Počítačová sieť

Sieťové modely

Sieťová komunikačná technológia ako jeden veľký model by bola ťažko realizovateľná. Preto sme rozdelili rôzne komponenty siete do menších modulov alebo vrstiev. Štandardným modelom siete je model Open Systems Interconnection (OSI), ktorý stanovila Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO). Existujú aj iné sieťové modely, hoci všetky sú rozdelené do podobných vrstiev. Každá vrstva využíva služby, ktoré poskytuje vrstva pod ňou, a zároveň poskytuje služby pre vrstvu nad ňou. Každá vrstva môže komunikovať len s rovnakou vrstvou na cieľovom zariadení.

Príklad komunikácie v sieťovom modeli

Model OSI

OSI (Open Systems Interconnection) je sedemvrstvový sieťový model špecifikovaný normou ISO (Medzinárodná organizácia pre normalizáciu) a je široko používaný na celom svete. Koncepciu sedemvrstvového modelu poskytla práca Charlesa Bachmana zo spoločnosti Honeywell information Services. Rôzne aspekty návrhu OSI sa vyvinuli zo skúseností so sieťami ARPANET, NPLNET, EIN a CYCLADES a z práce v pracovnej skupine IFIP WG6.1.

Dátová jednotka	Vrstva	Funkcia
Údaje	Aplikácia	Sieťový proces k aplikácii
	Prezentácia	Šifrovanie, dešifrovanie a konverzia údajov
	Zasadnutie	Správa relácií medzi aplikáciami
Segmenty	Doprava	Koncové pripojenie a spoľahlivosť
Pakety (datagramy)	Sieť	Určenie cesty a logické adresovanie
Rám	Dátové spojenie	Fyzické adresovanie
Bit	Fyzická stránka	Signál a binárny prenos

Vrstva 1

Fyzická vrstva definuje elektrické a fyzické špecifikácie zariadení. Špecifikuje tiež modulovaný a základný prenos.

Základné pásmo

Základné pásmo sú digitálne údaje v surovej forme (1001 1101 1010 0011). To umožňuje veľmi rýchly a spoľahlivý prenos na krátke vzdialenosti; médiá však majú tendenciu spôsobovať, že sa bity navzájom rušia, rozsah základného pásma prenosu je veľmi obmedzený. So zvyšujúcou sa rýchlosťou sa to zhoršuje. Technológia základného pásma sa často používa v LAN.

• UTP kábel - max. 100 m pri rýchlosti 100 Mbit/s bez opakovača
• Optické vlákno - max. 1 km pri rýchlosti 100 Mbit/s bez opakovača

Typická technológia: Ethernet

Modulovaný prenos

V telekomunikáciách je modulácia proces prenosu signálu správy, napríklad digitálneho bitového toku alebo analógového zvukového signálu, vnútri iného signálu, ktorý možno fyzicky prenášať. Zariadenie, ktoré zabezpečuje moduláciu signálu základného pásma, sa nazýva modulátor a zariadenie, ktoré zabezpečuje demoduláciu modulovaného signálu späť do základného pásma, sa nazýva demodulátor. V súčasnosti sú modulátor a demodulátor integrované do jedného zariadenia nazývaného modem (modulátor-demodulátor). Často sa používa v sieťach WAN, WLAN, WWAN.
Typická technológia: WI-FI, ADSL, pripojenie káblovej televízie (CATV).

Vrstva 2

Vrstva dátového spoja poskytuje funkčné a procedurálne prostriedky na prenos údajov medzi sieťovými entitami a na detekciu a prípadnú opravu chýb, ktoré sa môžu vyskytnúť vo fyzickej vrstve.

Vrstva 3

Sieťová vrstva poskytuje funkčné a procedurálne prostriedky na prenos dátových sekvencií s premenlivou dĺžkou zo zdrojového hostiteľa v jednej sieti na cieľového hostiteľa v inej sieti pomocou adresy IP.

IP adresa

Adresa internetového protokolu (IP adresa) je číselné označenie pridelené každému zariadeniu (napr. počítaču, tlačiarni) zapojenému do počítačovej siete, ktorá na komunikáciu používa internetový protokol. V súčasnosti sa používajú dve verzie protokolov - IPv4 a IPv6.

• IPv4 používa 32-bitové adresovanie, ktoré obmedzuje adresný priestor na 4294967296 (²³²⁾ možných jedinečných adries.

Príklad: IP-192.168.0.1 maska-255.255.255.0 znamená, že sieťová adresa je 192.168.0.0 a adresa zariadenia je 192.168.0.1

• IPv6 používa 128-bitové adresovanie, ktoré obmedzuje adresný priestor na ²¹²⁸ možných adries. Považuje sa to za dostatočné pre dohľadnú budúcnosť. Plná podpora protokolu IPv6 je stále vo fáze implementácie.

Vrstva 4

Transportná vrstva zabezpečuje transparentný prenos dát medzi koncovými používateľmi a poskytuje spoľahlivé služby prenosu dát vyšším vrstvám. Protokol TCP (Transmission Control Protocol) a protokol UDP (User Datagram Protocol) z balíka internetových protokolov sa bežne zaraďujú medzi protokoly štvrtej vrstvy v rámci OSI.

• Protokol TCP (transmission control protocol) zabezpečuje spoľahlivé a usporiadané doručenie toku bajtov z programu v jednom počítači do iného programu v inom počítači. Protokol TCP sa používa v aplikáciách, ktoré vyžadujú spoľahlivý prenos (e-mail, WWW, prenos súborov (FTP), ...).
• Protokol UDP (user datagram protocol) používa jednoduchý model prenosu bez implicitných dialógov handshaking na zabezpečenie spoľahlivosti, usporiadania alebo integrity údajov. UDP sa používa v aplikáciách, kde sa vyžaduje znížená latencia v porovnaní so spoľahlivosťou (streamovanie videa, VOIP, online hry,...).

Vrstvy 5-7

V zjednodušených sieťových modeloch sa bežne spája do jednej vrstvy a jej hlavným účelom je interakcia s aplikáciami, šifrovanie a v prípade potreby vytváranie vyhradených spojení.

Digitálna modulácia: 16-QAM s príkladom konštelácie bodov.


Analógová modulácia: AM - amplitúdováFM - frekvenčná

Sieťové podmienky

Latencia

Latencia, nesprávne nazývaná ping, je hodnota, ktorá meria, koľko času potrebujú pakety na cestu do cieľa. Meria sa v milisekundách (ms). Nástroj, ktorý meria latenciu, sa nazýva ping a bežne používa špeciálne pakety ICMP, ktoré sú menšie ako štandardné dátové pakety, takže svojou prítomnosťou nezaťažujú sieť.

• Okamžitá latencia sa meria každých X sekúnd a okamžite sa zobrazí. Jej hodnota sa neustále mení v dôsledku prirodzených vlastností sieťovej technológie prepínania paketov. Vysoké špičky latencie majú negatívny vplyv na väčšinu sieťových aplikácií, ktoré sa môžu prispôsobiť priemernej latencii pridelením zodpovedajúcej veľkosti pamäte ako vyrovnávacej pamäte. Vysoké špičky latencie vedú k vyprázdneniu tejto vyrovnávacej pamäte a k dočasnému zastaveniu aplikácií. Toto zamrznutie sa bežne nazýva oneskorenie.
• Priemerná latencia je súčet okamžitých latencií nameraných Y-krát za X sekúnd vydelený Y. Priemerná latencia sa používa na odhad veľkosti vyrovnávacej pamäte najmä preto, že sa nemení tak často. Vyrovnávacia pamäť umožňuje plynulý chod niektorých aplikácií, ako je napríklad stream videa, aj pri vysokej priemernej latencii, ale nedokáže nás ochrániť pred vysokými špičkami latencie.

Kapacita (šírka pásma)

Kapacita je miera prenosovej kapacity siete a meria sa v bitoch za sekundu (bps alebo b/s), dnes bežne Mbps alebo Mb/s. Ukazuje nám, koľko dátových jednotiek sa prenesie každú sekundu. V súčasnosti je priemerná šírka pásma oveľa vyššia, ako je potrebné, a vo väčšine prípadov nie je limitujúcim faktorom.

• Uplink je šírka pásma, ktorá sa využíva na prenos údajov od používateľa k serveru (zvyčajne nižšia pre koncových používateľov).
• Šírka pásma, ktorá sa využíva na prenos údajov zo servera k používateľovi (zvyčajne vyššia pre koncových používateľov).

Vysielanie

Vysielanie je špeciálny prenos, ktorý nie je určený pre jedno zariadenie, ale je adresovaný všetkým zariadeniam v konkrétnej sieti. Väčšinou sa používa na automatické vydávanie IP adries zariadeniam serverom DHCP a na vytvorenie tabuľky ARP, ktorá mapuje sieť a zrýchľuje prevádzku.

Frekvenčný plán ADSL. Upstream + downstream = šírka pásma siete