FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita PB001: Uvod do informačních technologií Luděk Matýska (Eva Hladká) podzim 2024 Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 1/108 FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Obsah přednášky Úvod Počítačové sítě Komunikační protokoly Standardizace Sírové modely ISO/OSI ModeL ISO/OSI vs. TCP/IP ModeL TCP/IP Model Ll - Fyzická vrstva L2 - Vrstva datového spoje L3 - Síťová vrstva L4 - Transportní vrstva L7 - Aplikační vrstva Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 2/108 Úvod Počítačové sítě FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Obsah přednášky Úvod Počítačové sítě Komunikační protokoly Standardizace ISO/OSI ModeL ISO/OSIvs. TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva L2 - Vrstva datového spoje L3 - Síťová vrstva L4 - Transportní vrstva L7 - Aplikační vrstva Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 3/108 Úvod Počítačové sítě FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Počítačové sítě - Uvod ■ skupina počítačů a zařízení propojená komunikačními kanály, které napomáhají vzájemné komunikaci mezi uživateli a umožňují jim sdílet dostupné zdroje ■ mohou být využity k mnoha účelům: ■ podpora komunikace (různé způsoby - přenos textu, řeči, videa, atd.) ■ sdílení hardwarových zdrojů ■ sdílení souborů, dat a informací ■ sdílení software ■ základní vlastnosti počítačové sítě: ■ Vlastní doručení dat (Delivery) - systém musí data doručit správnému příjemci ■ Správnost doručení (Accuracy) - systém musí data doručit nepoškozená ■ Včasnost doručení (Timeliness) - systém musí data doručit včas Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 4/108 Úvod Počítačové sítě FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Počítačové sítě - Ideální vs. skutečné sítě Ideální sítě ■ transparentní pro uživatele/aplikace ■ pouze tzv. end-to-end vlastnosti ■ neomezená propustnost ■ žádné ztráty ■ žádné zpoždění a rozptyl zpoždění ■ zachovává pořadí paketů ■ data nemohou být poškozena Skutečné sítě ■ mají vnitřní strukturu, která ovlivňuje doručení dat ■ omezená propustnost ■ (občas) dochází ke ztrátám dat ■ (občas) poskytuje variabilní zpoždění a rozptyl zpoždění ■ (občas) nezachovává pořadí paketů ■ data mohou být poškozena Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 5/108 Úvod Počítačové sítě FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Počítačové sítě - Požadované vlastnosti ■ efektivita - efektivní/maximální využití dostupné přenosové kapacity ■ spravedlivost - stejný přístup ke všem datovým tokům všech uživatelů (se stejnou prioritou) ■ decentralizovaná správa ■ rychlá konvergence při adaptaci na nový stav ■ multiplexing/demultiplexing ■ spolehlivost ■ řízení toku dat - ochrana proti zahlcení sítě a přijímajícího uzLu Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 6/108 Úvod Počítačové sítě FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Počítačové sítě - Základní přístupy I. ■ spojované sítě (přepínání okruhů) ■ před začátkem přenosu ustaveno spojení (okruh), které je udržováno během celé komunikace ■ informace o spojení jsou udržovány sítí - síf musí uchovávat stav ■ okruh může být pevný (předem) nebo vytvářen na žádost ■ jednoduchá (víceméně automatická) implementace kvality služby ■ např. analogové telefonní sítě ■ nespojované sítě (přepínání paketů) ■ není využita definovaná cesta - data jsou rozdělena do malých částí (nazývány pakety), které jsou odeslány do sítě ■ libovolné/různé cesty, pakety slučovány či fragmentovány ■ přijímající strana znovu skládá data do původní podoby ■ není potřeba uchovávat stav v síti ■ velmi problematická implementace OoS (tzv. best-effort služba) ■ např. Internet Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 7/108 Úvod Počítačové sítě FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Počítačové sítě - Základní přístupy II. nespojované sítě Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 8/108 Úvod Komunikační protokoly FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Komunikační protokoly - Motivace ■ motivovány potřebou komunikace a domluvy mezi (dvěma či více) entitami ■ entita = cokoli, co je schopno přijímat a odesílat informace ■ forma komunikace/domluvy musí být známa všem zúčastněným stranám ■ musí se domluvit na komunikačním protokolu ■ analogie z Lidského světa: Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 9 / 108 Úvod Komunikační protokoly FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Síťové komunikační protokoly II. ■ protokol určuje „Co" je předmětem komunikace,„Jak" daná komunikace probíhá a „Kdy" probíhá ■ definuje: ■ syntaxi = strukturu/formát zasílaných dat ■ sémantiku = význam každé sekce bitů (jak mají být daná data interpretována, jaká akce má s nimi být provedena, atd.) ■ časování = kdy je potřeba zaslat kterou zprávu ■ příklady síťových protokolů: ■ UDP, TCP, IP, IPv6, SSL, TLS, SNMP, HTTP, SSH, Aloha, CSMA/CD,... Síťový protokol Sírový protokol definuje formát a pořadí zpráv vyměňovaných mezi dvěma či více komunikujícími entitami, stejně jako akce vykonané při odeslání/příjmu daných zpráv. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 10 /108 Úvod Standardizace FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Standardizace ■ stanovení norem/standardů popisujících nejrůznější akce, činnosti, formy či způsoby komunikace, atp. (nejen v IT) ■ hlavní cíle standardizace: ■ kvalita ■ bezpečnost ■ kompatibilita ■ interoperabilita ■ portabilita ■ typy standardů: ■ de facto - technická řešení, která se svým úspěchem na trhu prosadila do té míry, že jsou akceptována většinou výrobců jako příklad hodný následování ■ de jure - standardy vypracované a schválené oficiálním mezinárodním nebo národním normalizačním orgánem ■ nejznámější standardizační instituce působící v oblasti IT: ■ ISO, ITU-T, ANSI, IEEE, IETF (RFCs), IEC,atd. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 11 / 108 Síťové modely FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Obsah přednášky Počítačové sítě Komunikační protokoly Standardizace Sírové modely ISO/OSI ModeL ISO/OSIvs. TCP/IP ModeL LI - Fyzická vrstva L2 - Vrstva datového spoje L3 - Síťová vrstva L4 - Transportní vrstva L7 - Aplikační vrstva Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 12 /108 Síťové modely ISO/OSI Model FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita ISO/OSI Model I. ■ 7-vrstvý model navržen organizací OSI - kompatibilita a interoperabilita komunikačních systémů různých výrobců ■ důvody vrstevnaté architektury: ■ zodpovědnost za určitou (definovanou) funkcionalitu ■ aby vrstva mohla požadovanou funkcionalitu zajistit, přidává si do přenášených dat své řídící informace ■ komunikuje pouze mezi přímo sousedícími vrstvami ■ využití služeb z nižší vrstvy a poskytnutí vyšší vrstvě ■ funkcionalita je izolována v rámci příslušné vrstvy ■ data prochází všem inižšími vrstvami, komunikují jen sousední vrstvy ■ abstrakce a implementace funkcionality se může lišit ■ 7 vrstev nebylo komunitou široce akceptováno TCP/IP model Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 13 /108 Síťové modely ISO/OSI Model FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita ISO/OSI Model II. ISO / OSI Application Layer network applications Presentation Layer data representation Session Layer sessions, session restoration Transport Layer process-process communication, reliability Network Layer network addressing (logical), routing Data Link Layer MAC and LLC (physical addressing) Physical Layer I transmission media, signals, bit representation I Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 14/108 Síťové modely ISO/OSI vs. TCP/IP Model FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita ISO/OSI Model vs. TCP/IP Model ISO / OSI Application Layer network applications Presentation Layer data representation Session Layer sessions, session restoration Transport Layer process-process communication, reliability Network Layer network addressing (logical), routing Data Link Layer MAC and LLC (physical addressing) Physical Layer transmission media, signals, bit representation C c TCP / IP Application Layer Transport Layer Internet Layer Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 Network Access Layer 15 /108 Síťové modely ISO/OSI vs. TCP/IP Model FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita TCP/IP model přesýpacích hodin Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 16 / 108 TCP/IP Model FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Obsah přednášky Počítačové sítě Komunikační protokoly Standardizace ISO/OSI ModeL ISO/OSIvs. TCP/IP Model TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva L2 - Vrstva datového spoje L3 - Síťová vrstva L4 - Transportní vrstva L7 - Aplikační vrstva Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 17/108 TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Přehled ISO/OSI Aplikační vrstva Síťové aplikace Prezentační vrstva Reprezentace dat Relační vrstva Relace, meziuzlová komunikace Transportní vrstva End-to-end spoje, zajištění spolehlivosti Síťová vrstva Výběr cesty a IP (logické adresování) Vrstva datového spoje MAC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat Co nás nyní čeká... představení LI, poskytované služby analogové/digitální signály přenos binárních dat -modulace, kódování přenosová média, multiplexing Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 18 /108 TCP/IP Model Ll - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva z pohledu sítě - kde se pohybujeme? ■ pouze point-to-point spoje ■ bez možnosti adresace stanic Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 19 /108 TCP/IP Model Ll - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Uvod I. ■ data mezi komunikujícími uzLy přenášeny přenosovým médiem ■ přenosové médium = pasivní entita, žádná logika řízení ■ Fyzická vrstva: ■ poskytuje služby pro vrstvu datového spoje ■ vrstva datového spoje předává do (získává z) fyzické vrstvy data vyjádřená posloupností 0 a 1, seskupená do rámců ■ fyzická vrstva transformuje bitový obsah rámců do signálů šířených přenosovým médiem ■ poskytuje funkcionalitu pro spolupráci s přenosovým médiem ■ řídí děje v přenosovém médiu; rozhoduje např. o: ■ vysílání/příjmu přenášených dat (signálů) ■ kódování dat do signálů ■ počtu logických kanálů přenášejících data z různých zdrojů souběžně Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 20 /108 TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Úvod II. ■ hlavní cíl: zajistit přenos jednotlivých bitů (= obsahu předaných rámců) mezi odesíLateLem a příjemcem ■ zprostředkovává tak logickou cestu, kterou cestují zasílané bity ■ nejrůznější standardy (RS-232-C, CCITT V.24, CCITT X.21, IEEE 802.x) definující elektrické, mechanické, funkční a procedurální vlastnosti rozhraní pro připojení různých přenosových prostředků a zařízení; například: ■ parametry přenášených signálů, jejich význam a časový průběh ■ vzájemné návaznosti řídících a stavových signálů ■ zapojení konektorů ■ a mnoho dalšího Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 21 /108 TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Signály ■ data jsou přenosovým médiem přenášeny ve formě (elektromagnetických) signálů ■ binární data (přenášené bity) musí být na signály transformována ■ signál = časová funkce reprezentující změny fyzikálních (elektromagnetických) vlastností přenosového média ■ data určená k přenosu - digitální (binární) ■ signály šířené přenosovým médiem - analogové nebo digitální ■ některá média vhodná pro analogový i digitální přenos - drátový vodič (koaxiál, kroucená dvoulinka), optické vlákno ■ některá média vhodná pouze pro analogový přenos - éter Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 22 /108 TCP/IP Model Ll - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Analogový signál ■ spojitý v čase (mění se hladce) ■ Lze jej šířit jak vodiči, tak bezdrátovým prostředím ■ např. hLas, hudba,... Analog Signal Time Přenášené bity jsou modulovány na analogový signál (např. amplitudová/frekvenční/fázová modulace). Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 23 / 108 TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Digitálni signál ■ diskrétní v čase (mění se skokově) ■ Lze jej šířit pouze vodiči ■ data diskrétní v hodnotách, např. znaky, prvky abecedy,... Intensity 10 10 1 time Přenášené bity musí být transformovány do specifického kódování přenášeného digitálním signálem (přímé kódování, NRZ, Manchester, 4B/5B, aj.). ■ nezbytné pro překonání problému synchronizace vysílače a přijímače Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 24/108 TCP/IP Model Ll - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Přenosová média ■ poskytují prostředí pro činnost fyzické vrstvy ■ základní členění: ■ voděná média ■ poskytují fyzický kanál od jednoho zařízení ke druhému ■ kroucená dvouLinka (LANs, až 10 Gbps), koaxiální kabel, optické vlákno (páteře, stovky Gbps), atp. ■ nevoděná média přenáší elektromagnetické vlnění bez použití fyzického vodiče ■ signály se šíří éterem (vzduch, vakuum, voda) ■ rádiové vysílání, mikrovlnné vysílání, infračervené vysílání, atp. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 25 /108 TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Přenosová média Voděná média (a) Optický kabeL (b) Kroucená dvouLinka. (c) Koaxiální kabeL Obrázek: Vybraná voděná přenosová média. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 26 /108 TCP/IP Model LI - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Multiplexing ■ multiplexing - technika sdílení dostupné přenosové kapacity přenosového média souběžnými komunikacemi ■ cílem je efektivnější využití média ■ uplatněn zejména u optických vláken a bezdrátů M u x 1 linkř 4 channels D E M U X pro analogové signály: ■ Frequency-Division Multiplexing (FDM) ■ Wave-Division Multiplexing (WDM) pro digitální signály: ■ Time-Division Multiplexing (TDM) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 27/108 TCP/IP Model Ll - Fyzická vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Fyzická vrstva - Rekapitulace ■ zajišťuje přenos jednotlivých bitů mezi odesílatelem a příjemcem ■ přenášené bity jsou transformovány do signálů šířených přenosovým médiem ■ pro přenos analogovým signálem je zapotřebí modulace ■ pro přenos digitálním signálem je zapotřebí transformace kódování ■ zejména kvůli problémům synchronizace ■ média mohou být voděná (např. kroucená dvoulinka, optické vlákno) a nevoděná (éter) ■ každé z nich vhodné pro jiné přenosové prostředí ■ sdílení média souběžnými přenosy provedeno technikou multiplexingu Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 28 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Přehled ISO/OSI Aplikační vrstva Síťové aplikace Prezentační vrstva Reprezentace dat Relační vrstva Relace, meziuzlová komunikace Transportní vrstva End-to-end spoje, zajištění spolehlivosti Síťová vrstva Výběr cesty a IP (logické adresování) 'rstva datového spoje MAC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních Proč nestačí Ll? nezajistuje opakování chybne prenesené informace nepodporuje určení entity mající právo vysílat do média nepodporuje ovládání toku dat ze zdroje do média nepodporuje komunikaci mezi definovanými partnery Co nás nyní čeká, představení L2, poskytované služby detekce a korekce chyb řízení přístupu k médiu L2 sítě Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 29 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje z pohledu sítě - kde se pohybujeme? ■ Lokální sítě - Local Area Networks (LAN) ■ přenosové médium sdíleno více stanicemi (nutnost adresace stanic) ■ tzv. node-to-node delivery Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 30 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Úvod ■ Vrstva datového spoje: ■ přijímá pakety od sífové vrstvy, které transformuje do rámců ■ ve spolupráci s fyzickou vrstvou zajišťuje přenos rámců mezi dvěma komunikujícími uzly propojenými (sdíleným) přenosovým médiem ■ tj. pouze doručení na stejném segmentu (stejné LAN) ■ zaručuje spolehlivost přenosu mezi těmito uzly ■ zajišťuje, aby cílový uzel nebyl zahlcován proudícím tokem dat ■ řídí přístup uzlů ke sdílenému přenosovému médiu Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 31 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Služby ■ Tvorba rámců (Framing) pakety přicházející ze sífové vrstvy jsou baleny" do rámců (frames) ■ Adresování (Addressing) ■ adresy entit vrstvy fyzického spoje - fyzické/MAC adresy ■ rámce obsahují zdrojovou a cílovou fyzickou adresu komunikujících entit ■ Chybové řízení (Error Control) ■ chyby ve fyzické vrstvě nelze zcela eliminovat ■ L2 vrstva zajišťuje požadovanou úroveň spolehlivosti datového spoje (detekce a korekce chyb) ■ Řízení přístupu k médiu (Medium Access Control - MAC) ■ nezbytné v prostředí, ve kterém přenosové médium sdílí více entit ■ eliminuje kolize způsobené násobným vysíláním Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 32 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Služby (Tvorba rámců, adresace) ■ příklad Ethernetového rámce: preambule cílová adresa zdrojová adresa CL A—l data CRC ■ preambule: ■ identifikace počátku rámce (synchronizační prvek) ■ adresace: ■ každá stanice (sífová karta) jednoznačně" identifikována MAC adresou ■ např.01:23:45:67:89:ab Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 33 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Služby (Chybové řízení) ■ fyzická vrstva je vždy (pravděpodobnost) předmětem chyb ■ chyba = změna hodnoty bitu ■ např. optická vlákna cca 10-12, wireless cca 10-5 ■ vrstva datového spoje provádí detekci/korekci chyb ■ vysílač přidá bity, jejichž hodnota je funkcí přenášených dat ■ přijímač spočte stejnou funkci a v případě rozdílu hodnoty detekuje (pokusí se opravit) chybu ■ opakování přenosu při nemožnosti opravy ■ Error Detection, Automatic Request for Retransmission (ARO) ■ detekce chyby a zajištění opakování přenosu ■ vhodné pro málo chybující přenosová média ■ Forward Error Correction (FEC) ■ detekce i korekce (s využitím redundance dat) ■ často chybující přenosová média či média s velkou latencí ■ např. Hammingův kód Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 34 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Služby Řízení přístupu k médiu (MAC) ■ funkcionalita odpovědná za koordinaci přístupu více stanic ke sdílenému přenosovému médiu ■ Cíl: eliminace kolizí (konfliktů) při vysílání ■ tj. souběžného vysílání do jediného přenosového prostředí ■ protokoly řízení přístupu: ■ protokoly neřízeného přístupu - Aloha, CSMA/CD, CSMA/CA ■ protokoly řízeného přístupu - založeny na rezervacích, vyptávání se, tokenech, atp. ■ protokoly multiplexově-orientovaného přístupu - FDMA, TDMA, atd. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 35 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - L2 sítě ■ Lokální počítačové sítě (LANs) ■ systematická topologie pro jednoduché sítě ■ topologie = fyzické uspořádání stanic na médiu ■ sběrnice, kruh, hvězda, strom, mesh atp. ■ rozlehlejší sítě tvořeny vzájemným propojováním jednoduchých topologií ■ kolizní doména ■ určena stanicemi sdílejícími přenosové médium ■ kdykoliv začne v kolizní doméně více stanic vysílat, dojde ke kolizi (znehodnocení signálu nutnost opakování přenosu) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 36 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - L2 sítě Sběrnicová topologie (bus topology) ■ relativně jednoduše instaLovateLná ■ kolizní doména tvořena všemi připojenými stanicemi ■ CSMA/CD jako protokol řízení přístupu k médiu ■ náchylná k defektům (výpadek kabelu = výpadek celé sítě) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 37/108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - L2 sítě Kruhová topologie (ring topology) n n -1 r ■ všechny zprávy putují v jednom směru ■ kolizní doména tvořena všemi připojenými stanicemi ■ právo vysílat určuje metoda ,peška" ■ velmi náchylná k defektům (výpadek kabelu/zařízení = výpadek celé sítě) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 38 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - L2 sítě Hvězdicová topologie (star topology) ■ centrální propojovací bod (hub, bridge, switch) ■ hůře instaLovateLná ■ kolizní doména v závislosti na propojovacím bodu ■ hub - (LI) - kolizní doména = všechny připojené stanice ■ bridge, switch - (L2) - kolizní doména = 2 sousedící stanice ■ nepříliš náchylná k defektům (výpadek kabelu = výpadek pouze daného zařízení) Luděk Matýska (EvafHladka) • PB001: Uvod aó informačních technologií • podzim 2024 39 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - L2 sítě (Ilustrace) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 40 /108 TCP/IP Model L2 - Vrstva datového spoje FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Vrstva datového spoje - Rekapitulace ■ zajišťuje přenos rámců mezi dvěma komunikujícími uzLy (určeny MAC adresami) propojenými sdíleným přenosovým médiem ■ se zajištěním spolehlivosti přenosu ■ s ochranou přijímajícího uzlu proti zahlcení ■ s řízením přístupu k médiu (MAC protokoly) ■ L2 sítě (LANs): ■ sběrnicová, kruhová, hvězdicová topologie ■ základní stavební prvky pro rozsáhlé sítě: můstky, switche Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 41 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Sífová vrstva - Přehled ISO/OSI Aplikační vrstva Síťové aplikace Prezentační vrstva Reprezentace dat Relační vrstva Relace, meziuzlová komunikace Transportní vrstva End-to-end spoje, zajištění spolehlivosti Síťová vrstva Výběr cesty a IP (logické adresování) Vrstva datového spoje MAC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat Proč nestačí L2? nemožnost vybudování geograficky libovolně rozlehlé sítě neuniformní prostředí Co nás nyní čeká... ■ představení L3, poskytované služby ■ Internetworking, modely zajištění síťových služeb ■ adresace na L3, přidělování adres ■ protokoly IPv4, ARP, ICMP ■ protokoly IPv6, ICMPvó ■ směrování, směrovací techniky Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 42 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Síťová vrstva z pohledu sítě - kde se pohybujeme? ■ propojování Lokálních sítí do komplexních sítí (např. Internet) ■ komunikace mezi libovolnými" stanicemi ■ skrze více samostatných fyzických sítí (LANs) ■ tzv. host-to-host delivery Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 43 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Síťová vrstva - Úvod ■ Síťová vrstva: ■ poskytuje služby pro transportní vrstvu: ■ přijímá segmenty od transportní vrstvy, které transformuje do paketů ■ ve spolupráci s vrstvou datového spoje zajišťuje přenos paketů mezi komunikujícími uzly (i mezi různými fyzickými LAN sítěmi) ■ logicky spojuje samostatné heterogenní LAN sítě ■ vyšším vrstvám poskytuje iluzi uniformního prostředí jediné velké sítě (WAN - Wide Area Network) ■ poskytuje možnost jednoznačné identifikace (adresace) každého PC/zařízení na Internetu ■ zajišťuje směrování procházejících paketů ■ ve spolupráci s vrstvou datového spoje mapuje adresy sífové vrstvy na fyzické adresy (MAC adresy) ■ další služby: multicast Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 44 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Síťová vrstva - Služby ■ Propojování fyzických sítí (Internetworking) ■ iluze uniformního prostředí jediné velké sítě ■ Tvorba paketů (Packetizing) ■ přijaté segmenty transformovány na pakety (IP protokol) ■ Fragmentace paketů (Fragmenting) ■ rozdělování pakety podle vlastností schopností sítě ■ Adresace (Addressing) ■ adresy entit sífové vrstvy - tzv. IP adresy, jedinečné skrze celou síť ■ pakety obsahují zdrojovou a cílovou IP adresu komunikujících ■ Mapování IP adres na/z fyzické adresy (Address Resolution) ■ ARP, RARP protokoly ■ Směrování (Routing) ■ nalezení nejvhodnější cesty mezi komunikujícími, reakce na chyby ■ Metody základního monitoringu stavu sítě (Control Messaging) ■ základní informace o nedoručitelnosti paketů, stavu sítě, uzlů, atp. - ICMP protokol Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 45 / 108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Síťová vrstva - Služby Propojování sítí (Internetworking) ■ vzájemné propojování celých sítí i jednotlivých kabelových segmentů (hierarchie) ■ propojením vzniká tzv. internetwork, zkráceně internet ■ internet = jakékoliv propojení dvou či více sítí ■ Internet = jméno jedné konkrétní sítě (celosvětového Internetu) ■ důvody pro internetworking: ■ překonání technických omezení/překážek - např. omezený dosah kabelových segmentů ■ optimalizace fungování sítě - snaha regulovat tok dat, zamezení zbytečného šíření provozu ■ zpřístupnění vzdálených zdrojů - přístup ke vzdáleným serverům ■ zvětšení dosahu poskytovaných služeb - elektronická pošta, internetové telefonování,... Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 46 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Síťová vrstva - Internetworking Modely zajištění síťových služeb přepínání okruhů (Circuit Switching): ■ ustavení přímého fyzického spojení mezi odesílatelem a příjemcem ■ bez potřeby paketizace ■ vrstva LI, využito ve spojovaných sítích ■ spojovaná (connection-oriented) služba přepínání paketů (Packet Switching): ■ zasílání nezávislých datových jednotek (paketů) ■ virtuální kanály (Virtual Circuits Approach): ■ na začátku přenosu ustavena cesta (implementováno na L2/L3) ■ všechny pakety jedné relace putují po stejné trase ■ spojovaná (connection-oriented) služba ■ rámový přístup (Datagram Approach): ■ každý paket obsluhován zcela nezávisle na ostatních ■ nespojovaná (connectionless) služba ■ pakety jsou zde nazývány datagramy Internet Switching Circuit Packet switching switching Virtual circuit approach Datagram approach Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 47/108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Síťová vrstva - Internetworking Datagramový přístup Internet na síťové vrstvě využívá datagramový přístup k přepínání paketů, komunikace je nespojovaná. Hjj{3}-[2JÍL □ X Obrázek: Ilustrace datagramového přístupu k přepínání paketů. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 48 / 108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Internet Protocol (IP protokol) ■ nejrozšířenější protokol síťové vrstvy ■ doprava dat (datagramů) na místo jejich určení, a to i přes mezilehlé uzly (směrovače) - host-to-host delivery ■ uzly/rozhraní v rámci IP protokolu jednoznačně identifikovány IP adresami ■ využívá datagrámový přístup k přepínání paketů, komunikace je nespojovaná ■ =>- směrování (příští přednáška) ■ poskytuje nespolehlivou (tzv. best-effort) službu ■ doplněn dalšími podpůrnými protokoly (ICMRARP, RARP, IGMP) ■ ošetření nestandardních situací, šíření informací potřebných ke korektnímu směrování, identifikace rozhraní na LAN atd. ■ navržen a standardizován ve dvou verzích: ■ Internet Protocol verze 4 (IPv4) - 1981, RFC 791 ■ Internet Protocol verze 6 (IPv6) - 1998, RFC 2460 Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 49 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IPv4 - Adresace ■ požadavek jednoznačné identifikace každého zařízení připojeného k Internetu ■ nutnost systematického přidělování adres ■ za účelem snadnějšího směrování ■ každému zařízení/rozhraní přiřazena Internetová adresa (IP adresa) ■ IPv4 adresa (32 bitů) vs. IPv6 adresa (128 bitů) 10000000 00001011 00000011 00011111 128.11.3.31 Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 50 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IPv4 - Adresace Typy adres ■ Individuální (unicast) adresy - identifikace jednoho síťového rozhraní ■ identifikace jediného odesílatele/příjemce ■ Broadcast adresy - slouží pro zasílání dat všem možným příjemcům na dané LAN (,dU-hosts broadcast") ■ zdrojová adresa datagramu (identifikace odesílatele) je unicastová ■ Skupinové (multicast) adresy - slouží pro adresování skupiny příjemců (síťových rozhraní), kteří o data projevili zájem ■ data směrovací rozesílána všem členům skupiny ■ zdrojová adresa datagramu (identifikace odesílatele) je unicastová Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 51 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IPv4 - Fragmentace datagramů ■ situace: ■ zdrojový uzel chce odeslat datagram, který je větší než MTU výstupní linky ■ směrovač přijme datagram, který je větší než MTU výstupní linky ■ řešení: provedení tzv. fragmentace IP datagramů původní datagram je rozdělen na několik menších datagramů (tzv. fragmenty) ■ každý fragment získá svou vlastní IP hlavičku (= stane se z něj nový, plnohodnotný datagram) ■ fragmenty na cílovém uzlu složeny do původního datagramů (před předáním transportnímu protokolu) ■ složení fragmentů do původního datagramů vyžaduje: ■ identifikaci datagramů, kterému fragmenty náleží ■ znalost počtu fragmentů ■ znalost pozice každého fragmentu v původním datagramů Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 52 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IPv4 - Internet Control Message Protocol (ICMP) ■ IP protokol poskytuje nespolehlivou (best-effort) službu ■ bez mechanismů pro informování odesílatele o vzniklých chybách ■ bez podpůrných mechanismů pro zjišfování stavu sítě ■ Internet Control Message Protocol (ICMP) ■ RFC 792 ■ doprovodný protokol IP protokolu ■ poskytuje informace o chybách při přenosu IPdatagramů ■ poskytuje základní informace o stavu sítě ■ např. ■ oznamy o chybách: ■ Destination unreachable - .Destination" může být protokol, port, uzel nebo celá síť ■ Time exceeded - informace o vypršení TTL či informace o vypršení času pro znovusložení fragmentů IP datagramu ■ dotazy na stav sítě/uzlu: ■ Echo request/reply - požadavek na odpověď Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 53 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IP protokol verze 6 (IPv6) - Proč nový protokol? ■ hlavní impulz pro návrh nového IP protokolu: relativně rychlé vyčerpávání adresního prostoru IPv4 protokolu ■ další důvody: problémy IPv4, které vyvstaly s rozvojem Internetu, zejména ■ slabá podpora přenosů aplikací reálného času ■ žádná podpora zabezpečené komunikace na úrovni IP ■ žádná podpora autokonfigurace zařízení ■ žádná podpora mobility ■ atp. ■ (mnoho vlastností do IPv4 zpětně doimplementováno) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 54 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IP protokol verze 6 (IPv6) - Vlastnosti ■ rozšířený adresní prostor - 128-bitová IPv6 adresa, 2128 jedinečných adres ■ jednodušší formát hlavičky - základní 40B hlavička obsahující pouze nejnutnější informace ■ možnosti dalšího rozšíření - skrze tzv. rozšiřující hlavičky ■ podpora přenosů reálného času - značkování toků, prioritizace provozu ■ podpora zabezpečení přenosu - podpora autentizace, šifrování a verifikace integrity přenášených dat ■ podpora mobility - skrze tzv. domácí agenty ■ podpora autokonfígurace zařízení - stavová a bezstavová konfigurace Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 55 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IPv6 - Adresace adresy využívané protokolem IPv6 (viz dále) (prozatím) finální řešení nedostatku IP adres IPv6 adresa má 128 bitů (= 16 bajtů): ■ 2128 možných adres (« 3 x 1038 adres ^« 5 x 1028 adres na každého obyvatele Země) ■ hexadecimální zápis místo dekadického (po dvojicích bajtů oddělených znakem ,;") 128 bits = 16 by tes =32 hex digits l l 1111110111101100 1111111111111111 \7 FDEC BA98 7654 3210 ADBF ■ ■ BBFF ■ ■ 2922 ■ ■ FFFF Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 56 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IPv6 - Adresace Zkracování zápisu Úvodní nuly lze ze zápisu každé skupiny vynechat: ■ 0074 lze psát jako 74, 000F jako F,... ■ 3210 nelze zkracovat! Unabbreviated FDEC I BA98 I 0074 l 3210 'a 000F 'a BBFF aa 0000 l FFFF 4 FDEC I BA98 I 74 aa 3210 I F aa BBFF I 0 I FFFF Abbreviated Sekvenci po sobě jdoucích nulových skupin lze vynechat: I vždy však pouze jednu sekvenci takovýchto nulových skupin! Abbreviated FDEC ; 0 l 0 ; 0 I 0 ; BBFF I 0 ; FFFF FDEC ľ ľ BBFF ľ 0 ľ FFFF Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod^äoeinfc^ŕmáaiích technologií • podzim 2024 57/108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IPv6 - Adresace Typy adres ■ Individuální (unicast) adresy - totéž co v IPv4, identifikace jednoho síťového rozhraní ■ Skupinové (multicast) adresy - totéž co v IPv4, slouží pro adresování skupin počítačů či jiných síťových zařízení ■ data jsou vždy doručena všem členům skupiny ■ prefix f f 00: :/8 ■ Výběrové (anycast) adresy - novinka v IPv6 ■ také označují skupinu příjemců ■ data se však doručí jen jedinému jejímu členovi (tomu, který je nej blíže) ■ broadcast adresy IPv4 protokolu se v IPv6 nevyužívají ■ nahrazeny speciálními multicastovými skupinami (např. všechny uzly na dané lince) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 58 / 108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IPv6 - ICMP protokol verze 6 ICMP protokol verze 6 (ICMPvó) ■ založen na stejných principech/mechanismech jako ICMPv4 ■ navíc zahrnuje funkcionalitu protokolů ARP a IGMP ■ s využitím Neighbour Discovery protokolu operujícím nad ICMPvó ICMP IPv4 ARP Network layer in version 4 Network layer in version 6 Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 59 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Síťová vrstva - Směrování ■ směrování (Routing) = proces nalezení cesty mezi dvěma komunikujícími uzly ■ cesta musí splňovat určité omezující podmínky ■ ovlivňující faktory: ■ statické: topologie sítě ■ dynamické: zátěž sítě A Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 60 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Problém globálního pohledu ■ globální znalost topologie celé sítě je problematická ■ je složité ji získat ■ když už se to podaří, není aktuální ■ musí být lokálně relevantní ■ Lokální představu o topologii reprezentuje směrovací tabulka ■ rozpor mezi Lokální a globální znalostí může způsobit ■ cykly (černé díry) ■ oscilace (adaptace na zátěž) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 61 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Směrování - Cíl ■ úkolem směrování je: ■ vyhledávat optimální směrovací trasy ■ kriteriem optimaLity je metrika ■ dopravit datový paket určenému adresátovi ■ zpravidla se nezabývá celou cestou paketu ■ směrovač řeší jen jeden krok - komu paket předat jako dalšímu ■ někomu "blíže" cíLi ■ tzv. hop-by-hop ■ ten pak rozhoduje, co s paketem udělat dál Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 62 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Směrovací tabulky ■ základní datovou strukturou je směrovací tabulka (routing table) ■ sada ukazatelů, podle kterých se rozhoduje, co udělat s kterým paketem ■ obsahují cesty k prefixům" ■ počáteční IP adresa a blok ■ agregace záznamů - hledá se nejdelší prefix, který vyhovuje požadavku ■ existence více vyhovujících prefixů =>> použije se nejdelší ■ tzv. Longest-prefix Match Algorithm Host-specific Default - Mask Destination address Next-hop address Interface /8 —W32 /22 /24 —*-/o 14.0.0.0 192.16.7.1 193.14.4.0 193.14.5.0 /O 118.45.23.8 202.45.9.3 84.12.6.20 84.78.4.12 145.11.10.6 ml mO ml m 2 mO Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 63 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Matematický pohled ■ na směrování Lze nahlížet jako na problém teorie grafů ■ síť reprezentována grafem, kde: ■ uzly reprezentují směrovače (identifikovány svými IP adresami) ■ hrany reprezentují vzájemné propojení směrovačů (linku) ■ ohodnocení hran = cena komunikace ■ cíl: nalezení minimální cesty v grafu mezi libovolnými dvěma uzly B D J O M Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 64 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Směrování - Žádané vlastnosti směrovacího algoritmu Žádané vlastnosti směrovacího algoritmu: ■ správnost ■ jednoduchost ■ efektivita a škálovatelnost ■ minimalizace množství řídících informací 5% provozu!) ■ minimalizace velikosti směrovacích tabulek ■ robustnost a stabilita ■ nezbytný je distribuovaný algoritmus ■ spravedlivost (fairness) ■ optimálnost ■ "Co je to nejlepší cesta?" Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 65 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Základní přístupy Členění dLe způsobu vytvoření/udržování směrovací tabulky ■ statické (neadaptivní) ■ administrátorem ručně editované záznamy ■ vhodné pro statickou topologii ■ dynamické (adaptivní) - reagují na změny v síti ■ složité (většinou distribuované) algoritmy ■ např. ■ centralizované - vše řídí centrum ■ izolované - každý sám za sebe ■ distribuované - kooperace uzlů Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Další možná členění distribuované "krok za krokem" deterministické jedno dynamický INTERNET vs. centralizované vs. zdrojové vs. stochastické vs. více cestné vs. statický výber cest Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 67/108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Základní distribuované směrování Třídy distribuovaných směrovacích protokolů: ■ Distance Vector (DV) - BeUman-Fordův algoritmus ■ sousední směrovače si v pravidelných intervalech či při topologické změně (např. výpadek zařízení) vyměňují kompletní kopie svých směrovacích tabulek ■ na základe obsahu přijatých updatů si pak doplňují nové informace a inkrementují své distance vektor číslo ■ metrika udávající počet hopů k dané síti ■ čili 'všechny informace jen svým sousedům" ■ Link State (LS) ■ jednotlivé směrovače si zasílají pouze informace o stavu linek, na něž jsou bezprostředně připojeny ■ udržují si tak kompletní informace o topologii dané sítě - zařízení jsou si vědoma všech ostatních zařízení na síti ■ pak se počítá nejkratší cesta (Dijkstruv algoritmus) ■ čili "informace o svých sousedech všem" Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 68 / 108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Směrování - Distance Vector Protokol RIP ■ hlavní představitel DV směrování ■ RIPvl (RFC 1058) ■ RIPv2 (RFC 1723) - přidává např. autentizaci směrovacích informací ■ sítě identifikovaný s využitím mechanismu CIDR ■ jako metrika se využívá počet hopů ■ přenos paketu mezi 2 sousedními směrovací má délku 1 ■ nekonečno =16 ■ =>> nelze použít pro sítě s minimálním počtem hopů mezi libovolnými dvěma směrovací > 15 ■ směrovače zasílají informaci každých 30 sekund ■ triggered update při změně stavu hrany ■ časový limit 180s (detekce chyb spojení) ■ použití: ■ vhodné pro malé sítě a stabilní linky bez redundance Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 69 / 108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Směrování - Link State Protokol OSPF ■ Open Shortest Path First ■ nejpoužívanější LS protokol současnosti ■ metrika: cena (cost) ■ číslo (v rozsahu 1 až 65535) přiřazené ke každému rozhraní směrovače ■ čím menší číslo, tím má cesta lepší metriku (bude tedy preferována) ■ standardně je ke každému rozhraní přiřazena cena automaticky odvozená z šířky pásma daného rozhraní ■ cost = 100000000/bandwidth (ta v bitech za sekundu) ■ možno ručně měnit ■ rozšíření: ■ autentizace zpráv ■ směrovací oblasti - další úroveň hierarchie ■ load-balancing - více cest se stejnou cenou Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 70/108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování - Link State vs. Distance Vector Link State Složitost: ■ každý uzel musí znát cenu každé linky v sítí =>- O(nE) zpráv ■ změnu ceny některé z linek potřeba vypropagovat na všechny uzly Rychlost konvergence: ■ 0(/72) alg., zasílá O(nE) zpráv ■ trpí na oscilace Robustnost: ■ špatně fungující/kompromitovaný směrovač může šířit nesprávné informace jen o k němu přímo připojených linkách ■ každý směrovač si přepočítává směrovací tabulky sám za sebe =>-odděleno od vlastního šíření informací =>- forma robustnosti Použití: ■ vhodné i pro rozsáhlé sítě Distance Vector ■ Složitost: po změně ceny některé z linek je toto zapotřebí vypropagovat jen nejbližsímu sousedovi; dále se propaguje jen tehdy, pokud daná změna znamená změnu stromu nejkratších cest Rychlost konvergence: ■ může konvergovat pomaleji než LS ■ problémy se směrovacími cykly, count-to-infinity problém Robustnost: ■ nesprávný výpočet je postupně šířen sítí =>- může znamenat "zmatení" ostatních směrovačů a nesprávně vypočtené směrovací tabulky Použití: ■ vhodné jen pro menší sítě Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 71 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Autonomní systémy ■ cíLem rozdělení Internetu na autonomní systémy je ■ snížení směrovací režie ■ jednodušší směrovací tabulky, snížení množství vyměňovaných směrovacích informací, atp. ■ zjednodušení správy celé sítě ■ správa jednotlivých internetů různými organizacemi ■ autonomní systémy = domény ■ každému AS/doméně přiřazen lóbitový identifikátor ■ Autonomous System Number (ASN) - RFC 1930 ■ přiřazuje organizace ICANN (Internet Corporation For Assigned Names and Numbers) ■ odpovídají administrativním doménám ■ sítě a směrovače uvnitř jednoho AS spravovány jednou organizací ■ např. CESNET, PASNET,... ■ dělení v závislosti na způsobu připojení AS do sítě: ■ StubAS ■ Multihomed AS Transit AS Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 72 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Směrování mezi autonomními systémy ■ oddělené směrování z důvodů škáLovateLnosti ■ intradoménové - interior routing ■ směrování uvnitř AS ■ plně pod kontrolou správce AS ■ primarnim cilem výkon ■ tzv. Interior Gateway Protocols (IGP) (např. RIP, OSPF) ■ interdoménové/mezidoménové - exterior routing ■ směrování mezi AS ■ primarnim cilem podpora definovaných politika skalovatelnost ■ tzv. Exterior Gateway Protocols (EGP) (např. EGP, BGP-4) ■ nutná spolupráce interior a exterior směrovacích protokolů Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 73 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Směrování mezi autonomními systémy - Exterior Routing Protokol BGP ■ Border Gateway Protocol ■ aktuálně verze 4 (BGP-4) ■ navržen v důsledku růstu Internetu a požadavků na podporu komplexnějších topologií ■ podporuje redundantní topologie, vypořádá se s cykly ■ využívá Path Vector směrování ■ nevyměňují se ceny cest, ale popis celých cest zahrnující všechny skoky ■ umožňuje definici pravidel směrování ■ pracuje nad spolehlivým protokolem (TCP) ■ používá CIDR pro agregaci cest Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 74/108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita IP Multicast Klasické řešení skupinové komunikace v síti. ■ Každým spojem nejvýše jedna kopie dat ■ Vlastnost sítě (hop by hop, nikoliv end-to-end služba) ■ Doručení nezaručené (best effort, UDP, skupinová adresa) ■ Rozsah šíření omezen TTL (Time To Live) paketů Jak identifikovat skupinu? ■ => multicastová IP adresa ■ IPv4:třída D (224.0.0.0 - 239.255.255.255) ■ IPv6: prefix f f 00: :/8 Dva základní přístupy k multicastovému směrování: ■ Source Based Tree ■ Shared Tree (Core Based Tree) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 75 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Source Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 76 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Source Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 77/108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Source Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Source Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Core Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 80 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Core Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 81 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Core Based Tree Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 82 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita IP Multicast - Source Based Tree vs. Core Based Tree Source Based Tree Core Based Tree Aktivita shora od zakládajícího Periodický broadcast Ořezávání větví bez č Lenu Omezení šířky - TTL Pro úzce Lokalizované skupiny Nevýhoda: režie, záplava broadcasty Protokoly: DVMRP(RIP), MOSPF (OSPF),PIM-DM Ustaveno jádro - body setkání (MP) Zájemce o skupinu kontaktuje MP Aktivita zdola od příjemce Redukce broadcastu —> Lépe škáLuje Nevýhoda: závislost na dostupnosti jádra ProtokoLy: CBT,PIM-SM (protokoLově nezávislé) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 83 /108 TCP/IP Model L3 - Síťová vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Síťová vrstva - Résumé ■ Logicky spojuje samostatné heterogenní LAN sítě ■ poskytuje iluzi uniformního prostředí jediné velké sítě ■ poskytuje možnost jednoznačné identifikace (= adresace) každého zařízení na Internetu ■ zajišťuje směrování procházejících paketů ■ další služby: ■ základní monitoring sítě ■ multicast ■ další informace: ■ PB156: Počítačové sítě (doc. Hladká) ■ PA159: Počítačové sítě a jejich aplikace I. (prof. Matýska, doc. Hladká) ■ grafové algoritmy - PB165: Grafy a sítě (prof. Matýska, doc. Hladká, dr. Rudová) ■ atd. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 84 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita L4. Transportní vrstva - Přehled ISO/OSI Aplikační vrstva Síťové aplikace Prezentační vrstva Reprezentace dat Relační vrstva Relace, meziuzlová komunikace Transportní vrstva End-to-end spoje, zajištění spolehlivosti Síťová vrstva Výběr cesty a IP (logické adresování) Vrstva datového spoje MAC a LLC (fyzické adresovaní) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat Proč nestačí L3? nemožnost identifikovat aplikaci, které jsou data určena na každém uzlu by tak mohla běžet maximálně jedna aplikace neřeší defekty sítě (ztrátu/znásobení datagramu, zahlcení sítě, atp.) Co nás nyní čeká, představení L4, poskytované služby protokoly UDP, TCP Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 85 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita L4 z pohledu site - kde se pohybujeme? Processes Processes Internet ■ komunikace konkrétních aplikací (identifikovány transportní vrstvou) na konkrétních uzlech sítě (identifikovány síťovou vrstvou) ■ na uzlech tak může běžet více služeb ■ možnosti zajištění spolehlivého přenosu nad nespolehlivou (best-effort) IP sítí Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 86 / 108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Transportní vrstva - Uvod Transportní vrstva: ■ poskytuje služby pro aplikační vrstvu: ■ přijímá data odesílací aplikace, které transformuje do segmentů ■ přijaté segmenty pak předává cílové aplikaci ■ ve spolupráci se síťovou vrstvou zajišťuje doručení dat (segmentů) mezi komunikujícími aplikacemi/procesy ■ s případným zajištěním spolehlivosti přenosu ■ poskytuje jim logický komunikační kanál ■ iluze fyzického propojení (přímého komunikačního kanálu) ■ tzv. process-to-process delivery ■ nejnižší vrstva poskytující tzv. end-to-end služby ■ hlavičky generované na straně odesílatele jsou interpretovány "jen" na straně příjemce ■ směrovače vidí data transportní vrstvy jako payload přenášených paketů Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 87/108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Transportní vrstva - Služby ■ Tvorba paketů (Packetizing) ■ aplikací zaslaná data transformována na pakety (s přidanou transportní hlavičkou) ■ Řízení spojení (Connection Control) ■ spojované (connection-oriented) a nespojované (connectionless) služby ■ Adresace (Addressing) ■ adresy entit transportní vrstvy (= sífových aplikací/služeb) - tzv. porty ■ pakety obsahují zdrojový a cílový port (identifikaci zdrojové a cílové aplikace) ■ aplikace tak jsou v síti jedinečně identifikovány dvojicí IP_adresa:port Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 88 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Transportní vrstva - Služby ■ Zajištění spolehlivosti přenosu (Reliability) ■ řízení toku (Flow Control) a řízení chyb (Error Control) ■ na nižších vrstvách poskytováno node-to-node, zde end-to-end ■ zajištění spolehlivosti nad best-effort službou (IP) ■ Řízení zahlcení sítě (Congestion Control) a zajištění kvality služby (Quality of Service, OoS) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 89 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Transportní vrstva - Adresace (porty) I. adresy na L4 - čísla portů (ports, port numbers) ■ ä adresy služeb ■ identifikují odesílací aplikaci na zdrojovém uzlu (identifikován IP adresou) ■ identifikují přijímající aplikaci na cílovém uzlu (identifikován IP adresou) identifikace portu lóbitovým číslem rozsah 0 — 65535 Daytime client Daytime server H H52,000|-i h Transport layer H Transport layer 13 H A h Data 13 52,000 => <=\ 13 152,0001 Data Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 90 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Transportní vrstva - Adresace (porty) II. IP header Transport -layer header Port number selects the process IP address selects the host Obrázek: Doručení dat cílové aplikaci - IP adresa a port. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 91 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Transportní vrstva - Spojované vs. Nespojované služby Spojované služby ■ na začátku přenosu ustaveno spojení (udržováno po ceLou dobu přenosu dat) ■ pakety jsou číslovány ■ jejich doručení/nedoručení je explicitně potvrzováno Nespojované služby ■ pakety zasílány cílové aplikaci bez ustaveného spojení ■ pakety nejsou číslovány (=>* nejsou ani potvrzovány) ■ mohou se ztratit, dorazit se zpožděním, dorazit mimo pořadí, atp. Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 92 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita User Datagram Protocol (UDP) User Datagram Protocol (UDP) ■ nejjednodušší transportní protokol poskytující nespojovanou a nespolehlivou (= nezajištěnou) službu ■ poskytuje best-effort službu ■ ke službám IP vrstvy přidává pouze process-to-process komunikaci a jednoduchou kontrolu chyb ■ případné zajištění spolehlivosti přenosu je na aplikaci ■ hlavní přednosti: jednoduchost, minimální režie ■ žádná nutnost ustavení spojení (přináší zpoždění na začátku přenosu) ■ žádná nutnost uchovávání stavových informací na komunikujících stranách ■ malá hlavička ■ vybrané aplikace: ■ procesy vyžadující jednoduchou komunikaci stylu "dotaz - odpověď" (služba DNS (Domain Name Service)) ■ procesy/protokoly s interním řízením toku a kontrolou chyb (např. protokol TFTP (Trivial File Transport Protocol)) ■ real-time přenosy ■ multicastové přenosy Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 93 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita UDP hlavička 8 bytes H-H Header Data ■--- Source port number 16 bits Destination port number 16 bits Total length 16 bits Checksum 16 bits zdrojový port (source port) - identifikace odesílací služby cílový port (destination port) - identifikace přijímající služby délka UDP paketu (length) - celková délka UDP paketu kontrolní součet (checksum) - kontrolní součet UDP paketu (hlavička + data) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 94 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Transmission Control Protocol (TCP) Transmission Control Protocol (TCP) ■ transportní protokol poskytující spojovanou a plně spolehlivou (= zajištěnou) službu ■ pokud je to možné, odeslaná data budou přijímající aplikaci doručena kompletní a ve správném pořadí ■ oproti UDP orientován na přenos proudu bytů (UDP orientováno na přenos bloků dat) ■ před začátkem přenosu nutnost ustavení spojení mezi odesílatelem a přijímajícím ■ tzv. handshake před začátkem přenosu zahrnuje výměnu všech potřebných parametrů ■ spojení rozeznatelné jen na koncových uzlech (end-to-end služba) ■ směrovače tato spojení "nevidí" ■ ustavené spojení možno využít pro plně duplexní komunikaci ■ řídící data přibalována do dat jdoucích opačným směrem (piggybacking) ■ spojení může být pouze dvoubodové (point-to-point) ■ komunikace mezi více partnery (ala multicast) není podporována Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 95 / 108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita TCP hlavička I. Header Data Source port address 16 bits Destination port address 16 bits Sequence number 32 bits Acknowledgment number 32 bits HLEN 4 bits u a P r s Reserved r c v 6 bits g V-k h t y n r i II Window size 16 bits Checksum 16 bits Urgent pointer 16 bits Options and padding Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 96 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita TCP hlavička II. ■ zdrojový port (source port) - identifikace odesílací sLužby/apLikace ■ cílový port (destination port) - identifikace přijímající sLužby/apLikace ■ sekvenční číslo (sequence number) - sekvenční číslo segmentu ■ číslo potvrzovaného segmentu (acknowledgement number) ■ číslo bajtu, který přijímající strana očekává jako následující ■ piggybacking ■ délka hlavičky (header length) - délka TCP hlavičky ve 4B slovech ■ rezervovaná pole (reserved) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 97/108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita TCP hlavička III. ■ řídící data (control) - 6 bitů identifikujících nejrůznější řídící informace URG: Urgent pointer is valid RST: Reset the connection ACK: Acknowledgment is valid SYN: Synchronize sequence numbers PSH: Request for push FIN: Terminate the connection URG ACK PSH RST SYN FIN ■ velikost okna (windowsize) - velikost okna, které musí komunikující strana spravovat ■ určeno pro účely řízení toku (viz dále) ■ kontrolní součet (checksum) - kontrolní součet TCP segmentu (hlavička + data) ■ urgentní data (urgent pointer) - zasílání dat mimo pořadí ■ volby (options) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 98 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita TCP - Řízení toku vs. Řízení zahlcení I. TCP řídí množství zasílaných dat tak, aby: ■ zabránilo zahlcení příjemce = řízení toku (Flow Control) ■ zabránilo zahlcení sítě = řízení zahlcení (Congestion Control) Množství dat, které je možno zaslat do sítě je definováno: ■ velikostí okna příjemce (řízení toku) ■ velikostí tzv. okna zahlcení (congestion window) (řízení zahlcení) ■ na straně odesílatele ■ množství skutečně vysílaných dat ohraničeno menší hodnotou z obou jmenovaných Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 99 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita TCP - Řízení toku vs. Řízení zahlcení II. bez řízení: příjemce vysílající síť řízení toku (flow control): vysílající síť příjemce řízení zahlcení (congestion control): vysílající příjemce síť Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 100 /108 TCP/IP Model L4 - Transportní vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Transportní vrstva Résumé ■ zajišťuje komunikaci konkrétních aplikací ■ s volitelnou spolehlivostí přenosu ■ protokol UDP pro rychlý, avšak nespolehlivý paketový přenos ■ pouze kontrola neporušenosti paketu kontrolním součetem ■ protokol TCP pro zcela spolehlivý proudový přenos dat ■ spolehlivost přenosu zajištěna opakovaným přeposíláním (ARO mechanismy) ■ mechanismus pro řízení toku (zábrana zahlcení příjemce) - explicitní informace od příjemce ■ mechanismus pro řízení zahlcení (zábrana zahlcení sítě) - odhady dostupné kapacity sítě (algoritmus AIMD) ■ další informace: ■ PB156: Počítačové sítě (doc. Hladká) ■ PA159: Počítačové sítě a jejich aplikace I. (doc. Hladká) ■ PA160: Počítačové sítě a jejich aplikace II. (prof. Matýska) Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 101 /108 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita L7. Aplikační vrstva - Přehled ISO / OSI C Aplikační vrstva Síťové aplikace ] Relační vrstva Relace, meziuzlová komunikace Transportní vrstva End-to-end spoje, zajištění spolehlivosti Síťová vrstva Výběr cesty a IP (logické adresovaní) Vrstva datového spoje MAC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat Proč nestačí L4? z pohledu sítě stačí, z pohledu uživatele potřebujeme síťové aplikace Co nás nyní čeká, představení L7 základní členění aplikací vybrané síťové aplikace Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 102 /108 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita L7 z pohledu sítě - kde se pohybujeme? The application layer provides the interface to the network. ■ aplikační programy - interface pro uživatele Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Aplikační vrstva - Uvod I. Aplikační vrstva: ■ poskytuje s tužby pro uživatele: ■ aplikační programy (aplikace) specifické pro požadovaný účel ■ např. elektronická pošta, WWW, DNS, atd. atd. ■ aplikace = hlavní smysl existence počítačových sítí ■ zahrnuje síťové aplikace/programy a aplikační protokoly ■ aplikační protokoly (HTTP, SMTP, atd.) jsou součástí sífových aplikací (web, email) ■ nejedná se o aplikace samotné ■ protokoly definují formu komunikace mezi komunikujícími aplikacemi ■ aplikační protokoly definují: ■ typy zpráv, které si aplikace předávají (request/response) ■ syntaxi přenášených zpráv ■ sémantiku přenášených zpráv (jednotlivých polí) ■ pravidla, kdy a jak aplikace zprávy vysílají Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 104 /108 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Aplikační vrstva - Uvod II. Q Software and hardware convert communication to a digital format Q The application layer prepares human communication for transmission over the data network. Q People create the communication. Q Application layer services initiate the data transfer. Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical OSI Model Q The application layer receives data from the network and prepares it for human use. 0 Each layer plays its role. Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical OSI Model o m Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 105 /108 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY I Masarykova univerzita Aplikační vrstva - Základní členění aplikací Dle využitého komunikačního modelu: ■ Qient-Server modeL ■ Thin vs. Fat clients ■ Peer-to-peer modeL Dle přístupu k informacím: ■ puLL modeL - přenos dat iniciován kLientem ■ push modeL - přenos dat iniciován serverem Dle nároků na počítačovou síť: ■ apLikace s nízkými nároky na přenosovou síť ■ apLikace s vysokými nároky na přenosovou síť Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 106 /108 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Aplikační vrstva - Client-Server vs. Peer-to-peer Client Client-Server Peer-to-peer Luděk Matýska (Eva Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 107/108 TCP/IP Model L7 - Aplikační vrstva FAKULTA INFORMATIKY Masarykova univerzita Aplikační vrstva - Résumé ■ poskytuje služby pro uživatele ■ rozhraní mezi uživatelem a počítačovou sítí ■ aplikace Lze členit dle nejrůznějších hledisek ■ klient/server vs. peer-to-peer, pull vs. push model, nároky na počítačovou sít atp. ■ příklady stěžejních aplikací a aplikačních protokolů Internetu: ■ jmenná služba (DNS) ■ World-Wide-Web (HTTP) ■ elektronická pošta (SMTP) ■ přenos souborů (FTP) ■ multimediální přenosy (RTP/RTCP) ■ další informace: ■ PA159: Počítačové sítě a jejich aplikace I. (doc. Hladká) ■ PA160: Počítačové sítě a jejich aplikace II. (prof. Matýska) ■ PV188: Principy zpracování a přenosu multimédií (doc. Hladká, dr. Liška, Ing. Šiler) Luděk MatyBcaítívd.Hladká) • PB001: Úvod do informačních technologií • podzim 2024 108 / 108