Sítě – odpovědi na kontrolní otázky

Bit (b) je nejmenší jednotka informace, nabývá 2 hodnot (0 nebo 1). Byte (B) je větší jednotka, skupina 8 bitů, nabývá 256 hodnot. Větší jednotky jsou násobky Bytu: kB, MB, GB, TB.

Základní jednotka informace. Nabývá dvou hodnot: 0 nebo 1 (0 = nevede proud, 1 = vede proud). Příklad: vypínač je jednobitové zařízení.

Jednotka informace větší než bit. 1 B = 8 b, nabývá 256 hodnot (2⁸, tedy 8 bitů, každý má 2 hodnoty).

1 B = 8 b.

1 TB = 1024 GB (binárně, 2¹⁰). Výrobci disků počítají desítkově, tam je 1 TB = 1000 GB.

Propojení více uzlů (počítačů a dalších prvků) mezi sebou. K propojení jsou potřeba hardwarové a softwarové prostředky. Propojení může být trvalé (kabely, síť je připojena i po přenosu dat) nebo dočasné (modem, Wi-Fi, síť se po přenosu odpojí).

Uzel je obecně jakékoli zařízení v síti. Příklady: pracovní stanice, server, aktivní prvek (switch, router, hub), síťová tiskárna. Uzly jsou mezi sebou propojeny kabely nebo bezdrátově.

Souhrn norem a předpisů, které určují způsob zpracování dat během přenosu po síti. Příklad: Ethernet (IEEE 802.3), Wi-Fi (IEEE 802.11). Díky standardům spolu komunikují zařízení různých výrobců.

Je to širší pojem než topologie. Zahrnuje topologii sítě (způsob propojení uzlů) a standard sítě (normy pro přenos dat). Ve vrstevnatém pojetí je architektura konkrétnější než model: navíc určuje způsob fungování vrstev a síťové protokoly (např. TCP/IP).

Základní jsou sběrnice (bus), hvězda (star) a kruh (ring). Dále se uvádí strom a plně/částečně propojená síť (mesh).

• LAN (Local Area Network): malá rozloha, jedna budova, kabeláž řádově kilometry, několik set PC, většinou jednotná architektura.
• MAN (Metropolitan Area Network): střední rozloha, propojení lokálních sítí v rámci jednoho města (např. firma na více místech ve městě).
• WAN (Wide Area Network): velká rozloha (stovky až tisíce km, státy, kontinenty), propojení sítí různé architektury a topologie, např. Internet.

• Sdílení dat: s daty může současně pracovat více uživatelů (aplikace to musí podporovat).
• Sdílení prostředků: hardware (tiskárny, disky, modemy) i software (např. databáze).
• Vyšší spolehlivost: sdílený prostředek lze snadno nahradit jiným, data jsou bezpečně na serverech.
• Lepší ochrana dat: systém přístupových práv chrání před uživateli.
• Komunikace mezi uživateli: zprávy, e-mail, dialog, hlasová komunikace.

• Uzly sítě: servery, pracovní stanice, aktivní prvky.
• Hardware sítě: kabeláž, síťové karty, aktivní prvky, konektory.
• Software sítě: síťový operační systém, protokoly, aplikace.
• Organizační zabezpečení sítě: správce sítě, pravidla, přístupová práva, zálohování.

Stanice je k serveru připojena pomocí aktivních prvků.

Souborový (file), tiskový (print), databázový, webový, poštovní (mail), FTP, aplikační, DNS, DHCP, proxy, doménový řadič (autentizace).

Vyhrazený (dedicated): počítač slouží pouze jako server, nikdo na něm nepracuje jako na stanici. Nevyhrazený: počítač je zároveň server i pracovní stanice, někdo na něm běžně pracuje (typické pro malé sítě).

Centralizovaný: služba (data) je na jednom serveru, všichni jdou na něj. Jednoduchá správa, ale při výpadku nic nefunguje. Distribuovaný: služba je rozložena na více serverů, které spolupracují (např. DNS, replikace databází). Vyšší spolehlivost a výkon, složitější správa.

Mainframe je velký výkonný centrální počítač, který zpracovává úlohy mnoha uživatelů. Terminál je jednoduché zařízení (klávesnice a obrazovka) bez vlastního výpočetního výkonu, připojené k mainframe. Vše se počítá na mainframe.

Poskytování výpočetních prostředků (výkon, úložiště, aplikace) přes internet na požádání. Uživatel nevlastní ani nespravuje hardware, platí za užívání. Modely: IaaS (infrastruktura), PaaS (platforma), SaaS (hotová aplikace, např. Gmail, Office 365).

Sériový: bity se posílají jeden za druhým po jednom vodiči (páru). Paralelní: více bitů (např. celý Byte) se posílá současně po více vodičích.

Při stejné taktovací frekvenci je paralelní rychlejší, protože za jeden takt přenese víc bitů. V praxi ale paralelní přenos trpí přeslechy a nestejným zpožděním vodičů (bity dorazí v jiný čas), potřebuje hodně vodičů a je drahý. Sériový přenos jde proto taktovat mnohem výš a na delší vzdálenost je rychlejší a levnější.

Sériově.

K datovým bitům se přidá jeden paritní bit, tak aby celkový počet jedniček byl:

• sudý (even parity) nebo
• lichý (odd parity).

Příjemce jedničky spočítá. Když počet nesedí, došlo k chybě. Příklad (sudá parita): data 1011001 mají 4 jedničky, paritní bit = 0. Data 1011000 mají 3 jedničky, paritní bit = 1.

Zachytí lichý počet chyb (1 bit), sudý počet chyb (2 bity) nezachytí a chybu neumí opravit, jen zjistit.

• paritní bit (nejjednodušší),
• kontrolní součet (checksum, např. v IP hlavičce, TCP, UDP),
• CRC (cyklický redundantní součet, v rámcích na linkové vrstvě),
• potvrzování přijatých dat (TCP) a opakování při ztrátě.

Opravu chyb umožňují samoopravné kódy (např. Hammingův).

• Amplituda A: nejvyšší hodnota signálu v periodě.
• Perioda T: doba opakování průběhu signálu (v sekundách).
• Frekvence f: počet period za sekundu, f = 1/T, v Hz. Je nepřímo úměrná periodě.
• (Fáze φ: časový posun signálu.)

Modulace = „vložení“ dat na nosnou vlnu (harmonický sinusový signál, který se šíří s nejmenšími ztrátami). Přenos v přeloženém pásmu.

• Amplitudová (AM): mění se amplituda nosné.
• Frekvenční (FM): mění se frekvence nosné.
• Fázová (PM): mění se fáze (posun) nosné.

V praxi se kombinují (např. QAM = amplitudová + fázová, QPSK 2 bity na prvek, 256-QAM 8 bitů na prvek). Digitální data bez modulace = přenos v základním pásmu.

• Modulační rychlost: počet změn modulovaného signálu za sekundu, v Baudech (Bd). Neříká nic o tom, kolik informace se přenese.
• Přenosová rychlost: velikost přenesené informace za jednotku času, v bitech za sekundu (b/s, bps).

Přenosová = modulační × počet bitů na jeden prvek (stav signálu). Rovnají se pouze u dvoustavové modulace (1 prvek = 1 bit). Příklad: 4 stavy (QPSK) = 2 bity na prvek, 1000 Bd = 2000 b/s.

Rozsah přenášených frekvencí (od–do, v Hz). Je dána fyzikálními vlastnostmi přenosového média a kvalitou cest (odstup signálu od šumu). Určuje maximální přenosovou rychlost: maximální modulační rychlost = 2 × šířka pásma.

• Přenosová cesta: fyzické prostředky pro přenos dat (kabel metalický či optický, radiová cesta – mikrovlnný nebo družicový spoj). Charakterizuje ji šířka pásma. Z jedné cesty lze vytvořit více okruhů (multiplex), z více cest jeden okruh (trunking).
• Přenosový kanál: souhrn prostředků tvořících telekomunikační spojení dvou míst. Je jednosměrný, charakterizuje ho šířka pásma, přenosová rychlost, šum. Umožňuje poloduplexní režim.
• Okruh: dva kanály (každý pro jeden směr) = obousměrný přenos, duplexní režim.
• Spoj: okruh vybavený na koncích koncovými zařízeními (telefon, modem, stanice).

• Multiplex: rozdělení přenosového kanálu s velkou šířkou pásma na více logických podkanálů. Po jednom kabelu lze přenášet více přenosů najednou (z jedné cesty více okruhů). Používá se k lepšímu využití kabelů.
• Trunking: opak, spojení více cest do jednoho okruhu. Tím se zvětší šířka pásma okruhu, případně se okruh složí z cest za sebou, když neexistuje jedna přímá cesta mezi koncovými uzly. (U switchů je trunking spojení více portů, které se chovají jako jeden, např. 4×100 Mbps = 400 Mbps.)

• Frekvenční (FDM): každému podkanálu je vyhrazena určitá část frekvenčního pásma. Signál se u vysílače posune do této oblasti (multiplexor), u příjemce zpět (demultiplexor). Analogová technika (analogové telefonní sítě).
• Časový (TDM): každému podkanálu je vyhrazena celá šířka pásma, ale jen v pravidelných časových intervalech (slotech). Účinnější než FDM. Vhodný pro rovnoměrnou zátěž, jinak se kapacita plýtvá. Data není nutné identifikovat, protože sloty jsou pevné.
• Statistický (STDM): kapacita není pevně přidělena, přiděluje se podle okamžité potřeby. Lepší využití pásma při proměnlivé zátěži, ale nezaručuje kapacitu a data musí být identifikována. Varianta paketového přenosu.

FDM a TDM jsou izochronní (garantují šířku pásma), statistický ne.

• Simplex: data jen jedním směrem, nelze otočit směr (např. jedno optické vlákno).
• Poloduplex (half-duplex): oběma směry, ale ne současně (vysílá se střídavě, např. vysílačky, hub).
• Duplex (full-duplex): oběma směry současně (dva kanály, např. telefon, switch).
• Agregace: sdílení kapacity jednoho přenosového kanálu více uživateli. Agregace 1:20 znamená 20 uživatelů na jeden kanál, 1:1 jeden uživatel. Důležité u poskytovatelů internetu: uvádějí maximální, ne garantovanou rychlost.

• Spojovaná: před přenosem se naváže spojení (vytýčí cesta), pak se přenášejí data, nakonec se spojení ukončí. Pakety jdou stejnou cestou. Příklad: TCP, telefon.
• Nespojovaná: data se posílají bez navázání spojení, každý paket samostatně a může jít jinou cestou (obdoba listovní zásilky). Příklad: IP, UDP.

Varianta přepínání paketů, která odstraňuje pomalost datagramové služby. Před přenosem se odešle zvláštní paket s adresou odesílatele a příjemce, projde sítí a „zapamatuje si cestu“ (informace o ní se zapíše do každého uzlu). Následující pakety už neobsahují adresu příjemce, jen identifikátor virtuálního spoje. Je to spojovaná služba (např. technologie ATM).

Počítače mají různé technické vybavení a jsou od různých výrobců. Standardy zajišťují kompatibilitu, takže zařízení spolu v síti komunikují bez problémů.

Souhrn norem a předpisů, kterými se řídí přenos dat v síti (kabely, konektory, signály, formát rámců, protokoly, přístupové metody). Příklad: IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.11 (Wi-Fi), TCP/IP.

Přenos dat po síti je složitý, proto se rozdělí na menší celky, vrstvy (dekompozice), a každá se řeší samostatně. Každá vrstva řeší přenos na určité úrovni. Pravidla:

• rozhraní mezi vrstvami je přesně definované,
• komunikují spolu jen sousední vrstvy (nelze přeskočit),
• nižší vrstva poskytuje služby vyšší,
• stejnolehlé (peer) vrstvy dvou uzlů komunikují pomocí protokolů.

Výhoda: vrstvy se řeší nezávisle, jednu lze vyměnit (stejný síťový software běží na různé kabeláži).

• Port: bod na rozhraní dvou vrstev (Service Access Point), kde vrstva poskytuje služby. U TCP/IP je to 16bitové číslo identifikující aplikaci (proces) na uzlu.
• Protokol: pravidla komunikace mezi dvěma stejnolehlými vrstvami komunikujících uzlů. Určuje také strukturu paketu.
• Rámec (frame): skupina dat na linkové vrstvě (např. Ethernet).
• Paket: skupina dat na síťové vrstvě (IP paket, datagram).
• Segment: skupina dat na transportní vrstvě (TCP segment, UDP datagram).
• Hlavička (header): informace, které vrstva přidá k datům pro partnerskou vrstvu. Vše ostatní považuje za data. Její formát určuje protokol.

Model je obecnější: určuje počet vrstev a úkoly vrstev (např. ISO/OSI). Architektura je konkrétnější: navíc určuje, jak vrstvy fungují, a obsahuje konkrétní protokoly (např. TCP/IP).

Pokus o vytvoření univerzální síťové architektury, který skončil jako síťový model. ISO = International Organization for Standardization, OSI = Open System Interconnection (otevřený systém). Je to vrstevnatý model se 7 vrstvami, nezahrnuje protokoly. V praxi se moc neuplatnil (vznikl „maximalisticky“, odtržen od praxe), používá se jako referenční, hlavně k vysvětlování.

7 vrstev (odshora):

1. aplikační (application)
2. prezentační (presentation)
3. relační (session)
4. transportní (transport)
5. síťová (network)
6. linková / spojová (data link)
7. fyzická (physical)

Rozdělení: fyzická, linková, síťová jsou orientované na přenos dat, relační, prezentační, aplikační na podporu aplikací. Mezi skupinami leží transportní vrstva (přizpůsobovací).

4 vrstvy: aplikační, transportní, síťová (IP vrstva), vrstva síťového rozhraní.

Obrázek v souboru chybí. Předpokládám schéma TCP/IP z prezentace „Architektura TCP/IP“ (vrstvy s protokoly), je v něm tohle:

• Útlum: zeslabení signálu s délkou (dB), určuje max. délku segmentu.
• Přeslechy (NEXT): rušení signálu z vedlejších párů.
• Impedance: odpor kabelu pro střídavý signál (UTP 100 Ω, koax 50 Ω).
• Šířka pásma: rozsah přenášených frekvencí (MHz), určuje max. rychlost.
• Maximální délka segmentu (UTP 100 m).
• Odolnost proti rušení (stínění), cena, průměr a ohebnost.

• Metalické: koaxiální kabel (dříve sběrnice), kroucená dvojlinka (UTP, STP, FTP).
• Optické: jednovidové (SM), mnohovidové (MM).
• (Bezdrátové cesty: Wi-Fi, mikrovlny, družice.)

UTP (Unshielded Twisted Pair): nestíněná kroucená dvojlinka, jen páry vodičů zakroucené proti rušení. Levná, nejběžnější. STP (Shielded Twisted Pair): stíněná, páry (a/nebo celý kabel) mají stínění z fólie či pletiva. Lepší odolnost proti rušení, dražší, hůř se instaluje, stínění se musí uzemnit.

Kategorie (Cat) určuje kvalitu kabelu podle normy: max. frekvenci (šířku pásma), útlum, přeslechy, a tím dosažitelnou přenosovou rychlost. Vyšší kategorie = vyšší frekvence a rychlost.

Minimum pro nové sítě: Cat 5e (gigabit). Doporučuje se ale Cat 6 nebo 6A.

RJ-45 (8P8C, 8 kontaktů, ke kabelu se krimpuje). U pevné kabeláže zásuvka keystone a patch panel. (RJ-11/RJ-12 jsou menší telefonní konektory.)

• Nekřížené (přímé, straight-through): na obou koncích stejné zapojení (T568B–T568B). Pro různá zařízení: PC – switch/hub, PC – router, switch – router.
• Křížené (crossover): jeden konec T568B, druhý T568A, prohozeny páry 1,2 ↔ 3,6. Pro stejná zařízení: PC – PC, switch – switch, hub – hub.

Moderní switche mají Auto-MDI/MDI-X, které zapojení rozpozná, takže se křížený kabel nemusí používat.

Na obou koncích T568B:

Piny se číslují zleva doprava při pohledu na konektor zepředu, s kontakty nahoru a západkou dolů.

Jeden konec T568B (jako v 4.9), druhý T568A:

Vysílací pár (1,2) jednoho konce jde na přijímací pár (3,6) druhého.

Vysílač (LED nebo laserová dioda) převede elektrické impulsy na světelné. Světlo se vláknem šíří úplným odrazem na rozhraní jádra a pláště (plášť má jiný index lomu než jádro). Přijímač (fotodioda, fototranzistor) převede světelné impulsy zpět na elektrické. Přenos po jednom vláknu je jednosměrný, proto se pro obousměrný používají dvě vlákna. Sklo má nízký útlum pro vlnové délky 850, 1300 a 1550 nm.

• Skokový (step-index): jádro je homogenní, index lomu se na rozhraní jádro–plášť mění skokem. Paprsky se odrážejí, každý urazí jinou vzdálenost, dorazí v různý čas, signál se zkreslí (vidová disperze).
• Gradientní (graded-index): index lomu jádra se plynule mění od osy k plášti. Paprsky se ohýbají a dorazí na konec prakticky současně, bez zkreslení. Proto se používají gradientní vlákna.

Rozmezí úhlů, pod kterými může paprsek vstoupit do jádra, aby na rozhraní jádro–plášť došlo k úplnému odrazu a byl veden vláknem. Vypočítá se z indexů lomu: NA = sin θ_max = √(n_jádro² − n_plášť²). MM vlákna mají velkou aperturu (snadné navázání světla z LED), SM malou (6° až 8°).

Různé vidy (paprsky) se vláknem šíří po různých drahách a dorazí za různou dobu, takže se výstupní signál zkreslí (impulsy se rozmažou a překrývají). Omezuje dosah vlákna. Vyhnout se jí lze jednovidovým vláknem (jen jeden vid) nebo gradientním mnohovidovým vláknem, případně kratší trasou.

Náčrt je schematický (čelo konektoru s ferulí uprostřed). U ST jsou vidět bajonetové výstupky, u FC závitový kroužek, u LC západka.

Minimálně 20 × vnější průměr kabelu, raději větší. Při větším ohybu roste útlum, u SM paprsek může z vlákna „vyletět“.

S těsnou sekundární ochranou (900 µm, vlákno drží pevně v ochranných vrstvách z plastu či silikonu). Vlákna ve volných trubičkách by ve svislé poloze sjížděla. Pokud se přesto použije volná ochrana, musí se v každém patře udělat smyčka. Těsná ochrana je jen u mnohovidových vláken (umožňuje přímé konektorování).

Jádro 7 až 10 µm (typicky 9 µm), plášť 125 µm (označení 9/125).

Jádro 50 µm nebo 62,5 µm, plášť 125 µm (označení 50/125, 62,5/125).

Jednotný, normalizovaný kabelážní systém budovy (nebo areálu), nezávislý na aplikaci (data, telefon, kamery). Stejná kabeláž slouží různým službám a je snadno rozšiřitelná. Skládá se z podsystémů:

• horizontální (od datového rozvaděče v patře k zásuvkám, kroucená dvojlinka, max. 90 m + 10 m propojovací kabely),
• vertikální / páteřní (mezi patry a rozvaděči, často optika),
• areálová (mezi budovami).

Součásti: datové rozvaděče, patch panely, zásuvky, propojovací (patch) kabely. Normy např. ISO/IEC 11801, ČSN EN 50173.

Rámec (frame) je blok dat na linkové vrstvě. Linková vrstva organizuje bity do rámců, přidává adresy a CRC. Ethernetový rámec:

Minimální velikost rámce je 64 B, maximální 1518 B (bez preambule), přičemž data (MTU) jsou 1500 B.

• preambule a SFD (synchronizace příjemce),
• cílová MAC adresa (6 B), zdrojová MAC adresa (6 B),
• typ / délka (2 B): typ protokolu vyšší vrstvy (0x0800 = IP, 0x0806 = ARP).

Na konci je ještě FCS (CRC) pro kontrolu bezchybnosti.

48 bitů (6 B), zapisuje se hexadecimálně, např. 00:1A:2B:3C:4D:5E. První 3 B identifikují výrobce (OUI), zbylé 3 B jsou číslo karty. Je uložena v síťové kartě (NIC), v její paměti ROM/firmwaru. Broadcast na linkové vrstvě je FF:FF:FF:FF:FF:FF.

Standard Ethernetu od organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Definuje fyzickou vrstvu a MAC podvrstvu linkové vrstvy, přístupovou metodu CSMA/CD, formát rámce. Různé verze: 802.3u (Fast Ethernet), 802.3z a 802.3ab (Gigabit), 802.3an (10GBase-T).

ipconfig /all

Ve výpisu je u adaptéru řádek „Fyzická adresa“ (Physical Address). Alternativa: getmac.

Označení má tvar rychlost (Mbps) + Base (přenos v základním pásmu) + médium. T = kroucená dvojlinka (twisted pair), F/X/L/S = optika.

V zadání je „1000Base-TXC“, což beru jako překlep za 1000Base-TX/T.

Obrázek v souboru není. V tomhle místě otázek to bývá Ethernetový rámec, jeho popis máš v 5.1 (preambule, SFD, cílová a zdrojová MAC, typ/délka, data, FCS). Pokud to je jiný obrázek, pošli ho a doplním to.

• Sdílené médium: na tomtéž médiu (kabel, rádiový kanál) je více uzlů a v jednom okamžiku smí vysílat jen jeden.
• Kolize: začne-li na sdíleném médiu vysílat více než jeden uzel současně. Signály se „smíchají“ a data jsou zničena. Kolize zpomalují síť.

Určují právo stanice vysílat na sdíleném médiu. Řeší vzniklé kolize, případně jejich vznik vylučují. Použitá metoda závisí na standardu sítě a ovlivňuje spolehlivost i rychlost sítě. Na linkové vrstvě je definuje podvrstva MAC.

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. CS = uzel poslouchá, zda někdo vysílá. MA = médium sdílí více uzlů. CD = uzel zjistí kolizi. Algoritmus:

1. Uzel chce vysílat a naslouchá (detekuje nosnou).
2. Vysílá někdo? Ano → čeká, až skončí. Ne → začne vysílat.
3. Během vysílání dál poslouchá (po dobu „kolizního okénka“ t, kdy se signál rozšíří po celé kolizní doméně).
4. Zjistí-li kolizi, nepřestane hned, pošle jam signál (zaplní doménu, aby kolizi zaznamenali všichni).
5. Odmlčí se na náhodně zvolenou dobu a zkusí znovu. Při další kolizi se interval zdvojnásobí (max. 10×), pak hlásí vyšším vrstvám „neprůchodná síť“.
6. Když uzel do doby t kolizi nezaznamená, má jistotu, že mu už nikdo nevstoupí do řeči, a odvysílá rámec.

Důsledek: je omezená délka kolizní domény a existuje minimální velikost rámce (musí vysílat dost dlouho, aby kolizi zachytili všichni).

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (předcházení kolizím), používá se u Wi-Fi (bezdrátově se kolize nedají poslouchat při vysílání). Algoritmus:

1. Uzel detekuje nosnou. Pokud nikdo nevysílá, odvysílá rámec.
2. Čeká na potvrzení od příjemce paketem ACK.
3. Nepřijde-li ACK, přenos zopakuje.
4. Pokud někdo vysílá, uzel se odmlčí na náhodnou dobu a zkusí to znovu.

Rozšíření, které řeší problém skrytého uzlu (dvě stanice se navzájem neslyší, ale slyší je přístupový bod).

1. Uzel, který slyší volný kanál, pošle krátký paket RTS (Request to Send, žádost o vysílání) s údajem o době trvání přenosu.
2. Příjemce odpoví krátkým paketem CTS (Clear to Send) s dobou trvání přenosu.
3. Po přijetí CTS odesílatel odešle svá data.
4. Příjemce zkontroluje data (CRC) a potvrdí ACK. Bez ACK se vše opakuje.
5. Ostatní stanice v dosahu slyší RTS/CTS, znají délku přenosu a nastaví si NAV (indikátor obsazení média), po tu dobu nevysílají.

Kolize se tak omezí jen na dobu vysílání RTS. RTS/CTS je výhodné pro velké pakety (lze vypnout, RTS threshold). Multicasty a broadcasty se nepotvrzují.

Umožňují zvýšení počtu stanic v LAN, zvýšení dosahu sítě, propojení kabelových segmentů, funkci sítě pro danou topologii a propojení sítí LAN mezi sebou.

Repeater (opakovač, zesilovač), transceiver / převodník (konvertor), hub (rozbočovač), bridge (most), switch (přepínač), router (směrovač), gateway (brána).

Vrstva síťového rozhraní = fyzická + linková z OSI.

Nejjednodušší aktivní prvek. Pracuje na fyzické vrstvě, přijme signál, případně jej očistí od šumu, zesílí a odešle dál. Zvětšuje dosah sítě (počet stanic, délku kabelu). Propouští provoz do všech segmentů, neumí filtrovat. Počet opakovačů je omezen (zpoždění mezi dvěma uzly), max. dva. U bezdrátových sítí se používá transponder, expander (bývá na výškových budovách).

Transceiver / konvertor funguje jako repeater, navíc umožňuje přechod z jednoho typu kabelu na jiný: kroucená dvojlinka ↔ optika (1000BaseTX ↔ 1000BaseFX), mnohovidové ↔ jednovidové vlákno (1000BaseSX ↔ 1000BaseLX). Pracuje na fyzické vrstvě a používá se ke zvýšení dosahu (u MM stovky metrů, u SM desítky km).

Rozbočovač (concentrator), fyzická vrstva, v principu víceportový repeater. Signál z jednoho portu zopakuje na všechny ostatní porty. Nerozlišuje adresy, celá síť je jedna kolizní doména, přenosová kapacita se dělí mezi všechny stanice, pracuje poloduplexně. Fyzicky hvězda, logicky sběrnice. Dnes je nahrazen switchem.

Pracuje na linkové vrstvě, v zásadě víceportový most určený pro hvězdicovou topologii (místo hubu). Pracuje s rámci a při filtraci se rozhoduje podle MAC adres.

• Adresy uzlů na portech zjišťuje dynamicky: z rámců čte adresu odesílatele a ukládá ji do tabulky CAM (jaká MAC je na kterém portu). Adresy lze zadat i staticky.
• U příchozího rámce podle cílové MAC najde port a rámec předá jen na něj.
• Neznámý rámec (cíl není v tabulce) a broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) pošle na všechny porty kromě toho, odkud přišel.
• Umožňuje více paralelních spojení a plný duplex, každý port je samostatná kolizní doména.

Bridge nebo switch udržuje tabulku MAC adres uzlů v jednotlivých segmentech a porovnává ji s adresou příjemce v rámci. Když adresa sedí, rámec propustí do příslušného segmentu, jinak jej odfiltruje. Výhoda: na segment se nedostanou „cizí“ rámce, nižší zatížení sítě. Filtrovat umí bridge, switch (a router, L3 switch, ty filtrují i pakety). Repeater a hub nefiltrují.

Kolize: souběžné vysílání více uzlů na sdíleném médiu. Kolizní doména: oblast sítě, ve které se šíří kolize (délka segmentu nebo segmentů spojených opakovači). Omezena délkou segmentů a počtem opakovačů.

Prvky na fyzické vrstvě kolizní domény nedělí, prvky na linkové a vyšší vrstvě ano.

Dále L2 × L3 (přepínání na 3. vrstvě), spravovatelný × nespravovatelný.

Určují, jak switch manipuluje s rámci:

K přetížení dochází, když dva či více uzlů posílá data na jeden port. Switch začne data ukládat do cache, ta se může zahltit. Řešení:

• zahazování rámců (přenos se musí zopakovat),
• poslání signálu „přetížení“ vysílajícím portům, ty přestanou vysílat,
• zablokování celého segmentu.

(U L3 switche se při přetížení zahazují nejdřív broadcasty, pak multicasty, nakonec unicasty.)

Běžný switch pracuje na 2. vrstvě (rámce, MAC). Switch na 3. vrstvě pracuje s pakety (IP adresy) jako router. Je to kombinace switche a routeru (multilayer switch): přepíná i směruje.

• automatické řízení broadcastů (dělí síť na broadcastové domény, omezuje zbytečný provoz),
• filtrace RIP paketů (RIP jde jen na port, kde je router),
• rozšířené filtrování rámců (podle portů, MAC, protokolů),
• monitorování portů (kopie provozu na monitorovací port),
• trunking (spojení více portů do jednoho),
• virtuální sítě (VLAN) bez nutnosti routeru,
• efektivnější zjišťování MAC k IP (tabulka místo ARP broadcastu),
• při přetížení se zahazují nejdřív broadcasty.

Broadcast: rámec nebo paket bez konkrétní cílové adresy, zasílaný všem uzlům v síti (L2: FF:FF:FF:FF:FF:FF, L3: 255.255.255.255 nebo adresa s jedničkami v uzlové části). Používá se pro některé služby (ARP, dynamické směrování). Broadcastová doména: část sítě, do které se broadcast dostane. Unicast = pro konkrétní uzel, multicast = pro skupinu uzlů.

Tři skupiny filtrů, lze nastavit současně (snižují zatížení a zvyšují zabezpečení proti neautorizovanému přístupu):

• podle portů: pro každý vstupní port povolené výstupní porty,
• podle MAC adres: pro porty povolené MAC adresy,
• podle protokolů: pro každý protokol (např. TCP/IP) povolené a zakázané porty.

• zvyšuje výkonnost sítě bez zásahů do ní (jen vyměníš hub za switch),
• vytváří více paralelních spojení, přenos mezi více porty současně (rychlost = počet portů × rychlost portu),
• dělí síť na samostatné kolizní domény, na portu s jedním uzlem nejsou kolize,
• možný plný duplex (dvojnásobná rychlost, např. 100 → 200 Mbps),
• posílá rámec jen na cílový port (bezpečnější, nižší zatížení),
• hub sdílí kapacitu mezi všechny stanice.

• médium umožňuje oddělený přenos v obou směrech (dva páry / dvě vlákna),
• na segmentu jsou jen dva uzly (spojení point-to-point),
• obě zařízení (síťová karta i port) full duplex podporují a mají ho zapnutý (auto-negotiation),
• není sdílené médium (žádný hub), tedy žádné kolize a CSMA/CD se nepoužívá.

Stejně jako výše: koncový uzel je připojen přímo k portu switche (ne přes hub), karta i port switche podporují full duplex (nastaveno ručně nebo auto-negotiation) a kabel má oddělené páry pro vysílání a příjem (UTP, optika se dvěma vlákny). Port pak tvoří samostatnou kolizní doménu bez kolizí.

VLAN: fyzické propojení uzlů se liší od logického uspořádání. Porty switche se rozdělí do skupin a vzniknou samostatné sítě (broadcastové domény), přestože jsou fyzicky v jednom switchi. Lze propojit i vzdálené sítě v různých lokalitách. Klasicky je k propojení VLAN potřeba router, u L3 switche router není potřeba, switch funguje zároveň jako switch i router. VLAN se dají vytvářet přes trunk.

Rozhodování o dalším směru přenosu paketů do cílové sítě (síťová vrstva, provádí ho router). V každém mezilehlém uzlu se pro paket hledá vhodná cesta podle směrovací tabulky.

• Statické (neadaptivní): tabulky se zadají ručně, nereagují na změny. Při výpadku může směrování přestat fungovat.
• Dynamické (adaptivní): směrovače reagují na změny v síti, potřebují pravidelné informace o stavu sítí (např. RIP, OSPF).

Podle toho, kdo počítá tabulky:

• Centralizované: společné výpočetní centrum počítá cesty a rozesílá je (jednorázově nebo průběžně). Při výpadku centra směrování nefunguje, zatěžuje síť. Nepoužívá se.
• Izolované: každý router rozhoduje sám, nespolupracuje. Jen doplňkové metody: záplavové (paket na všechny porty kromě toho, odkud přišel), horké brambory (na nejméně vytížený port, při přetížení), zpětné učení (učí se z adres příchozích paketů).
• Distribuované: každý router si počítá tabulku sám podle algoritmu, směrovače spolupracují a vyměňují si informace o topologii (vector-distance, link-state, hierarchické směrování).

Tabulka v routeru (i v počítači), podle které se rozhoduje o dalším směru paketu. Položky:

• cílová síť (adresa sítě),
• maska sítě,
• brána (gateway, IP adresa dalšího routeru na cestě, next hop),
• rozhraní (port/IP adresa, kterým se paket odešle),
• metrika (cena trasy, čím nižší, tím lepší).

Obrázek v souboru chybí, takže ti dávám postup, podle kterého to u libovolného routeru a sítě určíš:

• Síť připojená přímo k routeru (leží na jeho rozhraní): brána = žádná (on-link, nebo vlastní adresa), rozhraní = ten port, ke kterému je síť připojena.
• Vzdálená síť: brána = IP adresa sousedního routeru, přes který se k síti dostaneš (next hop), rozhraní = port tohoto routeru, na kterém je soused připojen.

Příklad: R3 je spojen s R2 přes svůj port A, s R4 přes port B, ve své LAN3 na portu C. Cíl LAN3: brána = žádná, rozhraní = C. Cíl LAN1, která leží za R2: brána = adresa R2, rozhraní = A. Cíl LAN5 za R4: brána = adresa R4, rozhraní = B.

route print

(nebo netstat -r). Ukázkový výstup (zkráceně, nespustil jsem to na tvém PC):

Aktivní trasy:
Cíl v síti      Maska sítě      Brána         Rozhraní      Metrika
0.0.0.0         0.0.0.0         192.168.1.1   192.168.1.25  25
127.0.0.0       255.0.0.0       On-link       127.0.0.1     331
192.168.1.0     255.255.255.0   On-link       192.168.1.25  281
192.168.1.25    255.255.255.255 On-link       192.168.1.25  281

První řádek je výchozí trasa (default gateway): vše, co nezná, jde na 192.168.1.1.

Vylepšuje vector-distance, zmenšuje objem dat ve směrovacích tabulkách.

1. Každý uzel v pravidelných intervalech zjišťuje průchodnost spojení k přímým sousedům: posílá jim malé pakety a měří odezvu (podobně jako ping), zatížení sítě je nízké.
2. Pokud se odezva oproti předchozímu kroku změní, router upraví svou tabulku.
3. Upravenou tabulku pak rozešle sousedům (jen při změně).

Doplnění (OSPF): každý router rozešle informaci o stavu svých spojů všem, ze všech informací si postaví mapu sítě a nejkratší cesty spočítá algoritmem SPF (Dijkstra).

Každý směrovač má tabulku nejkratších „vzdáleností“ (metrika = ohodnocení trasy, zohledňuje rychlost a zatížení) k ostatním směrovačům. Tabulka má tři sloupce: cíl, přes kterého souseda, za jakou cenu. Tabulky se pravidelně (u RIP každých 30 s) vyměňují mezi sousedy a každý router si je přepočítává.

Příklad (síť A–B 3, A–F 2, B–C 6, C–D 2, D–E 2, E–F 2, F–G 2; podle obrázků z prezentace):

1. Počáteční stav: A zná jen sousedy: B (3, přes B), F (2, přes F).
2. Po 1. výměně: A dostane od B „C je 6“, tedy C = 3 + 6 = 9 (přes B). Od F se dozví E = 2 + 2 = 4 (přes F), G = 4 (přes F).
3. Další kroky: A se dozví D = 6 (přes F). Cesta k C přes F (2+2+2+2 = 8) je kratší než přes B (9), tabulka se změní na C = 8 přes F.
4. Po 4 krocích (cca 2 min u RIP) mají všichni směrovači plné tabulky a v nich nejkratší trasy (čím nižší číslo, tím lepší).

Používá se u RIP. Výhoda: volba optimální trasy. Nevýhoda: pomalé, zatěžuje síť RIP pakety (broadcast), nevhodné pro velké sítě.

Pozor: „výchozí brána“ (default gateway) v nastavení PC je adresa routeru, přes který PC odchází ze sítě.

ipconfig

Podrobněji ipconfig /all (MAC adresa, DNS, DHCP server, maska, brána).

Obrázek hlavičky v souboru není, tady jsou všechny položky IPv4 hlavičky (obvykle 20 B):

Protokol IP je nespojovaný a nespolehlivý (nezaručuje doručení ani pořadí). Velikost paketu je proměnná (od 576 B do 64 kB).

Každá síť má maximální velikost rámce, MTU (Maximum Transfer Unit), u Ethernetu 1500 B. Když je IP datagram větší než MTU sítě, kterou má projít, musí ho router rozdělit (fragmentovat) na menší datagramy, které se vejdou do linkového rámce. Poskládá je až příjemce.

Informace jsou ve třech položkách: IDENTIFICATION (stejné pro všechny fragmenty jednoho datagramu), FLAGS (DF, MF: je-li 1, následují další fragmenty, poslední má 0), FRAGMENT OFFSET (pozice fragmentu v původních datech).

Příklad: datagram o délce 4000 B (20 B hlavička + 3980 B dat) přes MTU 1500:

Na obrázku z prezentace router mezi sítěmi rozdělí datagram na dva fragmenty, protože by se nevešel do menšího linkového rámce. Fragmenty jdou dál samostatně a příjemce je složí.

• TYPE (8 b): typ ICMP zprávy (8 = Echo Request, 0 = Echo Reply, 3 = Destination Unreachable, 11 = Time Exceeded),
• CODE (8 b): upřesnění typu zprávy,
• CHECKSUM (16 b): kontrolní součet,
• ICMP message: vlastní zpráva, závisí na typu (u chyb je v ní kus původního datagramu, podle kterého odesílatel pozná problém).

Internet Control Message Protocol slouží k zasílání informací (např. chyb přenosu) odesílateli: Source Quench (hrozící zahlcení), Time exceeded, Destination unreachable, Redirect, Echo request/reply. Pracuje na síťové vrstvě (jako IP), přesto se vkládá do IP datagramu (Protocol = 1). Je to porušení pravidel vrstev, ale routery neumí pracovat na transportní vrstvě.

ping (Echo Request / Echo Reply) a tracert (Windows; Time Exceeded, u Linuxu traceroute). Také pathping.

Router (směrovač). Když zahodí paket (TTL = 0, nedostupný cíl), musí odesílateli poslat ICMP zprávu.

• ping: test dostupnosti uzlu a měření doby odezvy (ICMP Echo Request/Reply).
• tracert: vypíše trasu paketů od tebe k cíli po jednotlivých routerech.

Ukázkové výstupy (příklad, nespouštěl jsem je na tvém PC):

C:\> ping 8.8.8.8
Odpověď od 8.8.8.8: bajty=32 čas=14ms TTL=115
Odpověď od 8.8.8.8: bajty=32 čas=13ms TTL=115
Odpověď od 8.8.8.8: bajty=32 čas=14ms TTL=115
Odpověď od 8.8.8.8: bajty=32 čas=15ms TTL=115
Pakety: Odesláno = 4, Přijato = 4, Ztraceno = 0 (ztráta 0%)

C:\> tracert www.seznam.cz
  1    <1 ms   <1 ms   <1 ms  192.168.1.1        (domácí router)
  2     4 ms    3 ms    4 ms  10.20.0.1          (poskytovatel)
  3     8 ms    7 ms    8 ms  ...
  n    12 ms   11 ms   12 ms  www.seznam.cz [77.75.77.222]

Užitečné volby: ping -t (donekonečna), ping -n 10 (10 paketů), tracert -d (bez překladu jmen).

Posílá ji router, když TTL v IP hlavičce klesne na 0 a paket zahodí (např. při zacyklení). Router ji musí odeslat odesílateli (Type 11, Code 0). Využívá ji tracert: pošle datagram s TTL = 1, první router ho zahodí a pošle Time Exceeded (1. řádek), pak TTL = 2 (2. řádek), takže postupně zjistí všechny routery na cestě až do cíle.

Slouží k testu dostupnosti uzlu a měření doby odezvy. Může ji poslat kterýkoliv uzel, cíl odpoví Echo Reply. Využívá ji příkaz ping (Type 8; odpověď Type 0).

Oznamuje odesílateli nedostupnost cíle (Type 3). Upřesňuje ji CODE: 0 nedostupná síť, 1 nedostupný uzel, 2 nedostupný protokol (v prezentaci „neexistující adresa“), 3 neexistující port, 4 nutná fragmentace, ale je zakázána / překročení MTU, dále zakázaný přístup pro určitý druh služeb.

Broadcast: ethernetový rámec s cílovou MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF, dostanou ho všechny uzly v síti. Dotaz zní: „Kdo má IP adresu x.x.x.x?“

Unicast: odpoví uzel, který danou IP adresu má, a pošle svou MAC adresu přímo tazateli.

ARP převádí IP adresu na MAC adresu (RARP naopak). Položky:

• Hardware type: typ síťového standardu (Ethernet = 1),
• Protocol type: typ protokolu na síťové vrstvě (IP = 0x0800),
• HLEN / PLEN: délka MAC / IP adresy v oktetech (6 a 4),
• Operation: dotaz = 1, odpověď = 2,
• Sender HW address (MAC) a Sender protocol address (IP): adresy odesílatele dotazu či odpovědi,
• Target HW address a Target protocol address: adresy příjemce.

Při dotazu je podle prezentace TARGET HW ADDRESS samé 1 (broadcast) a TARGET PROTOCOL ADDRESS samé 0 (není známa). Piš to tak, jak to máš v prezentaci.

ARP cache: tabulka, kterou si udržuje každý uzel, s dvojicemi IP adresa ↔ MAC adresa (aby se nemusel pokaždé ptát). Zobrazí se příkazem arp -a. Položky lze přidávat a odebírat příkazem arp.

Ukázka arp -a (příklad):

Rozhraní: 192.168.1.25 --- 0x4
  Adresa internetu      Fyzická adresa        Typ
  192.168.1.1           a4-2b-b0-11-22-33     dynamický
  192.168.1.255         ff-ff-ff-ff-ff-ff     statický

Výstupy ostatních příkazů jsou v 8.14, 9.1 a 9.8. Na zkoušku si to zkus spustit v cmd.

ping a tracert.

Oba pracují na transportní vrstvě. Rozlišují, které aplikaci data patří, pomocí portů (multiplex/demultiplex).

• Stream: data se vysílají a přijímají po Bytech jako souvislý proud, přenos je spolehlivý, bez ztrát a duplicit, pořadí se nemění, je řízení toku. Používá TCP.
• Datagram: data se vysílají a přijímají po blocích (datagramech), přenos je nespolehlivý a nespojovaný, možné ztráty a duplicity, nezaručené pořadí, bez řízení toku. Používá UDP.

UDP. Je to jednoduchá nadstavba nad IP, nenavazuje spojení, nepotvrzuje, neřídí tok ani pořadí, takže má malou režii. TCP potřebuje více času na zpracování dat.

TCP spojovaně, UDP nespojovaně.

UDP. TCP je spojovaný a dvoubodový, broadcast ani multicast nepodporuje.

Obrázek chybí. U tohoto místa v prezentaci jsou schémata multiplexu a spojení aplikací, vysvětluju je:

• Multiplex (odesílatel): transportní vrstva přebírá data od více aplikací nad ní, zpracuje je (TCP/UDP), přidá porty a předá IP vrstvě.
• Demultiplex (příjemce): přebírá data od IP vrstvy, zpracuje je a podle čísla portu je předá správné aplikaci.
• IP vrstva rozlišuje jen uzly a sítě, teprve porty rozlišují aplikace.
• Data jsou jednoznačně určena IP adresou a portem (více klientů se může připojit ke stejnému serveru a portu, odliší se IP adresou a portem klienta).

Aplikaci (proces, protokol aplikační vrstvy), které data patří. Port příjemce určuje, které aplikaci na cílovém uzlu se data předají (např. 80 = webový server). Port odesílatele určuje aplikaci na straně odesílatele, ta dostane odpověď (u klienta se přiděluje dynamicky).

Aplikační spojení je určeno pěticí hodnot: (transportní protokol, IP adresa 1, port 1, IP adresa 2, port 2).

Výhody: spolehlivý (potvrzování, opakování při ztrátě, bez duplicit, správné pořadí), spojovaný, řízení toku (přizpůsobí se příjemci), adaptivní potvrzování.

Nevýhody: pomalejší a větší režie, jen jeden proud dat (nepodporuje multistreaming: když se něco sekne, čeká celý proud), jen unicast (žádný broadcast ani multicast), nepodporuje multihoming (uzel s více IP adresami používá jen jednu, při výpadku spadne přenos), není vhodný pro multimédia. Nevýhody odstraňují SCTP a DCCP.

Výhody: rychlý a jednoduchý (malá režie), nespojovaný, umí broadcast a multicast, vhodný pro multimédia a jednoduché dotazy (DNS, streamování, hry, VoIP).

Nevýhody: nespolehlivý (ztráty, duplicity, nezaručené pořadí), bez potvrzování a řízení toku, případné opravy musí řešit aplikace. Kontrolní součet lze vypnout, chybný datagram se zahodí bez ICMP zprávy.

TCP používá kladné potvrzování: příjemce potvrzuje jen data, která doručil. Potvrzení jde přes číslo Acknowledgement Number = pozice následujícího očekávaného Bytu, čímž potvrzuje všechny předchozí Byty. Nepošle-li příjemce potvrzení do určité doby, odesílatel data pošle znovu.

• Potvrzování je adaptivní: nečeká se na potvrzení každého bloku. Data se posílají dál a přijaté bloky se potvrdí najednou. Při chybách se potvrzuje častěji (každý segment), při dobré průchodnosti méně. Mění se i doba čekání před opakováním.
• Potvrzení se nepřenáší samostatnými pakety, příjemce je vkládá do paketů běžné komunikace.

Příklad: odesílatel pošle segmenty Seq=1 (1000 B), Seq=1001, Seq=2001. Příjemce odpoví jedním ACK=3001 („dostal jsem vše do 3000, čekám Byte 3001“). Když se ztratí druhý segment, příjemce pořád odpovídá ACK=1001 a odesílatel po vypršení času Seq=1001 pošle znovu.

Spojení se navazuje třícestně: SYN → SYN+ACK → ACK.

ARP se někdy uvádí na rozhraní síťové vrstvy a vrstvy síťového rozhraní, v prezentaci je na síťové vrstvě.

Jednu. Port identifikuje aplikaci (proces), které se předají přijatá data. Dva běžící procesy nesmí používat stejný port, protože by transportní vrstva při demultiplexu nevěděla, kterému data předat. Jeden proces ale může používat i více portů (např. FTP 20 a 21).