Síťové protokoly

Síťové protokoly

TCP/IP

Aplikační program – Aplikační – TCP/UDP – Internet (IP) – Linková a fyzická

ISO OSI

Aplikační program – Aplikační – Prezentační – Relační – Transportní – Síťová – Linková - Fyzická

TCP/IP

Aplikační program - Aplikační vrstva - TCP/UDP - Internet - Linková a Fyzická vrstva

ISO OSI

Aplikační program - Aplikační + Prezentační + Relační - Transportní - Síťová - Linková - Fyzická

(Při nákresu ISO OSI a TCP/IP patří do Aplikační =Aplikační,Prezentační,Relační vrstva ISO OSI

TCP/IP                                                 ISO OSI

                 Aplikační program                                   Aplikační program                   

                                                                                   Aplikační vrstva

                        Aplikační                                             Prezentační vrstva

                                                                                    Relační vrstva

                        TCP/UPD                                           Transportní vrstva

                       

                         Internet (IP)                                        Síťová vrstva

                         Linková a Fyzická vrstva                      Linková vrstva

                                                                                     Fyzická vrstva

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva se zabývá elektronickými, elektromagnetickými nebo optickými signály používanými při komunikaci mezi bezprostředními komunikačními sousedy.

Fyzická vrstva specifikuje i tvary konektorů, a vůbec nejrůznějších propojovacích kabelů.

Protokoly fyzické vrstvy specifikují:

• Elektronické signály
• Tvary konektorů
• Typ médií: kroucená dvojlinka, koaxiální kabel, optická vlákna.
• Přenosová rychlost
• Modulaci
• Kódování
• Synchronizaci

Lokální sítě

Lokální sítě, jsou počítačové sítě, kde spolu komunikuje několik stanic zpravidla na sdíleném médiu.

V rámci jedné Lan se používá stejný linkový protokol (např. ETHERNET).

Fyzická vrstva bývá realizována společně s částí linkové vrstvy přímo v hardwaru počítače nebo jiného zařízení.

Tento hardware nazýváme síťové rozhraní (Network Interface).

Linková vrstva

Linková vrstva (též nazývaná spojová vrstva) zajištuje v případě sériových linek výměnu dat mezi sousedními počítači a v případě lokálních sítí výměnu dat v rámci lokálních sítí.

Od linkové vrstvy se data přenáší v blocích, které obecně nazýváme datovými pakety. Datovému paketu na linkové vrstvě se říká linkový rámec, na IP vrstvě IP datagram a na TCP/UDP, vrstvě zase máme TCP segmenty a UDP datagramy.

Základní přenosovou jednotkou na linkové vrstvě je linkový rámec.

Linkový rámec se skládá se záhlaví (Header), přenášených dat (payload) a často i zápatí (Trailer).

 

Linkový (spojový) rámec

Záhlaví (Header) -  Data (Payload) -  Zápatí (Trailer)
(Je trojitý rámeček každá část je jedna z něj)

Linkový rámec zpravidla nese v záhlaví linkovou adresu příjemce, linkovou adresu odesílatele a další řídící informace. V zápatí pak obvykle nese kontrolní součet (CRC) z přenášených dat. pomocí kontrolního součtu lze zjistit zda přenášená data nebyla upravena. V přenášených datech je pak zpravidla nesen IP datagram nebo ARP-paket.

Linkovým rozhraním pro počítač rozumíme např. sítovou kartu pro ethernet nebo sériový port. Zejména v lokálních sítích každé linkové rozhraní má svou linkovou (hardwarovou) adresu.

IP vrstva

IP vrstva zabezpečuje přenos dat mezi vzdálenými počítači v Internet (obecně v rozsáhlé WAN). Základní jednotku přenosu je IP datagram, který se balí (zapouzdřuje) do linkového rámce linkové vrstvy.

IP datagram se skládá z IP záhlaví a pole dat.

IP záhlaví - Data (IP datagram)
(Dvojitý rámeček, který se vkládá do linkového rámce mezi Linkové záhlaví a Data a Data a zápatí )

Mezi sousedními směrovači je na vrstvě IP vždy přímé spojení. Směrovač vybalí síťový paket z datového rámce (jednoho linkového protokolu) a před odesláním do jiné linky jej opět zabalí do jiného datového rámce.

Síťové rozhraní má na vrstvě IP jednoznačnou IP adresu v rámci Internet/intranetu(tj. v rámci rozsáhlé sítě – WAN). Každý IP datagram přitom ve svém záhlaví nese IP adresu příjemce, což je úplná směrovací informace pro dopravu IP datagramu až k adresátovi. Síť může každý IP datagram přenášet samostatně. IP datagramy tak mohou k adresátovi dorazit v jiném pořadí než byly odeslány.

Vrstvy TCP/UDP

IP vrstva zabezpečuje spojení mezi vzdálenými počítači takž vrstvě TCP/UDP se jeví jakoby žádné modemy, opakovače/rozbočovače nebo směrovače vůbec nebyly. Vrstva TCP/UDP se zcela spoléhá na služby nižších vrstev. Je jí zcela jedno jestli komunikuje s počítač na stejném kontinentu nebo na jiném.

Jak může mezi dvěma počítači komunikovat několik aplikací současně. Toto je právě základním úkolem vrstvy TCP/UDP. Pro adresaci aplikací zavádí tato vrstva tzv. porty. Konkrétní datový tok na sousední počítač určen nejenom IP adresou, ale i číslem portu (a navíc ještě , jedná-li se o protokol TCP nebo UDP).

Základní přenosovou jednotkou na této vrstvě je buď TCP segment (v případě TCP), nebo UDP datagram (v případě UDP). Jak TCP segment, tak i UDP datagram se zapouzdřují do IP datagramu.

Zapouzdření TCP/UDP do IP datagramu

TCP záhlaví/UDP záhlaví - Data

(Dvojitý rámeček se vkládá do IP vrstvy za IP záhlaví a Data(IP datagramu)
Vypadá takto:

Linkové záhlaví-IP záhlaví-TCP/UDP záhlaví-Data (IP datagram)-Data(TCP/UDP)-Zápatí.

K dispozici na této vrstvě máme dva protokoly:

• Protokoly TCP, který je spojovou službou. Příjemce potvrzuje přijetí. V případě ztráty si příjemce vyžádá opakování.
• Protokol UDP přenáší data pomocí datagramu. Odesílatel odešle datagram ale už ho nezajímá, zdali byl doručen.

Aplikační vrstva

Aplikační protokol se spoléhají na protokoly TCP nebo UDP, které vytvářejí datové toky mezi počítači. Aplikační vrstva pouze požádá nižší vrstvu (tj. protokol TCP nebo protokol UDP) o vytvoření datového toku, do kterého pak vkládají aplikační data. Datová toky jsou obecně oboustranné.

Aplikační vrstva mj.:

• Předepisuje dialog komunikace mezi aplikacemi. V tomto dialogu je např. jedna strana klientem a druhá serverem. Např. protokol http popisuje, jaký má být dialog mezi webovým klientem a webovým serverem.
• Předepisuje formát dat předávaných mezi aplikacemi. Např. jazyk HTML specifikuje, jak mají být formátována webová data či kódování BER, specifikuje formát dat pro bezpečnou elektronickou poštu, adresářové služby.
• Protokol TLS je zase příkladem protokolu, který zabezpečuje spojení mezi aplikacemi proti útočníkům.

Aplikačních protokolů je velké množství. Z praktického hlediska rozdělit na :

• Uživatelské protokoly, které využívají koncoví uživatelé (např. pro vyhledávání informací v internetu). Příkladem takového protokolu jsou protokoly : HTTP,SMTP.Telnet,FTP,IMAP,POP3.
• Služební protokoly, tj. protokoly, se kterými se běžný uživatel internetu nesetkají. Tyto protokoly slouží pro správnou funkci internetu. Jedná se např. o směrovací protokoly, které používají směrovače mezi sebou, aby se správně nastavily směrovací tabulky. Dalšími příklady jsou protokoly SNMO a RADIUS, který slouží k managementu sítí.

Způsoby přenosu informací

Síťových protokolů je velké množství, dokonce na jedné vrstvě máme často k dispozici několik protokolů. Zejména u protokolů nižších vrstev rozlišujeme, jaký typ přenosu protokol zabezpečuje, zda zabezpečuje službu spojovou nebo nespojovou, jestli protokol používá virtuální okruhy.

Synchronní přenos

Synchronní přenos je vyžadován např. pro zvuk a video, tj. v případě, kdy je třeba po dobu přenosu zajistit požadovanou stejnosměrnou šíři pásma. Stane-li se, že odesílatel nevyužije zajištěné pásmo, pak zůstává nevyužito.

Synchronní přenos používá rámce konstantní délky, které jsou přenášeny sítí konstantní rychlostí.

Garance šíři pásma přenosového pásma se u synchronního přenosu zajistí rozdělením přenášených rámců na sloty. Pro dané spojení pak v každém přenášeném rámci vyhradí jeden či více slotů

Se synchronním přenosem se setkáváme např. u připojení podnikové telefonní ústředny do telefonní sítě. Ta bývá připojena např. linkou E1, která obsahuje 32 slotů, každý o šířce pásma 64 kb/s. slot lze využít pro telefonní hovor. Současně je tak teoreticky garantováno 32 hovorů (některé sloty se však používají jako služební).

Internet nepoužívá synchronní přenos, tj. obecně negarantuje šíří přenášeného pásma. Kvalitní přenos zvuku či videa se k internetu zpravidla dociluje předimenzováním přenosových linek.  V poslední době vzrůstají požadavky na přenos zvuku a video pře internet, proto se stále častěji setkáváme se systémem, který zajištuje šíří pásma i v internetu – tzv. Quality of Services – QoS.

Paketový přenos

Paketový přenos používaný v Internetu je výhodná zejména pro přenos dat. Pakety nesou data obecně různé délky.  Paket nese data vždy jedné aplikace (jednoho spojení). Jelikož jsou pakety různé délky, nelze garantovat šíři pásma. Výhody je efektivní využití pásma, protože v případě, že aplikace nepotřebuje přenášet data, mohou písmo využít jiné aplikace.

Asynchronní přenos

Asynchronní přenos kombinuje paketový přenos a synchronním přenosem.

Podobně jako u paketového přenosu jsou u asynchronního přenosu data přenášeny v paketech, které jsou však malé a stejně velké; nazývají se buňky. Obdobně jako u paketového přenosu se v jedné buňce přenáší data jedné aplikace. Avšak buňky mají stejnou délku, takže garantuje-li, že každá x-tá buňka bude k dispozici konkrétní aplikaci (konkrétnímu spojením, pak se tím garantuje i šířka pásma). Navíc, pokud aplikace buňku neodešla-nevadí, může být odeslána buňka jiné aplikace. Asynchronní přenos používá protokol ATM, jehož sláva pohasíná.

Virtuální okruh

Některé, síťové protokoly vytvářejí v sítí virtuální okruh (Virtual Circuit), který se vytváří vždy před zahájením komunikace. Klasickým virtuálním okruhem je telefonní okruh.  Virutální okruh je vedený sítí a všechny pakety spojení pak procházejí tímto okruhem, v případě že se okruh přeruší, přeruší se spojení a je potřeba znovu vytvořit okruh, aby se mohlo opět přenášet.

Výhodou virtuálního okruhu je, že je nejprve sestaven (pomocí signalizace) a teprve do sestaveného okruhu se vkládají data. Každý paket je obecně nemusí ve svém záhlaví nést globálně jednoznačnou adresu příjemce, ale pouze identifikaci okruhu.

V internetu se na úrovni vrstvy IP mechanismus virtuálních okruhů nepoužívá, protože při zničení uzlu ve virtuálním okruhu znamená přerušení spojení, což nevyhovuje tvůrcům rodiny protokolů TCP/IP. Každý IP datagram nese IP adresu příjemce ( úplné směrovací informace, a je proto dopravován samostatně. Zničení uzlu sítě může zničit IP datagram právě procházející zničeným uzlem v okamžiku zničení uzlu. Další IP datagramy jsou směrovány přes jiné uzly.

Nad nespojovaným IP protokolem se v internetu používá protokol TCP (protokol vyšší vrstvy), který spojení naváže a jenž garantuje doručování dat. Pokud byla data ztracena kvůli zničení některého uzlu sítě a v síti existují ještě jiná cesta, pak opakování dat již automaticky proběhne po této záložní cestě.

Pevně a komutované virtuální okruhy

Virutální okruhy rozeznáváme:

• Pevní (permanent Virtual Circuit – PVC), tj. virtuální okruhy pevně sestavené administrátorem sítě. PVC používá např. protokol Frame Realy.
• Komutované (Switched Virtual Circuit – SVC). Tj virtuální okruhy dynamicky vznikají podle potřeby. SVC se vytvoří pomocí tzv. signalizačních protokolů, což jsou protokoly, pomocí kterých spolu mohou komunikovat uživatel a samostatná síť.