Zaklady_pocitacovych_siti

nverze přenášených dat do formátu srozumitelného pro přijímající zařízení. Příkladem pro tyto operace jsou např. šifrování /dešifrování a komprese/dekomprese dat, které mohou být realizovány touto vrstvou.
Shrnutí vlastností a funkcí presentační vrstvy :
formát datové struktury (např. kódování znaků – EBCDIC, ASCII; formát obrázku – TIFF, JPEG; formát multimediálního souboru – AVI, MPEG, MIDI; struktura pro zobrazování webových stránek - HTML)
šifrování dat
komprimace
Datové jednotky přenášené presentační vrstvou jsou PPDU (Presentation Layer Protocol Data Unit).
Aplikační vrstva (Application Layer)
Aplikační vrstva představuje okno, prostřednictvím kterého mohou uživatelé nebo aplikace vidět výsledky služeb zajišťovaných všemi předcházejícími vrstvami. Jde o vrstvu nejbližší uživateli, která na rozdíl od ostatních nezajišťuje služby pro vyšší vrstvu (žádnou již nemá). Příklady funkcí zajišťovaných touto vrstvou jsou souborové přenosy, sdílení zdrojů, přístup k databázím, prohlížení webových stránek, ovládání programů, apod.
Datové jednotky přenášené aplikační vrstvou jsou APDU (Application Layer Protocol Data Unit).
Další informace o OSI modelu lze najít v dnes již poměrně hojně dostupné literatuře nebo na Internetu, např. na stránce RAD University () nebo .
/OBR/NAVIG/BOD.GIF" \* MERGEFORMATINET
Publikováno: 17. září 2000
Petr Odvárka
Ethernet
Na strukturovaném kabelovém systému lze používat rozličné síťové technologie založené na rozdílných přenosových metodách - např. Ethernet, Token Ring, CDDI, ATM, ...
V současné době je nejpoužívanější síťovou technologií Ethernet. Tato technologie je, nezávisle na tom zda jde klasický 10 Megabitový Ethernet nebo jeho rychlejší mutace (Fast a Gigabit Ethernet), založena na velice jednoduchém principu, nazývaném CSMA/CD.
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) - stanice připravená vysílat data si "poslechne" zda přenosové médium (kabel) nepoužívá jiná stanice. V případě, že ano, stanice zkouší přístup později až do té doby dokud není médium volné. V okamžiku kdy se médium uvolní začne stanice vysílat svá data. 
CD (Collision Detection) - stanice během vysílání sleduje zda je na médiu signál odpovídající vysílaným úrovním (tedy aby se např. v okamžiku kdy vysílá signál 0 nevyskytl signál 1). Případ kdy dojde k interakci signálů více stanic se nazývá kolize. V případě detekce  kolize stanice generuje signál JAM a obě (všechny) stanice které v daném okamžiku vysílaly generují náhodnou hodnotu času po níž se pokusí vysílání zopakovat.
            K obrázku:
fáze 1 - stanice vlevo si poslechla na drátu zda někdo vysílá, zjistila, že ne a začala sama posílat data; v okamžiku kdy ještě signál nedorazil ke stanici vpravo si tato stanice ověřila stav média, zjistila, že je možnost zahájit vysílání
fáze 2 – obě stanice posílají data
fáze 3 – stanice vpravo zjistila kolizi a generuje signál JAM, všechny vysílající stanice zastavují vysílání a generují náhodné číslo
Díky této jednoduchosti bylo dosaženo nízké ceny síťových adaptérů a aktivních prvků a tím i značného rozšíření Ethernetu. Jednoduchost řešení ovšem přináší i jednu významnou nevýhodu – s narůstajícím počtem uzlů narůstá počet kolizí a tím klesá teoretická propustnost sítě. Soubor uzlů jejichž vzájemná činnost může vygenerovat kolizi se nazývá kolizní doména. Logicky lze odvodit, že kolizní doména by měla být co nejmenší. Používané aktivní prvky mají ke kolizní doméně rozdílný vztah. Některé kolizní doménu rozšiřují, některé kolizní domény oddělují. Jejich volbou lze proto propustnost sítě ovlivnit.
Vedle pojmu kolizní doména existuje pojem broadcastová doména. Na počítačové síti se vyskytují principielně dva typy paketů – tzv. unicasty a nonunicasty. Unicasty jsou pakety které mají konkrétního adresáta vyjádřeného regulérní síťovou adresou. Nonunicasty používají skupinovou adresu a jsou určené buď všem uživatelům sítě (broadcasty) nebo vybrané skupině uživatelů (multicasty). Problém je v tom, že nonunicastu se musí počítač věnovat i když není určen pro něj. S nárůstem počtu uzlů v broadcastové doméně narůstá i množství nonunicastů. Z tohoto důvodu je nutné udržet velikost broadcastové domény v rozumné velikosti. Používané aktivní prvky mají k broadcastové doméně rozdílný vztah a proto lze jejich volbou propustnost sítě ovlivnit.
Formát paketu
Již bylo řečeno, že všechny rychlostní modifikace Ethernetu používají stejnou komunikační metodu CSMA/CD. Používají však i stejný formát a velikost paketu. Ethernetový paket je definován na 1. a 2. vrstvě OSI.
Základní částí paketu je hlavička linkové vrstvy, která je následována daty (včetně hlaviček vyšších vrstev). Hlavičky jsou principielně 4 typů a jsou vzájemně nekompatibilní. Tyto typy jsou :
Ethernet_II
Ethernet_802.3
Ethernet_802.2
Ethernet_SNAP
Podrobnosti ponecháme na odbornou literaturu. Zde si představíme ten nejjednodušší formát – Ethernet_II.
Preamble
adresa určení (DA)
zdrojová adresa (SA)
typ paketu
data
CRC
8 byte
6 byte
6 byte
2 byte
46 až 1500 byte
4 byte
Každý paket je uvozen preambulí, která slouží k synchronizaci vysílající stanice a přijímajících stanic. Následuje adresa určení (MAC) a zdrojová adresa (MAC), číslo označující typ paketu, datová část a kontrolní součet.
Typ paketu obsahuje číslo větší než 0x05DC. Jako příklad může být použit např. číslo 0800 označují IP paket nebo 8137 označují Novell IPX paket. Ostatní čísla lze najít např. v RFC např. 1700.
Používaná média
Ethernet je dnes standardizován v těchto verzích:
1. "Klasický" Ethernet s přenosovou kapacitou 10 Mbit/s:
10Base-2
– používá jako přenosové médium dvakrát stíněný koaxiální kabel označovaný jako Thin Ethernet (v jednodušší verzi Cheapernet) s impedancí 50 ohm- délka segmentu kabelu může být maximálně 185 m (i když existují i varianty karet umožňující délku až 300 m)- na jednom segmentu může být maximálně 25 stanic- segment musí být na obou koncích ukončen pomocí tzv. terminátorů
10Base-5
– používá jako přenosové médium pětkrát stíněný koaxiální kabel ozn. jako Thick Ethernet neboli Yellow Cable s impedancí 50 ohm- délka segmentu může být maximálně 500 m; na kabel jsou připevňovány transceivery, stanice může být max. 50 m od transceiveru- transceivery musí být připevňovány ve vzdálenostech násobku 2,5 m (na kabelech bývá označení)- segment musí být na obou koncích ukončen pomocí tzv. terminátorů
10Base-T
– používá jako přenosové médium kroucený dvoudrát (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 3)- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m
10Base-FL - používá jako přenosové médium multimodový optický kabel
- délka kabelu mezi uzly může být max. 2 km- existuje i modifikace používající singlemodový optický kabel
2. Fast Ethernet s přenosovou kapacitou 100 Mbit/s:
100Base-TX
– používá jako přenosové médium kroucený dvoudrát (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 5)- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m
100Base-T4
– používá jako přenosové médium kroucený dvoudrát (stíněný nebo nestíněný) s impedancí 100 ohm (min. Cat 3)- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem může být max. 100 m- používá všechny 4 páry kabelu- technologie není příliš rozšířena
100Base-FX
- používá jako přenosové médium multimodový optický kabel- délka kabelu mezi uzly může být v případě plně duplexního provozu max. 2 km; v příp. polovičního duplexu je vzdálenost ovlivněna zapojením sítě- existuje i modifikace používající singlemodový optický kabel
3. Gigabit Ethernet s přenosovou kapacitou 1000 Mbit/s:
1000Base-SX
– používá jako přenosové médium multimodový optický kabel- délka kabelu mezi uzlem aaktivním prvkem je ovlivněna parametry kabelu
1000Base-LX
– používá jako přenosové médium ultimodový nebo singlemodový optický kabel- délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem je ovlivněna typem a parametry kabelu
Standard, typ vlákna
průměr[mikrometr]
modální šířka vlákna[MHz*km]
min. rozsah délek[m]
1000BASE-SX MM
62,5
160
2 až 220*
1000BASE-SX MM
62,5
200
2 až 275**
1000BASE-SX MM
50
400
2 až 500
1000BASE-SX MM
50
500
2 až 550***
1000BASE-LX MM
62,5
500
2 až 550
1000BASE-LX MM
50
400
2 až 550
1000BASE-LX MM
50
500
2 až 550
1000BASE-LX SM
9
N/A
2 až 5000
Pozn:
*     Standard TIA 568 pro kabeláže budov specifikuje mnohavidové vlákno 160/500 MHz*km**   Standard ISO/IEC 11801 pro kabeláže budov specifikuje mnohavidové vlákno 200/500 MHz*km*** ANSI standard Fibre Channel specifikuje mnohavidové vlákno 500/500 MHz*km o průměru 50 mikronů a bylo navrženo jako doplněk ISO/IEC 11801.
MHz*km ... jednotka pro měření přenosové kapacity vlákna. Hodnota ukazuje omezení kapacity vlákna, čímž je určena max. vzdálenost v závislosti na přenosové rychlosti.
http://www.svetsiti.cz/OBR/NAVIG/BOD.GIF" \* MERGEFORMATINET
Publikováno: 19. září 2000
Petr Odvárka
Aktivní prvky, fyzická a linková vrstva
Podle počtu uzlů použitých v počítačové síti a v závislosti na její topologii by měly být voleny aktivní prvky. Protože je zřejmý celosvětový příklon k technologii Ethernet a tato technologie je v mnoha společnostech zvolena za standard, bude popis prvků zaměřen převážně na ni (i když v některých případech je popis obecný). V LAN sítích jsou používány následující typy aktivních prvků. V tomto přehledu jsou rozděleny z pohledu sedmivrstvého modelu OSI.
1. vrstva – fyzická vrstva
Opakovač (repeater) – aktivní prvek zajišťující spojení dvou a více segmentů sítě tím, že signál obdržený na jednom portu zopakuje do ostatních portů přičemž signál přečasuje, tj. obnoví ostré vzestupné a sestupné hrany; opakovač rozšiřuje kolizní i broadcastovou doménu.
Rozbočovač (hub, koncentrátor) – multiportový opakovač vybavený UTP porty typu RJ45 nebo Telco, případně rozšiřujícím portem jiného typu (coax, FO, AUI); rozbočovač rozšiřuje kolizní i broadcastovou doménu; vedle klasických rozbočovačů používajících jednu rychlost (ať již 10 Mbit/s nebo 100 Mbit/s) existují dvojrychlostní rozbočovače (dual speed hub) – ty mají dvě sběrnice a port se automaticky přepne na jednu z nich v závislosti na tom jakou rychlost používá připojované zařízení; dvourychlostní rozbočovače se dnes již vyrábějí převážně v provedení s integrovaným přepínačem zajišťujícím spojení obou sběrnic, starší modely však mohou překvapit tím, že jsou obě sběrnice oddělené a je nutno je propojit externím prvkem!
Počet opakovačů nebo rozbočovačů spojených za sebou je omezen. U technologie 100Base-X se vyskytují dva typy Class I a Class II. Typ Class I umožňuje vzájemné spojení maximálně dvou rozbočovačů, Class II spojování rozbočovačů dokonce neumožňuje ! Pravidlo je naštěstí eliminováno .asp?rubrika=Tutorialy&temaID=1&clanekID=16" \l "switch#switch" přepínači takže je potřeba se pouze vyvarovat propojování rozbočovačů a volit vhodný návrh sítě.
U technologie 10Base-X existují buď zjednodušená pravidla pro určení množství opakovačů zapojených za sebou nebo exaktní výpočet. Přestože se dnes již používají přepínače, které omezení eliminují, je dobré si pamatovat, že by neměly být za sebe zapojeny více než 4 opakovače.
Převodník (Media Converter) – je poměrně oblíbené zařízení, které zajišťuje konverzi (převod) signálu z jednoho typu média do jiného. Rozdíl mezi a převodníkem je v tom, že převodník na rozdíl od opakovače neprovádí přečasování signálu. Převodníky jsou dostupné v pevné konfiguraci nebo modulární, spravovatelné i nespravovatelné, připravené pro určitou technologii nebo universální. Jsou používány tam, kde je potřeba určitý počet portů definovaného typu a řešení na primárních aktivních prvcích je příliš nákladné (např. konverze z Multimodové optiky na Singlemodovou optiku nebo z UPT na optiku). Jedněmi z nejoblíbenějších převodníků jsou produkty společnosti IMC.
2. vrstva – linková vrstva
Můstek (bridge) – dvouportové zařízení které odděluje provoz dvou segmentů sítě na základě učení se fyzických (MAC) adres uzlů na obou portech, na základě těchto adres můstek buď data na druhou stranu propouští nebo nepropouští; můstek pracuje na druhé vrstvě modelu OSI (linková vrstva) a proto je protokolově nezávislý, je však závislý na používané síťové technologii (přenosové metodě); můstek odděluje kolizní domény, ale rozšiřuje broadcastovou doménu; filtrační schopnost platí s jedním omezením – vztahuje se pouze na Unicast pakety, NonUnicast pakety (Multicast, Broadcast) jsou propouštěny.
Princip můstku:
1. A posílá paket stanici B, můstek se  dívá do tabulky zda má zavedenu MAC adresu vysílajícího, tedy A. V této fázi nemá, proto zavede MAC adresu A do tabulky s portem 2. Další krok můstku je pohled do tabulky zda je zavedena adresa stanice B. V případě, že není (a to v první fázi není) provede můstek tzv. flooding, tj. zkopíruje paket na všechny porty kromě toho na němž paket přijal.
2. B odpovídá A. Můstek se dívá do tabulky zda má B zaveden - nemá, zavádí jej tedy do tabulky s portem 2. Dále se dívá do tabulky na adresu A. Tuto adresu nachází na portu 2, tj. na stejném portu jako je vysílající stanice B. Paket tedy není kopírován do zbývajících portů.
Při vysílání stanic C a D je princip stejný.
Důležitým parametrem je timeout po němž je adresa stanice vypuštěna z tabulky. Počitadlo je aktivní vždy od posledního výskytu adresy.
Přepínač (switch) – vysokorychlostní multiportový můstek který přináší nové významné vlastnosti:
– umožňuje paralelní komunikace mezi různými porty (tzn. např. dvojice portů 2-3, 5-9, 6-4, … mohou komunikovat současně);
- umožňuje aplikaci vysokorychlostních portů a pomocí inteligentního používání vyrovnávacích pamětí rozdělit provoz vysokorychlostního portu do několika portů s nižší rychlostí/;
- vedle standardního polovičně duplexního provozu přináší teoreticky dvakrát rychlejší plně duplexní provoz;
přepínač odděluje kolizní domény, ale rozšiřuje broadcastovou doménu (v případě nonunicatového paketu se chová jako rozbočovač – tj. pošle tento paket na všechny porty).
://www.svetsiti.cz/akttema/2000/zaklady/obr14.jpg" \* MERGEFORMATINET
Smyčky a mechanismus STP
Na základě obrázku si jistě dokážete představit, že teoreticky stačí jeden NonUnicast k tomu aby zahltil síť. Přijde např. na některý z přípojných portů přepínače P1. Ten jej pošle na všechny ostatní porty včetně těch na něž jsou připojeny P2 i P3. P2 jej pošle na všechny porty mimo toho, na kterém jej přijal. Tím se paket dostává na P3 – ten jej posílá na P1, odtud jde na P2 a zase na P3, atd. Nekonečné kolečko je hotové. Původní paket od stanice připojené na P1 je ovšem šířen i druhou stranou, tj. z P1 na P3, z P3 na P2 a z P2 na P1, atd. Jedinou cestou na druhé vrstvě OSI jak těmto nekonečným přeposíláním paketů zábranit je zabránit vytváření smyček. Toho se dá dosáhnout pečlivým návrhem, realizací a rozvojem sítě nebo automatizovaným mechanismem nazývaným Spanning Tree Protocol (STP). Můstky a přepínače tento protokol používají.
RGEFORMATINET
Hlavní význam STP je v tom, že uzavře redundantní cesty, ale zároveň umožní jejich opětovné otevření při selhání primární trasy (např. přerušením kabelu nebo výpadkem některého prvku po cestě).
Topologie je řízena prostřednictvím priorit. Každé zařízení může teoreticky být tzv. root od kterého je topologie stavěna. Jako root je voleno zařízení s nejnižší prioritou, případně s nižší MAC adresou. V závislosti na cenách (prioritách) jednotlivých linek jsou některé z nich vybrány jako funkční, ostatní jsou v záložním stavu.
Určitou nevýhodou STP je poměrně dlouhá konvergence sítě v případě výpadku primární trasy nebo prvku, který je aktuálně zvolen jako root.
Lze doporučit následující věci:
zvolit root tak aby bylo jasné který prvek tuto funkci vykonává
root by měl být zároveň nejstabilnější zařízení sítě (např. redundantně vybavený centrální přepínač)
vypnout STP na všech portech na které jsou připojeny stanice (důvodem jsou problémy při přihlašování k Netware a problémy s DHCP).
UDEPICTURE "http://www.svetsiti.cz/OBR/NAVIG/BOD.GIF" \* MERGEFORMATINET
Publikováno: 27. září 2000
Petr Odvárka
Aktivní prvky, síťová vrstva
Směrovač (router) – dvou nebo více portové zařízení které pracuje na podobném principu jako můstek; rozdíl je v tom, že směrovač pracuje na třetí vrstvě modelu OSI (síťová vrstva) – pracuje tedy s logickými adresami a je protokolově závislý, ale relativně nezávislý na použité síťové technologii (pro každou technologii musí mít patřičný adaptér); směrovače jsou v LAN sítích používány převážně pro spojení rozdílných technologií (např. Ethernet a Token Ring) a pro oddělení broadcastových domén (samozřejmě oddělují i kolizní domény) – tuto oblast však opouštějí neboť jsou zda nahrazovány směrovacími přepínači; vedle použití v sítích LAN našly směrovače důležité uplatnění ve WAN sítích, kde jsou používány pro připojování vzdálených lokalit
Můstek (přepínač) pracuje s jednou tabulkou a to s tabulkou kde jsou relace mezi MAC adresou a portem zařízení. Směrovač pracuje se dvěmi tabulkami. V první je relace mezi MAC adresou, logickou adresou a portem (tabulka obsahuje údaje pouze o přímo připojených uzlech). V druhé tabulce je seznam sítí (částí logických adres) s portem kudy je na danou síť nejlepší cesta.
Představme si, že kompletní adresa je interpretována dvěma čísly oddělenými tečkou ve formátu síť.uzel (např. 040.001). Část sítě musí být unikátní z globálního hlediska tzv. intersítě (neboli propojení několika lokálních sítí - subsítí). Pokud bude mít pardubická síť logickou adresu 040, žádná jiná lokalita spojená s Pardubicemi nemůže tuto adresu použít. Libovolný prvek může použít adresu uzlu 001, pak však tuto adresu uzlu nesmí použít žádný jiný prvek v dané lokalitě, ale v jiné lokalitě ji může použít bez problému – celková adresa 040.001 je totiž jiná než 02.001 !
Směrovač Router 1 ví, že se k prvku D dostane dvěma cestami. Jedna z nich je výhodnější a proto používá ji. Existují však i mechanismy pro rozložení zátěže a používání všech dostupných cest (např. ECMP – Equal Cost Mlti Path).
Směrovací přepínač (routing switch) – jde o relativně nový typ zařízení pracující s rychlostmi obvyklými pro druhou vrstvu i s informacemi třetí vrstvy, zajišťuje tedy směrování při rychlosti přepínání – tím nahrazuje pomalé směrovače v oddělení broadcastových domén; směrovače vytlačuje do použití pro spojení rozdílných technologií, do prostředí se speciálními protokoly (Banyan Vines, DECNet, …) a do WAN komunikací
Výhody směrovacích přepínačů
Nejmodernějším trendem pro centra počítačových sítí je tzv. přepínání na 3 vrstvě OSI (Layer 3 Switching). Jedná se o vlastně o směrování prováděné hardwarově. Důvod pro zavádění této technologie je následující - před několika lety se pro rozdělení sítí do více skupin používaly směrovače (tzv. colapsed backbone architektura). Při stále narůstajícím zatížení sítí přestaly směrovače vyhovovat (nízký výkon za vysoké ceny, velké zpoždění paketů při průchodu směrovačem – viz. tabulka). V té době přišly na svět výkonné přepínače. Začaly jimi být nahrazovány centrální směrovače, ale správci sítí si společně s dodavateli velice záhy ověřili slabinu přepínačů – přenášejí broadcasty a tudíž se sítě s vysokým počtem stanic začínají zahlcovat. Směrovače proto znovu našly uplatnění v propojování segmentů sítí postavených na přepínačích (tzv. virtuálních sítí). Protože jsou však směrovače drahé a technologický rozvoj postoupil značně dopředu, začali výrobci hledat cest