Najpopulárnejšou službou dnešných počítačových sietí je bezpochyby elektronická pošta, ktorá priťahuje stále viacej a viacej užívateľov. Aj keď ide o službu, ktorá môže byť v sieťach rôzneho typu implementovaná odlišným spôsobom, jej celkový efekt je pre užívateľa prakticky vždy rovnaký. Elektronickú poštu je možné označiť za novodobý fenomén, ktorý zásadným spôsobom mení spôsob, akým ľudia spolu komunikujú. Ak sa na okamih vrátime do minulosti, tak napríklad v 18. storočí trvalo niekoľko týždňov, než sa nejaká správa dostala z Európy do Ameriky, zatiaľ čo dnes sa prenos správ aj na druhú stranu planéty meria na sekundy. Vďaka elektronickej pošte a ďalším moderným spôsobom komunikácie dnes nie je problémom komunikovať s ktorýmkoľvek človekom na zemi či získavať informácie.
V súčasnosti sa používanie siete Internet stáva bežnou samozrejmosťou. Význam počítačovej
siete Internet spočíva predovšetkým v tom, že táto sieť je nevyčerpateľným zdrojom informácií
a údajov zo všetkých oblastí ľudského života. Internet okrem toho poskytuje aj množstvo služieb
ako napríklad doručovanie elektronickej pošty, prenos súborov, vyhľadávanie informácií o
užívateľoch, prístup a využívanie vzdialených počítačov, WWW a veľa iných.
ARPANET
V priebehu 60-tych rokov organizácia RAND spolu s univerzitami MIT a Los Angeles (UCLA) rozpracovala koncepciu decentralizovane odolnej paketovo-orientovanej siete. V roku 1968 bola podľa tohto princípu postavená prvá testovacia sieť v Národnom fyzikálnom laboratóriu vo Veľkej Británii. Krátko potom sa Pentagonská agentúra ARPA (Advanced Research Projects Agency) rozhodla financovať analogický projekt. Na jeseň v roku 1969 bol inštalovaný prvý uzol siete v UCLA a koncom tohto roku boli na svete štyri uzly, ktoré vytvorili zárodok siete, pomenovanej podľa svojho sponzora - ARPANET.Protokol TCP/IP
V roku 1971 mal už ARPANET pätnásť uzlov a o rok neskôr 37. Hlavnou činnosťou ARPANETu bola výmena informácií a osobných správ. Výskumní pracovníci používali sieť k spolupráci na projektoch, k výmene pracovných správ a pod. Ľudia mali na ARPANETovských počítačoch svoj osobný účet a svoju osobnú adresu pre elektronickú poštu.
Behom 70-tych rokov sa sieť ARPANET stále viac rozrastala; jej decentralizovaná štruktúra túto expanziu len uľahčovala. Na rozdiel od štandardných firemných počítačových sietí mohol ARPANET pripojovať veľa rôznych počítačov - stačilo, aby tieto počítače rozumeli paketovo-orientovanému protokolu novej siete, všetko ostatné bolo irelevantné [9].
Pôvodným protokolom pre komunikáciu v sieti ARPANET bol NCP (Network Control Protocol), ale s postupom času a vznikom nových pokročilejších technológií začal byť NCP nahradzovaný prepracovanejším štandardom vyššej úrovne označovaným TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Tento protokol vznikol ako výsledok projektu agentúry DARPA, ktorý mal za cieľ skúmať techniky a technológie pre prepojovanie paketových sietí rôznych typov; systém sietí navrhnutých v rámci tohto projektu vošiel do povedomia pod označením Internet. Sada protokolov TCP/IP má dve skupiny: TCP (Transmission Control Protocol) prevádza správy do sekvencie paketov na zdrojovom uzle a potom ich znovu zostavuje do pôvodných správ na cieľovom uzle siete. IP (Internet Protocol) obhospodaruje adresovanie a to tak, aby pakety mohli byť smerované nielen cez rad uzlov, ale dokonca aj cez rad sietí pracujúcich s rôznymi komunikačnými protokolmi.Internet
V roku 1977 začal byť TCP/IP používaný inými sieťami pre pripojovanie k ARPANETu. Samotný ARPANET zostával pod pevným riadením do roku 1983, kedy sa jeho vojenský segment oddelil a vytvoril samostatnú vojenskú sieť MILNET.
V roku 1994 vstúpila do hry Národná vedecká nadácia USA (NSF - National Science Foundation) prostredníctvom svojho úradu pre pokročilé vedecké výpočty, ktorý inicioval vývoj siete NSFNET. Táto sieť priniesla nové rýchle tempo ďalšieho technického zdokonaľovania. Neskôr sa pridali aj ďalšie vládne agentúry (NASA, National Institutes of Health, Department of Energy a pod.), aby prispeli k rozširovaniu sieťovej chrbtice Internetu. V Európe vznikli významné medzinárodné chrbtice ako NORDUNET [9].
Samotná sieť ARPANET formálne zanikla v roku 1983. Jej užívatelia to prakticky ani nezaznamenali, pretože ARPANETovské služby fungovali ďalej, a naviac boli a sú stále zdokonaľované. Použitie štandardu TCP/IP pre počítačové sieťovanie sa stalo globálnou záležitosťou.
Internet je obrovská sieť vytvorená pôvodne spojením rôznych výskumných sietí a sietí vo vojenskom priemysle (ako napríklad NSFnet, MILnet a CREN). S viac než miliónom registrovaných uzlov, mnoho z nich sú servery alebo menšie siete, je dnes Internet najväčšou počítačovou sieťou na svete. Vidno to aj z grafu (pozri obrázok 1), ktorý zobrazuje trend rastu počítačov v polročnom cykle od januára 1991 do roku 2000 (tento graf je dielom firmy Network Wizards, ktorej adresa je http://www.nw.com).
Internet umožňuje svojim užívateľom komunikovať prostredníctvom sieťových
služieb. Sú to napríklad: Elektronická pošta, Služby pre vzdialené prihlasovanie, Diskusné
skupiny a fóra, Služby pre vyhľadávanie a prenos súborov, Rôzne služby k vyhľadávaniu zdrojov,
záujmových skupín, prípadne jednotlivých užívateľov, Komunikácia v reálnom čase atď. Pre ich
využívanie je potrebný počítač, ktorý je priamo alebo sprostredkovane pripojený k Internetu.
V sedemdesiatich rokoch 20. storočia sa začali objavovať prvé významnejšie rozľahlé počítačové siete.
Vedľa experimentálnych sietí (ako napr. ARPANET a CYCLADES) to boli predovšetkým siete
budované podľa vlastných koncepcií popredných výrobcov počítačov (napríklad siete SNA firmy
IBM, DNA firmy DEC). Zatiaľ čo experimentálne siete boli od začiatku heterogénne a priamo
teda počítali so zapojením počítačov rôznych typov od rôznych výrobcov, možnosť zapojenia
do ostatných sietí bola viazaná na vlastníctvo produktov príslušného výrobcu, ktorý si v
rámci vlastnej sieťovej architektúry vytváral svoje špecifické konvencie a protokoly. Preto
sa onedlho objavila potreba jednotného štandardu pre vzájomné prepojovanie počítačových
systémov rôznych typov a koncepcií, ktoré boli výsledkom práce rôznych výrobcov. Potrebu
vytvorenia takéhoto štandardu si uvedomila aj medzinárodná organizácia ISO, ktorá sa v roku
1977 rozhodla túto úlohu riešiť.
Vytvorila si k tomu novú podskupinu (SC16) v rámci svojej technickej komisie pre spracovanie
dát a tú poverila prípravou nového štandardu. Ten dostal prvý pracovný názov: Open Systems
Architecture (t.j. architektúra otvorených systémov). Prívlastok "otvorený" (open) tu mal
zdôrazniť, že systém vyhovujúci zamýšľanému štandardu bude pripravený pre vzájomné prepojenie
so všetkými ostatnými systémami na celom svete, ktoré budú tomuto štandardu vyhovovať.
Prvá pracovná schôdzka podskupiny SC16 sa konala v marci 1978. Všetci zúčastnení sa rýchlo
zhodli na vrstvovej koncepcii, ktorá dokáže nielen vyhovovať všetkým nárokom na vzájomné
prepojovanie otvorených systémov, ale je schopná aj neskoršieho rozširovania tak, aby mohla
vyhovovať aj budúcim požiadavkám. Podskupina SC 16 sa preto začala okamžite zaoberať otázkou,
o koľkých vrstvách bude najvhodnejšie uvažovať a aké úlohy týmto vrstvám zveriť.
Pre potreby svojho rozhodovania si podskupina SC16 sformulovala celkom 13 princípov, ktoré
sa potom snažila aplikovať. Vychádzala z nasledujúcich myšlienok:
- Samostatná vrstva by mala vzniknúť všade tam, kde je potrebný iný stupeň abstrakcie.
- Každá vrstva by mala zaisťovať presne vymedzené funkcie. Tieto funkcie by mali byť volené tak, aby pre ich realizáciu mohli byť vytvorené štandardizované protokoly s medzinárodnou pôsobnosťou.
- Rozhrania medzi vrstvami by mali byť volené tak, aby bol minimalizovaný tok dát cez tieto rozhrania.
- Počet vrstiev by mal byť tak veľký, aby vzájomne odlišné funkcie nemuseli byť zaraďované do rovnakej vrstvy, a súčasne s tým tak malý, aby celá architektúra zostala dostatočne prehľadná.
Výsledkom aplikovania týchto princípov bolo vymedzenie siedmich vrstiev a špecifikácie úloh, ktoré by tieto vrstvy mali zaisťovať.
Ešte v priebehu práce na pripravovanom štandarde zmenila podskupina SC16 aj jeho pracovný názov z Open Systems Architecture na Open Systems Interconnection Architecture, v preklade: architektúra vzájomného prepojovania otvorených systémov.
V júli roku 1979 bol odovzdaný ako koncept návrhu nadriadenej technickej komisii TC97, ktorá ho koncom roku 1979 prijala za základ pre ďalší vývoj naväzujúcich štandardov pre vzájomné prepojovanie otvorených systémov v rámci organizácie ISO [8].
Na poslednú chvíľu bol však ešte raz zmenený slovný názov štandardu. Z bližšie neznámych dôvodov bolo vypustené slovo Architecture, a naopak boli pridané dve nové slová: Reference Model (referenčný model). Tie majú zdôrazniť, že celý štandard nie je len jedným konkrétnym návrhom spôsobu, ako riešiť vzájomné prepojovanie, ale skôr spoločným rámcom, či vzorom (referenčným modelom), podľa ktorého by malo byť vzájomné prepojovanie systémov riešené. Správny názov celého štandardu teda znie: Reference Model of Open Systems Interconnection (Referenčný model prepojovania otvorených systémov) a ako norma ISO má číslo 7498.
Protokoly a služby pre jednotlivé vrstvy vznikli až dodatočne a to ako samostatné štandardy (resp. normy) ISO, alebo ako prevzaté štandardy iných organizácií (napr. CCITT či IEEE). Postupne tak vznikali, respektíve stále vznikajú, nové protokoly definujúce možné spôsoby fungovania jednotlivých vrstiev ISO/OSI modelu.
Všeobecne uznávaným abstraktným modelom sieťových komunikácií je OSI (Open System Interconnect)
model (obr. 2) navrhnutý Medzinárodnou organizáciou pre štandardizáciu ISO. Ten pozostáva zo
siedmich vrstiev, ktoré definujú komunikačné schopnosti potrebné k uskutočneniu vzájomnej
komunikácie medzi ktorýmikoľvek dvomi počítačmi. Každá vrstva využíva služby bezprostredne
nižšej vrstvy a sama poskytuje svoje služby bezprostredne vyššej vrstve.
Aplikačná vrstva (Application Layer)
Je najvyššou vrstvou v referenčnom modeli OSI. Táto vrstva je zodpovedná za poskytovanie
prístupu aplikáciám do siete. Príkladom úlohy aplikačnej vrstvy môže byť prenos súborov
(FTP), elektronická pošta (MAIL), prípadne aj správa siete. Programy môžu získať prístup
k službám aplikačnej vrstvy pomocou elementov aplikačnej vrstvy (Application Service Element
- ASE). Aplikačná vrstva odovzdáva žiadosti programov a dáta prezentačnej vrstve, ktorá je
zodpovedná za kódovanie dát z aplikačnej vrstvy do vhodnej formy. Medzi programy a protokoly,
ktoré poskytujú služby aplikačnej vrstvy patria [1]:
Prezentačná vrstva (Presentation Layer)
Zahrňuje transformácie potrebné napríklad pre správnu interpretáciu dát na cieľovom počítači.
V tejto vrstve sú vykonávané operácie ako dátová kompresia a dekompresia alebo kódovanie a
dekódovanie dát, prípadne konverzie dát z kódu EBCDIC do ASCII a pod. Prezentačná vrstva
poskytuje služby pre aplikačnú vrstvu ležiacu nad ňou a využíva relačnú vrstvu pod sebou.
Len vo veľmi málo prípadoch sa prezentačná vrstva vyskytuje v čistej podobe. Programy
aplikačnej a relačnej vrstvy v zásade zahrňujú niektoré alebo všetky funkcie prezentačnej
vrstvy.
Relačná vrstva (Session Layer)
Nadväzuje a ruší relácie (session) medzi koncovými účastníkmi. Pri nadväzovaní relácie si táto
vrstva vyžiada spojenie od transportnej vrstvy, prostredníctvom ktoréj komunikujú účastníci
relácie. Ak treba nejako riadiť komunikáciu (half duplex), robí to práve relačná vrstva. Táto
vrstva má na starosti všetko čo treba pre ukončenie relácie a zrušenie spojenia
(prostredníctvom transportnej vrstvy). Funkcie definované v relačnej vrstve sú určené pre
medzisieťovú komunikáciu. Nasledujúcich niekoľko protokolov zahrňuje veľa funkcií relačnej
vrtsvy.
Transportná vrstva (Transport Layer)
Je zodpovedná za prenos dát na dohodnutej úrovni kvality. Je možné dopredu
špecifikovať rýchlosť prenosu a mieru chýb. Aby bolo zaistené doručenie paketu,
sú posielané pakety označené poradovým číslom. Táto vrstva potom u príjemcu
overuje čísla paketov a zaručuje tak, že všetky pakety budú správne doručené. V
modeli OSI rozlišujeme tri typy podsieťových služieb:
- Typ A: Veľmi spoľahlivá služba s nadviazaním spojenia.
- Typ B: Nespoľahlivá služba s nadviazaním spojenia.
- Typ C: Nespoľahlivá služba, možný prenos bez nadviazania spojenia.
Trieda
transportných protokolov
Kategória
sieťových služieb
Funkcia
TP0
A
jednoduchá
obálka sieťových protokolov
TP1
B
zotavenie
z výpadku sieťových spojení
TP2
A
multiplexovanie
jedného sieťového spojenia medzi viacej transportných spojení
TP3
B
multiplexovanie
a zotavenie z výpadku
TP4
C
detekcia
a oprava chyb, zotavenie z výpadku
Tab. 1: Triedy transportných protokolov
TP0 (Transfer Protocol Class 0) - | predstavuje najjednoduchší protokol, spĺňa službu typu A. To znamená, že podsieť robí pre transportnú vrstvu najväčší podiel práce. Pretože podsieť je spoľahlivá, TP0 nevyžaduje detekciu ani korekciu chýb. |
TP1 (Transfer Protocol Class 1) - | predstavuje podsieť typu B. Táto služba nemusí byť spoľahlivá, preto TP1 poskytuje vlastnú detekciu chýb, vrátane schopnosti opakovať prenos v prípade chybného paketu. |
TP2 (Transfer Protocol Class 2) - | môže vykonávať multiplexovanie prenosov, preto v jedinom sieťovom spojení môže byť uskutočnených viacej prenosových kanálov. TP2 predstavuje podsieť typu A. |
TP3 (Transfer Protocol Class 3) - | predstavuje podsieť typu B a má možnosti služieb TP1 a TP2. |
TP4 (Transfer Protocol Class 4) - | je najvýkonnejším protokolom, ktorý má minimálne požiadavky na schopnosti alebo spoľahlivosť podsiete. TP4 je jediným protokolom transportnej vrstvy, ktorý umožňuje prenos bez nadviazania spojenia [1]. |
Sieťová vrstva (Network Layer)
Zaisťuje potrebné smerovanie (routing) prenášaných paketov ak neexistuje priame
spojenie medzi príjemcom a odosielateľom. Táto vrstva musí poznať konkrétnu
topológiu siete.
Sieťová vrstva plní tieto hlavné úlohy:
Medzi protokoly sieťovej vrstvy patria [1]:
Linková vrstva (Data Link Layer)
Zabezpečuje prenos blokov dát (rámcov). Rozoznáva začiatok a koniec rámcov,
rozpozná chyby v prenose (na rozdiel od fyzickej vrstvy), potvrdzuje bezchybný
prenos, prípadne si vyžiada opakovanie prenosu. V linkovej vrstve sú používané
nasledujúce protokoly [1]:
Fyzická vrstva (Physical Layer)
Je najspodnejšou vrstvou referenčného modelu OSI. Táto vrstva odovzdáva dátové
pakety z linkovej vrstvy nad ňou, prevádza obsah týchto paketov na sériu
elektrických signálov reprezentovaných hodnotami 0 a 1 v digitálnom prenose.
Tieto signály sú posielané cez prenosové médium k fyzickej vrstve príjemcu. U
príjemcu je elektrický signál konvertovaný fyzickou vrstvou na sériu bitových
hodnôt. Tieto hodnoty sú zoskupené do paketov a odovzdané linkovej vrstve.
Táto vrstva je vždy (okrem simulácií) realizovaná hardvérom. Zahrňuje prenosové
médium, fyzické rozhrania a elektrické, resp. optické signály používané pre
kódovanie dát. Príkladom konkrétnej implementácie fyzickej vrstvy je medený
vodič prepojujúci rozhrania EIA/TIA-232 (predtým RS-232, asynchrónna sériová
linka) alebo špecifikácia ISO 2110, ktorá definuje rozloženie vývodov pre
25-vývodové sériové konektory (V.24 a RS-232D).
Medzi ukážky špecifikácii tejto vrstvy patria:
(c) 2004 Ing. Peter Gašparovič - www.pgasparovic.com
Literatúra
[1] Feiber, W.: Encyklopedie počítačových sítí. Praha, Computer Press, 1996.
[2] Břehovský, P.: Praktický úvod TCP/IP. České Budějovice, KOPP, 1994.
[3] Mrázek, L.: První kroky INTERNETEM aneb Je to na WWW!. České Budějovice, KOPP, 1995.
[4] Šmrha, P. - Rudolf, V.: Internetworking pomocí TCP/IP. České Budějovice, KOPP, 1995.
[5] Hejna, L.: Lokální počítačové síte. Praha, GRADA, 1994.
[6] Falk, B.: Průvodce světem Internetu. Praha, Computer Press, 1995.
[7] Lhotka, L.: SERVER v INTERNETU. České Budějovice, KOPP, 1997.
[8] Peterka, J.: Co je čím ... v počítačových sítích. COMPUTERWORLD, 1994, č. 4, 7, 9, 17, 21, 35, 44.