1 Význam komunikačných sietí
1.1 Zdieľanie súborov
Každý v sieti pripojený server môže ponúknuť ostatným v sieti pripojeným pc svoje diskové i nediskové jednotky. Možno pri tom určiť, ktorý z užívateľov budú mať prístup k týmto jednotkám a s akými právami. Zdieľať priestor na diskovej jednotke môžeme napr. pretože pc v sieti nemá nainštalovaný disk alebo len malý alebo pomalý. Druhý dôvod môže byť, že užívatelia používajú zdieľané databázové aplikácie.
1.2 Spoločné využívanie zariadení (tlačiarne, skenery, ...)
Pri tomto prípade zdieľania stačí, ak v sieti je jedna drahá – výkonná tlačiareň, skener ... a ostatný užívatelia ju môžu používať, aj keď je napr. o dve poschodia nižšie.
1.3 Komunikácia, predávanie správ
LAN nám okrem el. pošty alebo prostého zasielania správ môže poskytnúť aj okamžitú dvojstrannú písomnú komunikáciu (chat). V tomto režime môžeme komunikovať v reálnom čase s ľubovolným užívateľom (ak je pripojený). Nadstavbou tejto služby je konferenčný hovor, kde sa prenáša súčastne zvuk aj obraz. No je nutné mať web kameru a mikrofón.
1.4 Elektronická pošta
V tomto prípade majú užívatelia na diskoch niektorého zo servrov svoje poštové schránky, kam si ukladajú správy od ich užívateľov. V prípade niektorých LAN môže ísť aj o obrazové a zvukové správy. Prostredníctvom elektronickej pošty sa dajú zasielať tiež celé súbory.
1.5 Bezpečnosť, zálohovanie
Prvou úrovňou zabezpečenia siete býva obvykle vyžadovanie prístupového mena a hesla. Druhou úrovňou môže byť tzv. zoznam prístupových práv užívateľa. Ide vlastne o to, že na každom servri existuje zoznam užívateľov a ich práv k prístupu k jednotlivým prostriedkom (periférie, priestory na disku, ...). Môže ísť napr. o práva otvárať súbory pre čítanie alebo pre zápis, právo vytvárať nové alebo mazať existujúce súbory,.... Poslednou zabezpečovacou úrovňou bývajú tzv. preverovacie zoznamy. Pomocou týchto záznamov môže správca siete získať kompletné informácie o všetkých činnostiach, ktoré užívatelia na sieti vykonali.
Všetko toto slúži na ochranu dát pred ,,nepriateľskými“ alebo neznámymi užívateľmi. No rovnako dôležitá je ochrana dát proti náhodnému zničeniu, ku ktorému môže dôjsť napr. pri poruche stanice, náhodným výpadkom el. prúdu. Sem patria UPS (Uninterruptibe Power Suply), ktoré pri náhlom výpadku alebo poklese napätia prepnú napájanie na záložné napájanie z akumulátora a upozorní operátora príslušného servru na možnosť predčasného ukončenia práce servru. Ďalším prostriedkom zabezpečenia sieťových dát môže byť napr. (disk mirroring). Táto služba zaisťuje priebežné a automatické ukladanie všetkých
v sieti používaných dát a systémových informácií na záložný disk.
1.6 Vzdialené zavádzanie operačného systému
Táto služba nám umožňuje pracovať v sieti s tzv. terminálmi, t.j. počítačmi, ktoré nie sú vybavené žiadnou diskovou alebo disketovou mechanikou. Túto službu zaisťuje lokálna pc sieť prostredníctvom tzv. zavádzacieho boot serveru. V prípade, že chceme túto službu na niektorej stanici využívať, musíme ju vybaviť dostatočnou pamäťou RAM s potrebným zavádzacím programom.
Služba vzdialeného zavádzania systému jednak zníži cenu príslušnej stanice, ktorá vlastne nemá pevné disky a mechaniky. A podstatne zvyšuje bezpečnosť v sieti, hlavne proti prieniku vírusov. Pc sa pripája pomocou sieťových kariet. Pc musí mať určenú svoju Ip a Mac adresu. Mac adresa býva pridelená. Inak sa dajú zistiť pomocou protokolov ARP a RARP.2 Vrstvové modely počítačových sietí a ich význam
ISO/OSI má 7 vrstiev:
- 7. Aplikačná vrstva
- 6. Prezentačná vrstva
- 5. Relačná vrstva
- 4. Transportná vrstva
- 3. Sieťová vrstva
- 2. Spojová, linková vrstva
- 1. Fyzická vrstva
- hierarchický štruktúrovaný model
- rozložil problematiku sieťovej komunikácie do menších funkčných blokov - vrstiev
- definuje všeobecné funkcie a poskytované služby každej vrstvy vykonávané pri prenose dát (nedefinuje konkrétne protokoly)
- definuje rozhrania medzi vrstvami
- nezávislosť vrstiev navzájom
- urýchlenie vývoja na danej vrstvy bez ovplyvnenia funkcií inej vrstvy v rámci ISO RM každá nižšia vrstva slúži vyššej (komunikujú cez rozhranie) samotný prenos dát cez prostriedky fyzickej vrstvy)
- protokol danej vrstvy komunikuje logicky len s protokolom tej istej vrstvy (peer to peer)
TCP/IP sa skladá zo 4 vrstiev:
- 4. Aplikačná vrstva
- 3. Transportná vrstva
- 2. Sieťová vrstva
- 1. Fyzická vrstva
- je spojovo orientovaný, spoľahlivý komunikačný protokol transportnej vrstvy prenášajúci bajtový tok
- v balíku internetových protokolov tvorí TCP strednú vrstvu medzi IP protokolom pod ním a aplikáciami nad ním
- zastáva funkciu transportnej vrstvy v zjednodušenom OSI modeli počítačových sietí
- TCP rozdeľuje tok bajtov do segmentov s vhodne zvolenou veľkosťou (zvyčajne ovplyvnenou maximálnou veľkosťou prenosovej jednotky (MTU))
- TCP potom podáva výsledné pakety Internet protokolu na doručenie internetom TCP modulu na opačnom konci spojenia. TCP vykonáva kontrolu, aby sa uistil, že sa žiaden paket nestratí tak, že dá každému paketu poradové číslo, ktoré na druhom konci opäť TCP modul kontroluje a zabezpečuje tiež, že dáta sú doručené v správnom poradí. Vzdialený TCP modul zasiela späť potvrdenie (acknowledgement) o úspešne prijatých bajtoch; časovač odosielajúceho TCP spôsobí timeout, ak nedostane potvrdenie vo vhodne zvolenom intervale obehu (round tip time) a dáta o ktorých predpokladá, že sa stratili pošle znova. TCP kontroluje, či dáta neboli poškodené tak, že ráta kontrolný súčet (checksum) pre každý blok odoslaných dát, ktorý sa pri prijímaní kontroluje.
3 Pojmy
3.1 Protokol
Súbor pravidiel, podľa ktorých komunikujú navzájom 2 subjekty v sieti. Zabezpečuje správnu komunikáciu medzi nerovnorodými
prvkami v sieti.
3.2 Dátové jednotky
Frame
Logická informačná jednotka spojovej vrstvy vysielaná po prenosovom médiu. Obsahuje časti pre synchronizáciu a kontrolu chýb (hlavička, ukončenie rámca), ktoré obklopujú uživatelské dáta.
Packety
Dáta rozdelené na menšie časti, každý paket, balík, obsahuje údaj o adresátovi a je tak samostatnou zásielkou. Pakety cestujú súbežne, ale často inými cestami. Dôležité je zaistiť, aby sa v cieli zišli všetky.
-Nevýhoda: prenášam „neužitočné informácie“, negarantuje prenosové pásmo, zaťaženie každého prenosového uzla
-Výhoda: Efektívne a ekonomické využitie prenosového pásma (dáta sú prenášané len vtedy, keď sú nejaké určené k prenosu).
Štruktúra paketu:
- záhlavie,
- oddeľovač začiatočného rámca,
- adresa adresáta
- adresa odosielateľa
- dĺžka dátovej časti správy
- zabezpečovacia časť
- koncová značka – flag
Segment
V sieťach LAN označuje jednu kolíznu doménu, ohraničenú mostami, prepínačmi alebo smerovačmi. V popise protokolu TCP označuje jednu jednotku informácie transportnej vrstvy. V svete OSI znamená CLNP ekvivalent termínu fragment zo sveta protokolu IP.
Zapuzdrenie
Výsledok práce na protokole vyššej vrstvy (napr. tcp frame) je zapúzdrený do výsledku prace protokolu hierarchicky nižšie, teda v danom prípade do IP packetu.
3.3 Prístupové metódy (k médiu)
Popisujú pravidlá, ktorými je riadený prístup pracovných staníc na vedení. Týmito metódami je vlastne nadefinované, ako zabezpečiť, aby v jednom okamihu vysielala iba jedna stanica. Keby v jednom okamžiku vysielalo niekoľko staníc dochádzalo by k vzájomnému rušeniu.
Delia sa na:
- deterministické metódy
- nedeterministické metódy
Deterministický prístup
Najrozšírenejšie deterministické metódy prístupu stanice k sieti sú založené na princípe predávania tzv. riadiaceho znamenia. Toto riadiace znamenie je nazývané TOKEN a prístupová metóda k médiu sa nazýva TOKEN PASSING. Stanice pracujúce na princípe tejto metódy si navzájom predávajú krátkou správu. Obdržaním tejto správy TOKEN získava stanica právo vysielania tejto správy, pokiaľ nejakú k vysielaniu má. Toto vysielanie musí stanica ukončiť do predom stanoveného časového limitu a na záver vyslať TOKEN ďalšej stanici.
Nedeterministický prístup
Z nedeterministických metód je najrozšírenejšia CSMA/CD. Pri tejto metóde sa prístup k zdielanému médiu riadi dvoma pravidlami. Stanice smú vysielať správu iba vtedy, pokiaľ nevysiela žiadna iná stanica. Ak stanica zistí, že jej vysielanie je rušené, okamžite preruší vysielanie a o nové vysielanie sa pokúsi až po uplynutí stanoveného časového limitu. (obr.1)Pre odstránenie kolízí je tento limit volený náhodne. Základ tejto doby je daný generátorom náhodných čísel. Opakovanie sa prevádza zhruba 16x. V systémoch používaných pre administratívu sa používajú obe metódy. V systéme riadenia technologických procesov je výhodnejšie používať metódy deterministické.
4 Úlohy jednotlivých vrstiev v modeli ISO-OSI a TCP/IP
4.1 ISO-OSI model
Prehľad vrstiev referenčného modelu OSI:
- 7. Aplikačná vrstva (application layer) - dáta - užívatelia transportnej služby
- 6. Prezentačná vrstva (presentation layer) - dáta
- 5. Relačná vrstva (session layer) - dáta
- 4. Transportná vrstva (transport layer) - segmenty
- 3. Sieťová vrstva (network layer) - pakety (datagramy) poskytovatelia transportnej vrstvy
- 2. Spojová, linková vrstva (data link layer) – rámce
Pri lokálnej sieti sa delí na:
2-1. podvrstva riadenia logického spoja (LLC - Logical Link Control)
2-2. podvrstva riadenia prístupu na médium (MAC - madium Access Control) - 1. Fyzická vrstva (physical layer) - signál (impulzy, modulácia)
Aplikačná vrstva (SW)
- poskytuje sieťové služby užívateľským aplikáciám (prehliadače, mail klienti a pod.)
- zisťuje dostupnosť komunikačnej služby
- zakladá spojenie medzi zamýšľanými účastníkmi
- zariadenia: gateway (brána), hosty
Prezentačná vrstva (SW)
- transformácia dát
- formátovanie dát
- kompresia dát
- zariadenia: gateway (brána), hosty
Relačná vrstva (SW)
- organizuje a synchronizuje dialóg (prenos dát medzi spolupracujúcimi prezentačnými entitami).
- relácia existuje nepretržite (napr. pripojený a namapovaný sieťový disk)
- zariadenia: brána, hosty
Transportná vrstva (SW)
- poskytuje službu so spojením (napr. TCP) alebo bez spojenia (napr. UDP)
- koncové riadenie toku dát
- koncová detekcia a oprava chýb
- transportných spojení môže byť súčasne viac
- spojenie existuje po nutnú dobu (napr. otvorenie súboru - "práca" - uzavretie)
- zariadenia: brány a hosty (koncové systémy)
Sieťová vrstva (SW)
- sieťové smerovanie a adresovanie (ROUTING)
- mapovanie adries (sieťových - logických na spojové - fyzické)
- zariadenia: smerovače
Spojová vrstva (HW, FW, SW- ovládače)
- fyzická adresácia (MAC adresa je jedinečná fyzická adresa napr. na sieťovom adaptéri je tvorená 12 hexadecimálnimi číslicami – 6 číslic je kód výrobcu a 6 jeho kód rozhrania. PR.:00A04A1213BC
- riadenie toku - priama komunikácia medzi 2 bodmi
- detekcia a oprava chýb
- zariadenia: prepínače, mosty (bridge), sieťové karty (NIC)
Fyzická vrstva (HW)
- kódovanie signálu
- generovanie synchronizácie
- prenos a príjem bitov
- špecifikácia prenosového prostriedku (káble, konektory, ...)
- zariadenia: huby, opakovače, transceivery
4.2 TCP/IP model
TCP/IP sa skladá zo 4 vrstiev:
- 4. Aplikačná vrstva
- 3. Transportná vrstva
- 2. Sieťová vrstva
- 1. Fyzická vrstva
Aplikačná vrstva
Elektronická pošta, prenos súborov, vzdialené prihlasovanie. Do aplikačnej vrstvy patria len tie časti týchto aplikácií, ktoré realizujú spoločné, resp. obecne použiteľné mechanizmy. PR.: el. pošta – tá jej časť, ktorá zabezpečuje vlastné predávanie správ v sieti je obsahom aplikačnej vrstvy a je na každom počítači rovnaká. Avšak už užívateľské rozhranie, cez ktoré píšeme alebo čítame správy sa už nepovažuje za súčasť aplikačnej vrstvy. Pri e-mailoch teda do aplikačnej vrstvy patria len napr. protokol SMTP, POP3, IMAP apod., ktoré sú všade a vždy rovnaké.
Transportná vrstva
V tejto vrstve sa nachádzajú dva protokoly, TCP a UDP(User Datagram Protocol). UDP je omnoho jednoduchší ako TCP a sieťovú vrstvu prakticky rozširuje len o porty. Medzi hlavné rozdiely patrí:
- spoľahlivosť
TCP je na rozdiel od UDP spoľahlivý. TCP si vie vyžiadať chýbajúce časti dát a vie aj odhaliť, že nejaká časť bola poslaná duplikovane a v tom prípade dané dáta zahodí. - kontrola nad tokom dát
Ak odosielané dáta k príjemcovi neprídu v správnom poradí, TCP zaobstarať aby dáta boli spracované v správnom poradí. - čiastočná náprava chýb
Vďaka istým mechanizmom je TCP schopný vo väčšine prípadoch zaznamenať chyby vzniknuté počas komunikácii a navyše ich dokáže čiastočne opravovať.
Sieťová vrstva
V tejto vrstve je najdôležitejším protokolom IP. Úlohou IP protokolu je doručiť dáta od odosielateľa k príjemcovi. IP neposkytuje žiadnu spoľahlivosť, ale využíva tzv. best-effort – teda maximálna snaha všetko doručiť, pričom packety môžu byť stratené, alebo doručené v zlom poradí alebo duplikované. Na identifikovanie príjemcu v sieti a v internete sa používajú IP adresy. Na to, aby sme vedeli určiť, ako je adresa rozdelená na net a host časť, sa využívajú tzv. masky.
Fyzická vrstva
Je to najnižšia vrstva TCP/IP protokolu a jej úlohou je zaistiť prenos jednotlivých bitov medzi príjemcom a odosielateľom prostredníctvom fyzickej prenosovej cesty. Táto vrstva špecifikuje použitú architektúru, pod čo spadá typ prenosového média, konektory, prenášaný signál a pod. Medzi najznámejšie architektúry patrí Ethernet, Token Ring...
Logická topológia (riadenie toku infomácí)
- Lineárna (Ethernet)
- Token Ring
5.2 Spolupráce počítačov (programov)
- PER TO PER - "rovný s rovným"
- CLIENT SERVER (server: súborový, aplikačný, databázový, tlačový, ...)
- terminálové (HOST - TERMINAL = TERMINAL - SERVER)
- zmiešané
5.3 Veľkosti
- WAN (World Area Network) - siete, ktoré pokrývajú geograficky rozsiahle územie
- MAN (Middle Area Network) - mestské siete – do 100 km
- LAN (Local Area Network) - do 10 km
6 Prenosové vlastnosti vedení (zisk, útlm, presluch, ...)
6.1 Útlm
Signál znižuje alebo stráca amplitúdu počas prenosu médiom. Útlm je spôsobený:
- odporom média
- nesprávne pripojenými konektormi
6.2 Presluch
- Nežiadúci prenos signálu medzi susednými vodičmi.
- Čím vyššia kategória kábla, tým väčší počet skrútení kábla a vyššia odolnosť na presluchy pri vyšších prenosových rýchlostiach.
Near-end Crosstalk (NEXT):
- presluch na blízkom konci kábla
- pomer intenzity testovaného signálu a presluchu na rovnakom konci kábla
Far-end Crosstalk (FEXT):
- presluch na vzdialenom konci
- na jednom konci kábla sa generuje testovaný signál a jeho presluch do druhého páru sa meria na druhom konci
Power Sum Near-end Crosstalk (PSNEXT)
- celkový presluch na blízkom konci kábla
- meria celkový efekt NEXT zo všetkých párov v kábli
- určuje, do akej miery je testovaná stanica zdrojom rušenia, keď jedným párom signál prijíma a zvyšnými vysiela
7 Dôvody používania logaritmických jednotiek pri popise prenosových vlastností
V sieťovaní sa používajú 3 číselné systémy:
- Base 2 – binary
- Base 10 – decimal
- Base 16 – hexadecimal
logaritmus – inverzná funkcia k exponenciálnej fukcii, t.j. 10 na 2 = 100; log z 10 100 = 2
využitie logaritmov – výpočet decibelov a na meranie intenzity signálu medených, optických a bezdrôtových kanálov
výpočet decibelov:
dB = 10 log10 (P final / P ref) – meranie svetelných vĺn optických káblov a rádiových vĺn vo vzduchu
dB = 20 log10 (V final / V ref) – meranie elektromagnetických vĺn v medených kábloch
označuje stratu (-) alebo zisk (+) sily vĺn;
Vzorec , kde je hodnota P – sa používa pri svetelných vlnách v optickom kábli a rádiových vlnách vo vzduchu
Vzorec, kde je hodnota V - sa používa pri elektromagnetických vlnách v medenom kábli
(obr.5)
