WAN technologie a připojení k Internetu

WAN (Wide Area Network) je síť, která pokrývá rozlehlé území a překračuje hranice města, regionu nebo státu. Slouží k propojení lokálních sítí – poboček firmy navzájem, firmy s Internetem, domácnosti s poskytovatelem. Infrastrukturu WAN obvykle nevlastní uživatel, ale poskytovatel (operátor, ISP), od kterého se kapacita pronajímá. Technologie WAN se týkají hlavně fyzické vrstvy (jak se data přenášejí – DSL, optika, sériová linka) a linkové vrstvy (zapouzdření a adresování – PPP, HDLC, Frame Relay). Dělení sítí podle rozsahu a vnitřní strukturu WAN popisuje stránka počítačové sítě – definice a dělení.

Způsoby připojení k WAN

Princip přepojování okruhů a paketů a multiplexování vysvětluje stránka informace, signály a přenosový kanál.

Sériové linky: DTE, DCE, HDLC a PPP

Klasická WAN linka je sériová. Na každém konci je DTE (Data Terminal Equipment – koncové zařízení, typicky router) a DCE (Data Communications Equipment – zařízení, které ho připojuje k síti operátora a dodává hodinový signál, např. modem nebo CSU/DSU). V laboratoři propojené dva routery: jeden konec kabelu je DCE a musí nastavit rychlost hodin (clock rate).

HDLC (High-Level Data Link Control)

• Protokol linkové vrstvy pro sériové linky, které přenášejí nečleněný proud bitů. Proto musí určit začátek a konec rámce – vyznačuje je příznakem (flag) 01111110.
• Poskytuje spolehlivou spojovanou i nespolehlivou nespojovanou službu, pracuje v polovičním i plném duplexu, na dvoubodových i vícebodových linkách; stanice mohou komunikovat v režimu nadřízený–podřízený nebo jako rovnocenné.
• Na routerech Cisco je výchozím zapouzdřením sériových rozhraní (firemní varianta, která nespolupracuje s jinými výrobci).

PPP (Point-to-Point Protocol)

• Protokol pro dvoubodové spojení. Spojuje jen dva uzly, rámec nemůže skončit jinde než na druhém konci, a proto je jednoduchý a má malou režii.
• Umožňuje ověření protějšku heslem (PAP, bezpečnější CHAP), dynamické nastavení klienta (přidělení IP adresy), přenos více protokolů nad jedním spojením, testování kvality linky a detekci chyb, kompresi a šifrování dat.
• Otevřený standard, takže na rozdíl od Cisco HDLC propojí zařízení různých výrobců.

Starší technologie WAN

• X.25 – první veřejné sítě s přepojováním paketů; opravoval chyby na několika vrstvách, a byl proto pomalý a náročný.
• Frame Relay – nástupce X.25 s přepojováním paketů. Počítá s kvalitními linkami s malou chybovostí, proto chyby neopravuje – vadný rámec bez náhrady zahodí a opravu přenechá vyšším vrstvám, což zrychlilo přenos. Upozorňuje na zahlcení sítě. Pobočky se spojovaly virtuálními okruhy v topologii hvězdy (centrála a pobočky; výpadek okruhu odřízne pobočku), částečné sítě (každé místo má aspoň dva okruhy) nebo úplné sítě (každý s každým – nejodolnější, ale nejdražší).
• ATM (Asynchronous Transfer Mode) – vysokorychlostní spojově orientovaná technologie s buňkami pevné délky 53 B (5 B hlavička + 48 B data); zaručovala kvalitu služby pro hlas a video a přenášela i IP datagramy. Používala se v páteřních sítích a pod ADSL.
• ISDN (Integrated Services Digital Network) – digitální telefonní síť pro současný přenos hlasu a dat po běžných telefonních vedeních; snaha přeměnit analogovou telefonní síť na digitální. Přípojka BRI měla dva kanály po 64 kb/s (dohromady 128 kb/s), PRI v Evropě 30 kanálů (asi 2 Mb/s).

Dnes je nahradily technologie založené na Ethernetu a IP (metropolitní Ethernet, MPLS – přepínání podle značek v síti operátora) a připojení přes Internet s VPN.

Širokopásmové připojení k Internetu

Přenosová rychlost závisí hlavně na šířce pásma přenosového média – lepší kvalita signálu nestačí, je třeba zvětšit šířku pásma. To je hlavní myšlenka širokopásmového (broadband) připojení.

DSL (Digital Subscriber Line)

• Běžná telefonie využívá telefonní vedení (místní smyčku) jen ke zlomku jeho skutečných možností – vytáčený modem dosáhne nejvýše 56 kb/s. Technologie DSL dosahují na stejném vedení rychlostí v řádu megabitů až desítek megabitů za sekundu.
• Na oba konce místní smyčky se osadí DSL modemy (u zákazníka modem, v ústředně DSLAM), které vytvoří digitální kanál s velkou kapacitou. Používají vyšší frekvence než hlas, takže lze současně telefonovat a být připojen k Internetu po jednom drátu; telefon a data na straně zákazníka oddělí splitter.
• ADSL (asymetrické DSL) má vyšší rychlost směrem k uživateli (download) než od něj (upload) – odpovídá to běžnému používání Internetu. VDSL dosahuje desítek až stovek Mb/s, ale jen na krátkých vedeních.
• Čím je zákazník dál od ústředny a čím horší je vedení, tím nižší rychlost.

Další způsoby připojení

• Kabelová televize – kabelový modem po koaxiálním kabelu (norma DOCSIS), sítě HFC.
• Optika až do domu (FTTH, Fiber To The Home) – nejrychlejší pevné připojení (stovky Mb/s až jednotky Gb/s); často pasivní optická síť (GPON), kde jedno vlákno sdílí více domácností pomocí rozbočovače.
• Bezdrátové (Wi-Fi) připojení od místních poskytovatelů – levné, ale náchylné k rušení a vyžaduje přímou viditelnost; přístupový bod poskytovatele obsluhuje všechny zákazníky v dosahu.
• Mobilní sítě – LTE (4G), 5G; také jako pevné připojení domácností.
• Satelitní připojení – tam, kde nic jiného není; geostacionární družice mají velké zpoždění, družice na nízké dráze (Starlink) malé.

PPPoE (PPP over Ethernet)

Protokol, který zapouzdřuje rámce PPP do ethernetových rámců. Umožňuje vytvářet dvoubodová spojení přes přepínaný Ethernet – každý zákazník má vlastní PPP spojení s přihlášením jménem a heslem, takže ho poskytovatel může ověřit a účtovat, ačkoli sdílí síť s ostatními. Používá se u DSL a optických přípojek. Má dvě fáze:

1. vyhledání (discovery stage) – klient pošle broadcast, jeden nebo více přístupových koncentrátorů odpoví nabídkou, klient si jeden vybere a dozví se jeho MAC adresu a identifikátor relace,
2. relace PPP – vlastní spojení s ověřením, přidělením adresy a přenosem dat.

VPN a tunelování

VPN (Virtual Private Network) vytváří přes veřejnou síť (Internet) šifrovaný tunel, takže se vzdálené zařízení nebo pobočka chová, jako by byla přímo připojena do firemní sítě. Uživatelé o ní mohou rozhodovat jako o vlastní síti, přitom nemusí budovat žádnou přenosovou infrastrukturu – „privátní“ prostředí je jen virtuální.

• Site-to-site VPN trvale spojuje sítě dvou poboček přes jejich routery nebo firewally.
• Remote access VPN připojuje jednotlivé uživatele (např. z domova) do firemní sítě – ve firmě běží VPN server a zaměstnanci se k němu připojují VPN klientem odkudkoli z Internetu.
• Při navazování spojení se obě strany ověří (heslem, certifikátem) a veškerá komunikace je šifrovaná. Používají se protokoly IPsec, OpenVPN, WireGuard, SSL/TLS VPN.

GRE (Generic Routing Encapsulation) je protokol pro tunelování – zapouzdří pakety jednoho protokolu do jiného (IP protokol číslo 47, pracuje na síťové vrstvě). Používá se například k přenosu IPv6 nebo multicastu přes síť IPv4; sám nešifruje, proto se kombinuje s IPsec.

Demilitarizovaná zóna (DMZ)

DMZ je samostatný segment sítě oddělený firewallem od vnitřní sítě i od Internetu. Umisťují se do něj servery, které musí být dostupné zvenku (web, pošta, DNS). Pokud útočník takový server ovládne, dostane se jen do DMZ, ne do vnitřní sítě s počítači zaměstnanců a citlivými daty.

Otázky k opakování

1. Čím se WAN liší od LAN a kterých vrstev OSI se technologie WAN týkají? pokrývá rozlehlé území a infrastrukturu vlastní a pronajímá operátor; fyzické a linkové vrstvy
2. Porovnejte pronajatou linku, přepojování okruhů a přepojování paketů. pronajatá linka: vyhrazená, bezpečná, drahá; okruhy: sestavení na dobu spojení, platí se za čas; pakety: sdílená síť operátora, levnější, bez zaručené kapacity
3. Co jsou DTE a DCE? DTE je koncové zařízení (router), DCE ho připojuje k síti operátora a dodává hodinový signál (modem, CSU/DSU)
4. Čím se liší PPP od HDLC? PPP je otevřený standard s ověřováním, přidělením adresy, kompresí a podporou více protokolů; Cisco HDLC je jednoduché firemní zapouzdření
5. Jak DSL umožňuje současně telefonovat a být na Internetu? data používá vyšší frekvence než hlas, oddělí je splitter
6. Proč je ADSL asymetrické? uživatelé víc stahují než odesílají, proto je rychlost k uživateli vyšší než od něj
7. K čemu slouží PPPoE? přenáší PPP přes Ethernet, takže poskytovatel může každého zákazníka ověřit jménem a heslem a přidělit mu adresu
8. Co je VPN a jaké jsou její druhy? šifrovaný tunel přes veřejnou síť do privátní sítě; site-to-site a remote access
9. Co je DMZ a proč se používá? segment sítě oddělený firewallem pro servery dostupné z Internetu, aby jejich napadení neohrozilo vnitřní síť