Kako se računalniki med seboj pogovarjajo - komunicirajo?

Omrežje deluje, ker so vsi deli in naprave omrežja med seboj povezani. Vsak računalnik in del opreme, kot so tiskalniki, prenosniki, čitalci in drugi, so povezani s kabli, brezžično v omrežju WiFi, brezžično preko satelita, telefonske linije ali kako drugače.

Vsako omrežje je torej sestavljeno iz medija za prenos (kabli, brezžično) in seveda tudi vmesnikov, ki tvorijo povezavo z računalnikom in med računalniki. To imenujemo tudi informacijsko komunikacijski sistem.


Informacijsko komunikacijski sistem je funkcionalno porazdeljen v več nivojev ali plasti, kjer vsaka plast predstavlja in združuje sorodne storitve.

Da bi to lažje razumeli, si pomagajmo z zgradbo tipične hiše. Tudi na njej razpoznamo različne plasti. Na najnižjem nivoju najdemo temelje, Tem običajno sledi klet. Na njej je pritličje. Sledita (morda nadstropje), podstrešje in končno na najvišjem nivoju streha. In vsak od teh nivojev ima svoj pomen oziroma funkcionalnost..


V grobem delimo informacijsko komunikacijski sistem na tri funkcionalne plasti:

Malo podrobneje, na področju komunikacijskih sistemov zasledimo dva trenda standardizacije:

Nekaj podobnosti med referenčnim modelom OSI in referenčnim modelom TCP / IP.

Model ISO OSI

ISO OSI predpisuje vmesnike med lokalno informacijsko infrastrukturo in transportnim sistemom. Funkcionalnost posameznih plasti je naslednja:

1. Fizična plast Fizična plast skrbi za prenos bitov preko prenosnega medija in zagotavlja standardno aparaturno priključevanje sistemov na prenosni medij.
2. Povezovalna plast Povezovalna plast prenaša podatkovne okvire med dvema točkama. Osnovna naloga je odkrivanje napak, ki se zgodijo med prenosom po fizičnem prenosnem mediju.
3. Omrežna plast Omrežna plast skrbi za usmerjanje paketov skozi topologijo omrežja - izvaja usmerjevalne algoritme.
4. Transportna plast Transportna plast poskrbi za storitve, ki omogočajo prestop uporabniških - informacijskih podatkovnih enot v transportni sistem in nazaj. Izvaja transport podatkov med dvema končnima računalniškima aplikacijama.
5. Plast seje Plast seje je namenjena storitvam, ki podpirajo logično povezovanje oddaljenih procesov med seboj.
6. Predstavitvena plast Predstavitvena plast skrbi za združljivost predstavitve podatkov v računalniških okoljih in za zaščito podatkov.
7. Aplikacijska plast Aplikacijska plast vsebuje vrsto standardnih aplikacij, brez katerih si danes ne moremo več predstavljati komunikacijskih sistemov.

Plast 7 – Aplikacija

Na nivoju aplikacije uporabnik vnaša podatke oziroma jih na tem nivoju pridobiva. Aplikacijska plast nudi storitve, kot so elektronska pošta, prenos datotek ipd. Primer aplikacijske plasti je brkljalnik ali odjemalec FTP ali celo Word.Ta nivo tako predstavlja program, ki običajno teče na lokalnem računalniku. Lahko pa temelji  na oblaku, kar pomeni, da teče na oddaljenem strežniku , podatki pa so prenašani po Internetu.

Plast 6 – Predstavitev

Predstavitveni nivo je nivo operacijskega sistema. Ta je lahko Windows ali OS X, morda Linux ali kateri drugi operacijski sistem. Podobno kot uporabnik interaktira z aplikacijskim nivojem, slednji interaktira s predstavitvenim nivojem.  Taka interakcija je lahko direktna ali preko nekega izvajalnega okolja, kot je na primer Java Runtime Environment (JRE).

Plast 5 – Seja

Ta nivo je odgovoren za tvorbo in vzdrževanje sej med operacijskim sistemom  in drugimi računalniki. V primeru brkljanja po Internetu tako uporabnik uporablja brkljalnik, ta teče na nekem operacijskem sistemu (predstavitveni nivo), nivo seje pa omogoča operacijskemu sistemu interakcijo s spletnim strežnikomr.

Plast 4 – Transport

Nivo transporta je odgovoren za logistiko med sejo. V zgornjem primeru bi na tem nivoju bilo določanje, kaj in koliko podatkov naj bi bilo prenašano med operacijskim sistemom in spletnim strežnikom.

Plast 3 – Omrežje

To je nivo, na katerem delujejo usmerjevalniki. Usmerjevalnik (router) je naprava, ki posreduje podatkovne pakete med računalniki v omrežju. Izvor in cilj teh paketov določa IP naslov našega usmerjevalnika.

Plast2 – Povezovalna

Na nivoju povezovalne plasti delujejo stikala in omogočajo zanesljivo povezavo med dvema neposredno povzanima vozliščema. Ta nivo je odgovoren za odkrivanje napak v paketih (povzročenih na fizičnem nivoju) in njihovo popravljanje. Povezovalna plast je razdeljena na dva ločena nivoja: MAC (Media Access Control) in LLC (Logical Link Control. Nivo MAC  je odgovoren za nadzorpovezave naorav na omrežju. Nivo LLC pa preverja napake, jih odpravlja in sinhronizira podatkovne pakete.

Plast 1 – Fizična

Fizična plast je dobesedno aparaturne oprema, ki tvori omrežje. Ta nivo ime več funkcij:

Primeri fizičnega nivoja so kabli Ethernet in Bluetooth.


Model TCP/IP

Komunikacija med računalniki poteka po določenih pravilih in načinu, ki mu pravimo protokol. Protokol je računalniški jezik, strukturiran v obliki različnih pravil, dogovorov in postopkov, ki vodijo in opravljajo prenos informacij. Protokol je potreben, da ne pride do napak pri komuniciranju. S protokolom natančno določimo pošiljanje in sprejemanje informacij.

Omrežni protokoli so potrebni zaradi istega razloga kot drugi protokoli (npr. pogovor po telefonu, prihod predsednika države na obisk, način rokovanja – na Tajskem se ne rokujejo ipd.).

TCP/IP družina protokolov je bila razvita med leti 1973 in 1981 v okviru DARPA (Defence Advance Research Projects Agency). TCP/IP danes predstavlja standard odprtih protokolov. Iz stališča uporabnika je TCP/IP množica aplikacijskih programov, ki uporabljajo omrežje za izvršitev uporabnih komunikacijskih nalog. Večina uporabnikov izvaja aplikacijske programe, ne da bi razumeli TCP/IP tehnologijo, strukturo podmrežja, ali celo po kateri poti gredo podatki do cilja; te podrobnosti prepustijo aplikacijskim programom.

Referenčni model Interneta je sestavljen iz štirih nivojev:


iso-tcpip

  1. Fizični nivo skrbi za prenos datagrama do ponora. Na ponoru fizični nivo poda glavo in paket IP nivoju. Ta iz glave ugotovi, če je zanj. Če se podatki ne ujemajo s ponorjem, potem pošlje paket transportnemu nivoju. Ta še enkrat preveri, če je paket na pravem naslovu in pošlje potrditev prejema, nato pa preda podatke aplikacijskemu nivoju.

  2.  Internetni nivo (mrežni nivo) doda paketu poleg glave in zaporedne številke še IP naslov izvora in ponora. Ta nivo tvori fizičen naslov ponora. Za osnovno komunikacijsko enoto uporablja datagram, ki vsebuje paket in fizični naslov ponora. Njegova naloga je poslati datagram na fizični nivo. 

  3. Transportni nivo razdeli tok podatkov na več TCP paketov, jih opremi z glavo in jim dodeli zaporedne številke ter jih pošlje internet nivoju. 

  4. Aplikacijski nivo  je edini, s katerim ima uporabnik neposreden stik. Ta nivo pošilja in prevzema toke podatkov od oz. do transportnega nivoja. V aplikacijski nivo sodijo protokoli Telnet, FTP (File Transfer Protokol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) in še množica drugih.


Poglejmo si nekatere fizične vmesnike in naprave za povezavo in tvorjenje omrežij. Med seboj se razlikujejo po funkcionalnosti (logični in fizični) in glede nato, na katerem nivoju ali plasti ISO/OSI modela delujejo.

Mrežne Kartice/Network Interface Cards (NICs)

nic

Network interface card (NIC) ali mrežna kartica je tisti vmesnik v računalniku ali napravi, ki nam omogoča, da se preko nje naš računalnik ali naprava poveže v omrežje (seveda pod tem razumemo tudi druge vmesnike, s katerimi se lahko povezujemo). Na računalniku ali napravi potrebujemo nato še programsko opremo za svojo mrežno kartico, da ta pod operacijskim sistemom, nameščenem na računalniku, uspešno deluje in nam omogoča povezavo z ostalimi.


Ponavljalnik (hub)

hub

Hub - Ponavljalnik je naprava v (računalniškem) omrežju, ki omogoča prenos podatkov med več linijami. V bistvu je nekakšen multiplekser – signal iz enega vmesnika razdeli na poljubno število vseh drugih vmesnikov. Torej je njegova naloga, da signal, ki ga sprejme na enem vmesniku, ojači in obnovi ter preusmeri na vse preostale vmesnike.

Komentar k sliki: Prenos paketov ali podatkov iz vmesnika F do C pomeni na ponavljalniku prenos podatkov na vse ostale vmesnike

hub1

Primer ponavljalnika s 16 vrati. Označena sta povezovalna vmesnika. Več takih ponavljalnikov lahko povezujemo med seboj.

.

Usmerjevalnik (Router )

router

Je naprava, s katero povezujemo lokalna omrežja z zunanjimi omrežji. Usmerjevalniki imajo vgrajene funkcije za filtriranje prometa, omogočajo prenos paketov po vzporednih poteh, s čimer povečamo prepustnost omrežja, omogočajo delitev omrežij na podomrežja na podlagi omrežnih naslovov. Promet se tako usmerja iz enega vmesnika na točno določenega drugega.

Slika prikazuje primer postavitve usmerjevalnika

Most (Bridge)

bridge

Naprava, ki povezuje in prepušča pakete med dvema deloma - segmentoma omrežja, ki uporabljata enak komunikacijski protokol. Most (bridge) podatke ali pakete ojači, shrani, in preveri v medpomnilniku. Most v medpomnilniku pregleda vsak paket in na podlagi tega se odloča kaj bo naredil s paketom.


Preklopnik (Switch)

switch

Je podoben ponavljalniku, le da je način delovanja v osnovi enak mostu.

Preklopniki so namenjeni predvsem povečanju prepustnosti znotraj lokalnega omrežja (arhitektura hitrega vodila). Zaradi boljših lastnosti in bistveno nižje cene na posamezni priključek vse bolj zamenjujejo usmerjevalnike in mostove.

Leva slika prikazuje primer uporabe preklopnika. Spodnja slika pa prikazuje smer prenosa podatkovnih paketov od vmesnika F do C:

switch1


Prehod (Gateway)

prehod

Naprava ali računalnik preko katerega lokalno omrežje prehaja v drugo ali večje globalno omrežje.

V praksi je običajno v eni napravi združena funkcionalnost vseh naprav. Tako lahko danes uporabimo napravo, v kateri so združene funkcije in lastnosti preklopnika, usmerjevalnika, prehoda, brezžične dostopkovne točke, požarnega zidu, protivirusne zaščite in še kaj. Največkrat se takšne univerzalne napravice uporabljajo za manjša podjetja ali domačo uporabo.