Počítačové sítě I

Editovat
Note

Modely vrstev počítačových sítí (ISO/OSI, TCP/IP): funkcionalita a součinnost vrstev, adresace. Fyzická vrstva, signály a jejich kódování, řízení přístupu k médiu.

PB156

ISO/OSI model

Open Systems Interconnection (OSI) je model počítačových sítí vyvinutý Mezinárodní organizací pro normalizaci (International Organization for Standardization (ISO)). Má sedm vrstev:

L1 — Fyzická vrstva

Zajišťuje přenos bitů mezi odesílatelem a příjemcem. Řídí děje v přenosovém médiu. Převádí bity na signály a obráceně.

L2 — Vrstva datového spoje

Zaručuje spolehlivost. Brání zahlcení. Detekuje chyby. Řídí přístup k médiu. Převádí rámce na pakety a obráceně. Adresuje pomocí MAC adres.

L3 — Síťová vrstva

Tvoří a fragmentuje pakety. Směruje pomocí IP adres. Mapuje IP adresy na MAC adresy a obráceně. Monitoruje a propojuje fyzické sítě.

L4 — Transportní

Adresace pomocí portů. Zajišťuje spolehlivost přenosu dat. Poskytuje logický kanál pro přenost dat. Převádí surová data na pakety a obráceně. Quality of Service.

L5 — Relační vrstva

Spravuje relace — spojení mezi dvěma koncovými účastníky. Řeší synchronizaci.

L6 — Prezentační

Převádí data do jednotného formátu. Řeší šifrování a kompresi.

L7 — Aplikační

Poskytuje rozhraní aplikace uživateli / jiné aplikaci.

TCP/IP model

Staví na protokolech TCP a IP. Je čtyřvrstvý. Vrstvy definuje spíše volně.

Vrstva přístupu k síti

Řeší přístup k lokální síti — přenos od směrovače k cílovým zařízením nebo dalším směrovačům.

Síťová (internetová) vrstva

Přenáší data mezi sítěmi (inter- → mezi, net → síť). Užívá protokolu IP.

Transportní vrstva

Provádí přenos dat mezi koncovými zařízeními. Užívá UDP pro nespojovanou a TCP pro spojovanou komunikaci.

Aplikační vrstva

Vlastní komunikace mezi procesy. Patří sem protokoly jako HTTP, SSH a FTP.

Adresace

Media Access Control (MAC) adresa

Jednoznačný identifikátor síťového zařízení v lokální síti (LAN). Náleží L2/vstvě datového spoje.

Internet Protokol (IP) adresa

Jednoznačná identifikace síťového rozhraní ve WAN. Náleží L3/síťové vrstvě.

Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

Dynamicky přiděluje zařízením (MAC adresám) IP adresy.

Address Resolution Protocol (ARP)

Překládá MAC adresy na IP adresy.

IPv4

  • 32 bitů

  • typy adres: unicast, broadcast, multicast

  • classfull adresování: A-E třídy

    • nedosatečná granularita → subnetting a supernetting

  • classless adresování: adresa a maska sítě

  • příklad: 255.255.255.255

IPv6

  • 128 bitů

  • typy adres: unicast, multicast, anycast

  • zkracování zápicu: vynechání levých nul, vynechání bloku obsahujícího jen nuly

  • podpora zabezpečení - IPSec (AH + ESP) autentizace i šifrování, správa šifrovacích klíčů

  • nepodporuje fragmentaci, nastane chyba a data se musí rozdělit do více paketů

  • podpora mobility a real-time přenosů

  • příklad: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

Port

Adresa služby (16bitové číslo, 0-65535). Náleží do L4/transportní vrstvy.

Signály

Binární data jsou na L1/vrstvě datového spoje zakódována jako signály.

Signál

Časová funkce reprezentující změny fyzikálních vlastnosti přenosového média

Analogový signál

Spojitý v čase, šíří se po vodiči i bezdrátově.

Digitální signál

Nespojitý v čase, šíří se pouze po vodiči.

Defekty signálů

  • slábnutí

  • zkreslení

  • šum

Kódování signálů

Převod binárních dat na signál. Problém je synchronizace vysílače a přijímače.

Přímé kódování

  • 0 je 0 a 1 je 1

  • bez možnosti synchronizace

NRZ kódování (Not return to zero)

Pokud je následující bit 1, změní amplitudu.

Manchester kódování

Každý bit je kódován dvěma prvky signálu.

Kódování 4B/5B

  • mapuje čtyři bity na speciální pětibitové vzorky

  • maximálně tři nuly po sobě + NRZ kódování (ošetří 1)

Řízení přístupu k médiu

Více vysílačů obvykle nemůže vysílat najednou, takže je potřeba je nějak regulovat. Cílem je eliminovat kolize.

Neřízený přístup

Aloha

  • vysílá, kdy chce

  • při kolizi náhodou dobu počká a zkusí to znova

CMSA/CD (carrier sense multiple access with collision detection)

  • před vysíláním zjistí, jestli je médium volné

  • při kolizi náhodnou dobu počká a zkusí to znova

  • pouze u voděných médií

CMSA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance)

  • v nevoděných médiích

  • doba čekání se při neúspěšných pokusech exponenciálně zvětšuje

Řízený přístup

Stanice smí vysílat, pouze když získá svolení.

  • rezervace

  • vyzývání

  • předávání příznaku (pešek)

Multiplexově orientovaný přístup

V médiu se přenáší více signálů naráz.

FDMA (frequency division multiple accross)

  • různá frekvenční pásma

TDMA (time division multiple access)

  • několik časových slotů