Úvod

počítačové sítě = skupina počítačů a zařízení propojená komunikačními kanály, které umožňují vzájemnou komunikaci a sdílení dat mezi uživateli

• základní součástí přenos dat
• využití: komunikace, sdílení HW, SW, souborů dat a informací
• základní vlastnosti sítě:
  • Delivery (správný příjemce) - systém musí data doručit správnému příjemci
  • Accuracy (správnost dat) - systém musí data doručit nepoškozená
  • Timeliness (včas) - systém musí doručit data včas

Základní součásti komunikačního systému

sender (odesílatel) – zařízení zasílající datovou zprávu

receiver (příjemce) – zařízení přijímající datovou zprávu

message (zpráva) – informace, které je mezi odesílatelem a příjemcem vyměňovaná

transmission medium (přenosové médium) – fyzické médium, skrze které je zpráva mezi odesílatelem a příjemcem přenesena (optický kabel, bezdrátové médium, …)

protocol (protokol) – sada pravidel řídících komunikaci mezi zúčastněnými stranami

Základní parametry síťových toků

• bandwidth (propustnost) – udává kapacitu přenosového kanálu (bps, kbps, Mbps, Gbps…)
• packet loss (ztrátovost paketů) – průměrný počet ztracených paketů za určité období vyjádření v % vzhledem k celkovému počtu přenesených paketů
• delay, latency (zpoždění přenosu) – čas mezi odesláním a přijetím zprávy (ms) (nelze sw upravit)
  • RTT delay (Round-Trip-Time delay) – čas trasy (odesílatel odešle -> příjemce přijme -> příjemce odešle -> odesílatel přijme)
• jitter (rozptyl, kolísání zpoždění) – variabilita zpoždění přenosu (ms, μs…)

Ideální síť	Skutečná síť
transparentní (pouze end-to-end)	vnitřní struktura ovlivňuje doručení dat
neomezená propustnost	omezená propustnost
bezztrátová	ztrátová
bez zpoždění a jitteru	zpoždění a jitter
zachování pořadí paketů	možné prohození pořadí paketů
data nejsou poškozena	data mohou být poškozena

Požadované vlastnosti

• efektivita (maximální využití dostupné přenosové kapacity)
• spravedlivost (stejná priorita pro všechny toky)
• decentralizovaná správa
• rychlá konvergence při adaptaci na nový stav (síť je bezstavová)
• multiplexing/demultiplexing (jednou optikou více kanálů; problém s fyzickým propojením)
• spolehlivost
• řízení toku dat (ochrana proti zahlcení sítě a přijímacího uzlu)

Základní přístupy

Spojované sítě (stavové) = přepínání okruhů

• před začátkem komunikace je vytvořeno spojení (okruh) a to je udržováno po celou dobu komunikace
• pevný (předvytvořený) okruh × okruh vytvořený na přání
• slečny spojovatelky
• snadná implementace
• špatná škálovatelnost
• např. analogové telefonní sítě

Nespojované sítě = přepínání paketů

• směrování paketů
• data nejdou po předem připravené cestě, ale jsou rozdělena do menších kousků (pakety) a jednotlivé části sítě vybírají, kam paket pošlou dál (snaží se jej přiblížit cíli)
• pakety mohou být v síti směrovány libovolnými/různymi cestami, slučovány či fragmentovány
• na přijímací straně jsou z paketů extrahovány příslušné části dat, které jsou následně znovu složeny do původní podoby
• není potřeba uchovávat stav sítě
• složitější implementace QoS (tzv. best-effort služba)
• např. Internet

Implementace funkcionality

End-to-End (E2E)

• není nutná kooperace vnitřních síťových prvků
• vše je v koncových bodech sítě
• zajišťuje věrnost přenesených dat
• větší zpoždění

Hop-by-Hop (HbH)

• funkcionalita se opakuje na každém uzlu sítě (rozhodování, kam data pošlu)
• prvky uvnitř sítě si pamatují její stav -> limitovaná škálovatelnost
• důležitější je minimalizovat zpoždění -> real-time systémy

Síťové modely

• dekompozice úkolu (analogie s posíláním dopisu poštou)

ISO/OSI model

• ISO = název organizace, OSI = název modelu
• 7-vrstvý model vytvořený pro zajištění kompatibility a interoperability komunikačních systémů různých výrobců
• každá vrstva plní určitou funkcionalitu
• každá vrstva komunikuje pouze se svými přímými sousedy
• vrstvy jsou pouze abstrakce funkcionality, implementace je jiná

Fyzická vrstva – přenosový média, signály, bitová reprezentace (bity)

Vrstva datového spoje – MAX a LLC, fyzická adresa (rámce)

Síťová vrstva – logické síťové adresování, směrování (pakety)

Transportní vrstva – proces-proces komunikace, spolehlivost (segmenty – TCP, datagramy – UDP)

Relační vrstva – relace, správa relací (data)

Prezentační vrstva – datová reprezentace (data)

Aplikační vrstva – síťové aplikace (data)

Vrstvy ISO/OSI

Aplikační vrstva

• rozhraní mezi uživatelem a počítačovou sítí
• síťové aplikace (data) a síťové programy

Prezenční vrstva

• zajišťuje jednotnou reprezentaci dat na obou stranách

Relační vrstva

• spravuje ustavení spojení (relace) mezi komunikujícími aplikacemi

Transportní vrstva

• zajišťuje identifikace (adresaci) a doručení dat (segmentů, datagramů) mezi dvěma komunikačními procesy

Síťová vrstva

• zajišťuje identifikaci (adresaci) a doručení dat (paketů) mezi dvěma komunikujícími uzly
• také nalezení vhodné cesty mezi komunikujícími uzly (směrování)

Vrstva datového spoje (Spojová vrstva)

• zajišťuje přenos dat (rámců) mezi dvěma komunikujícími uzly propojenými sdíleným přenosovým médiem (včetně řízení přístupu k médiu)

Fyzická vrstva

• řídí děje v přenosovém médiu (např. vysílání/přijímání přenášených dat (bitů), kódování dat do signálů, …)

Síťové komunikační modely

• komunikace musí být nějak standardizovaná
• průběh komunikace:
  • výzva ke komunikaci
  • akceptace komunikace
  • akceptování/odmítnutí/timeout

síťový protokol – definice formátu a pořadí zpráv vyměňovaných mezi entitami a akce probíhající při odesílání a příjmu, určuje syntax, sémantiku a časování (např. UDP, TCP, IP, IPv6, SSL, TLS, SNMP, HTTP, FTP, SSH, Aloha, CSMA/CD,…)

Standardizace

• stanovení norem
• cíle: kvalita, bezpečnost, kompatibilita, interoperabilita, portabilita
• de facto – obecně akceptovaná vhodná technická řešení
• de jure – standardy nařízené kompetentními organizacemi/autoritou

Standadizační instituce

• ANSI (American National Standards Institute) - byli napřed, stali se celosvětovou normou
• EIA (Electronics Industry Assiciation) – normalizace na úrovni fyzické vrstvy
• IEC (International Electrotechnical Commission) - spolupracují v ISO oblastech, co ISO nepokrývají
• IEEE (Institute of Electrical and Electrionic Engineers)
• IETF (Internet Engineering Task Force) – příprava specifikací pro Internet
  • RFC (Request for Comments) - po té, co je přijato, stane se normou
• ISO (International Organization for Standardiation)
• ITU-T (International Telecommunications Union - Telecommunications Standardization Sector)

Příklady reálných sítí

• CESNET2
• GEANT2
• Internet2/Abilene