Informatyka dla klasy IIIK

Lokalne sieci komputerowe

Copyright Bartosz Kiziukiewicz

Podstawowa terminologia

 

Sieci można klasyfikować na wiele różnych sposobów. Tutaj przedstawimy najbardziej podstawowe informacje o sieciach komputerowych oraz o ich konfiguracjach, składnikach i sposobach pracy.

 

network

Sieć komputerowa (ang. computer network)

Zbiór komputerów rozmieszczonych na pewnym obszarze i połączonych ze sobą kanałami transmisyjnymi w celu wymiany informacji.

server

Serwer sieciowy (ang. network server)

Wydzielony w sieci komputer, zwykle o dużej mocy obliczeniowej i pojemnych dyskach twardych, który steruje pracą sieci i udostępnia różne usługi - pocztę elektroniczną, składowanie plików i programów, dostęp do Internetu, komunikację i wymianę danych w obrębie sieci, itp.

admin at work

Administrator sieci, admin (ang. network administrator)

Osoba legitymująca się studiami informatycznymi o kierunku związanym z zarządzaniem i administrowaniem sieci komputerowych, posiadająca wieloletnie doświadczenie w pracy z sieciami. ich konfiguracją oraz utrzymaniem. Odpowiada za całość funkcjonowania sieci, ustawia różne serwisy dla użytkowników, zarządza kontami użytkowników oraz ich prawami dostępu do zasobów sieciowych, reaguje na ataki z Internetu, aktualizuje oprogramowanie sieciowe.

Administrator sieci jest wydzielonym zawodem informatycznym. Zawodów informatycznych jest dzisiaj ponad 20. Są to określone specjalizacje, które wymagają dedykowanych studiów, podobnie jak specjalizacje lekarskie: kardiolog, okulista, dentysta, chirurg...

workstation

Stacja robocza, terminal sieciowy (ang. workstation)

Komputer podłączony do sieci, korzystający z jej zasobów.

 

Użytkownik sieci (ang. network user)

Osoba pracująca na terminalu sieciowym. Użytkownicy posiadają w sieci różne prawa (np. dostępu do wybranych usług lub zasobów). Użytkownik o największych prawach jest awatarem (ang. avatar).

 

Podział sieci komputerowych ze względu na wielkość

LAN (ang. Local Area Network) - sieć lokalna:

Jest to mała sieć komputerowa zawierająca do kilkuset komputerów zgrupowanych fizycznie na niedużym obszarze, takim jak szkoła, biuro firmy, lotnisko, szpital, fabryka, instytut naukowy, itp. Kanały transmisyjne realizowane są zwykle za pomocą kabli elektrycznych lub radia (przykładem jest standard Ethernet).

 

MAN (ang. Metropolitan Area Network) - sieć miejska:

Jest to duża sieć komputerowa zawierająca dziesiątki tysięcy komputerów, która rozprzestrzenia się na większym obszarze, obejmującym od kilku budynków do granic strefy miejskiej. Cechuje się szybką transmisją danych. Zwykle sieć posiada kilkunastu różnych właścicieli, którzy zarządzają jej fragmentami. Kanały transmisyjne realizowane są zwykle za pomocą światłowodów o dużej przepustowości lub techniką radiową.

 

WAN (ang. Wide Area Network) - sieć rozległa:

Jest to sieć komputerowa pokrywająca rozległy obszar wykraczający poza granice miast, regionów, a nawet państw. Przykładem największej sieci WAN jest Internet oplatający całą Ziemię, a wkrótce również obecny w kosmosie. Ilość komputerów wchodzących w skład tej sieci zwykle nie jest ograniczona i liczy się ją milionami sztuk. Typowymi kanałami komunikacyjnymi w sieciach WAN są linie telefoniczne, połączenia krótkofalowe oraz kanały satelitarne. Sieci WAN często łączą ze sobą sieci LAN i MAN w większe grupy.

 

Sieć lokalna

 

Z definicji sieć lokalna (LANLocal Area Network) jest siecią przeznaczoną do łączenia ze sobą stanowisk komputerowych znajdujących się na małym obszarze (podział ten uwzględnia jeszcze sieci MAN i WAN). Umożliwia ona wymianę plików oraz komunikatów pomiędzy użytkownikami, współużytkowanie zasobów udostępnionych w sieci np. plików i drukarek, a także korzystanie z innych usług. Obecne sieci lokalne oparte są na technologii Ethernet (stąd synonim sieci ethernetowych), Token Ring lub FDDI. Jednakże ta pierwsza jest obecnie najczęściej stosowana. Stąd też jedynie jej poświęcimy więcej uwagi.

 

Ethernet

Bob Metcalfe

 

Na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku w Centrum Badawczym Korporacji Xerox w Palo Alto (znanego w świecie pod nazwą PARC - ang. Palo Alto Research Center) naukowiec o nazwisku Bob Metcalfe zaprojektował i przetestował pierwszą na świecie sieć komputerową Ethernet. W trakcie prac nad znalezieniem sposobu przyłączenia komputera "Alto" firmy Xerox do drukarki Metcalfe wynalazł rozwiązanie problemu fizycznego połączenia urządzeń za pomocą kabli elektrycznych. Rozwiązanie to nazwał Ethernet. Sieci Ethernet stały się od tego czasu najpopularniejsze na całym świecie i najpowszechniej używane. Standard Ethernet rozwijał się i obejmował coraz więcej nowych rozwiązań i technologii wraz z dojrzewaniem idei sieci komputerowych, lecz podstawy działania pozostały w zasadzie takie same jak w pierwszej sieci opracowanej przez Metcalfe'a. Pierwotny Ethernet realizował wymianę danych poprzez pojedynczy kabel, który współdzieliły wszystkie urządzenia w danej sieci. Po podłączeniu jakiegoś urządzenia do takiego kabla mogło ono prowadzić wymianę danych z dowolnym innym urządzeniem, które było również podłączone do tego kabla. Zasada ta pozwala rozbudowywać sieć w celu dołączania nowych urządzeń bez konieczności modyfikacji tych urządzeń, które już są dołączone do sieci.

Ethernet jest technologią niedużych, lokalnych sieci komputerowych, które zwykle działają w obrębie pojedynczego budynku, łącząc urządzenia znajdujące się blisko siebie. Długość kabla Ethernet zwykle nie przekracza kilkaset metrów. Nowoczesne rozwiązania pozwoliły zwiększyć te odległości do dziesiątek kilometrów. W transmisji danych stosowane są protokoły komunikacyjne. Protokół sieciowy jest zbiorem zasad, wg których prowadzona jest wymiana danych w sieci. Odpowiada on językowi ludzi. Aby czytać ten artykuł, musisz rozumieć język polski. Podobnie, aby dwa urządzenia w sieci komputerowej mogły wymieniać ze sobą dane, muszą oba rozumieć ten sam protokół komunikacyjny.

 

Media transmisyjne w sieci Ethernet

W sieci LAN komputery są połączone ze sobą za pomocą mediów transmisyjnych, czyli ośrodków, które umożliwiają przesyłanie informacji w postaci cyfrowej, tzn. za pomocą bitów. Poniżej przedstawiamy najczęściej wykorzystywane w tym celu ośrodki w sieci Ethernet.

 

Skrętka nieekranowana (UTP – Unshielded Twisted Pair)

Kabel typu UTP jest zbudowany ze skręconych ze sobą par przewodów i tworzy linię zrównoważoną (symetryczną). Skręcenie przewodów ze splotem 1 zwój na 6-10 cm chroni transmisję przed interferencją otoczenia. Tego typu kabel jest powszechnie stosowany w sieciach informatycznych i telefonicznych, przy czym istnieją różne technologie splotu, a poszczególne skrętki mogą mieć inny skręt.


 

Skrętka foliowana (FTP – Foiled Twisted Pair)

Jest to skrętka ekranowana za pomocą folii z przewodem uziemiającym. Przeznaczona jest głównie do budowy sieci komputerowych umiejscowionych w ośrodkach o dużych zakłóceniach elektromagnetycznych. Stosowana jest również w sieciach Gigabit Ethernet (1 Gb/s) przy wykorzystaniu wszystkich czterech par przewodów.


 

Skrętka ekranowana (STP – Shielded Twisted Pair)

Różni się od skrętki FTP tym, że ekran jest wykonany w postaci oplotu i zewnętrznej koszulki ochronnej.


 

Kabel światłowodowy

Transmisja światłowodowa polega na prowadzeniu przez włókno szklane promieni optycznych generowanych przez laserowe źródło światła. Ze względu na znikome zjawisko tłumienia, a także odporność na zewnętrzne pola elektromagnetyczne, przy braku emisji energii poza tor światłowodowy, światłowód stanowi obecnie najlepsze medium transmisyjne.

Kabel światłowodowy składa się z jednego do kilkudziesięciu włókien światłowodowych. Medium transmisyjne światłowodu stanowi szklane włókno wykonane najczęściej z domieszkowanego dwutlenku krzemu (o przekroju kołowym) otoczone płaszczem wykonanym z czystego szkła (SiO2), który pokryty jest osłoną (buforem). Dla promieni świetlnych o częstotliwości w zakresie bliskim podczerwieni współczynnik załamania światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu, co powoduje całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna.

Zewnętrzną warstwę światłowodu stanowi tzw. bufor wykonany zazwyczaj z akrylonu poprawiający elastyczność światłowodu i zabezpieczający go przed uszkodzeniami. Jest on tylko osłoną i nie ma wpływu na właściwości transmisyjne światłowodu.


 

Segment

Pojedyncze, wspólne medium transmisyjne nazywamy segmentem Ethernet.

Węzeł sieci

Urządzenie podłączone do segmentu nazywamy węzłem (ang. node), terminalem lub stacją roboczą (ang. workstation).

Ramka sieciowa

Węzły komunikują się ze sobą za pomocą krótkich wiadomości nazywanych ramkami (ang. frames), które przekazują fragmenty informacji o różnej długości. Ramki możemy porównać do zdań w naszym języku. Budowę zdania w języku polskim definiuje gramatyka. W sieci Ethernet budowę ramki określa protokół sieciowy. Istnieją ścisłe reguły co do minimalnej i maksymalnej długości ramek (liczby bitów, które ramka w sobie zawiera) oraz co do ich zawartości. Każde urządzenie podłączone do sieci Ethernet posiada swój adres sieciowy, czyli numer identyfikacyjny, zwany adresem MAC (ang. Media Access Control - Kontrola Dostępu do Medium). Ramki muszą zawierać w sobie adresy urządzenia nadającego ramkę oraz urządzenia, które ma tę ramkę odebrać, czyli adres nadawcy i odbiorcy informacji. Dany adres w sposób jednoznaczny definiuje węzeł sieciowy, jak numer PESEL jednoznacznie identyfikuje podatnika w naszym kraju. Dwa urządzenia Ethernet nie mogą posiadać identycznego adresu sieciowego.

Budowa ramki Ethernet wygląda w uproszczeniu następująco:

 

Preambuła SFD Adres
docelowy
Adres
źródłowy
Opcjonalne
pole 802.1Q
Typ Ethernet
lub długość
Dane CRC Przerwa
między ramkami
7 bajtów 10101010 1 bajt 10101011 6 bajtów 6 bajtów (4 bajty) 2 bajty 46 – 1500 bajtów 4 bajty 12 bajtów
64 – 1522 bajtów
72 – 1530 bajtów
84 – 1542 bajtów

 

Preambuła oznacza początek ramki. Przesyłany wzór bitowy - naprzemiennie 1 i 0 - pozwala dobrze zsynchronizować urządzenia nadawczo-odbiorcze węzłów.

SFD (ang. Start Frame Delimiter - ogranicznik początku ramki) jest bajtem przesyłanym po rozbiegówce. Oznacza on koniec rozbiegówki.

Adres docelowy zawiera tzw. numer MAC odbiorcy ramki. W sieci Ethernet numery MAC są 6 bajtowe. Numer ten jest albo ustalany przez wytwórcę urządzenia, albo definiowany przez administratora sieci w urządzeniach, których adresy MAC można konfigurować.

Adres źródłowy definiuje urządzenie, które daną ramkę wysyła.

Pole Typ Ethernet zawiera albo dane określające rodzaj używanego protokołu Ethernet dla ramek sterujących lub długość ramki dla ramek z danymi.

Pole z danymi może zawierać od 46 do 1500 bajtów danych.

Pole CRC zawiera 32 bitową sumę kontrolną (ang. Cyclic Redundancy Check - Cykliczne Sprawdzanie Nadmiarowości), która umożliwia wykrywanie błędów w przesyłanych danych.

Przerwa między ramkami (ang. interframe gap) składa się z 12 bajtów o stanie równym ciszy w medium. Musi ona wystąpić przed próbą wysłania kolejnej ramki. W trakcie przerwy inne węzły mogą próbować rozpocząć transmisję swoich własnych ramek - patrz dalej.

 

Medium Ethernet

W zależności od stosowanego w sieci Ethernet medium istnieją różne sposoby podłączania kabla sieciowego do komputera. W każdym przypadku komputer musi być wyposażony w specjalną kartę sieciową, która posiada odpowiednie gniazda (współcześnie produkowane komputery przenośne posiadają gniazda Ethernet w swoim standardowym wyposażeniu).

 

Wtyczka na kabel koncentryczny Wtyczka na skrętkę Wtyczka na włókno światłowodowe
Karta Ethernet z gniazdkiem
na kabel koncentryczny
Karta Ethernet z gniazdkiem
na skrętkę
Karta Ethernet z gniazdkiem
na włókno światłowodowe

 

Technologia kabla koncentrycznego dzisiaj jest już przestarzała. Powszechnie są stosowane kable ze skrętek oraz kable światłowodowe. Te ostatnie pozwalają na dużo wyższe prędkości transmisji, ponieważ kabel światłowodowy jest odporny na różne zakłócenia, z którymi muszą walczyć kable elektryczne - wyładowania atmosferyczne, zakłócenia przemysłowe, pola magnetyczne, sprzężenia pasożytnicze, itp.

Ponieważ sygnał w medium Ethernet dociera do każdego podłączonego węzła, adres docelowy jest niezbędny do określenia zamierzonego odbiorcy ramki sieciowej.

 


Przykładowo na powyższym rysunku gdy komputer 2 wysyła dane do drukarki 3, to ramkę sieciową odbierają również komputery 1 i 4. Jednakże, gdy węzeł odbiera ramkę, to sprawdza adres odbiorcy, aby dowiedzieć się, czy jest ona dla niego przeznaczona. Jeśli nie, odrzuca ramkę, nie czytając nawet jej zawartości. W sieci Ethernet istnieje tzw. adres rozsiewczy (ang. broadcast address), który dotyczy wszystkich węzłów w sieci. Jeśli adres docelowy w ramce jest adresem rozsiewczym, to ramka zostanie odczytana i przetworzona przez wszystkie węzły. System ten pozwala rozsyłać w sieci różne wiadomości sterujące.

Ethernet steruje przesyłem danych pomiędzy węzłami sieci za pomocą technologii CSMA/CD (ang. Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection - wielodostęp z wykrywaniem sygnału nośnego oraz wykrywaniem kolizji). Gdy jeden z węzłów w sieci Ethernet przesyła dane, wszystkie pozostałe węzły "słyszą" tę transmisję. W trakcie transmisji protokół zabrania innym węzłom rozpoczynania własnej transmisji - nie miałoby to sensu, ponieważ doszłoby do zakłócenia obu sygnałów, i żaden z węzłów nie byłby w stanie przesłać swoich danych - to zupełnie tak samo, jak dwóch lub więcej ludzi próbuje jednocześnie coś mówić, zakłócając się nawzajem. Gdy pewien węzeł chce transmitować dane, czeka aż medium będzie wolne od innych transmisji - czyli do momentu, gdy przestanie wykrywać sygnał nośny. Dopiero wtedy próbuje wysłać swoją ramkę danych.

Może się jednakże zdarzyć, iż w tym samym momencie inny węzeł wykrył koniec transmisji i sam również rozpoczął swoją własną transmisję. Węzły Ethernet nasłuchują medium w trakcie wysyłania swoich danych, aby upewnić się, że są jedynymi transmitującymi w tym czasie dane. Jeśli "usłyszą" swoje sygnały wracające w postaci zniekształconej, co zdarza się, gdy inny węzeł rozpocznie w tym samym czasie transmisję, to "wiedzą", że doszło do kolizji. Pojedynczy segment Ethernet czasami jest nazywany domeną kolizyjną, ponieważ żadne dwa węzły nie mogą w nim przesyłać danych w tym samym czasie bez wywołania kolizji. Gdy węzły wykryją kolizję, przerywają transmisję, odczekują przypadkowy okres czasu i ponawiają próbę wysłania ramki, gdy wykryją ciszę w medium.

Przypadkowa długość przerwy jest bardzo ważną częścią protokołu. Gdy dwa węzły wchodzą ze sobą w kolizję po raz pierwszy, to oba będą musiały ponownie przesyłać dane. Przy następnej nadarzającej się okazji oba węzły uczestniczące w poprzedniej kolizji będą posiadały dane przygotowane do wysłania. Gdyby wysyłały te dane przy pierwszej ciszy w medium, to najprawdopodobniej doszłoby między nimi do kolejnej kolizji, a później do następnej, następnej... Dzięki przypadkowemu okresowi opóźnienia sytuacja taka jest mało prawdopodobna i jeden z węzłów jako pierwszy zacznie transmisję. Wtedy drugi, zgodnie z protokołem, będzie musiał czekać na ponowną ciszę w medium. Przypadkowość przerw gwarantuje, iż każdy z węzłów posiada równe szanse w dostępie do medium i będzie mógł wysłać swoje dane.

 

Topologie sieci LAN

Topologia LAN określa sposób wzajemnego połączenia stacji w sieci. Rozróżnia się topologie fizyczne i logiczne. Topologia fizyczna określa sposób fizycznego połączenia stacji i urządzeń sieciowych. Topologia logiczna zaś sposób ich komunikacji między sobą.

Wyróżnia się następujące najczęściej stosowane fizyczne topologie LAN:

  • magistrali (bus) – wszystkie stacje robocze w sieci dołączone są do jednej wspólnej szyny,
  • pierścienia (ring) – stacje sieciowe podłączone są do okablowania tworzącego pierścień. Topologię pierścienia stosuje się w technologiach Token Ring/IEEE 802.5 i FDDI,
  • gwiazdy (star) – kable sieciowe połączone są w jednym wspólnym punkcie, w którym znajduje się koncentrator lub przełącznik,
  • drzewiasta (tree)(hierarchiczna gwiazda) – jest strukturą podobną do topologii gwiazdy z tą różnicą, że są tu możliwe gałęzie z wieloma węzłami,
  • mieszana – stanowi połączenie sieci o różnych topologiach.

Obecnie stosuje się w lokalnych sieciach komputerowych powszechnie praktycznie tylko topologię gwiazdy (oraz jej rozszerzenie – topologię drzewiastą) i topologię magistrali. Można również często spotkać topologię mieszaną będącą połączeniem dwóch topologii fizycznych – magistrali i gwiazdy. Polega to na tym, że skupiska stacji roboczych łączone są w gwiazdę, zaś one same dołączane są do wspólnej magistrali, do której mogą być również dołączone pojedyncze stacje robocze:

Topologia sieci komputerowej określa sposób połączenia jej węzłów i wynikające stąd własności. Zasadniczo rozróżniamy następujące topologie sieci LAN (S - serwer, W - stacja robocza):

Gwiazda (ang. star)

Stacje robocze połączone są z serwerem (lub innym urządzeniem sieciowym - np. hubem, switchem) sieci za pomocą osobnych kanałów transmisyjnych. Sieci tego typu są obecnie bardzo popularne ze względu na swoją niezawodność.

Zalety:

Duża szybkość i niezawodność działania.
Uszkodzenie terminala nie powoduje awarii całej sieci.

Wady:

Skomplikowane okablowanie.
Dosyć wysoki koszt wykonania sieci.
Awaria serwera lub huba unieruchamia całą sieć.

Pierścień (ang. ring)

Sieć posiada pojedynczy kanał transmisyjny w kształcie pierścienia, w którym krążą dane wymieniane w sieci przez sąsiednie stacje robocze. Serwer nie posiada tutaj pełnej kontroli nad siecią. W sieci typu pierścień występuje problem synchronizacji przesyłu danych. Rozwiązano go wprowadzając mały pakiet TOKEN, który cyklicznie krąży w pierścieniu. Komputer chcący transmitować dane przechwytuje pakiet TOKEN, przesyła dane i zwraca pakiet TOKEN do pierścienia, aby inne komputery też mogły uzyskać dostęp do kanału transmisyjnego.

Zalety:

Niższy koszt niż dla sieci typu gwiazda.
Prostsze okablowanie.
Łatwość dołączania nowych stanowisk.

Wady:

Przerwanie pierścienia lub uszkodzenie terminala blokuje ruch w całej sieci.
Przy dużej liczbie stacji roboczych spada szybkość transmisji.
Zmniejszone bezpieczeństwo przesyłania danych.

Magistrala (ang. bus)

Sieć posiada pojedynczy kanał transmisyjny, do którego podłączone są wszystkie stacje robocze oraz serwer. Dane pojawiają się jednocześnie na całej magistrali. Występuje problem synchronizacji przesyłu danych, który rozwiązano metodą wyścigu: komputer chcący transmitować dane czeka, aż magistrala będzie wolna. Wtedy próbuje rozpocząć transmisję. Jeśli w tym samym czasie zrobi to samo inny komputer, to dojdzie do kolizji. Komputery wykryją kolizję i oba zwolnią magistralę. Następnie każdy z nich odczeka losowy okres czasu (bardzo ważne, w przeciwnym razie znów doszłoby do kolizji, gdyby czasy czekania były u obu komputerów równe) i ponownie próbuje przechwycić magistralę. Ten, który zrobi to pierwszy, wygrywa wyścig i może transmitować dane.

Zalety:

Niski koszt sieci oraz urządzeń sieciowych.
Proste okablowanie - zamiast kabli można wykorzystywać kanał radiowy.
Łatwość dołączania nowych stanowisk.

Wady:

Serwer nie posiada pełnej kontroli nad siecią.
Duża liczba terminali powoduje spadek efektywnej szybkości pracy sieci (częste kolizje).
Zerowe bezpieczeństwo przesyłu danych - każdy może podsłuchiwać każdego.

 

Model warstwowy OSI

Model OSI (ang. Open Systems Interconnection) opisuje sposób przepływu informacji między aplikacjami programowymi w jednej stacji sieciowej a podobnymi aplikacjami w innej stacji sieciowej przy użyciu medium transmisyjnego. Model OSI jest ogólnym modelem koncepcyjnym, skomponowanym z siedmiu warstw, z których każda opisuje określone funkcje sieciowe. Nie określa szczegółowych metod komunikacji. Mechanizmy rzeczywistej komunikacji są określone w formie protokołów komunikacyjnych. Dzieli on zadanie przesyłania informacji między stacjami sieciowymi na siedem mniejszych zadań składających się na poszczególne warstwy. Zadanie przypisane każdej warstwie ma charakter autonomiczny i może być interpretowane niezależnie.
Warstwy OSI
Warstwa nr 7 Warstwa aplikacji
(ang. Application layer)
Udostępnia interfejs użytkownika pomiędzy aplikacjami a siecią.
Warstwa nr 6 Warstwa prezentacji
(ang. Presentation layer)
Pobiera dane z aplikacji i zamienia je w format odpowiedni dla niższych warstw.
Warstwa nr 5 Warstwa sesji
(ang. Session layer)
Tworzy sesje wymiany danych dla każdej aplikacji korzystającej z sieci.
Warstwa nr 4 Warstwa transportowa
(ang. Transport layer)
Dokonuje podziału danych na pakiety oraz ich ponownego łączenia po stronie odbiorczej. Z pakietów tworzy strumienie danych.
Warstwa nr 3 Warstwa sieciowa
(ang. Network layer)
Zajmuje się przesyłem pakietów danych, rozpoznaje drogi łączące poszczególne komputery, rozdziela dane na poszczególne drogi.
Warstwa nr 2 Warstwa łącza danych
(ang. Data link layer)
Zajmuje się bezbłędnym przesłaniem danych w sieciach. Usuwa błędy transmisji i koordynuje przesył strumieni danych.
Warstwa nr 1 Warstwa fizyczna
(ang. Physical layer)
Zajmuje się fizycznymi parametrami sprzętu, takimi jak odpowiednie wartości napięć, prądów, przydziałem końcówek we wtyczkach, itp.

Model OSI nie odnosi się do jakiegokolwiek sprzętu lub oprogramowania. Zapewnia po prostu strukturę i terminologię potrzebną do omawiania różnych właściwości sieci. sieci.

 

Uproszczony czterowarstwowy model sieci TCP/IP

Siedmiowarstwowy model OSI nie jest dokładnym wykazem – daje jedynie wskazówki, jak organizować wszystkie usługi sieciowe. W większości zastosowań przyjmuje się model warstwowy usług sieciowych, który może być odwzorowany w modelu odniesienia OSI. Na przykład model sieciowy TCP/IP można adekwatnie wyrazić przez uproszczony model odniesienia.

Aplikacje sieciowe zazwyczaj zajmują się trzema najwyższymi warstwami (sesji, prezentacji i aplikacji) siedmiowarstwowego modelu odniesienia OSI. Stąd te trzy warstwy mogą być połączone w jedną zwaną warstwą aplikacyjną.

Dwie najniższe warstwy modelu OSI (fizyczną i łącza transmisyjnego) także można połączyć w jedną warstwę. W efekcie otrzymujemy uproszczony czterowarstwowy model:

  • warstwa 4 – Aplikacyjna – poczta, transmisja plików, telnet
  • warstwa 3 – Transportu – TCP (Transmission Control Protocol) – protokół sterujący transmisją
  • warstwa 2 – Sieciowa – IP (Internet Protocol) – protokół internetowy
  • warstwa 1 – Fizyczna – Ethernet (karta sieciowa i połączenia sieciowe)

W każdej z tych warstw informacje są wymieniane przez jeden z wielu protokołów sieciowych.

 

Urządzenia sieci LAN

Sieci LAN buduje się z biernych i aktywnych urządzeń sieciowych. Bierne urządzenia sieciowe to komponenty systemów okablowania strukturalnego.

Do aktywnych urządzeń sieci LAN należą:

regenerator (repeater) – jest urządzeniem pracującym w warstwie fizycznej modelu OSI, stosowanym do łączenia segmentów kabla sieciowego. Regenerator odbierając sygnały z jednego segmentu sieci wzmacnia je, poprawia ich parametry czasowe i przesyła do innego segmentu. Może łączyć segmenty sieci o różnych mediach transmisyjnych.

koncentrator (hub) – jest czasami określany jako wieloportowy regenerator. Służy do tworzenia fizycznej gwiazdy przy istnieniu logicznej struktury szyny lub pierścienia. Pracuje w warstwie 1 (fizycznej) modelu OSI. Pakiety wchodzące przez jeden port są transmitowane na wszystkie inne porty. Wynikiem tego jest fakt, że koncentratory pracują w trybie half-duplex (transmisja tylko w jedną stronę w tym samym czasie).

Obecnie rezygnuje się ze stosowania hubów, zastępując je przełącznikami.

przełącznik (switch) – są urządzeniami warstwy łącza danych (warstwy 2) i łączą wiele fizycznych segmentów LAN w jedną większą sieć. Przełączniki działają podobnie do koncentratorów z tą różnicą, że transmisja pakietów nie odbywa się z jednego wejścia na wszystkie wyjścia przełącznika, ale na podstawie adresów MAC kart sieciowych przełącznik uczy się, a następnie kieruje pakiety tylko do konkretnego odbiorcy co powoduje wydatne zmniejszenie ruchu w sieci. W przeciwieństwie do koncentratorów, przełączniki działają w trybie full-duplex (jednoczesna transmisja w obu kierunkach).

most (bridge) – służy do przesyłania i ew. filtrowania ramek między dwoma sieciami przy czym sieci te niekoniecznie muszą być zbudowane w oparciu o takie samo medium transmisyjne. Śledzi on adresy MAC umieszczane w przesyłanych do nich pakietach. Mosty nie mają dostępu do adresów warstwy sieciowej, dlatego nie można ich użyć do dzielenia sieci opartej na protokole TCP/IP na dwie podsieci IP. To zadanie mogą wykonywać wyłącznie routery. Analizując adresy sprzętowe MAC, urządzenie wie, czy dany pakiet należy wyekspediować na drugą stronę mostu, czy pozostawić bez odpowiedzi. Mosty podobnie jak przełączniki przyczyniają się w znacznym stopniu do zmniejszenia ruchu w sieci.

router – urządzenie wyposażone najczęściej w kilka interfejsów sieciowych LAN, pracujący wydajnie procesor i oprogramowanie zawiadujące ruchem pakietów przepływających przez router. W sieciach lokalnych stosowane są, gdy sieć chcemy podzielić na dwie lub więcej podsieci. Segmentacja sieci powoduje, że poszczególne podsieci są od siebie odseparowane i pakiety nie przenikają z jednej podsieci do drugiej. W ten sposób zwiększamy przepustowość każdej podsieci.

 

firewall(zapora sieciowa) jest urządzeniem lub specjalnym oprogramowaniem, którego zadaniem jest ochrona sieci przed nieupoważnionym dostępem z zewnątrz. Również zapobiega nieuprawnionemu wypływowi danych z sieci lokalnej. W dzisiejszym świecie stosowanie zapór sieciowych jest absolutną koniecznością.

 



List do administratora Serwisu Edukacyjnego Nauczycieli I LO

Twój email: (jeśli chcesz otrzymać odpowiedź)
Temat:
Uwaga: ← tutaj wpisz wyraz  ilo , inaczej list zostanie zignorowany

Poniżej wpisz swoje uwagi lub pytania dotyczące tego rozdziału (max. 2048 znaków).

Liczba znaków do wykorzystania: 2048

 

W związku z dużą liczbą listów do naszego serwisu edukacyjnego nie będziemy udzielać odpowiedzi na prośby rozwiązywania zadań, pisania programów zaliczeniowych, przesyłania materiałów czy też tłumaczenia zagadnień szeroko opisywanych w podręcznikach.



   I Liceum Ogólnokształcące   
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie

©2017 mgr Jerzy Wałaszek

Dokument ten rozpowszechniany jest zgodnie z zasadami licencji
GNU Free Documentation License.