1 Síťové protokoly

Podobně jako diplomaté při svých jednáních používají diplomatický protokol, tak i počítače v počítačových sítích používají pro komunikaci mezi sebou síťové protokoly.

Obr. 1.1 Třívrstvá komunikační architektura

Rozeznáváme virtuální komunikaci ve vodorovném směru:

Komunikace mezi cizinci
Komunikace mezi překladatelkami
Fyzický přenosu informací po médiu (např. telefonní vedení, zvukové vlny atp.)

V počítačových sítích používáme ještě více vrstev.

Obr. 1.2 Síťové modely TCP/IP a ISO OSI

1.1 ISO OSI

Fyzická vrstva. Fyzická vrstva popisuje elektrické či optické signály používané při komunikaci mezi počítači. Na fyzické vrstvě je vytvořen tzv. fyzický okruh. Na fyzický okruh mezi dva počítače bývají často vkládána další zařízení, např. modemy, které modulují signál na telefonní vedení atp.

Linková vrstva. Linková vrstva zajišťuje v případě sériových linek výměnu dat mezi sousedními počítači a v případě lokálních sítí výměnu dat v rámci lokální sítě.

Obr. 1.4 Linkový rámec

Obr. 1.5 Komunikace na linkové vrstvě

Síťová vrstva. Síťová vrstva zabezpečuje přenos dat mezi vzdálenými počítači WAN. Základní jednotkou přenosu je síťový paket, který se balí do datového rámce.

Obr. 1.6 Síťový paket a jeho vkládání (encapsulation) do linkového rámce

Obr. 1.7 Komunikace na síťové vrstvě

Transportní vrstva.

Obr. 1.8 Spojení na transportní vrstvě. Mezi dvěma počítači může být několik transportních spojení současně, jedno např. pro virtuální terminál a druhé pro elektronickou poštu. Aplikace jsou jednoznačně adresovány v rámci jednoho počítače. Jednotkou přenosu je transportní paket, který se opět skládá ze záhlaví a datové části. Transportní paket se přenáší v datové části síťového paketu.

Obr. 1.9 Spojení na transportní vrstvě

Relační vrstva. Relační vrstva zabezpečuje výměnu dat mezi aplikacemi, tj. provádí body opakování (checkpoint), synchronizaci transakcí (commit), korektní uzavírání souborů atd. Dobře představitelnou relací je např. sdílení síťového disku. Disk může být sdílen po určitou dobu, avšak pracuje se s ním jen zřídka. Vždy, když je např. třeba pracovat se souborem na síťovém disku, tak se naváže na dobu od otevření souboru až po jeho uzavření spojení na transportní vrstvě. Avšak relace na relační vrstvě existuje po celou dobu sdílení disku.

Prezentační vrstva. Prezentační vrstva je zodpovědná za reprezentaci a zabezpečení dat. Reprezentace dat může být na různých počítačích různá. Např. se jedná o problém zda-li je nejvyšší bit v bajtu zcela vlevo nebo vpravo atp. Zabezpečením se rozumí šifrování, zabezpečení integrity dat, digitální podepisování atd.

Aplikační vrstva. Aplikační vrstva předepisuje v jakém formátu a jak mají být data přebírána/předávána od aplikačních programů. Např. protokol Virtuální terminál popisuje jak mají být data formátována, ale i dialog mezi oběma konci spojení.

Obr. 1.10 Některé protokoly z rodiny protokolů ISO OSI

1.2 TCP/IP

Rodina protokolů TCP/IP se nezabývá (až na výjimky) fyzickou a linkovou vrstvou. V praxi se i v Internetu používají pro fyzickou a linkovou vrstvu často protokoly vyhovující normám ISO OSI, které standardizoval ITU.

Internet Protokol. IP protokol přenáší tzv. IP-datagramy mezi vzdálenými počítači. Každý IP-datagram ve svém záhlaví nese adresu příjemce, což je úplná směrovací informace pro dopravu IP-datagramu k adresátovi. Takže síť může přenášet každý IP-datagram samostatně. IP-datagramy tak mohou k adresátovi dorazit v jiném pořadí než byly odeslány.Každé síťové rozhraní v rozsáhlé síti Internet má svou celosvětově jednoznačnou IP-adresu (jedno síťové rozhraní může mít více IP-adres, avšak jednu IP-adresa nesmí používat více síťových rozhraní). Internet je tvořen jednotlivými sítěmi, které jsou propojeny pomocí směrovačů. Směrovač se anglicky nazývá router, ve starších publikacích se však označuje jako gatreway.

Protokoly TCP a UDP. Protokoly TCP a UDP odpovídají transportní vrstvě. TCP (resp.UDP) dopravuje data pomocí TCP segmentů (resp. UDP datagramů), které jsou adresovány jednotlivým aplikacím. Jinak řečeno protokol TCP (resp. UDP) zajišťuje spojení mezi aplikacemi běžícími na vzdálených počítačích. Adresou je tzv. port. Pro pochopení rozdílu mezi IP-adresou a portem se používá srovnání s poštovní adresou.

Aplikační protokoly. Aplikační protokoly odpovídají několika vrstvám ISO OSI. Relační, prezentační a aplikační vrstva ISO OSI je smrsknuta do jedné aplikační vrstvy TCP/IP.

Obr. 1.11 Některé protokoly z rodiny protokolů TCP/IP

1.3 Způsoby přenosu informací

1.3.1 Synchronní přenos

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

Obr. 1.12 Rozdělení rámců na sloty u synchronního přenosu

Garance šíře přenosového pásma se u synchronního přenosu provádí rozdělením přenášených rámců na sloty. Pro dané spojení se pak v každém přenášeném rámci vyhradí jeden (či více) slotů, viz obr. 1.12.

Podstatu pochopíme, když si několik rámců nakreslíme pod sebe do tzv. super-rámce, viz obr. 1.13. Sloty pod sebou patří témuž spojení.
Se synchronním přenosem se setkáváme např. u připojení podnikové telefonní ústředny k ústředně Telcomu. 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).

Obr. 1.13 Super-rámec

1.3.2 Paketový přenos

Paketový přenos je výhodný zejména pro přenos dat. Pakety nesou data obecně různé délky.

Obr. 1.14 Paketový přenos dat
Paket nese data vždy jedné aplikace (jednoho spojení). Jelikož jsou pakety různé délky, nelze garantovat šíři pásma.

1.3.3 Asynchronní přenos

Asynchronní přenos používá protokol ATM. Tento typ přenosu kombinuje paketový přenos se synchronním přenosem.

Obr. 1.15 Asynchronní přenos dat
Podobně jako u paketového přenosu jsou u asynchronního přenosu data přenášena v malých paktech, které se však nazývají buňky. Obdobně jako u paketového přenosu se v jedné buňce přenáší data jedné aplikace (jednoho spojení). Avšak buňky mají stejnou délku, takže garantuje-li se že každá x-tá buňka bude k dispozici konkrétní aplikaci (konkrétnímu spojení), pak se tím garantuje i šířka pásma.

1.4 Virtuální okruh

Některé síťové protokoly vytváří v síti virtuální okruh (Virtual Circuit). Virtuální okruh je vedený sítí a všechny pakety spojení pak prochází tímto okruhem. V případě, že okruh se někde přeruší, tak se spojení přeruší, vytvoří se nový okruh a poté se opět mohou přenášet data.

Obr. 1.16 Virtuální okruh
Na obr. 1.16 je vytvořen virtuální okruh mezi uzly A a D přes uzly B, F a G. Všechny pakety musí procházet tímto okruhem.
Na virtuálním okruhu je možné buď přenášet datagramy, kdy okruh negarantuje doručení datagramu příjemci (tj. v případě zahlcení sítě může datagram i zahodit), takovýmto protokolem je např. protokol Frame Relay.

Obr. 1.17 IP-protokol nepoužívá virtuální okruhy
V Internetu se mechanismus virtuálních okruhů nepoužívá, protože zničení uzlu ve virtuálním okruhu znamená přerušení spojení. Proto IP-protokol nepoužívá virtuální okruh. Každý IP-datagram nese IP-adresu příjemce (tj. úplnou směrovací informaci) a je proto dopravován samostatně. Zničení uzlu sítě může zničit pouze IP-datagram právě procházející zničeným uzlem v okamžiku zničení uzlu. Další IP-datagramy jsou směrovány přes jiné uzly.

1.1.1 Pevné a komutované virtuální okruhy

Pevné (Permanent Virtual Circuit – PVC), tj. virtuální okruhy pevně sestavené administrátorem sítě.
Komutované (Switched Virtual Circuit – SVC), tj. virtuální okruhy dynamicky vznikající podle okamžité potřeby.