Technologie počítačové sítě: jak pracuje TCP/IP a ISO/OSI

Počítačová síť je velmi zjednodušeně řečeno několik počítačů spojených nejčastěji technologií Ethernet přes zařízení zvané router, případně switch. Právě router, který v sobě switch integruje, připojí počítačovou síť do dalších sítí, a to tím, že ji celou maskuje jako jediný počítač. Vzniká tak hierarchická topologie, kde se požadavek z vašeho počítače takto postupně přes několik sítí a routerů dostane až na nejvyšší potřebnou úroveň (společnou s cílovým vzdáleným počítačem) a poté je směrován k cílovému počítači.

Každý počítač má tzv. IP adresu, která jej identifikuje v rámci sítě. Pokud chce komunikovat mimo svou síť, musí poslat požadavek na bránu - což je většinou router. Ta je také "označena" IP adresou. Router přidá k posílanému požadavku svoji hlavičku a pošle paket dále.

Kolik počítačů může být v rámci jedné sítě je závislé na takzvané masce. Udává se většinou ve tvaru 255.255.255.0 (ale může vypadat i jinak) a značí, že první tři čísla z IP adresy jsou označení sítě a čtvrté poté číslo samotného počítače. V tomto případě tedy může být v jedné síti jen 254 počítačů (0-255, ale bez multicastu a broadcastu).

Nestačí mít počítače jen fyzicky propojené, je potřeba spousta úkonů, aby si navzájem rozuměly. Aby se data aplikace, která chce něco poslat jinému počítači, daly přenést po drátu, musí se nejprve převést na jedničky a nuly, tedy na elektrické impulsy. Bylo by velmi složité a neefektivní, kdyby se o to měly starat samotné aplikace.

Popis fungování sitě, aneb ISO/OSI

Proto tu máme referenční model ISO/OSI, který komplexně popisuje síťovou architekturu pomoci sedmi vrstev. O některé aspekty přenosu se stará aplikace, o další operační systém a o zbytek síťové prvky. Model ISO/OSI není v praxi nasazen (místo něj se používá jednodušší TCP/IP), ale krásně demonstruje funkce sítě.

Aplikační vrstva se stará o identifikaci uživatelů, síťových zdrojů a implementuje přístup přes komunikační protokol HTTP.

Transportním protokolem je například TCP

Prezentační vrstva tyto data kóduje, komprimuje a případně šifruje. Upravuje také data stejného typu, například obrázky, do formátu srozumitelného pro různé systémy.

Relační vrstva navazuje spojení (sessions) mezi vzdálenými počítači, které se potom domlouvají na typu přenosu (zda bude realizován jako duplexní, nebo simplexní), a přidává do zprávy synchronizační značky sloužící k obnově spojení při výpadku.

Transportní vrstva řeší optimální délku jednotlivých segmentů dat, jejich složení v cíli ve správném pořadí a zasílání "potvrzení o přijetí".

Referenční model ISO/OSI a srovnání s reálně používaným TCP/IP

Síťová vrstva se stará o směrování datových bloků (paketů) napříč sítěmi na základě IP adres a využívá k tomu směrovacích tabulek (například RIP) ve směrovačích. Překládá síťové adresy IP na fyzické adresy MAC a celkově řídí datový tok v síti - nepouští data do jiné sítě, než do které mají podle IP adresy v hlavičce paketu svůj cíl.

Příkladem síťové vrstvy je protokol IP

Linková vrstva řeší komunikaci mezi blízkými prvky sítě, které nejsou odděleny routerem. Datové rámce jsou mezi prvky sítě směrovány na základě fyzických MAC adres. Tato vrstva také vytváří typ spojení. To může být peer-to-peer: rovný s rovným, nebo jedna řídící stanice vůči podřízeným počítačům. Data se zde zabezpečují proti chybám přenosu, například cyklickým redundantním kódem CRC, který vkládá do zprávy informaci navíc, jež je důležitá pro zjištění (a opravení dat) chybného přenosu.

Fyzická vrstva se již zabývá přímo jedničkami a nulami. Řeší, jakým způsobem budou vysílány impulsy do přenosového média na základě jeho vlastností a jak se bude signál modulovat na elektrický signál.