pro návrat na domovskou stránku klikni
sdílení a tisk
Báječný svět počítačových sítí (seriál, PC World)

V měsíčníku PC World vycházel od února 2005 do července 2007 seriál, koncipovaný jako síťový tutoriál (tedy text spíše zaměřený na výuku a všeobecnou osvětu). Jeho struktura navazovala na mou přednášku z počítačových sítí na MFF UK, a byla jakousi zjednodušenou a zkrácenou verzí této přednášky, v písemné formě.

část I. - Ve znamení konvergence
O sítích světa spojů a světa počítačů a o jejich konvergenci, o dostupnosti zdrojů, o základních paradigmatech - přepojování okruhů a paketů, o spolehlivosti a nespolehlivosti přenosů, o principu maximální snahy a garantované kvalitě služeb

část II. - Taxonomie
O klasifikaci počítačových sítí - LAN, WAN, MAN a PAN, Internet a internet, intranet a extranet, přístupové a páteřní sítě, místní smyčky, poslední metr, sousedské a komunitní sítě, sítě serverového typu a sítě peer-to-peer

část III. - Síťové architektury
O síťových modelech a architekturách, o genezi referenčního modelu ISO/OSI, jeho sedm vrstev a jejich hlavní úkoly.

část IV. - Rodina protokolů TCP/IP
O filosofii a historii TCP/IP, vrstvy TCP/IP a jejich úkoly, princip maximální snahy, nespojovaný a nspolehlivý charakter komunikace, "IP over everything" a "Everything over IP"

část V. - Základy datových komunikací
Reálné obvodové vlastnosti přenosových cest, přenos v základním a přeloženém pásmu, šířka pásma a její vliv na přenos signálu, modemy a modulovaný přenos, druhy modulace, modulační a přenosová rychlost, Nyquistův teorém a Shannovův teorém, příklad analogové telefonní linky, nominmální a efektivné přenosová rychlost

část VI. - Základy datových komunikací, II.
Základem pro fungování počítačových sítí jsou přenosová média, protože právě ona a pouze ona fakticky přenáší nějaká data. Přenosových médií ovšem existuje celá řada, a jejich vlastnosti a schopnosti se v mnohém liší. Jak je to například s koaxiálními kabely, kroucenými dvoulinkami, optickými vlákny, či třeba s bezdrátovými přenosovými médii?

část VII. - Přenosové techniky.
V prostředí počítačových sítí se data přenáší mnoha různými způsoby, s využitím různých technik. Některé přenosy jsou například plně duplexní, zatímco jiné jen simplexní. A jak postupovat, když potřebujeme rozdělit jeden přenosový kanál mezi více dílčích přenosů? Jaké techniky multiplexu se k tomu používají?

část VIII. - Přenosové techniky, II.
Při přenosech dat je třeba zajistit, aby příjemce správně rozpoznal a vyhodnotil to, co mu odesilatel vlastně posílá. To se zajišťuje jinak u synchronních přenosů, a jinak u přenosů asynchronních či arytmických. A co je bitový proud (bitstream) a jak fungují isochronní a ne-isochronní přenosy?

část IX. - Zajištění spolehlivosti
Některé aplikace vyžadují, aby přenosy dat fungovaly spolehlivě a nedocházelo při nich k žádným chybám ani ztrátám. Jiným aplikacím naopak nějaké to poškození dat až tak nevadí, a dávají přednost rychlosti, pravidelnosti a malému zpoždění. Když už je ale spolehlivý přenos požadován, jakým způsobem ho zle zajistit? Co jsou detekční a samoopravné kódy? Jak funguje potvrzování a jaké má varianty?

část X. - Řízení přístupu
Lokální počítačové sítě (sítě LAN), na rozdíl od většiny rozlehlých sítí (sítí WAN), mají systematickou topologii - například do kruhu, do stromu či ve tvaru sběrnice. Pro vzájemnou komunikaci svých uzlů přitom používají přenosové médium, které je společně sdíleno více uzly. To umožňuje, aby vysílání jednoho uzlu přijímaly třeba všechny ostatní uzly najednou. Problém ovšem nastává v případě, pokud by chtělo vysílat více uzlů najednou. Pak musí nastoupit někdo, či spíše něco, co zajistí že se ze všech zájemců vybere jeden, a pouze on pak bude vysílat. To je podstata řízení přístupu.

část XI. - Síťová vrstva a směrování
Vrstva síťová, která je třetí vrstvou referenčního modelu ISO/OSI (počítáno odspodu), má za úkol dopravovat data přes mezilehlé uzly tak, aby se dostala až ke svým konečným příjemcům. Aby síťová vrstva něco takového dokázala, musí být schopna vyhledávat vhodné cesty v síti či v celé soustavě vzájemně propojených sítí. Tomu se říká směrování, anglicky routing. Zařízení, které směrování zajišťuje, se označuje jako směrovač, anglicky router.

část XII. - Transportní vrstva
Transportní vrstva je první vrstvou, se kterou se setkáme pouze v koncových uzlech sítě, ale nikoli v jejích vnitřních uzlech (ve směrovačích). Však také hlavním úkolem transportní vrstvy je zajišťovat vzájemnou komunikaci koncových uzlů (tzv. end-to-end komunikaci). Je také první vrstvou, která v rámci uzlu rozlišuje jednotlivé entity (procesy), prostřednictvím tzv. portů. Nižší vrstvy se na jednotlivé uzly dívají vždy jako na dále nedělitelný celek.

část XIII. - Aplikačně orientované vrstvy
Jedním z významných rozdílů mezi Referenčním modelem ISO/OSI a TCP/IP je i počet "nejvyšších" vrstev. Zatímco referenční model ISO/OSI má samostatnou prezentační a relační vrstvu, v TCP/IP je nenajdeme. Pokud jsou jejich funkce zapotřební, jsou implementovány až v samotné aplikační vrstvě. Tu samozřejmě najdeme jak u RM ISO/OSI, tak i u TCP/IP. Ovšem představa, že do aplikační vrstvy spadají celé aplikace, používané koncovými uživateli, není zcela správná.

část XIV. - Služby a aplikace (nejen) v Internetu
Většina aplikací v rámci TCP/IP a Internetu vychází z výpočetního modelu klient/server. Na počátku sloužily tyto aplikace třem základním službám - elektronické poště, přenosu souborů a vzdálenému přihlašování - ale s postupem času se jejich repertoár rozšiřoval. Vznikaly nové a specializované služby, s vlastními aplikacemi a aplikačními protokoly (např. NFS, Archie, WAIS, Gopher apod.). Později se ale trend obrátil a počet služeb, resp. aplikací se začal naopak snižovat. Některé úplně zanikly, zatímco jiné se udržely. Z "nových" uspěl hlavně World Wide Web.

část XV. - Výpočetní model
Většina aplikací, se kterými se můžeme setkat v prostředí dnešních počítačových sítí, vychází z výpočetního modelu klient/server. Není to ale zdaleka jediná možnost, protože vedle ní existovala a stále existuje celá řada zajímavých alternativ. Historicky nejstarší bylo tzv. dávkové zpracování, které ani dnes není zdaleka mrtvé. Následoval model host/terminál, po kterém přišly na řadu monolitické aplikace pro izolovaná PC. Jejich nedostatky řešilo propojení počítačů do lokální sítě a využití modelu file server/pracovní stanice. A jak vypadá a funguje 3-úrovňový model klient/server?

část XVI. - Alternativní výpočetní modely
Vedle modelu klient/server se v prostředí dnešních počítačových sítí stále více objevují i zajímavé alternativy. Některé z nich zazářily a zase pohasly, jako třeba model Network Centric Computing. Ke svému fungování jej měly využívat tzv. tencí klienti, alias počítače NC (Network Computer). Ty se měly stát protipólem tzv. tlustých klientů, reprezentovaných hlavně klasickými počítači PC (Personál Computer). Nakonec z toho ale nic moc nebylo. To jiné alternativy naopak stále žijí a těší se čím dál tím větší oblibě. Jako třeba model Server-based Computing.

část XVII. - Internetworking
Hitem dnešního světa počítačových sítí je jejich propojování, alias tzv. internetworking. Zde se běžně operuje s pojmy a termíny jako opakovač, přepínač, směrovač či brána, případně rovnou s jejich anglickými ekvivalenty - repeater, switch, router či gateway. A když se k tomu přidá ještě rozbočovač, alias hub, může dojít k pořádnému zmatení. Pokusme se v tom udělat trochu jasno.

část XVIII. - Není most jako přepínač
Problematika vzájemného propojování počítačových sítí, alias tzv. internetworkingu, má celou řadu zajímavých a specifických částí. Jednou z nejatraktivnějších a nejčastěji přetřásaných "podkapitol" je ta, která se zabývá rozdíly mezi mosty (anglicky: bridge) a přepínači (anglicky: switch). Takže v čem se mosty a přepínače vlastně odlišují, a kdy je vhodnější použít most a kdy přepínač?

část XIX. - Propojování na síťové a aplikační vrstvě
Jedním z nejtěžších úkolů internetworkingu je správně zvolit velikost jednotlivých sítí. Některé faktory působí na jejich zvětšování, zatímco jiné spíše proti němu. A když už nějaké sítě máme, jak je nejlépe propojit? Kdy použít klasický směrovač, alias router, a kdy raději zařízení zvaná L3 switch, případně L4/7 switch? Jaký problém řeší sítě VLAN?

část XX. - Příběh Ethernetu
Snad žádná jiná přenosová technologie linkové vrstvy neměla v praxi takový úspěch a nedočkala se takového nasazení, jako Ethernet. Vděčí za to kombinaci několika faktorů, včetně své jednoduchosti a přímočarosti, a také rozumnému přístupu svých původních autorů, včasné standardizaci a brzkému "otevření". Dnes už Ethernet přerostl z prostředí lokálních sítí až do sítí metropolitních i sítí rozlehlých. Přitom také podstatně zrychlil, z původních deseti megabitů za sekundu nejnověji na tisícinásobek, na deset gigabitů.

část XXI. - Stomegabitový Ethernetu
Původně desetimegabitový Ethernet se časem dočkal desetinásobného zrychlení, neboli zvýšení své nominální rychlosti na 100 Mbit/s. Ve hře ovšem byly dvě různé technologie, které spolu soupeřily o možnost stát se "stomegabitovým Ethernetem". Jedna z nich šla cestou zachování všech vlastností a pouhého zrychlení, zatímco druhá chtěla nahradit všechno to, co se v mezidobí přežilo či ukázalo jako ne optimální. Nakonec ale zvítězila první varianta "stomegabitového Ethernetu beze změn".

část XXII. - Gigabitový a ještě rychlejší Ethernet
Cesta dalšího zrychlování populárního Ethernetu neskončila jeho stomegabitivou verzí, ale pokračovala dále. Autoři rychlejších verzi se museli vyrovnat zejména se striktním požadavkem přístupové metody CSMA/CD na detekci kolize nejpozději v čase, který odpovídá přenosu nejkratšího možného rámce. Se zvyšováním nominální rychlosti Ethernetu se ale tato doba neustále zkracovala. A tak pokud autoři gigabitového Etherntu chtěli zachovat metodu CDMA/CD, museli prodloužit minimální délku rámce. Nebo úplně odbourat celou metodu CSMA/CD a přejít na plně duplexní Ethernet. Ten desetigigabitový pak už existuje pouze jako plně duplexní.

část XXIII. - Bezdrátový Ethernet
Vývoj Ethernetu se neubíral pouze cestou zrychlování a zvětšování dosahu „po drátech“, ať již po kroucené dvoulince či po optických vláknech. Časem zákonitě došlo i na myšlenku, zda to nezkusit bez drátů. Podařilo se, a po prvních nesmělých krůčcích se bezdrátový Ethernet vydal dobývat svět. A i zde uspěl, dokonce navýsost dobře. A to i bez jména „Ethernet“, kterého se bezdrátová verze časem zbavila. Dnes o ní nejčastěji hovoříme jako o technologii Wi-Fi, i když ani to není úplně přesně.

část XXIV. - Wi-Fi
Když se dnes řekne Wi-Fi, snad každý si pod tím představí nějaké zařízení pro bezdrátový přenos dat mezi počítači a dalšími zařízeními. Jenže technologií a standardů, ze kterých takováto zařízení mohou vycházet, je více. Vyznáte s tom, čím se liší IEEE 802.11b od IEEE 802.11a či IEEE 802.11g, a proč jen některé konkrétní produkty mají právo honosit se označením Wi-Fi, zatímco jiné nikoli?

část XXV. - Architektura Wi-Fi sítí
V čem se liší režimy ad-hoc a režimy infrastruktury, ve kterých mohou pracovat Wi-Fi buňky? Co je přístupový bod (AP, Access Point), jak je vymezena buňka Wi-Fi sítě a čím celá Wi-Fi síť? Co je BSS, a co ESS? K čemu slouží distribuční systémy a proč mohou být jak drátové, tak i bezdrátové? Jaký význam mají identifikátory SSID a BSSID? Jak fungují bezdrátové opakovače a co jsou mesh sítě?

část XXVI. - ATM, technologie, která nezvítězila
Technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode) vznikla jako řešení, které mělo vyhovět potřebám světa spojů i světa počítačů. V zásadě se jí to podařilo, ale zaplatila za to příliš vysokou cenu, zejména pokud jde o celkovou složitost, těžkopádnost a neefektivnost. Ambice stát se konvergovanou technologií, která nahradí dosud používané síťové technologie současně v obou světech, se tak nakonec nenaplnila.

část XXVII. - Pevná telefonní síť a její využití pro přenos dat
Veřejná (pevná) telefonní síť vznikla pro potřeby přenosu hlasu, a velmi dlouho sloužila výlučně tomuto účelu. Teprve v nedávných letech se stala zajímavou alternativou i pro přenos dat, a zejména pro vytáčené připojení k Internetu (dial-up). Jak ale takovéto přenosy fungují,  jakých rychlosti mohou dosahovat telefonní modemy v analogové telefonní síti, a jakých v digitální síti?

Dvacátým sedmým dílem, vydaným v červenci 2007, tento seriál skončil. Redakce PC Worldu již neměla zájem o jeho pokračování.
© Jiří Peterka, 2011, profil na Google+