Skip to main content

T06 – Komunikačné modely

Vlastnosti
okruhTČOZ
stavvypracované
Oficiálne znenie okruhu (PDF sylabus)

KOMUNIKAČNÉ MODELY – typy modelov, PDU na jednotlivých vrstvách, IPv4, algoritmus

Úloha komunikačných modelov​

Komunikačný model rozdeľuje zložitú komunikáciu na vrstvy s presne definovanými službami a rozhraniami. Vďaka tomu možno meniť technológiu jednej vrstvy bez prepracovania celej aplikácie a ľahšie hľadať chyby. Najčastejšie sa porovnávajú referenčný model OSI a praktický model TCP/IP.

Typy modelov a vrstvy​

OSI má sedem vrstiev od najnižšej:

  1. fyzická — bity, signály, káble a konektory,
  2. linková — rámce, MAC adresy, prístup k médiu a detekcia chýb,
  3. sieťová — logické adresy a smerovanie paketov,
  4. transportná — spojenie koncových procesov, spoľahlivosť a porty,
  5. relačná — vytvorenie, udržiavanie a ukončenie relácie,
  6. prezentačná — formát, kódovanie, kompresia a šifrovanie dát,
  7. aplikačná — služby priamo používané aplikáciami.

TCP/IP zoskupuje vrstvy do prístupovej k sieti, internetovej, transportnej a aplikačnej. OSI je najmä referenčný model; TCP/IP opisuje reálne protokoly ako Ethernet, IP, TCP, UDP, DNS a HTTP. Niekedy sa používa aj päťvrstvový model, v ktorom sú relačná a prezentačná vrstva začlenené do aplikačnej.

PDU na jednotlivých vrstvách​

PDU (Protocol Data Unit) je názov dátovej jednotky na konkrétnej vrstve:

OSI vrstvaPDUPríklad obsahu
aplikačná, prezentačná, relačnádátaHTTP správa alebo požiadavka aplikácie
transportnásegment pri TCP, datagram pri UDPporty a riadenie prenosu
sieťovápaket/datagramIP hlavička a cieľová IP
linkovárámeczdrojová/cieľová MAC a FCS
fyzickábity/signálelektrické, optické alebo rádiové impulzy

Pri odosielaní sa vykoná zapuzdrenie: dáta → segment/datagram → IP paket → rámec → bity. Prijímač vykoná opačné rozbalenie. Každá vrstva pridá vlastnú hlavičku a niekedy pätičku.

IPv4 v modeli​

IPv4 je protokol sieťovej vrstvy s 32-bitovou adresou zapisovanou štyrmi desiatkovými oktetmi, napríklad 192.168.1.10/24. Prefix alebo maska určuje sieťovú a hostiteľskú časť. Paket môže prejsť viacerými smerovačmi; každý smerovač zníži TTL a podľa routovacej tabuľky zvolí ďalší skok. IPv4 nepoužíva porty — tie patria TCP/UDP — a neoveruje sám o sebe spoľahlivé doručenie.

Algoritmus komunikácie​

Algoritmus je konečný, jednoznačný a vykonateľný postup riešenia úlohy. Pri sieťovej komunikácii môže mať napríklad tieto kroky:

získaj cieľovú IP adresu
ak cieľ patrí do lokálnej siete:
zisti jeho MAC pomocou ARP
inak:
zisti MAC predvolenej brány
vytvor IP paket a rámec
odošli rámec
na každom routeri vyber najdlhší zodpovedajúci prefix
opakuj, kým paket nedosiahne cieľ alebo nevyprší TTL

Pri návrhu algoritmu určujeme vstup, výstup, podmienky, opakovanie a ukončenie. Vývojový diagram alebo pseudokód pomáha overiť postup ešte pred programovaním.

Protokoly a zariadenia na vrstvách​

OSITCP/IPProtokolyZariadenieAdresa
7–5aplikačnáHTTP(S), DNS, DHCP, FTP, SMTP, SSH, Telnet––
4 transportnátransportnáTCP, UDP–port
3 sieťováinternetováIPv4, IPv6, ICMP, OSPFrouter, L3 switchIP adresa
2 linkováprístup k sietiEthernet, Wi-Fi (802.11), ARPswitch, APMAC adresa
1 fyzickáprístup k sietikábel, optika, rádiohub, opakovač–

Pomôcka na poradie OSI zdola: Please Do Not Throw Sausage Pizza Away (Physical, Data link, Network, Transport, Session, Presentation, Application).

TCP a UDP​

TCPUDP
spojenienadväzuje (3-way handshake SYN → SYN-ACK → ACK)bez spojenia
spoľahlivosťpotvrdzovanie, opakovanie, poradienie
riadenie tokuokno (window)nie
hlavička20 B8 B
použitieweb, e-mail, SSH, prenos súborovDNS, DHCP, VoIP, video, hry

Známe porty: HTTP 80, HTTPS 443, SSH 22, Telnet 23, DNS 53, DHCP 67/68, FTP 20/21, SMTP 25.

Hlavička IPv4 – hlavné polia​

Verzia (4), dĺžka hlavičky, celková dĺžka, TTL (pri každom routeri −1, pri 0 sa paket zahodí), protokol (6 = TCP, 17 = UDP, 1 = ICMP), kontrolný súčet hlavičky, zdrojová a cieľová IP adresa. Hlavička má minimálne 20 bajtov.

Vlastnosti algoritmu​

VlastnosťVýznam
konečnosťskončí po konečnom počte krokov
jednoznačnosť (determinovanosť)v každom kroku je jasné, čo ďalej
hromadnosť (všeobecnosť)rieši celú triedu úloh, nie jeden prípad
rezultatívnosťpre správny vstup dá výsledok
elementárnosťskladá sa z jednoduchých, vykonateľných krokov
efektívnosťpoužíva primerane času a pamäte

Algoritmus sa dá zapísať slovne, pseudokódom, vývojovým diagramom alebo priamo v programovacom jazyku (pozri T18 – Algoritmy, vývojové diagramy a VLSM).

Krátka ústna odpoveď​

Komunikačné modely delia komunikáciu na vrstvy; hlavné sú OSI a TCP/IP. Pri zapuzdrení sa z dát stanú na transportnej vrstve segment alebo datagram, na sieťovej paket, na linkovej rámec a na fyzickej vrstve bity. IPv4 používa 32-bitové adresy a smerovače podľa nich vyberajú ďalší skok. Algoritmus je presný konečný postup, ktorý možno zapísať pseudokódom alebo vývojovým diagramom.

IPv4 má 32 bitov a zapisuje sa desiatkovo s bodkami. Algoritmus je konečný, jednoznačný a vykonateľný postup riešenia; musí mať vstup, výstup a konečný počet krokov.

Kontrolné otázky​

Vymenuj vrstvy OSI a TCP/IP a ich vzájomný vzťah.

OSI: fyzická, linková, sieťová, transportná, relačná, prezentačná, aplikačná. TCP/IP: prístup k sieti (OSI 1–2), internetová (3), transportná (4), aplikačná (5–7).

Ako sa volá PDU na jednotlivých vrstvách?

Aplikačná – dáta, transportná – segment (TCP) / datagram (UDP), sieťová – paket, linková – rámec, fyzická – bity.

Čo je zapuzdrenie?

Pri odosielaní každá vrstva pridá k dátam vyššej vrstvy svoju hlavičku (linková aj pätičku FCS). Prijímač ich postupne odstraňuje (rozbalenie).

Porovnaj TCP a UDP a uveď príklady použitia.

TCP je spojovaný a spoľahlivý (web, SSH, e-mail). UDP je nespojovaný, rýchly, bez potvrdení (DNS, VoIP, streamovanie, hry).

Ktoré zariadenie pracuje na ktorej vrstve?

Hub – L1, switch – L2 (MAC), router – L3 (IP), L3 switch – L2 aj L3.

Na čo slúži pole TTL?

Každý router ho zníži o 1; pri 0 paket zahodí a pošle ICMP správu. Zabraňuje nekonečnému kolovaniu paketov pri slučke.

Aké vlastnosti má mať algoritmus?

Konečnosť, jednoznačnosť, hromadnosť, rezultatívnosť, elementárnosť, efektívnosť.