Počítačové sítě

Počítačové sítě jsou skupiny počítačů a dalších zařízení, které jsou vzájemně propojené , aby si mohly vzájemně posílat informace a sdílet zdroje (například tiskárny). Tyto sítě mohou být propojeny různými způsoby, například kabely, Wi-Fi nebo satelitním připojením. Počítačové sítě umožňují rychlé sdílení informací i na velké vzdálenosti.

Téma počítačových sítí můžeme rozdělit na několik oblastí:

• Obecné principy – základní síťové architektury, topologie, rozdělení sítí podle velikosti, důležité pojmy (pakety, VPN, fireware)
• Protokoly – pravidla, která určují provoz na sítích (TCP, UDP, IP, WiFi, Bluetooth a další)
• Hardware – síťová zařízení a přenosová média, která provoz na sítích fyzicky zajišťují

Počítačové sítě propojují dohromady počítače a umožňují jim vyměňovat si mezi sebou informace.

Síťové architektury

Síťová architektura je návrh sítě, který určuje, jak probíhá komunikace mezi prvky sítě. Nejčastější jsou dvě architektury:

V klient-server síti mohou zařízení mít dvě různé úlohy. Server poskytuje služby, veškerá komunikace v síti jde přes něj. Typicky jde o velký počítač, který například patří nějaké firmě. Klienti jsou běžné uživatelské počítače, které si žádají služby od serveru. Když si například chceme zobrazit webovou stránku, náš počítač (klient) pošle serveru, který danou stránku provozuje, žádost o zaslání obsahu stránky.

V peer-to-peer síti jsou si všechny prvky rovny. Všichni peerové si mohou vyžádat služby od ostatních a na oplátku některé služby poskytují.

Topologie

Skutečná fyzická podoba zapojení prvků do sítě se nazývá topologie. Obvyklé typy topologií jsou:

• kruhová
• hvězdicová
• stromová
• sběrnicová

Ve skutečných sítích se tyto topologie často kombinují.

Rozdělení sítí podle velikosti

Sítě lze také rozlišovat podle velikosti a rozsahu. Zde jsou některé vybrané typy:

• LAN (local area network) – síť pokrývající malé území, například jednu budovu
• WLAN (wireless local area network) – LAN s bezdrátovým přenosem dat
• WAN (wide area network) – síť, která obsluhuje velké území

Další pojmy

Data se po síti nejčastěji posílají v oddělených balíčcích, nazývaných pakety. Pakety se skládají z hlavičky, která obsahuje řídící informace, a z vlastních dat.

Největší světovou sítí je internet. Je tvořený propojením mnoha menších sítí, které patří soukromým provozovatelům. Nemá tak žádnou centrální organizaci ani pevně danou strukturu. Většina komunikace po internetu probíhá pomocí protokolů TCP a IP.

VPN (virtual private network) je virtuální soukromá síť. VPN zajišťuje soukromou a zabezpečenou komunikaci mezi několika počítači v rámci internetu, který obecně zabezpečený není.

Firewall zajišťuje bezpečnější komunikaci mezi sítěmi. Kontroluje data procházející skrz a pokud mají podezřelý obsah, nepustí je dál.

Provoz v počítačových sítích probíhá podle pravidel protokolů. Protokolů existuje mnoho, každý má určitou vlastní funkci.

TCP a UDP řídí přenos dat od uživatele k příjemci. UDP posílá data bez zajištění spolehlivosti, ale zato velmi rychle. Hodí se například pro přenos videohovorů, kde potřebujeme okamžitě reagovat. Kvůli nespolehlivosti UDP se však musíme smířit s občasnou horší kvalitou dat. TCP umí zajistit, že data dorazí všechna a bez chyb, avšak za cenu menší rychlosti. V současnosti přenáší většinu dat na internetu - například se využívá pro načítání webových stránek, posílání e-mailů nebo stahování souborů.

IP zajišťuje směrování, tedy hledá cestu, kudy data skrz síť půjdou. Kam doručit data zjišťuje podle IP adresy, která jednoznačně určuje každý počítač v síti. V současnosti existují dvě funkční verze protokolu: IPv4 a IPv6.

Protože IP adresy se lidem těžko pamatují, nahrazují se doménovými jmény, která bývají například součástí URL. Doménová jména jsou organizována do hierarchicky rozloženého systému, ve kterém je lze snadněji najít. Protokol DNS dokáže na dotaz z doménového jména zjistit IP adresu.

WiFi a Bluetooth jsou síťové protokoly, které přenáší data vzduchem. WiFi často slouží k vybudování malých sítí a připojování přenosných zařizení k internetu. Bluetooth se obvykle používá k propojení zařízení a přenosu dat mezi nimi na krátkou vzdálenost.

Některé další protokoly, se kterými se můžeme setkat:

• DHCP umožňuje automatickou konfiguraci počítače do sítě, mimo jiné umí přidělit IP adresu.
• HTTP komunikuje s WWW servery a umožňuje tak zobrazení WWW stránek.
• FTP dokáže přenášet soubory mezi počítači.
• SMTP posílá e-mailové zprávy.
• IMAP a POP3 umí zprostředkovat přístup k emailové schránce - například pro čtení e-mailů.
• IRC umožňuje posílání krátkých zpráv (chatování).
• SSH zajišťuje soukromé spojení mezi dvěma počítači.

Hardwarová část počítačových sítí je tvořena síťovými zařízeními, která jsou propojena přenosovými médii.

Síťová karta je součást hardwaru počítače a zajišťuje komunikaci s počítačovou sítí. Od počítače si bere data pro poslání do sítě, balí je do paketů a odesílá. Také přijímá ze sítě pakety a rozbalená data předává počítači. Síťová karta je v síti jednoznačně identifikovaná MAC adresou.

Síťová zařízení

Protože signál se může při cestě přenosovým médiem zeslabit nebo poškodit, používá se opakovač. Ten opraví a zesílí přijímaný signál a následně ho pošle dál.

Hub umožňuje spojení více kabelů a dokáže tak rozvětvovat síť do více směrů. Data, která přes něj procházejí, nijak nefiltruje, pouze je rozesílá dál.

Switch a bridge spojují menší segmenty sítě. Udržují si tabulku MAC adres zařízení ve svém okolí a posílají přicházející data jen do směrů, kde se nachází jejich příjemci. Zatímco bridge propojuje pouze 2 části sítě, switch jich umí spojit více najednou.

Router propojuje větší části sítí (nebo celé sítě) dohromady. Může například připojovat lokální síť k internetu. Zajišťuje směrování dat - pro příchozí pakety se snaží najít co nejkratší cestu k cílové IP adrese.

Přenosová média

Přenosové médium může být například vzduch nebo kabel. V počítačových sítích se používají například tyto druhy kabelů:

Optický kabel se skládá z mnoha optických vláken. Signál se jím posílá v podobě světla. Přenos skrz optické kabely je velmi rychlý a málo ztrátový, jsou vhodné pro přenosy na velké vzdálenosti.

Kroucená dvojlinka a koaxiální kabel jsou tvořené kovovým vodičem. Často se používají k budování lokálních sítí.

Zapojení síťového kabelu umožňuje konektor RJ-45.