História, Internet a všeobecná štruktúra Internetu, služby Internetu.
História počítačových sietí
V roku 1957 vypustil Sovietsky zväz do vesmíru satelit Sputnik 1. Bola to prvá umelá družica Zeme, ktorá odštartovala kozmickú éru ľudstva, a zároveň aj "vesmírne preteky" medzi USA a Sovietskym zväzom.
USA vedeli, že je potrebné vytvoriť decentralizovanú komunikačnú sieť ktorá umožňuje ovládať vojenské objekty na diaľku, aj v prípade ak by bola časť siete zničená (napríklad, v prípade jadrového útoku). Jednou z najväčších výziev bolo zabezpečiť to, že správa sa vždy dostane k adresátovi čo najspoľahlivejšie – ak vypadne zo spojenia jedna podsieť, správa by sa nemala stratiť a mala by byť doručená aj napriek tomu. U.S. Air Force poverili Paula Barana, aby vypracoval štúdiu na to, ako zabezpečiť spoľahlivú kontrolu nad jadrovými zbraňami aj v prípade, ak by časť siete bola zničená. Nakoniec výskumníci dospeli k záveru, že je potrebná sieť s takzvaným "prepínaním paketov".
Prvou funkčnou sieťou ktorá používala takéto prepínanie paketov (packet-switched network) bola ARPANET – predchodca dnešného Internetu. Prvý uzol tejto siete vznikol 30. septembra 1969, postupne bol doplnení o ďalšie uzly a siete.
Internet
S príchodom telekomunikačných zariadení do stále viac a viac domácností sa postupne začali klásť nároky aj na počítačové siete. Vznikla potreba viesť informácie na dlhšie vzdialenosti, aj naprieč niekoľkými kontinentmi.
Internet je najrozsiahlejšou sieťou na svete – spája milióny menších sietí naprieč poskytovateľmi internetového pripojenia (Internet Service Provider – ISP) a umožňuje globálnu komunikáciu medzi elektronickými zariadeniami.
Tieto podsiete obsahujú ďalšie pripojené zariadenia, ktoré sa nazývajú hostitelia (hosts). Niektoré z týchto zariadení môžu poskytovať služby prostredníctvom aplikácií, ktoré sa nachádzajú "na okraji siete" (network edge) – môže sa jednať napríklad o rôzne proxy služby, ochrany proti DoS (Denial-of-Service) útokom, siete pre doručovanie obsahu (CDN – Content-Delivery Network) a podobne. Takéto služby poskytujú prevádzkovatelia internetového pripojenia, alebo veľké spoločnosti ako Amazon, Google, Cloudflare, a podobne. Ďalším príkladom aplikácií na Internete je v podstate akákoľvek internetová stránka (sledovanie videí, internetové vyhľadávače, a mnohé iné).
Hostitelia medzi sebou komunikujú prostredníctvom dátových komunikačných liniek – sú to fyzické média, po ktorých putujú dáta (môžu to byť optické, medené a koaxiálne káble, rádiové veže, satelity...).
Šírka pásma týchto médií sa v angličtine nazýva bandwidth – je to maximálna veľkosť dát, ktorú môže sieť zvládnuť preniesť v danom momente. Predstavme si napríklad, že bandwidth je ako diaľnica, po ktorej idú autá (dáta) – čím je diaľnica širšia (máme k dispozícií väčší bandwidth), tým viac áut po nej môže súčasne jazdiť.
Prenosová rýchlosť siete predstavuje to, ako rýchlo sa autá (dáta) po diaľnici (kábli) pohybujú. Táto rýchlosť je viac-menej definovaná fyzikálnymi zákonmi (to jest, prenos po optickom kábli je rýchlejší ako prenos pomocou rádiových vĺn). Vo všeobecnosti ale platí, že čím väčší máme bandwidth, tým je vyššia aj prenosová rýchlosť (pretože nám umožní v daný moment v sieti prenášať viacej dát súčasne, čo vlastne vytvára ilúziu akoby dáta putovali rýchlejšie).
V súčasnosti je k internetu pripojené prakticky skoro každé elektronické zariadenie. Samozrejmosťou sú notebooky a smartfóny, ale nesmieme zabudnúť ani na iné spotrebiče – práčky, smart-home zariadenia, elektronické kolobežky, autá, hlasový asistenti, bezpečnostné kamery...
Počítačové siete
Poďme od začiatku. Počítačová sieť je akákoľvek skupina navzájom prepojených výpočtových zariadení, ktoré medzi sebou môžu odosielať a prijímať údaje. Výpočtové zariadenia nie sú iba počítače – môžu to byť aj senzory (meteorologická stanica), tablety, smartfóny, televízie, inteligentné (automatizované) domácnosti a podobne...
Sieťová topológia
Najjednoduchšia sieť medzi sebou prepája iba dve zariadenia:
Schéma vyššie sa formálne nazýva sieťová topológia. Táto konkrétna sieť s dvomi zariadeniami medzi sebou dokáže posielať údaje aj bez adresovania (tieto zariadenia teoreticky nemusia mať pridelené identifikátory). Inými slovami: vieme, že ak idú informácie von, tak ich posielame tomu druhému. Naopak, ak dáta prijímame, tak sú to informácie od toho druhého. Neexistuje žiadny tretí hostiteľ ktorý by nám vedel niečo poslať, vieme že odosielateľom alebo príjemcom je ten druhý.
Akonáhle by sme ale do siete pridali jedno alebo viacej zariadení, museli by sme hostiteľov medzi sebou aj zoznámiť – prideliť im nejakú adresu, inak by sa nevedelo, komu je nejaká správa určená. V zásade existuje 5 štandardných zapojení fyzických topológií:
Zbernicová topológia
Kruhová topológia
Protokol
Aby si zariadenia navzájom rozumeli, musia mať medzi sebou dohodnuté protokoly. Protokol definuje formát a poradie správ ktoré sa odosielajú a prijímajú medzi sieťovými entitami, a akcie ktoré sa majú vykonať pri prenose a potvrdení správ[1].
Medzi najznámejšie protokoly v sieťovej komunikácií patria napríklad: Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), File Transfer Protocol (FTP), Transmission Control Protocol (TCP), Internet Protocol verzia 4 a 6 (IPv4, IPv6), Ethernet, Wi-Fi a mnohé iné.
Tieto protokoly sa môžu organizovať do dvoch konvenčných, referenčných modelov (vrstiev):
- OSI model;
- TCP/IP referenčný model;
OSI Model
Open Systems Interconnection (OSI) model funkčne rozdeľuje sieťové protokoly do 7 vrstiev. Každá vrstva má vlastnosť, že používa funkcie vrstiev pod ňou (je závislá na podradených vrstvách):
- Aplikačná vrstva – sieťové procesy aplikácií, každý typ aplikácie má svoj vlastný sieťový protokol ktorému rozumie (webové prehliadače používajú HTTP, manažéri súborov používajú FTP, a tak ďalej...);
- Prezentačná vrstva – reprezentácia dát a kryptografia (šifrovanie);
- Relačná vrstva – predstavuje komunikáciu medzi strojmi;
- Transportná vrstva – spoľahlivosť siete, end-to-end spojenia (TCP, UDP, RTP...);
- Sieťová vrstva – určovanie cesty paketov a logické adresovanie pomocou internetového protokolu (IP adries);
- Spojová vrstva – fyzické adresovanie (napríklad: MAC adresa);
- Fyzická vrstva – predstavuje fyzické médiá (káble, binárne prenosy, atď...);
OSI model vznikol ešte v skoršej fáze vývoja počítačových sietí, a popisuje takzvaný protocol stack.
TCP/IP Model
Ako sa Internet vyvíjal, dospelo sa k presnejšiemu modelu ktorý sa nazýva TCP/IP Model. Jeho analógiou je pôvodný OSI Model, avšak TCP/IP je model ktorý sa používa v praxi.
TCP/IP model obsahuje tieto vrstvy:
- Aplikačná vrstva – predstavuje koncové aplikácie, ktoré využívajú transportnú vrstvu, každá aplikácia si definuje svoj vlastný protokol ktorému rozumie (napríklad: webové prehliadače používajú HTTP, pre prenos súborov sa používa FTP...);
- Transportná vrstva – rieši spoľahlivosť siete – aby prišli pakety v správnom poradí (napríklad: TCP, UDP, RTP...);
- Sieťová vrstva – rieši problém transportu paketov v rámci jednej siete (IPv4 a IPv6);
- Linková vrstva – špecifikuje spôsob prenosu paketov (napríklad: Ethernet, Token Ring);
- Fyzická vrstva – predstavuje fyzické médiá (drôty, optické káble...);
V nasledujúcich témach si popíšeme jednotlivé vrstvy OSI Modelu, od najspodnejšej vrstvy po najvrchnejšiu.
Referencie
- ↑ J. F. Kurose, K. W. Ross; Computer Networking: A Top-Down Approach (8th edition); 2020 (http://gaia.cs.umass.edu/kurose_ross/ppt.php; voľný preklad do slovenčiny)