Základy počítačových sítí

Vzájemná komunikace zařízení v počítačové síti se skládá z několika fází a několika komponent. Každý z nich je stejně důležitý, protože každý plní úkoly potřebné pro správnou komunikaci. Tyto kroky jsou definovány tzv. hierarchickým modelem. Každý, kdo zná vrstevnatý model, ví, že jeho pochopení je základem pro další znalosti a dovednosti v oblasti počítačových sítí.

Existují dva vrstevnaté modely, model protokolu TCP/IP a referenční model ISO/OSI. 

Na jedné straně jsou si podobné, na druhé straně každý model komunikuje trochu jinak. Než si však tyto dva modely rozebereme a vysvětlíme rozdíly mezi nimi, řekneme vám proč byste je měli používat, k čemu se používají a jaké jsou výhody jejich používání.

Rozdělení síťového komunikačního procesu do vrstev má mnoho výhod, z nichž nejdůležitější jsou:

- jednodušší definice komunikačních pravidel a zásad (jedná se o komunikační protokoly),

- možnost práce se síťovým hardwarem a softwarem od různých výrobců,

- snazší pochopení možností celého komunikačního procesu,

- schopnost řídit proces komunikace.

Než se data ze zdrojového zařízení dostanou do koncového zařízení, musí urazit dlouhou cestu, během níž jsou nejprve řádně označena, tagována, popsána specifickými informacemi, které umožňují jejich identifikaci, a poté přenášena mezi mnoha zprostředkujícími zařízeními, dokud se nedostanou k příjemci, který je musí následně přeložit.

Bez takového modelu, který rozděluje komunikaci na menší, srozumitelnější a lépe zvládnutelné části, by bylo možné komunikaci a definuje úkoly, které je třeba provést na každé vrstvě, bude obtížné správně řídit síťovou komunikaci, protože množství řešení a technologií vytváří nekontrolovaně velký chaos. Představte si situaci, v níž neexistuje žádná takováto tvorba, žádná pravidla popisující komunikaci, a každý výrobce hardwaru a softwaru vytváří svůj vlastní nezávislý systém.

Samozřejmě, že v řešení jedné společnosti bude komunikace velmi efektivní a rychlá, ale řešení dvou různých společností mohou být vzájemně nekompatibilní. V praxi používáme síťový hardware a software od různých firem, a to díky rozdělení na samostatné vrstvy s pravidly a úkoly popisujícími jejich fungování. Tato pravidla a úkoly jsou pro všechny stejné, ale každá společnost, každý výrobce, ať už hardwaru nebo softwaru, je může implementovat po svém.

Typickým příkladem jsou operační systémy. Někteří uživatelé používají systém Windows, někteří distribuce Linuxu a někteří MacOS. Každý z těchto systémů je jiný a každý z nich provádí webové úlohy jiným způsobem, ale v konečném důsledku v každém z těchto systémů bude webová stránka nebo e-mail vypadat stejně nebo alespoň podobně. Proto jsou některé z nejdůležitějších výhod použití hierarchického modelu patří:

- řízení procesu síťové komunikace,

- definovat její pravidla a úkoly,

- schopnost spolupráce na úrovni hardwaru a softwaru mezi síťovými produkty různých výrobců,

- a kontrolovat správnost komunikace.

Nyní, když známe účel hierarchických modelů, přejděme k diskusi o jejich nejdůležitějších vlastnostech. Oba modely vznikly již dávno v 70. letech minulého století, ale jsou stále aktuální a používají se dodnes. Prvním je model TCP/IP, známý jako model protokolu. Každá z jeho vrstev provádí specifické úkoly pomocí specifických protokolů. Na druhé straně modely ISO/OSI, známé jako referenční modely, se častěji používají pro analýzu s cílem lépe pochopit komunikační procesy probíhající v síti a jsou modely pro návrh síťových řešení, a to jak hardwarových, tak softwarových.

V případě modelu TCP/IP rozlišujeme 4 vrstvy, a to aplikační, transportní, internetovou a přístupovou síťovou.

Aplikační vrstva umožňuje uživatelům využívat síťové služby, jako je síť, e-mail, sdílení souborů, připojení k terminálu a zasílání rychlých zpráv. Svým studentům vždy říkám, že tato vrstva je nejblíže uživateli, protože nám umožňuje plně využít výhod moderních webových služeb. Například když sedíme u počítače a spustíme webový prohlížeč, používáme webu na úrovni aplikační vrstvy.

Pod ní se nachází transportní vrstva, jejímž hlavním úkolem je efektivní komunikace mezi zařízeními. V této vrstvě jsou data rozdělena na menší části, a následně doplněna o další informace, které umožňují její distribuci do příslušné aplikace v cílovém zařízení a její připojení k cílovému zařízení v systému ve správném pořadí.

Pak je tu internetová vrstva, jejímž hlavním úkolem je najít nejkratší a nejrychlejší cestu k cílovému zařízení přes síť WAN, podobně jako GPS v autě, ale také používá logické adresy (IP adresy) pro adresování dat.

Nakonec tu máme vrstvu pro přístup k síti, která kóduje data jako čisté bity (nuly) a jedniček) a přenáší je na přenosové médium a adresuje je, tentokrát prostřednictvím fyzické adresy (MAC adresa).

Model ISO/OSI se skládá ze 7 vrstev (aplikační, prezentační, relační, transportní, síťové, datové a fyzické).

Na vrcholu tohoto modelu můžeme rozlišit aplikační vrstvu, která zde funguje velmi podobně jako v modelu TCP/IP v tom smyslu, že umožňuje koncovým uživatelům sítě používat síťové aplikace.

Dále je zde prezentační vrstva, která aplikační vrstvě sděluje informace o použitém formátu dat, např. informuje, které typy souborů budou přenášeny, a je zodpovědná za správné kódování dat ve zdrojovém zařízení a dekódování v zařízení přenosovém.

Pod ní se nachází vrstva relací, která spravuje relace uživatelů prostřednictvím například webové stránky nebo videokomunikace.

Ještě o krok dále máme transportní vrstvu, která je opět úplně stejná jako transportní vrstva v modelu TCP/IP a v obou případech je funkce této vrstvy naprosto stejná.

Dále je zde síťová vrstva, která je ekvivalentem internetové vrstvy modelu TCP/IP, tj. velmi podobné funkce, jako je adresování a určení nejlepší cesty pro přenos dat.

Následuje vrstva datového spoje, jejímž hlavním úkolem je řídit přístup k přenosovému médiu a adresovat data, ale tentokrát je přenášet mezi hostiteli v síti LAN.

Nakonec fyzická vrstva zakóduje data do čistých bitů (jedniček a nul) a přenese je přes přenosové médium do příslušného zařízení.

Oba modely jsou si velmi podobné. Výsledný rozdíl je patrný v horních vrstvách, v případě modelu ISO/OSI je rozdělen do 3 vrstev, zatímco v případě modelu TCP/IP plní stejnou funkci pouze jedna vrstva. Vrstvy jsou vidět s podobným rozdílem, že v modelu ISO/OSI máme dvě oddělené vrstvy datového spoje a fyzické vrstvy, zatímco v případě modelu TCP/IP existuje pouze jedna přístupová vrstva sítě.