednoduchšie riadenie prístupu do databáze

3. Zdieľanie programového vybavenia

• umiestnenie najčastejšie využívaného programového vybavenia na zdieľane disky

4. Zdieľanie tlačiarní a iných periférnych zariadení

• využívanie donedávna veľmi drahých špeciálnych a veľmi kvalitných tlačiarní
• CD disky, scanery,

5. Zdieľanie modemov

• úspora telefónnych liniek
• možnosť zakúpenia drahých ale výkonnejších modemov

6. Predávanie správ medzi užívateľmi (tzv. elektronická pošta E-mail):

• význam tejto služby stále vzrastá, ale je náročná na diskový priestor

7. Konverzácia medzi užívateľmi

• Chat

8. Vzdialené zavádzanie operačného systému

• možnosť pracovať v sieti s tzv. diskless stanicami (počítače bez HW i FDD)
• službu zaisťuje tzv. zavádzací server

9. Ochrana dát a zvýšenie bezpečnosti prevádzky:

LAN zaisťuje na troch úrovniach

• vyžaduje sa heslo pri prihlásení užívateľa k sieti
• každý používateľ má svoj zoznam prístupových práv
• na každom serveri existuje zoznam používateľov a ich práv k prístupu k tým prostriedkom, ktorý daný server poskytuje ostatným v sieti pracujúcim počítačom (tzv.
preverovacie záznamy) pomocou týchto záznamov môže správca siete získať informácie o všetkých činnostiach, ktoré sledovaný užívatelia v sieti prevádzali.

10. Sledovanie a riadenie prevádzky v sieti:

Ak si dokúpime k základnému sieťovému programovému vybaveniu ďalšie dodatočné programy, budeme schopní sledovať od svojho počítača prevádzku na monitoroch až tridsiatich šiestich počítačov ostatných v sieti zapojených počítačoch, a naviac budeme schopní počítače na diaľku ovládať. Správca systému môže na diaľku meniť konfiguračné súbory

Sieťové programové vybavenie je to, čím sa líši počítač pracujúci ako pracovná staníc od počítača, ktorý pracuje ako server. Sieťové programové prostriedky tvoria:

• sieťový operačný systém,
• sieťové aplikačné programové vybavenie,
• sieťové utility.

SIEŤOVÝ OPERAČNÝ SYSTÉM (NOS - NETWORK OPERATING SYSTEM)

• ide o programové vybavenie, ktoré má za úlohu zabezpečiť, aby sa nám vzdialené technické prostriedky javili ako lokálne
• je to špeciálne rezidentné programové vybavenie, obsluhujúce inštalovaný sieťový adaptér a umožňujúce nášmu počítaču komunikovať prostredníctvom tohto adaptéru s ostatnými v sieti zapojenými počítačmi.

APLIKAČNÉ PROGRAMOVÉ VYBAVENIE

• to, aký z bežne predávaných programov bude na sieti pracovať, možno najjednoduchšie zistiť u autorizovaného distribútora príslušného sieťového systému, a to pomocou zoznamu kompatibilných programov (compatibility list).
• všeobecne platí, že len nepatrné percento programov nie je možné nakonfigurovať tak, aby nemohli na súčasných sieťach pracovať.

SIEŤOVÉ UTILITY A NADSTAVBY

• sieťové utility a nadstavby majú v sieťovom prostredí podobnú funkciu ako bežné utility v nesieťovom prostredí, t.j. majú za úlohu zvýšiť efektivitu práce na sieti.
• môžu pomáhať pri zariaďovaní záložných kópií obsahu zdieľaných diskových jednotiek,
• môžu zaznamenávať aktivitu jednotlivých užívateľov a sledovať prevádzku na sieti.

Všetky stolné počítačové systémy vyžadujú ku svojej práci OS. Operačný systém (OS) je softvér, ktorý poskytuje nízko-úrovňové služby zdieľané rôznymi aplikáciami. Aplikácia (napr. databáza) neustále volá bežné úlohy podporované OS (posielanie dát monitoru, aktualizácia súborov a disku, prijatie hodnôt z klávesnice atď.)

SIEŤOVÝ OS

• vykonáva okrem funkcií bežného OS aj niektoré špeciálne funkcie, podľa zložitosti prostredia,
• niektoré sieťové OS pracujú nad základným OS (napr. LANtastic na DOS, ale napr. NetWare je nezávislý sieťový OS).
• okrem vykonávania bežných nízko úrovňových úloh je sieťový OS zodpovedný za nasledujúce:
• smerovanie dátového behu siete
• riadenie prístupu k dátam podľa bezpečnostných požiadaviek
• zabránenie prístupu k dátovým súborom v dobe ich spracovania
• vládanie toku dát medzi rôznymi (niekedy i nekompatibilnými) pracovnými stanicami
• správa žiadostí o tlačové služby
• správa komunikácie a správ medzi sieťou a vzdialenými miestami

SLUŽBY SIEŤOVÉHO OS

- musia byť z hľadiska užívateľa úplne priehľadné. Sieť by mala mat čo možno najintuitívnejšie rozhranie. Komplexné úlohy by mali byť reprezentované jednoduchými
slovnými inštrukciami a obrázkami, ktoré sú zrozumiteľné pre človeka i s netechnickými znalosťami.

LANtastic

• klasický OS peer–to–peer (Arisoft Corp.)
• ľahké nastavovanie
• relatívne nízke pamäťové nároky
• dobrá bezpečnosť pre systém peer-to-peer
• nízka cena
• PC 640kB RAM, DOS 3.1 a viac
• podporuje NetBIOS kompatibilné siete (Ethernet) - čo znamená, že pracuje nad DOSom alebo vlastnú sieť Arisoft
• inštalácia buď KLIENT alebo SERVER (oba vysielajú alebo prijímajú dáta, server iba na žiadosť klienta a klient na žiadosť serveru – pokiaľ ide o vlastné dáta a nie o riadenie siete)
• Ak je k PC pripojená zdieľaná tlačiareň – tlačový server, inak je PC klientom nejakého súborového serveru.
• bezpečnosť pomocou prístupových práv (Search only, read only, create only, delete only, change atributes only, execute program files, full access)
• je nenákladným riešením pre prac. skupiny na zdieľanie dát s určitou mierou bezpečnosti
• je ju možné bez dodatočných nástrojov pripojiť na väčšie siete
• dnešná verzia 8.01 podporuje Windows, MacOS, DOS a OS/2

Microsoft Windows forWorkgroups

• sieť typu peer-to-peer
• rozšírenie Win 3.1
• grafické intuitívne prostredie
• množstvo nových nástrojov (Net watcher, MS Mail ...)
• k zdieľaným sieťovým diskom sa pristupuje ako k iným lokálnym diskom
• ochrana prístupov pomocou hesiel (read, write, full)

Microsoft Windows 9x/ME

• rozširuje vlastnosti Windows for Workgroups
• podpora jednoduchej siete peer-to-peer
• podpora plug&play
• jednoduchá inštalácia siete a sieťového softvéru (Outlook Express, NetWatcher)
• ľahké zdieľanie zdrojov (disky, tlačiarne) pripojených k inému PC
• ochrana prístupov pomocou hesiel (read, write, full)
• pre využitie ďalších sieť. služieb je potrebné PC pripojiť ako klientov k väčším sieťam
• ľahká údržba siete
• pomerne nízka bezpečnosť

IBM OS/2, Warp a Warp Connect

• podpora siete peer-to-peer
• odpoveď spoločnosti IBM na Windows
• robustný a spoľahlivý OS
• nemá sieťovú podporu iba s dodatočným softvérom
• LANtastic for OS/2 - peer-to-peer, graf. prostredie
• IBM OS/2 LAN Server – výkon ako WIN NT
• podpora zdieľania zdrojov a aplikácií za pomoci štandardných sieťových kariet a káblov
• WarpConnect podporuje spojenie peer-to-peer aj pomocou paralelného kábla

Apple Macintosh NOS

•Apple computer integrovala sieťové služby priamo do svojho OS
• po zapnutí PC je sieť okamžite k dispozícii
• systém vyžaduje Apple Macintosh
• spoľahlivá integrácia sieť. služieb, zdieľania zdrojov (prístup k nim ako k lokálnym zdrojom)
• kvalitné zabezpečenie, prístupové úrovne sú podobné na LANtastic
• podpora dynamického prístupu k údajom medzi aplikáciami (IAC – InterApplication Communication).
• napríklad text. editor môže vziať údaje z databázy a vložiť ich do textu (podpora i cez sieť)

Microsoft Windows XP

• kombinuje vlastnosti WIN NT/2000 (sila, bezpečnosť, ovládateľnosť a spoľahlivosť) s vlastnosťami WIN 98/ME (Plug and Play, jednoduchosť použitia) s novou podporou a servisom.
• 32/64 bitový OS, má prepracovanejšiu grafiku prostredia a podporuje nové druhy hardware,
• aplikácie môžu biť spúšťané v „módoch“ predchádzajúcich verzií OS.
• obsahuje systém automatickej obnovy dokumentov (pri problémoch), obnovy systému, automatický update, atď.
• má vylepšenú bezpečnostnú politiku. WinXP je viac užívateľský OS (možnosť rýchleho striedania užívateľov).
• obsahuje služby RemoteAsistance (umožní povoliť priateľovi alebo pracovníkovi podpory, ktorý tiež pracuje v systéme Windows XP, vzdialené riadenie vášho počítača za účelom ukážky nejakého procesu alebo odstránenia problému),
• SystemRestore (monitorovanie zmeny systémových súborov a v prípade problému obnovenie stavu bez straty údajov),
• NetworkSetupWizard (správa a nastavenia domácej siete).
• verzia Professional ponúka naviac vyššiu úroveň bezpečností, podporu vysokovýkonných viacprocesorových systémov atď.
• 64 bitová verzia WinXP ponúka najvyššiu úroveň výkonu s podporou procesorov Intel Itanium, AMD Opteron atď.

NetWare

• Novell Corporation
• veľký systém typu klient/server, textový režim
• dobre navrhnutý, rýchlosť, výkon, spoľahlivosť
• pripojenie k serveru pomocou LOGINu (meno, heslo)
• každý užívateľ môže mať rôzne práva
• modulová architektúra (voľba služieb, ktoré budú zahrnuté do OS)
• logická stromová štruktúra siete (volám stanicu menom a nie sieťovou adresou)
• rôzne druhy bezpečnosti podľa úrovne (systémový správca, užívateľ ...)
• odolnosť systému voči chybám (zabráneniu možnej strate dát pri zlyhaní disku - verifing)
• aktuálna verzia 6.5 Support Pack 5

Microsoft Windows NT/2000/2003

• typ klient/server
• rovnaké úrovne bezpečnosti ako NetWare
• integrované grafické prostredie
• široká podpora sieťového hardvéru a rôznych sieťových protokolov (TCP/IP, NetWare Link, NetBEUI – sieť kde sú všetky uzly pripojené k serveru, DataControl – komunikácia s Mainframe)
• ľahká inštalácia
• centralizované klientské dáta, každý klient má užívateľský účet pre prístup do siete
• správca má možnosť nastaviť používateľovi jeho práva a prístupy k službám a zdrojom
• prihlásenie sa pomocou mena a hesla z rôznych PC (na NT je uložený jeho používateľský profil)
• bezpečnosť pomocou prístupových hesiel s sieti a užívateľským službám
• práva sú určované pre celé oblasti (domény)
• užívateľské kategórie (Administrators, Server Operators, Account Operators, Print Operators, Backup Operators, Power Users, Users)

Unix

• 1965 v Bell Telephone Laboratories ako zjednodušenie OS Multics
• veľký systém typu klient/server, textový režim
• dobre navrhnutý, rýchlosť, výkon, spoľahlivosť
• pripojenie k serveru pomocou LOGINu (meno, heslo)
• každý užívateľ môže mať rôzne práva
• modulová architektúra (voľba služieb, ktoré budú zahrnuté do OS)
• Filozofia os Unix spočíva v tom, aby sa všetky funkcie mali rozdeliť do malých častí, teda relatívne jednoduchých programov. Nové funkčné vlastnosti je možné získať vhodnou kombináciou týchto jednoduchých programov.
• zložitejšia inštalácia a obsluha
• prihlásenie sa pomocou mena a hesla z rôznych PC (prostredníctvom telnetu)
• bezpečnosť pomocou prístupových hesiel s sieti a prístupových práv
• odolnosť systému voči chybám
• napr. SCO UnixWare 7.1.4, SUN Solaris 10, NetBSD 3.0.1

Linux

• 1988 Linus Tovalds
• verzia OS Unix pre PC s procesorom od firmy Intel
• na jeho vývoji sa podieľali ľudia z celého sveta
• je to free OS
• pripojenie k serveru pomocou LOGINu (meno, heslo)
• obdobné vlastnosti ako OSs Unix
• Linux vznikol pôvodne ako náhrada drahých operačných systémov UNIX pre platformu Intel • Je to veľmi rýchly a stabilný 32/64-bitový sieťový OS, podporujúci preemptívny multitasking, multiuser, grafické rozhranie X-Windows (na serveri) a multiprocessoring (max 4 CPU).
• Linux podporuje väčšinu software napísaného pre UNIX.
• Prakticky ale prichádza s každou distribúciou Linuxu také množstvo aplikácií, že nemáte potrebu hľadať ďalšie softwarové vybavenie. Pokiaľ ale vaša distribúcia neobsahuje potrebný software, je veľká pravdepodobnosť, že ho nájdete v inej distribúcii UNIXu a že bude software vo vašom Linuxe fungovať,
• http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Linux_distributions

Programové prostriedky a poskytované služby lokálnych sietí

ŠTRUKTÚRA SIEŤOVÉHO OPERAČNÉHO SYSTÉMU

Štruktúra sieťového operačného systému je rozličná, podľa toho, či sa jedná o programové vybavenie pracujúce na pracovnej stanici, alebo o programové vybavenie pracujúce na serveri. Základ sieťového operačného systému na pracovnej stanici tvorí tzv. redirektor a sieťové komunikačné vybavenie. Redirektor má za úlohu rozpoznať, či sa požiadavka (prichádzajúca od aplikačného programového vybavenia) týka lokálnych alebo sieťových zariadení (diskových a disketových jednotiek ap.) a podľa toho má túto požiadavku ďalej presmerovať.

- ak sa jedná o lokálnu požiadavku, presmeruje ju na lokálny operačný systém (v našom prípade to bude MS DOS pracujúci na pracovnej stanici), odtiaľ potom bude požiadavka predaná programovému vybaveniu nižšej úrovne pracujúcemu na pracovnej stanici (BIOS a ovládače príslušných zariadení)
- v prípade sieťovej požiadavky bude táto požiadavka presmerovaná na sieťové komunikačné vybavenie, ovládač sieťového adaptéru a ďalej cez tento adaptér a k nemu pripojené sieťové kabely na sieťovú stanicu, vybavenú požadovaným zdieľaným zariadením.

APLIKAČNÉ PROGRAMOVÉ VYBAVENIE

• všeobecne platí, že len nepatrné percento programov nie je možné nakonfigurovať tak, aby nemohli na súčasných sieťach pracovať.

SIEŤOVÉ UTILITY A NADSTAVBY

• špeciálne programové vybavenie serveru - ak je to server nededikovaný, ktorí slúži aj ako pracovná stanica bude toto programové vybavenie doplnené ešte redirektorom
• sieťové komunikačné programové vybavenie

- ak obdrží server od pracovnej stanice nejakú požiadavku na využitie k nemu pripojených zdieľaných zariadení, prejde táto požiadavka zo sieťového adaptéru cez jeho ovládač a sieťové komunikačné programové vybavenie až k serverovému programovému vybaveniu, ktoré preverí, či sa jedná o oprávnenú požiadavku (t.j. preverí prístupové práva užívateľa, ktorý pracuje s aplikáciou, ktorá ho vyslala) a predá ich k vybaveniu operačného systému pracujúceho na danom serveri.
- týmto operačným systémom môže byť napríklad opäť MSDOS, alebo môže ísť o nejaký špeciálny, na mieru šitý, operačný systém, ako je tomu napríklad u lokálnej siete Novell NetWare. Ak používa operačný systém ako sieťové komunikačné programové vybavenie NetBIOS a ako diskový operačný systém MS-DOS, bude ich začlenenie do štruktúry OSI vyzerať nasledovne.

NETBIOS – sieťové komunikačné programové vybavenie
UTILITY + PGM. VYBAVENIE SERVERU
MS-DOS + redirektor
NETBIOS
SIEŤOVÝ HARDVÉR

Úvod do dátovej komunikácie a počítačových sietí

Signál - je fyzikálna veličina premenná v čase, slúžiaca k získaniu informácie, jej prenosu, uchovaniu v pamäti alebo inému spracovaniu.

Dáta-Akékoľvek vyjadrenie skutočnosti v podobe číslicových, abecedných alebo iných grafických znakov, ktorým možno prisúdiť určitý význam a ktoré možno renášať, uchovávať v pamäti a inak spracovávať.

Šírka pásma

- je prenosová kapacita kanála.
- pre analógové okruhy je šírka pásma rozdiel medzi hornou a dolnou frekvenciou, ktorú prenášame cez médium. Je vyjadrená v jednotke hertz [Hz].
- existuje presný matematický vzťah medzi šírkou pásma udanou v hertzoch a maximálnou rýchlosťou prenosu dát. Preto je šírka pásma vyjadrovaná aj v prenesených bitoch za 1 sekundu [bit/sec].

Protokol

je všeobecne definovaný ako množina syntaktických (formáty jednotlivých správ, t.j. príkazov a odpovedí) a sémantických (používanie príkazov a odpovedí) pravidiel, ktoré určujú chovanie funkčných jednotiek pri nejakej činnosti vrátane časovej špecifikácie výskytu jednotlivých udalostí alebo ich postupností.

Kanál, okruh, prenosová cesta, spoj

Kanál je súhrn prostriedkov slúžiacich k prenosu signálu medzi dvoma bodmi jedným smerom. Je charakterizovaný šírkou pásma, prenosovou rýchlosťou, úrovňou šumu, chybovosťou a.i. Prenosová cesta je pojem, ktorý určuje skôr štruktúru trvale existujúcich spojovacích prostriedkov, pokiaľ pojmy kanál a okruh v sebe zahrňujú ich organizáciu. Napr. telefónny okruh vybavený na obidvoch koncoch telefónnymi prístrojmi tvorí telefónny spoj. Pre vytvorenie kanálu alebo okruhu musí existovať vhodná prenosová cesta, ktorá zabezpečuje vlastný prenos signálu.

Spojenie

- Spojenie predstavuje trvalý, alebo dočasný komunikačný vzťah medzi dvoma, alebo viacerými entitami v komunikačnej sieti.
- Spojenie je identifikované koncovými bodmi spojenia fyzicky, alebo logicky.
- Proces spojenia zahŕňa vo všeobecnosti tri fázy:
- vybudovanie spojenia
- informačná výmena
- zrušenia spojenia.

Paket

Je celok dát obsahujúci riadiace a užívateľské informácie používaný na prenos cez paketové siete

Typy komunikácie

Moderné komunikačné siete sú schopné integrácie a prenosu týchto štyroch typov komunikácie:

• dáta
• hlas
• video
• text

Dátová komunikácia

• je taký druh komunikácie, ktorý zahŕňa diaľkový prenos (vysielanie a prijímanie) a spracovanie dát, pričom prenášané dáta sú veľmi často kódované.
• môže prebiehať medzi dvomi počítačmi, respektíve medzi počítačom a terminálom.

Komunikačný proces

• môžeme posudzovať z rôznych hľadísk, napr. podľa
• spôsobu komunikácie používateľa s počítačom (interaktivita),
• typu vymieňaných údajov,
• času,
• druhu výmeny (iba vysielanie alebo prijímanie, alebo oboje).

DÁTA HLAS

TEXT VIDEO

IP adresa

- Každý počítač v sieti Internet má pridelenú numerickú adresu, ktorá zaberá 32 bitov, tzv. IP adresu.
- Z dôvodov efektívneho smerovania správ je adresa uzla siete zložená z dvoch častí - z adresy siete a z adresy samotného uzla.
- Adresu siete prideľuje centrálny správca Internetu.
- V rámci takejto siete môže pracovať niekoľko počítačov, ktorých adresy si ľubovoľne zvolí správca konkrétnej siete.
- Jednotlivé siete sú navzájom prepojené cez uzly, tzv. routre, ktoré vedia smerovať údajové pakety, pretože poznajú všetky adresy im prístupných sietí.

Dvojbodový spoj sa skladá z dvoch staníc prepojených prenosovou cestou, ktorá slúži na prenos signálov (môžu byť elektrické, elektromagnetické, alebo optické) nesúcich vlastnú informáciu.

Základnou jednotkou pre dátovú komunikáciu je spoj. Umožňuje výmenu informácií (používateľských alebo riadiacich) medzi informačným zdrojom a informačným spotrebičom.

Spoje delíme na:

• dvojbodové – slúžia pre komunikáciu medzi dvoma užívateľmi
• mnohobodové – slúžia pre komunikáciu niekoľkých používateľov

Sieť je charakterizovaná ako Multipočítačový (distribuovaný) systém, ktorý sa skladá z niekoľkých počítačov (s možnosťou vzájomnej komunikácie), ktoré sú schopné aj samostatnej činnosti.

Počítače môžu byť prepojené priamo alebo nepriamo - sprostredkovane.

Na sprostredkovanie spojenia sa používajú dva princípy: - prepájanie okruhov a prepájanie paketov.

Prepájanie okruhov

• je analógiou telefónnej siete. Počas celého spojenia je vytvorená prenosová cesta medzi koncovými uzlami, ktorá slúži iba pre toto spojenie.
• Výhodou je minimálne oneskorenie prenášanej informácie, nevýhodou vysoká cena spojenia.

Prepájanie paketov

• pracuje s blokmi údajov s minimálnou prípustnou dĺžkou (pakety).
• vysielajúca stanica vysiela pakety spolu s cieľovou adresou do komunikačnej siete – v najbližšom prepájacom uzle je paket dočasne uložený, preskúma sa jeho adresa, a potom sa vyšle najvhodnejším smerom ďalej – postupným opakovaním týchto krokov sa dostane paket k adresátovi.
• tento typ siete pracuje pri náhodnom zaťažení siete efektívnejšie ako predchádzajúci.

Základnou jednotkou, ktorá obsahuje ucelenú informáciu je správa.

• dĺžka správy môže byť teda veľmi rozdielna.
• toto je z hľadiska prevádzky siete nevhodné, a preto sa správy prenášajú po úsekoch pevnej dĺžky, ktoré sa nazývajú pakety.
• dlhšie správy sa delia na viac kratších paketov, veľmi krátke správy môžu byť dopĺňané na minimálnu dĺžku.
• aby mohol byť paket prenesený po sieti, musí byť doplnený o ďalšie údaje (synchronizačnú postupnosť, cieľovú a zdrojovú adresu a o kontrolný znak). Takýto paket sa nazýva rámec.

Synchronizačná postupnosť

• slúži na označenie začiatku rámca a sfázovanie generátora hodín na prijímajúcej strane.

Cieľová adresa

• identifikuje cieľovú stanicu resp. toho, kto má paket prijať.

Zdrojová adresa

• identifikuje vysielajúcu stanicu

Kontrolný znak

• umožňuje prijímacej strane rozhodnúť, či bol paket prenesený bez chyby.

Datagram

• je paket obsahujúci kompletnú adresu vysielacej a cieľovej stanice, ktorý cestuje po sieti nezávisle od ostatných paketov prenášaných medzi rovnakými stanicami
• pri veľkých sieťach nemusí datagramová služba zaručovať poradie, v ktorom sú pakety doručované.

Virtuálny spoj

• je vytvorený medzi koncovými stanicami pred vlastným začiatkom prenosu správ prostredníctvom špeciálnych paketov.

Metódy spojenia
 
• Určujú, či spojenie umožňuje prenášať dáta v jednom smere alebo v oboch smeroch. V prípade spojenia umožňujúceho prenos v oboch smeroch určujeme, či umožňuje prenášať dáta súčasne. Možné metódy spojenia sú:

Simplexný prenos

• umožňuje iba jednosmerný prenos dát medzi vysielačom a prijímačom a používa iba jedno prenosové médium (televízne vysielanie)
• prenos informácií je tu potrebný len v jednom smere, konkrétne z centrálneho počítača (servera) k počítačom (klientom) resp. terminálom používateľov

Duplexný prenos

• používa dva a viac kanálov, a tak prenos môže prebiehať v rovnakom okamžiku oboma smermi. Na duplexný prenos teda môžeme pozerať ako na dva simplexné prenosy.
• Každá stanica musí byť schopná vysielať a prijímať dáta.
• Pokiaľ prebieha prenos dát v obidvoch smeroch po jednej prenosovej linke, označujeme to ako poloduplexný prenos. Poloduplexný okruh tak dovoľuje obojsmernú komunikáciu ale nie v rovnakom okamihu.
• Tento prenos používajú pri svojich operáciach systémy otázok a odpovedí.

Potvrdzovanie správ

Pri prenose paketov po sieti môže dôjsť v zásade k dvom chybovým situáciám.

1. cieľová stanica síce paket príjme, ale kontrolou kontrolného znaku zistí, že prenos neprebehol správne.
2. cieľová stanica paket vôbec neprijme, a to buď preto, že bolo poškodené jeho adresné pole alebo počas vysielania nebola cieľová stanica pripravená na príjem.

Pri požiadavke bezchybného prenosu informácií, musí vysielacia strana obe tieto chyby detekovať a vysielanie príslušného paketu zopakovať. Pre tento účel sa najčastejšie používa metóda potvrdzovania správ.

Existuje niekoľko metód, ktoré sa v praxi môžu kombinovať a modifikovať:

• pozitívne potvrdzovanie
• negatívne potvrdzovanie
• číslovanie paketov
• skupinové potvrdzovanie

Pozitívne potvrdzovanie

• prijímacia strana v prípade, že prevzala dátový paket bez chyby, vyšle špeciálny potvrdzovací paket.
• Na chybne prijatý paket (a samozrejme neprijatý) stanica nereaguje.
• vysielacia strana po vyslaní paketu musí čakať istú dobu (timeout) na potvrdzovací paket – po prijatí potvrdenia môže pokračovať vysielaním ďalšieho paketu – ak nepríde potvrdenie do istého času (timeout), opakuje vysielanie predchádzajúceho paketu znova.

Pozitívne potvrdzovanie je základom v praxi používaných metód. Vo svojej čistej forme má však nevýhody

• vo veľkom náraste časových oneskorení pri raste chybovosti prenosu
• v relatívne veľkom zaťažení siete pri prenose krátkych paketov.

Negatívne potvrdzovanie

• vysielacia strana je upozornená iba na chybne prijaté pakety prijatím špeciálneho paketu.
• tento postup rýchlo reaguje na chybne prijaté pakety, nedokáže však vyriešiť stratu paketu, preto sa kombinuje s pozitívnym potvrdzovaním. V tejto kombinácii potom rýchlo reaguje na chybne prijatý paket, stratený paket je detekovaný uplynutím časového limitu.
• strata potvrdenia vedie k zdvojeniu paketu na prijímacej strane.

Číslovanie paketov

• je mechanizmus, ktorý umožňuje prijímajúcej strane detekovať zdvojený paket (k tomu dochádza pri strate potvrdzovacieho paketu, vysielacia strana nie je schopná
rozpoznať, či došlo k strate paketu alebo iba k strate jeho potvrdenia a opakuje vysielanie)
• aby prijímacia strana rozpoznala, že ide o už prijatý paket, všetky pakety sú vzostupne očíslované
• z praktických dôvodov sa používa modulárne číslovanie, napr. čísla v rozsahu 0 až 127.
• potom je možné detekovať nielen opakovaný paket (rovnaké číslo), ale aj stratu paketov (vynechané číslo).
• okrem vysielaných môžu byť číslované aj potvrdzovacie pakety.

Skupinové potvrdzovanie

• slúži na potlačenie časových strát, ktoré vznikajú potvrdzovaním každého paketu.
• vysielacia strana očakáva potvrdenie až po odvysielaní n paketov
• prijímacia strana potvrdzuje číslom posledného správne prijatého paketu.

Kódovanie signálu

• informácia sa prenáša po prenosovom médiu siete prostredníctvom vhodných fyzikálnych veličín, napr. pri klasických kábloch je to elektrický signál, pri optických kábloch svetelné žiarenie
• pred vlastným prenosom je potrebné informáciu určitým spôsobom zakódovať, t.j. prideliť logickým hodnotám úrovne fyzickej veličiny.
• rozlišujeme dva základné typy prenosu:
• prenos v základnom pásme
• prenos v preloženom pásme (modulácia).

V rámci prenosu v základnom pásme sa používa niekoľko typov kódovania napríklad NRZ, NRZI, Fázová modulácia NRZ (nazývaná aj kód Manchester II), diferenciálna fázová modulácia (diferenciálny Manchester II), fázová modulácia RZ a pod. Prenos v preloženom pásme (modulovaný prenos) sa v lokálnych sieťach s klasickými
medenými káblami používa menej často. Modulácia je nutná pri prenose po optických kábloch.

Najčastejšie sa používajú tieto základné typy modulácie:

Amplitúdová modulácia

• je ľahko realizovateľná ale málo odolná proti nelineárnemu skresleniu aj proti rušeniu.
• vhodná je najmä na moduláciu zdrojov svetla na optických spojoch.

Frekvenčná modulácia
 
• oproti amplitúdovej je odolnejšia proti skresleniu i rušivým signálom
• vyžaduje väčšiu šírku pásma
• používa sa pri prenose údajov telefónnymi spojmi a rádiovými kanálmi.

Fázová modulácia

• dobre využíva frekvenčné pásmo
• používa sa pri prenose údajov telefónnymi kanálmi
• niekedy môže byť kombinovaná s amplitúdovou moduláciou.

Metódy prístupu na prenosové médium
 
• riešia problémy spojené s použitím zdieľaného elektrického alebo optického vedenia, prípadne i rádiového kanála metódy, ktoré umožnia prenášať údaje medzi ľubovoľnými stanicami bez toho, aby ich spojenie bolo rušené vysielaním inej stanice
• stratégia, ktorú používa stanica na sieti pre prístup k prenosovému médiu

Najčastejšie sa používajú tieto prístupové metódy:

• Statické prideľovanie
• Riadené (deterministické, distribuované) prideľovanie
• Náhodné (súperiace, pravdepodobnostné) prideľovanie

Statické prideľovanie

Kapacita prenosového spoja je pevne rozdelená do častí pridelených jednotlivým účastníkom

Frekvenčný multiplex (FDMA – Frequency-division multiple access)

• rozdelí celkovú frekvenčnú šírku kanála do niekoľkých, vzájomne výlučných, frekvenčných pásiem (každé slúži k prenosu určitých informácií) prideleným jednotlivýmuzlom
• tento spôsob je skôr typický pre prenos rôznych typov analógovej informácie (rozhlas, TV)

Časový multiplex (TDMA – Time division multiple access)

• typická pre siete LAN
• je metóda, ktorá sprístupňuje komunikačný kanál (prenosové médium) niekoľkým účastníkom súčasne
• každý uzol má pridelený celý prenosový kanál na istý časový úsek (slot), ktorého trvanie závisí od počtu uzlov, ktoré potrebujú vysielať a na pomernej dôležitosti (priorite) správ uzla, ktorému je časový slot pridelený
• jeden úsek musí byť venovaný synchronizačnej správe, nutnej k jednoznačnej identifikácii príslušných úsekov pre jednotlivé uzly

Obidve metódy nedokážu plne využiť kapacitu prenosového spoja a vedú k oneskoreniu paketov zúžením šírky pásma jednotlivého kanála pri FDMA alebo nutnosťou čakať na príslušný časový úsek pre TDMA.

Riadené (deterministické) prideľovanie – riadený prístup

• uzly získavajú prístup k prenosovému médiu v vopred určenom poradí
• je zaručené, že každý uzol získa prístup do siete v časovom intervale danej dĺžky (niekoľko μs až ms)
• efektívne v sieťach s náročnou prevádzkou
• podľa poradia, v ktorom stanice získavajú prístup k médiu, sa delí na:
• centralizované prideľovanie – poradie je dané serverom (napr. polling)
• decentralizované prideľovanie – poradie je dané fyzickým (logickým) usporiadaním uzlov (napr. token passing)

Náhodné (súperivé) prideľovanie – náhodný prístup

• iba v sieťach, kde sú prenosy rozosielané všetkým uzlom približne v rovnaký okamih
• okamih svojho prístupu na kanál určujú všetky uzly samostatne na základe vlastného odhadu
• nedokážu síce vylúčiť situácie, keď je vysielanie jednej stanice znehodnotené súčasným vysielaním inej stanice, ale snažia sa počet týchto kolízii minimalizovať a udržať čo najväčšiu priepustnosť údajov aj pri veľkom zaťažení kanálov
• ak uzol chce vysielať, skontroluje linku – ak je linka obsadená, alebo ak prenos uzla koliduje s nejakým iným prenosom, je prenos zrušený – uzol potom čaká náhodne dlhú dobu, než skúsi prístup znova
• so zvyšovaním záťaže v sieti, klesá efektivita metódy
• medzi metódy s náhodným prístupom patria:

• CSMA/CD
• CSMA/CA

Centralizované prideľovanie
 
• ak existuje v sieti jedna centrálna stanica (uzol), táto môže byť poverená úlohou prideľovať kapacitu prenosových kanálov tým podriadeným uzlom, ktoré ju skutočne
potrebujú.
• výhodou je lepšie využitie prenosovej cesty, časť kapacity je však potrebné venovať na prenos požiadaviek.
• existujú dva typy centrálneho prideľovania:
• Prideľovanie na žiadosť (request)
• každý uzol má pre seba vyhradenú malú časť prenosovej kapacity kanála, v ktorej môže kedykoľvek žiadať centrálny uzol o pridelenie voľného prenosového kanála.
• po potvrdení potom uskutoční prenos údajov, uvoľnenie kanála oznámi opäť centrálnemu uzlu.
• Prideľovanie na výzvu (pooling)
• používaná najmä v sieťach s jedným centrálnym počítačom a k nemu pripojenými terminálmi
• v dnešných LAN sa príliš nepoužíva

Prideľovanie na výzvu (pooling)

• plne riadi centrálny uzol – controller (poller), ktorý sa, v dopredu danom poradí, periodicky spytuje všetkých podriadených uzlov, či nemajú údaje na vysielanie
• ak áno, dopytovaná stanica ich hneď odošle.
• ak nie (uzol nemá údaje pripravené na vysielanie), odpovie iba potvrdzovacím paketom, alebo neodpovie vôbec
• uzol môže pristúpiť k sieti iba ak je k tomu vyzvaný

Token passing (predávaním tokenu, pešeka)

• zaručuje bezkonfliktné prideľovanie zdieľaného kanála jednotlivým uzlom tak, že je možné zaručiť aj maximálnu dobu oneskorenia paketu.
• nie je potrebná existencia centrálneho uzla, ktorého výpadok by spôsobil zrútenie celej siete.
• algoritmus prideľovania kanála sa vykonáva na všetkých zúčastnených uzloch súčasne
• prístupová metóda, ktorá využíva špeciálny packet, tzv. token (pešek) k tomu, aby uzly v sieti boli informované o tom, že môžu vysielať
• Vysielať môže iba uzol, ktorý obdŕžal token
• token sa vytvára pri inicializácii siete
• za jeho vytvorenie je obvykle zodpovedný nejaký server alebo vopred určená stanica
• vygenerovaním tokena sú následne zahájené sieťové operácie
• token je predávaný z uzla do uzla podľa vopred danej sekvencie (logickej alebo fyzickej)
• token je v ľubovoľnom okamžiku:
• idle (dostupný)
• busy (používaný)
• siete vlastnia mechanizmy pre nastavenie priorít získania tokena

Proces predávania tokena:

1. uzol, ktorý obdrží idle token a chce vysielať, ho označí ako busy a pošle ho s pripojeným dátovým packetom ďalšiemu uzlu
2. dátový packet spoločne s tokenom je predávaný z uzla do uzla dokiaľ nedosiahne svojho adresáta
3. príjemca (adresát) potvrdí prijatý dátový packet zaslaním tokena (príp. tokena spoločne s dátovým packetom) späť odosielateľovi
4. Odosielateľ uvedie token opäť do stavu idle a predá ho ďalšiemu sieťovému uzlu

• siete vyžadujú prítomnosť tzv. aktívneho monitora (AM - Active Monitor) a jedného alebo viac pohotovostných monitorov (SM - Standby Monitor)
• úlohu AM plní spravidla uzol, ktorý token vygeneroval
• AM sleduje stav tokena a v prípade, že dôjde k jeho strate alebo poškodeniu (po istej dobe AM neprijme korektný token), vygeneruje token nový a obnoví tak prevádzku na sieti
• SM kontrolujú AM, či plní svoju činnosť a ak dôjde k jeho výpadku, tak jeden zo SM sa stáva novým AM a sieť sa tak stáva opäť funkčnou
• k tomuto účelu sú sieťové karty vybavené špeciálnymi obvodmi (agenti), ktoré dovoľujú uskutočňovať monitorovanie siete
• Medzi sieťové architektúry, ktoré pracujú na princípe predávania tokena patria:
• ARCnet
• Token-Ring
• Token-Bus
• FDDI28

Náhodné (súperiace) prideľovanie – náhodný prístup

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• prístup k sieti získava uzol, ktorému sa ako prvému podarí pristúpiť k nečinnej sieti
• vychádza zo skoršieho návrhu prístupovej metódy CSMA a obohacuje ju o schopnosť detekcie kolízií
• metóda CSMA (Carier Sense Multiple Access) znižuje počet kolízií tým, že pred vysielaním testuje stanica obsadenosť kanála. Ak je kanál voľný, začne vysielať, ak nie, čaká na jeho uvoľnenie.
• metóda sa často uplatňuje v lokálnych sieťach, kde je test obsadenosti kanála ľahký (napríklad sieť Ethernet).

Princíp CSMA/CD:

1. uzol, ktorý chce vysielať informácie do siete, najprv počúva, či je sieť už nejakým iným uzlom využívaná (elektrická aktivita)

• non-persistent (nenaliehajúca) CSMA
• sieť voľná – uzol začne vysielať
• sieť obsadená – uzol náhodne dlhú dobu počká a potom opäť vykoná kontrolu obsadenia siete
• persistent (naliehajúca) CSMA
• sieť voľná – uzol začne vysielať
• sieť obsadená – uzol neustále počúva prevádzku na sieti a v okamihu, keď dôjde k jej uvoľneniu začne ihneď vysielať
• p-persistent (p – naliehajúca) CSMA
• sieť voľná– uzol začne s pravdepodobnosťou p ihneď vysielať a s pravdepodobnosťou 1-p počká jednu časovú jednotku, po ktorej znovu testuje obsadenie siete
• sieť obsadená – uzol neustále počúva dokiaľ sa sieť neuvoľní a potom postupuje rovnako ako v prípade, keď je sieť voľnáČasová jednotka je daná maximálnou dobou nutnou k rozšíreniu signálu po prenosovom médiu
• ak uzol zistí, že na sieti je kľud, pokúsi sa vyslať svoj packet, packet vyslaný uzlom sa šíri ku všetkým ostatným uzlom pripojeným do siete
• uzol ďalej pokračuje v sledovaní siete (sleduje, či je na sieti práve to, čo tam poslal – interferenciu s cudzou správou, skomoleným signálom) je možné, že dva (viac) uzlov na linke detegujú neprítomnosť aktivity súčasne a začnú vysielať v skoro rovnaký okamih. Toto má za následok vznik tzv. kolízie

2) každý uzol, ktorý detegoval kolíziu zruší svoj prenos vyslaním rušiaceho signálu – JAM, potom počká náhodne dlhú dobu a pokúsi sa k sieti pristúpiť znovu (bod 1)
náhodne dlhá doba (u každého uzlu iná) zaručuje pomerne vysokú pravdepodobnosť, že nedôjde znovu ku kolízii medzi rovnakými uzlami

V sieťach s CSMA/CD každý uzol počúva (prijíma) každý packet:

• uzol najprv skontroluje, či sa nejedná o fragment spôsobený kolíziou, ak áno, tak ju ignoruje
• ak sa nejedná o fragment, uzol skontroluje jeho cieľovú adresu a pokiaľ nastane jeden z nasledujúcich prípadov ho spracuje:

• cieľová adresa je adresou tohoto uzla
• packet je súčasťou tzv. broadcastu (vysielanie určené pre všetky uzly)
• packet je súčasťou tzv. multicastu (vysielanie určené určitej skupine uzlov) auzol je jedným z príjemcov
• schopnosť detegovať aktivitu na sieti a detegovať kolízie sú implementované hardwarovo priamo na sieťovej karte
• CSMA/CD podáva
• najlepšie výsledky iba pri miernej sieťovej aktivite
• najhoršie výsledky ak sa v sieti dátový tok skladá z množstva malých správ
• táto prístupová metóda je využívaná napr. v sieťach typu:
• Ethernet
• EtherTalk
• AT&T’s StarLAN
• snaha o vyhnutí sa kolíziám, inak podobna CSMA/CD
• je nutné dodržovať tzv. minimálne rozstupy medzi nasledujúcimi packetmi

Princíp CSMA/CA

1. sieťový uzol bude predtým, než zaháji vysielanie, počúvať aktivitu na sieti

• ak áno, počká náhodne dlhú dobu a potom sa pokúsi k sieti pristúpiť znovu
• ak je na sieti voľno (je nečinná), uzol vyšle signál RTS (Request To Send)

2. v prípade, že sa nejedná o broadcast

• RTS je adresovaný konkrétnemu uzlu
• vysielajúci uzol čaká na signál CTS (Clear To Send), ktorým adresát odpovie na RTS
• Signály RTS a CTS musia byť poslané počas preddefinovaného časového intervalu v opačnom prípade odosielateľ predpokladá kolíziu
• Ak odosielateľ obdrží CTS, uskutoční sa prenos, ak nie prenos sa odloží

2. v prípade, že sa jedná o broadcast

• RTS je adresovaný na špeciálnu adresu, ktorá označuje broadcast (255)
• nečaká sa na CTS a okamžite začína prenos
• RTS slúžia viac ako prostriedok k upútaniu pozornosti, než ako žiadosť
• vyhýbanie sa kolíziám vyžaduje menej zložité obvody než detekcia kolízií
• kolíziám sa však nieje možné vždy vyhnúť, ak sa objavia - sú riešené programovo
• metóda CSMA/CA je využívaná v sieťach Apple MacIntosh

Sieťové normy a štandardy

Prenosová analógia

Rozdelenie adries

• fyzické adresy (Physical Address)
• logické adresy (Logical Address)
• názov železničnej stanice
• MAC adresa (Physical Address)
• jedinečná v celosvetovej sieti (48bit)
• meno cieľa ( nezávisle na prenose )
• IP adresa (Logical Address)
• jedinečná v celosvetovej sieti (32bit)

Network Address, Host Address, Port

• dvojica: IP adresa (32bit) + Port number (32bit) určuje spojenie
• IP addresa obsahuje
• sieťová adresa (Network Address) – druh prenosu (auto/vlak)
• hostiteľská adresa (Host Address) – adresa stanice v prenose
• Port – input/output v hostiteľovi ( konečné stretnutie osoby v cieli)

Popisujú sieťovú komunikáciu, ktorá by nám mala umožniť spojenie navzájom si nie príliš podobných počítačov. Možnosti spojenia rôznych počítačov sa dosahujú tým, že tieto počítače používajú rovnaké komunikačné protokoly. Oficiálny sieťový štandard vytvorený medzinárodnou organizáciou pre štandardizáciu ISO.

USA štandard (vznikal pod gesciou MO), ktorý je dnes nazývaný „rodina protokolov TCP/IP“ t.j pravidiel komunikácie na jednotlivých úrovniach.

Transmission Control Protocol / Internet Protocol Open Systems Interconnection

OSI - Open System Interconnection

• model prepojenia otvorených systémov
• medzinárodný štandard pre organizáciu lokálnych sietí
• popisuje spôsoby, ako prepojiť najrôznejšie zariadenia za účelom vzájomnej komunikácie
• sedemvrstvová architektúra, definovaná v normalizačných materiáloch ISO
• sedem vrstiev tvorí hierarchiu začínajúcu fyzickými spojeniami na najnižšej úrovni a končiacu aplikáciami na najvyššej úrovni
• každá vrstva je daná presným vymedzením vykonávaných služieb
• každej vrstve prislúcha rozhranie so susednými vrstvami
• prináša oddelenie sieťového hardware od software
• zahrňuje dva modely komunikácie:
• horizontálny model na protokolovej báze – pomocou neho komunikujú programy alebo procesy rôznych počítačov
• vertikálny model na báze služieb – pomocou neho komunikujú vrstvy na jedinom počítači

Podľa OSI Modelu prebieha sieťová komunikácia v SIEDMICH na sebe nezávislých vrstvách.

• prvé štyri vrstvy sú pomerne exaktne definované
• ostatné tri vrstvy nemusia byť striktne použité tak, ako sú definované podľa tohoto modelu.

Teoreticky každá vrstva pridáva spredu k paketu dát vlastnú hlavičku s údajmi tejto vrstvy a na záver kontrolný súčet alebo informáciu o ukončení dát vrstvy.

Paket si je možné potom predstaviť napr. nasledovne:

1. APLIKAČNÁ VRSTVA

• je to jediná sieťová vrstva, ku ktorej má priamy prístup užívateľ
• poskytuje prístup aplikáciám do siete
• spracováva dáta, ktoré chceme predať inej stanici prevádzané prostredníctvom aplikačných programov do počítačovej podoby
• sprostredkováva žiadosti programov a dáta prezentačnej vrstve, ktorá prevedie ich zakódovanie
• k takto vytvorenej správe je tu pripojená tzv. hlavička aplikačnej vrstvy, čo je dátová štruktúra identifikujúca vysielací a prijímací počítač
• do tejto vrstvy je možné zaradiť napríklad spracovanie elektronickej pošty, emuláciu terminálu, správa siete a pod.
• programy získavajú prístup k jej službám pomocou tzv. ASE (Application Service Element)
• protokoly aplikačnej vrstvy – predovšetkým aplikačné programy a sieťové nadstavby, ktoré umožňujú pripojenie stanice k sieti. Patrí sem napr.:
• FTP (File Transfer Protocol) – umožňuje prenos súborov
• X.400 – špecifikuje protokoly a funkcie pre predávanie správ elektronickou poštou
• Telnet – poskytuje emuláciu terminálu a vzdialené pripojenie

2. PREZENTAČNÁ VRSTVA
 
• v tejto vrstve je správa, zaznamenaná v aplikačnej vrstve, prevedená do formy vhodnej pre prenos a zrozumiteľné pre cieľový počítač
• k takto spracovanej správe je opäť pripojená hlavička s údajmi o použitej kompresnej a kódovacej metóde a o použitej forme zápisu dát.
• zabezpečuje „prezentovanie“ informácií spôsobom vyhovujúci aplikáciám alebo užívateľom, ktorí s nimi pracujú, napr.:
• konverzie dát EBCDIC na ASCII a naopak
• ak je to nutné, prevádza sa tiež kompresia, dekompresia a prekódovanie dát
• málokedy sa vyskytuje v „čistej“ podobe, programy aplikačnej alebo relačnej vrstvy zahrňujú väčšinou niektoré (alebo všetky) funkcie vrstvy prezentačnej

3. RELAČNÁ VRSTVA

• zaisťuje (organizuje) zabezpečenie vlastného spojenia (interakciu) medzi dvoma sieťovými stanicami (uzlami)
• riadenie komunikácie
• synchronizácia prenosu
• ošetrenie násilne ukončeného prenosu
• a pod.
• udržuje spojenie medzi uzlami až do doby ukončenia prenosu
• taktiež rozhoduje o tom, akým spôsobom bude prebiehať prenos (half/full duplex)
• príslušné voľby sú opäť popísané v hlavičke relačnej vrstvy
• funkcie definované v relačnej vrstve sú určené pre medzi-sieťovú komunikáciu
• často zahrňuje i služby prezentačnej vrstvy

4. TRANSPORTNÁ VRSTVA

• vrstva zodpovedná za prenos dát na dohodnutej úrovni kvality - deteguje a ošetruje chyby
• zaisťuje obnovu spojenia pri jeho strate (zotavenie spojenia)
• má na starosť ochranu prenášaných dát
• dáta sú v tejto vrstve rozdelené do menších častí (packetov).
• vytvárajú sa tu záložné kópie prenášaných dát pre opakovanie prenosu v prípade, že bol prvý pokus neúspešný
• odosielateľ uchováva jednotlivé packety do ich potvrdenia adresátom
• sú vytvárané kontrolné súčty, ktoré umožňujú následnú kontrolu prenosu
• aby bolo zaistené doručenie packetu, východzie packety sú opatrené poradovým číslom
• príjemca overuje čísla packetov a zaručuje tak, že všetky packety budú doručené a poskladané v správnom poradí
• príslušné kontrolné súčty a informácie o jednotlivých dielčích častiach sú opäť uložené v hlavičke.
• medzi protokoly transportnej vrstvy patria:
• TCP (Transmission Control Protocol) – protokol využívaný v sieťach na báze UNIXu a pri komunikácii v Internete
• SPX (Sequenced Packet Exchange) – protokol použitý v prostredí Novell

5. SIEŤOVÁ VRSTVA

• protokoly sieťovej vrstvy
• ARP (Address Resolution Protocol) – prevádza sieťovú adresu na adresu hardwarovú
• RARP (Reverse Adress Resolution Protocol) – opak ARP
• IPX (Internetwork Packet Exchange) – súčasť protokolovej sady Novell
• IP (Internet Protocol) – jeden z protokolov OS UNIX a siete Internet
• ICMP (Internet Control Message Protocol) – protokol pre ošetrovanie chýb pri prenose
• IGMP (Internet Group Management Protocol) – podporujúci tzv. skupinové vysielanie (multicasting)
• RIP (Routing Information Protocol) a OSPF (Open Shortest Path First) – pravidelne aktualizujú obsahy smerovacích tabuliek tak, aby odpovedali reálnej situácii a skutočnej topológii sústavy vzájomne prepojených sietí. U jednoduchých lokálnych sietí, kde majú všetky sieťové uzly spoločné sieťové médium a kde sa nepočíta s pripojením na inú lokálnu sieť, nie je prítomnosť tejto v vrstvy potrebná

6. LINKOVÁ VRSTVA

• zodpovedá za vytváranie, prenos a prijímanie dátových packetov (na úrovni tejto vrstvy tiež označovaných ako rámce – frames – packety vybavené naviac príslušnými adresami)
• packety sú pretvárané na rámce
• vytvára packety príslušnej sieťovej architektúry, ktoré sú ďalej predané fyzickej vrstve
• poskytuje služby protokolom sieťovej vrstvy
• dohliada na prenos vlastných packetov
• sú kontrolované kontrolné súčty jednotlivých packetov a tie sú tu dupľované
• v tejto vrstve sa držia kópie jednotlivých packetov až do okamihu, keď prenos packetu nasledujúca medzistanica potvrdí.
• v prípade chybného prenosu packetu musí táto vrstva zabezpečiť jeho opätovné vyslanie a je v nej strážená možná duplicita prijatých packetov.
• informácie o prevedených úkonoch sú opäť uložené v hlavičke linkovej vrstvy.
• táto vrstva sa delí na dve podvrstvy
• LLC – slúži ako rozhranie pre protokoly sieťovej vrstvy
• MAC – poskytuje prístup k určitej fyzickej kódovacej a prenosovej schéme – prenosovému médiu
• protokoly linkovej vrstvy sú používané pre označenie, zabalenie a zaslanie packetov, napr.:
• PPP (Point-to-Point Protocol) – poskytuje priamu, stredne rýchlu komunikáciu medzi dvoma počítačmi (uzlami)
• SLIP (Serial Line Interface Protocol) – poskytuje prístup k Internetu cez sériové linky
• zaisťuje prístup k zdieľanému médiu a adresovanie na fyzickom spojení – t.j. v jednom sieťovom segmente
• k adresovaniu sú používané fyzické, čiže MAC (Media Access Control) adresy. MAC adresa je 48 bitová adresa a je zviazaná so sieťovým adaptérom pripojujúcim zariadenie do siete (napr. 00-00-64-65-73-74).
• prvé tri oktety znamenajú výrobcu(Xircom), ďalšie oktety zaisťujú unikátnosť MAC adresy
• reláciu medzi ostatnými registrovanými výrobcami a pridelenými číslami je možné nájsť napr. v RFC 1700. Formát hlavičky linkovej vrstvy je väčšinou vo formáte podľa obrázku:
• úvodná sekvencia (preamble) je často radená do informácie fyzickej vrstvy.
• cieľová adresa (source address) a zdrojová adresa (destination address) sú veľmi významné súčasti hlavičky linkovej vrstvy – je možné ich nájsť takmer u všetkých sieťových technológiách
• ďalšie časti packetu sú tvorené zostávajúcimi údajmi hlavičky, hlavičkami vyšších vrstiev, prenášanými dátami a údajmi o ukončení príslušnej vrstvy. Úvodná sekvencia cieľová adresa zdrojová adresa...

7. FYZICKÁ VRSTVA

• zaisťuje zakódovanie rámcov do podoby elektrických signálov a ich prenos po sieťových kábloch
• preberá dátové packety z linkovej vrstvy, ktorá je v hierarchii nad ňou
• prevádza obsah týchto packetov na sériu elektrických signálov, ktoré predstavujú v digitálnom prenose hodnoty 0 a 1
• tieto signály sú zasielané cez prenosové médium k fyzickej vrstve príjemcu, kde sú opäť konvertované na sériu bitových hodnôt, ktoré zoskupené do packetov sú predávané linkovej vrstve
• v tejto vrstve sú definované mechanické a elektrické vlastnosti prenosového média
• typ použitých káblov, konektorov
• rozmiestnenie vývodov káblov a konektorov
• formát elektrických signálov (kódovanie)
• príklady špecifikácie fyzickej vrstvy:
• IEEE 802.3: definuje rôzne varianty siete Ethernet
• IEEE 802.5: definuje pravidla pre Token Ring
• EIA-232D: vznikla úpravou štandardu RS-232C, ktorý slúžil pre pripojovanie modemov a tlačiarní

Vyššie popísaných sedem vrstiev OSI modelu možno na základe povahy ich základných funkcií rozdeliť do troch kategórií:

• servisná (služobná) – vrstva relačná, prezentačná a aplikačná
• komunikačná – vrstva transportná a vrstva sieťová
• fyzická – vrstva linková a fyzická

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

• sústava jednotlivých protokolov, ktoré spolu úzko súvisia, vyvinutých pre použitie na Internete.
• má schopnosť (prostredníctvom protokolov ) vzájomne prepojiť i siete vybudované na odlišných princípoch a základných prenosových technológiách
• nie je uzavretý, nie je monolitický, ale je definovateľný na základe modelu OSI
• sú na ňom založené aplikácie typu Klient/server, webové technológie a Internet.
• nepotrebuje fyzickú a linkovú vrstvu – namiesto nej definuje vlastnú vrstvu, ktorá súčasne zastrešuje funkcie fyzickej a linkovej vrstvy modelu OSI, a to vrstvu sieťového rozhrania (Network Interface Layer), ktorú nenapĺňa konkrétnymi protokolmi, ale ponecháva ju prázdnu pre protokoly vyvinuté mimo rámec TCP/IP.
• sieťový model TCP/IP nijako nevymedzuje, aké konkrétne prenosové technológie budú

Sieťová vrstva sa sústreďuje

• na čo možno najrýchlejší prenos dát bez nutnosti zabezpečovania spoľahlivosti prenosu (nemusí sa zdržovať napravovaním prípadných chýb pri prenose), ktorú ponecháva na toho, kto ju bude skutočne potrebovať (vyššie vrstvy, prípadne až jednotlivé aplikácie),
• na prenos nespojovaného charakteru, ktorý ľahšie prežije prípadný výpadok prenosových ciest (každý jednotlivý blok dát – datagram sa prenáša samostatne svojou vlastnou cestou a pri prípadnej poruche prenoovej cesty sú ďalšie datagramy jednoducho smerované iným smerom) – používa tzv. prepínanie paketov (packet switching) pre najefektívnejšie zasielanie svojich paketov.

Transportná vrstva

• má zabudované mechanizmy pre zaistenie spoľahlivosti prenosu pre všetky aplikácie
• každá aplikácia má možnosť výberu, či bude transportnej vrstvy požadovať spoľahlivé prenosové služby (menej efektívne), alebo prenosové služby čo možno najrýchlejšie (nespoľahlivé)
• aby sa rozlíšilo, na ktorú službu program pristupuje, jednotlivé služby sú rozlíšené adresou, tzv. portom. Maximálne môže byť naraz spustených 65536 portov (programov).
• protokoly transportnejj vrstvy
• TCP (Transport Control Protocol) – zaisťuje spoľahlivú prenosovú službu na spojovanom princípe (potvrdzovaný prenos), obsahuje prepojovacie a prúdovo
orientované služby na transportnej vrstve a pre doručenie svojich paketov používa IP protokol.
• UDP (User Datagram Protocol) – ide o nepotvrdzovaný protokol, ktorý zaisťuje nespoľahlivú a nespojovanú prenosovú službu a poskytuje služby nízko úrovňového
prepojovania (connectionless) na úrovni transportnej vrstvy – používa sa služobnú komunikáciu, dáta prenáša pomocou UDP datagramov.
• Je to jednoduchá nadstavba protokolu IP, ktorá rozlišuje medzi jednotlivými príjemcami a odosielateľmi v rámci konkrétnych uzlov (protokol IP predpokladá, že
adresátom paketov je vždy uzol ako taký) a dokáže im jednotlivé dáta prideľovať (môžem poslať konkrétnemu programu dotaz).
• SLIP (Serial Line IP) a PPP (Point-to-Point Protocol) – relatívne mladé protokoly, ktoré slúžia potrebám prenosu protokolu IP po dvojbodových spojoch (sériových linkách).

Aplikačná vrstva

• keďže TCP/IP nemá relačnú a prezentačnú vrstvu, ich funkcie si musí aplikácia implementovať vlastnými silami sama na úrovni aplikačnej vrstvy
• protokoly zastrešujú funkcie relačnej, prezentačnej a aplikačnej vrstvy modelu OSI
• obsahuje protokoly (aplikácie), ktoré sa už priamo využívajú na komunikáciu v sieti
• Telnet (Telecommunication Network) – je protokol, riešiaci vzdialené prihlasovanie (remote login)
• FTP ( File Transfer Protocol ) - protokol na prenos súborov umožňuje používateľom prenášať súbory z jedného počítača k inému. FTP taktiež používa služby TCP protokolu na transportnej vrstve na presun súborov.
• TFTP (Trivial File Transfer Protocol) – je zjednodušenou obdobou protokolu FTP, ktorý je ochudobnený práve o pojmy užívateľa, prístupových práv, ...
• SMTP ( Simple Mail Transfer Protocol ) - protokol prenosu elektronickej pošty. Poskytuje jednoduchú elektronickú poštu (e-mail služba). SMTP používa TCP protokol
k posielaniu a prijatiu správy.
• SNMP ( Simple Network Management Protocol ) - je používaný k riadeniu sieťových služieb (networkmanagement) a k prenosu riadiacich dát – slúži k monitorovaniu
sieťových zariadení
• MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) – ide o rozšírenie pôvodnej koncepcie elektronickej pošty, ktorý z nej vytvára univerzálny prenosový kanál (počíta s existenciou najrôznejších formátov, vrátane multimediálnych)

Aplikačná vrstva

• obsahuje protokoly (aplikácie), ktoré sa už priamo využívajú na komunikáciu v sieti
• POP (Post Office Protocol) – protokol, dnes vo verzii 3 (POP3), umožňujúci vzdialeným užívateľom (pripojeným napr. prostredníctvom komutovanej linky verejnej telefónnej siete) sťahovať si elektronickú poštu z poštovných serverov, na ktoré im ich pošta prichádza
• NFS (Network File System) – umožňuje zdieľanie súborov v sieti takého charakteru, pri ktorom nehrá rolu fyzické umiestnenie jednotlivých súborov. Je doslova šitý na mieru architektúre klient/server.
• World Wide Web (WWW) – je služba, ktorá dnes doslova hýbe celým Internetom. Pôvodne vznikla vo švajčiarskom stredisku CERN, ako riešenie potreby zdieľania
predovšetkým textových informácií.
• je tvorená protokolom
• HTTP (HyperText Transfer Protocol)
• HTTPS (ide o šifrovaný HTTP)