Jste zde

Základní pojmy problematiky připojování autonomních zařízení do sítě.

Redakce HW serveru, 10. Duben 2002 - 0:00

Propojování dosud na sobě nezávislých zařízení a vytváření z nich inteligentní celky je trendem,

který hýbe současným světem IT technologií. Dobrým příkladem tohoto trendu je průmyslový provoz, nebo inteligentní

dům. K připojení zařízení do sítě je však třeba použít hardwarové a softwarové řešení.

Propojovací média

Současné trendy ukazují, že jak v průmyslu, tak v domácím použití je jediným reálně použitelným standardem současnosti sít typu TPC/IP.
Ve spotřební oblasti řinčí zbraněmi BlueTooth, to je však bezdrátové spojovací rozhraní na problematické frekvenci, určené pro zařízení která komunikují občas a nemusí fungovat zcela spolehlivě, když je například zarušené frekvenční pásmo. Rozhraní USB je doménou pouze periférií k počítačům PC.
V průmyslu již existuje celá řada nejrůznějších rozhraní typu RS 485, CAN BUS atd.. Většina těchto rozhraní však byla vyvinuta ke konkrétnímu účelu do konkrétního prostředí. Tato rozhraní sice výborně odolávají průmyslovým rušením a rozvodům na velké vzdálenosti, ale většinou je definována pouze jejich fyzická komunikační vrstva a nemají ani potřebnou datovou propustnost, ani komunikační protokoly pro vytváření složitějších sítí.

Hovořím-li dále v tomto článku o síti, mám tím na mysli „internetovou síť“ = síť která komunikuje na základě protokolů TCP/IP. Fyzickým médiem pro přenos těchto protokolů, může být prakticky cokoli od RS232, přes komutovanou telefonní linku, ISDN až například k GSM. V aplikací lokálních sítí hovoříme převážně o čtyřech linkových protokolech : Ethernet, Fast Ethernet, Gigabitový Ethernet a FDDI. Tyto linkové protokoly jako fyzické médium pro přenos dat používají nejčastěji: Optické kabely nebo měděné rozvody kroucenými páry.

Síťový model TCP/IP sítě

Klasický 10 Mbit/s Ethernet používá i BNC (10BASE-2) tenký koaxiální kabel. Fast Ethernet (100 Mbit/s) již používá pouze optiku, nebo dvoupárovou kroucenou dvoulinku (100BASE-TX) kde je jeden pár určen pro vysílání a druhý pro příjem dat.
Od koaxiálního kabelu se ustupuje s klesajícími cenami HUBů a SWITCHů, které zajišťují propojení několika TP vedení.

Pokud tedy potřebujete prakticky připojit jakékoli zařízení do sítě, potřebujete aby obsahovalo konektor BNC pro koaxiální kabel, nebo RJ45 pro TP strukturovanou kabeláž po kterých se je možné připojit k síti přes fyzickou vrstvu linkového protokolu Ethernet.

Jednotlivé vrstvy spojení

Na právě popsanou fyzickou vrstvu, která definuje elektrické rozhraní, navazuje vrstva linková. Každé zařízení (např. síťová karta) obsahuje 6. bytovou MAC adresu, která se skládá z kódu výrobce a sériového čísla karty. MAC adresa by měla být unikátní. Linková vrstva podle MAC adres distribuuje pakety mezi jednotlivými zařízeními nebo segmenty v síti. Klasický opakovač (REPEATER) zajišťuje pouze fyzické mezi jednotlivými zařízeními, přepínač (SWITCH) nebo most (BRIDGE) již posílá zařízení nebo celému segmentu sítě pouze pakety, které se jej týkají. Fyzická vrstva tedy zajišťuje distribuci paketů mezi počítači jedné lokální sítě.

Na vrstvu linkovou navazuje síťová vrstva tvořená protokolem IP (InterNet Protocol) z jehož jména vzniklo slovo Internet. Linkové protokoly přenášejí data v rámci jedné sítě, zatímco IP přenáší data mezi dvěma sítěmi, skrz mnoho jiných sítí. IP protokol operuje se svojí vlastní známou 4. byte dlouhou IP adresou. Síťová vrstva tedy přenáší síťové pakety mezi odesilatelem a adresátem skrz rozsáhlé sítě.

Transportní vrstva se zcela spoléhá na služby nižších vrstev a zpřístupňuje spojení nadřazené aplikaci. Těchto aplikací může být i několik, takže mezi dvěma počítači může být realizováno několik spojení pro různé aplikace současně. Typickým příkladem jsou protokoly TCP a UDP. Zatímco TCP ověřuje doručení paketu a v případě ztráty jej zopakuje, UDP pouze odesílá datagramy a již neověřuje jejich doručení. Tento rozdíl je důležitý pro nadřazené aplikace, které nemohou spoléhat na doručení datagramu, nicméně i UDP má mnoho oblastí použití.
TCP protokol tedy vytváří po dobu spojení mezi dvěma aplikacemi obousměrný duplexní virtuální okruh. Přenášené pakety jsou číslovány, ztracená nebo poškozená data jsou znovu vyžádána. Integrita dat je zabezpečena kontrolním součtem. Zabezpečení však nešifruje a nechrání proti útočníkům, to je starost jiných protokolů z rodiny TCP/IP – například SSL.

Sestavení síťového paketu

Aplikační protokoly používají již ke komunikaci pouze TCP/IP protokoly a hovoříme o nich jako o jednotlivých internetových protokolech, nebo službách. Příkladem je SNMP pro správu sítí nebo uživatelské protokoly HTTP, SMTP, Telnet, FTP, IMAP, POP3 atd..

Některé protokoly z rodiny TCP/IP a jejich návaznost

Jakékoli zařízení, které by mělo komunikovat po síti, musí mít tedy implementovány popsané protokoly, aby mohlo využívat ty aplikace, které na ně navazují. Od linkové vrstvy se jedná již pouze o software pro řídící procesor každého zařízení a proto se těžiště celé problematiky přesouvá právě do oblasti softwaru…