T06 – Komunikačné modely
Vlastnosti
| okruh | TČOZ |
| stav | vypracované |
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:
- fyzická — bity, signály, káble a konektory,
- linková — rámce, MAC adresy, prístup k médiu a detekcia chýb,
- sieťová — logické adresy a smerovanie paketov,
- transportná — spojenie koncových procesov, spoľahlivosť a porty,
- relačná — vytvorenie, udržiavanie a ukončenie relácie,
- prezentačná — formát, kódovanie, kompresia a šifrovanie dát,
- 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 vrstva | PDU | Príklad obsahu |
|---|---|---|
| aplikačná, prezentačná, relačná | dáta | HTTP správa alebo požiadavka aplikácie |
| transportná | segment pri TCP, datagram pri UDP | porty a riadenie prenosu |
| sieťová | paket/datagram | IP hlavička a cieľová IP |
| linková | rámec | zdrojová/cieľová MAC a FCS |
| fyzická | bity/signál | elektrické, 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
| OSI | TCP/IP | Protokoly | Zariadenie | Adresa |
|---|---|---|---|---|
| 7–5 | aplikačná | HTTP(S), DNS, DHCP, FTP, SMTP, SSH, Telnet | – | – |
| 4 transportná | transportná | TCP, UDP | – | port |
| 3 sieťová | internetová | IPv4, IPv6, ICMP, OSPF | router, L3 switch | IP adresa |
| 2 linková | prístup k sieti | Ethernet, Wi-Fi (802.11), ARP | switch, AP | MAC adresa |
| 1 fyzická | prístup k sieti | kábel, optika, rádio | hub, opakovač | – |
Pomôcka na poradie OSI zdola: Please Do Not Throw Sausage Pizza Away (Physical, Data link, Network, Transport, Session, Presentation, Application).
TCP a UDP
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| spojenie | nadväzuje (3-way handshake SYN → SYN-ACK → ACK) | bez spojenia |
| spoľahlivosť | potvrdzovanie, opakovanie, poradie | nie |
| riadenie toku | okno (window) | nie |
| hlavička | 20 B | 8 B |
| použitie | web, e-mail, SSH, prenos súborov | DNS, 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
| Vlastnosť | Význam |
|---|---|
| konečnosť | skončí po konečnom počte krokov |
| jednoznačnosť (determinovanosť) | v každom kroku je jasné, čo ďalej |
| hromadnosť (všeobecnosť) | rieši celú triedu úloh, nie jeden prípad |
| rezultatívnosť | pre správny vstup dá výsledok |
| elementárnosť | skladá sa z jednoduchých, vykonateľných krokov |
| efektívnosť | používa 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.
🔗 Spätné odkazy (3)