Zostan-administratorem-sieci-komputerowej-cz.1.pdf

Sieci komputerowe

Część pierwsza

sieci komputerowej

Część pierwsza (1/9) : Wprowadzenie

Rafał Kułaga

Budowa i działanie sieci komputerowych to zagadnienia, które powinien opanować każdy

informatyk, niezależnie od specjalizacji. Trudno bowiem wyobrazić sobie pracę w biurze, banku

lub jakimkolwiek innym środowisku bez połączenia pomiędzy stacjami roboczymi. Na tym

nie kończą się jednak możliwości, jakie dają nam sieci komputerowe – większość rozwiązań

informatycznych wykorzystujących najnowsze technologie, wymaga do działania połączenia

sieciowego pomiędzy komputerami. Zapraszam na fascynującą podróż do świata sieci

komputerowych i rozwiązań na nich opartych!

pliwości co do znaczenia współczesnych

technologii sieciowych. Trudno nam sobie

wyobrazić codzienne życie bez internetu

– to z niego czerpiemy informacje o najnowszych wydarze-

niach i nowinkach technicznych. To za jego pomocą kon-

taktujemy się ze znajomymi, kupujemy rozmaity sprzęt oraz

ściągamy najnowszą wersję ulubionej dystrybucji Linuksa.

O wpływie internetu na życie współczesnych ludzi najlepiej

świadczy ilość użytkowników portalów społecznościowych

oraz serwisów oferujących usługi strumieniowe, takich jak

YouTube.

Celowo piszę o internecie – jest to bowiem największa

funkcjonująca na całym świecie intersieć, łącząca kompu-

tery ze wszystkich krajów. Z pewnością większość Czytel-

ników dysponuje dostępem do internetu i zna podstawowe

pojęcia niezbędne do świadomego korzystania z jego zaso-

bów. Doświadczenie uczy jednak, że większość z nas nie-

zbyt dobrze rozumie działanie sieci komputerowych – nie

mam tu na myśli obsługę konkretnych programów, bo tą

potrai opanować każdy. Problemy pojawiają się w momen-

cie, gdy programy lub sprzęt nie działają tak jak powinny

– wtedy wiedza o niskopoziomowym działaniu sieci kom-

puterowych jest niezbędna.

Rozwiązywaniu problemów i analizą działania sieci

komputerowych przy wykorzystaniu technik analizy pakie-

tów zostały poświęcone trzy artykuły napisane przeze mnie.

Były one jednak skierowane głównie do osób mających do-

świadczenia z sieciami komputerowymi. Celem tego cy-

klu artykułów jest nauczenie Czytelnika projektowania,

budowy i koniguracji niewielkich lokalnych sieci kompu-

terowych od podstaw. Aby w pełni skorzystać z informa-

cji znajdujących się w tym i w następnych artykułach, nie

jest wymagane żadne doświadczenie ani wiedza w tym po-

lu. Do zagadnień trudniejszych oraz bardziej nietypowych

przejdziemy po zapoznaniu się z podstawowymi wiadomo-

ściami teoretycznymi oraz praktycznymi.

W pierwszej części cyklu zajmiemy się podstawo-

wymi zagadnieniami związanymi z sieciami kompu-

terowymi. Zastanowimy się, jakie kryteria musi speł-

niać sieć komputerowa oraz krótko omówimy histo-

rię sieci komputerowych. Dowiesz się, jakie są zasto-

sowania dla sieci komputerowych – również te bardziej

nietypowe. Sieci mają budowę warstwową – przeko-

wrzesień 2009

Zostań administratorem

N ikt z Czytelników z pewnością nie ma wąt-

Sieci komputerowe

Część pierwsza

nasz się o tym, gdy będziemy omawiali mo-

dele warstwowe OSI i TCP/IP (będący pod-

stawą działania większości sieci lokalnych

i internetu). Dowiesz się, jak komputery opar-

te o sprzęt różnych producentów oraz działają-

ce pod kontrolą różnych systemów operacyj-

nych porozumiewają się ze sobą oraz poznasz

najważniejsze urządzenia sieciowe. Na koniec

wspomnimy o bardzo ważnej klasie sieci – in-

tranecie.

Jestem pewien, że po przeczytaniu tego ar-

tykułu zyskasz solidne podstawy, które wyko-

rzystasz przy budowie własnej sieci kompute-

rowej w kolejnych częściach cyklu!

cza to nie tylko wybór sprzętu sieciowego

z odpowiednią liczbą portów, lecz głów-

nie o odpowiednim zapasie mocy, który

pozwoli na rozbudowę sieci w przyszło-

ści. Takie podejście znacznie ogranicza

wydatki na funkcjonowanie sieci oraz uła-

twia jej rozbudowę. O odpowiednim za-

pasie mocy powinniśmy również pamiętać

przy wyborze komputerów przeznaczonych

na serwery.

• Bezpieczeństwo – sieć komputerowa po-

winna umożliwiać bezpieczną wymia-

nę danych. Składa się na to ochrona przed

zagrożeniami pochodzącymi z sieci zewnę-

trznych (np. internetu) oraz sieci lokalnej

(np. podsłuchiwanie transmisji – snifing).

Poprzez odpowiednią konigurację sprzę-

tu sieciowego jesteśmy również w stanie

pomóc naszym użytkownikom w obronie

przed wirusami, robakami i trojanami (do-

tyczy to głównie komputerów z systemami

z rodziny Microsoft Windows).

mitywnych rodzajach pamięci magnetycznych)

była bardzo problematyczna oraz wymagała

wykorzystania klasycznej poczty.

Jedną z pierwszych prób utworzenia sieci

komputerowej była ALOHAnet, zbudowana na

Uniwersytecie Hawajskim w 1970 roku. Była

to sieć bezprzewodowa, wykorzystująca pasma

o szerokości 100 kHz. Jednym z głównych pro-

blemów, występujących w tym systemie, były

kolizje, które miały miejsce, gdy dwa kompu-

tery chciały jednocześnie nadawać. Można się

łatwo domyślić, że powodowało to zniekształ-

cenie danych (wkrótce dowiesz się, jak współ-

czesne sieci komputerowe radzą sobie z tym

problemem). Pomimo niewielkiej prędkości

transmisji i wielu problemów, ALOHAnet w

znacznym stopniu przyczyniła się do obecne-

go kształtu sieci komputerowych.

Milowym krokiem w historii sieci kompu-

terowych było opracowanie standardu Ethernet

przez irmę Xerox w latach 1973-1975. Z opi-

su we wniosku patentowym wynika, że ekspery-

mentalny Ethernet działał z prędkością 3 Mbps,

zaś adresacja odbywała się przy pomocy 8 bito-

wych identyikatorów. W następnych latach w

promocję tego standardu zaangażowały się głów-

ne przedsiębiorstwa branży komputerowej, co za-

owocowało jego znaczną popularyzacją. Sieci

oparte na tym standardzie początkowo korzystały

z kabla koncentrycznego zakończonego złączami

BNC. Miał on jednak wiele wad - m. in. niewiel-

ką maksymalną prędkość transmisji oraz wysoką

podatność na uszkodzenie wskutek zginania.

Do powstania sieci w standardzie Ethernet,

w postaci jaką znamy obecnie doszło w latach

80. Opracowano wtedy standard, znany obecnie

jako 10BASE-T – sieci komputerowej o topolo-

gii gwiazdy (o topologiach sieciowych powie-

my więcej za chwilę), zbudowanej w oparciu

Czym jest sieć komputerowa?

Pod pojęciem sieci komputerowej rozumiemy

grupę komputerów lub innych urządzeń (drukar-

ki z interfejsem sieciowym, systemy wbudowane

takie jak centralki PBX) połączonych w sposób

umożliwiający wymianę danych. Na sieć kom-

puterową składają się również wszelkie środki,

mające na celu zapewnienie połączenia – huby i

przełączniki, routery, access pointy oraz okablo-

wanie i interfejsy sieciowe w poszczególnych sta-

cjach roboczych. Najprostszy możliwy przykład

sieci komputerowej przedstawiono na Rysunku 1.

Sieć komputerowa w celu efektywnego jej wyko-

rzystania powinna spełniać następujące warunki:

Oprócz tego powinniśmy również zadbać o wy-

godę obsługi sieci przez użytkownika. W miarę

możliwości należy zawsze dążyć do wykorzysta-

nia usług dających możliwie jak największy po-

ziom transparencji sieci – ukrycia budowy i sku-

pienia się na usługach przez nią udostępnianych.

Czytelnikowi może się wydać, że skoro

należy zadbać o aż tyle rzeczy, to budowa sie-

ci komputerowych jest trudnym zadaniem – nie

jest to jednak prawdą. Spełnienie tych wszyst-

kich cech jest bowiem możliwe dzięki odpo-

wiedniemu doborowi sprzętu oraz jego konigu-

racji i prawidłowemu zarządzaniu zasobami sie-

ci komputerowej.

• Wydajność – sieć komputerowa powin-

na zapewniać możliwość wymiany da-

nych pomiędzy dowolnymi dwoma podłą-

czonymi do niej komputerami z możliwie

wysoką prędkością oraz niskimi opóźnie-

niami. Zwróć uwagę, że te dwie cechy nie

są sobie równoważne. Zapewnienie odpo0

wiedniej wydajności we współczesnych sie-

ciach lokalnych jest łatwe – problemy mogą

pojawiać się gdy sieci lokalne łączymy

w bardziej skomplikowane struktury;

• Niezawodność – sieć komputerowa powin-

na być odporna na awarie. W szczegól-

ności, awaria jednego komputera (innego

niż centralny serwer) nie powinna upośle-

dzać działania całej sieci. Powtórnie oka-

zuje się, że zapewnienie odpowiedniej nie-

zawodności w niewielkich sieciach lokal-

nych jest bardzo łatwe – problemy mo-

gą pojawiać się, gdy sieci lokalne łączy

się w bardziej skomplikowane struktury.

W celu zapewnienia niezawodności uży-

wamy w nich odpowiednich protokołów

routingu (trasowania) a nawet decydujemy

się na rozwiązania redundantne – podwa-

jając ilość zasobów sprzętowych w da-

nym fragmencie sieci.

• Łatwość rozbudowy – sieć komputerowa

powinna być łatwa w rozbudowie. Ozna-

Historia sieci komputerowych

Wiesz już, jakie cechy powinna spełniać do-

bra sieć komputerowa. Warto również poświę-

cić chwilę na poznanie historii sieci – pozwoli

to Czytelnikowi docenić postęp technologiczny

w tym polu. Jeszcze w latach 60 systemy kom-

puterowe nie były ze sobą połączone za pomo-

cą żadnych sieci. Wymiana danych, programów

(głównie na kartach perforowanych oraz pry-

Rysunek 1. Prosta sieć komputerowa działająca w

architekturze P2P (równy z równym)

Rysunek 2. Model odniesienia OSI

www.lpmagazine.org

Sieci komputerowe

Część pierwsza

o skrętkę zakończoną wtykami RJ-45. Umoż-

liwiło to nie tylko znaczne zwiększenie prędko-

ści, ale również otworzyło drogę dla kolejnych

standardów, oferujących coraz to większe pręd-

kości – obecnie aż do 10 Gbps. Mimo znacz-

nych różnic w budowie urządzeń, podstawowe

rozwiązania pozostały niezmienione od począt-

ków standardu Ethernet.

Równolegle z rozwojem technologii sie-

ci lokalnych przebiegał rozwój internetu. Nale-

ży pamiętać, że są to procesy powiązane ze so-

bą – rozwój internetu jest ściśle uzależniony od

ilości komputerów w sieciach do niego podłą-

czonych.

• Wykorzystanie serwera jako źródła uwie-

rzytelniania – co pozwala zwiększyć bez-

pieczeństwo danych zgromadzonych na

komputerach;

• Zdalny dostęp do zasobów irmy oraz moż-

liwość wykorzystania oprogramowania do

pracy grupowej – dzięki oprogramowaniu

do pracy grupowej (groupware), użytkow-

nicy naszej sieci mogą łatwo uzyskiwać

dostęp do jej zasobów spoza biura;

• Znaczne obniżenie rachunków telefonicz-

nych – dzięki wykorzystaniu technologii

VoIP możemy radykalnie zmniejszyć wy-

sokość rachunków telefonicznych oraz

utworzyć automatyczne menu dla klientów

dzwoniących do naszej irmy;

• Współdzielenie oprogramowania – sieci

komputerowe pozwalają na współdzielenie

oprogramowania zainstalowanego na sta-

cjach roboczych;

• Scentralizowane zarządzanie kopiami

zapasowymi – dzięki systemom służą-

cym do scentralizowania wykonywania

kopii zapasowych, znacznie upraszcza-

my ten konieczny, chociaż bardzo żmudny

proces.

rową? powinno zostać zmienione na: Jakiej sie-

ci komputerowej potrzebujemy? .

Struktura

komunikacji sieciowej

W paragraie tym zajmiemy się opisem dzia-

łania sieci komputerowych – nie dotyczy on

żadnego konkretnego standardu, lecz ma na

celu wprowadzenie podstawowych pojęć, po-

zwalających na pełne zrozumienie materia-

łu, który znajdzie się w następnych częściach

kursu.

Budowa warstwowa

Oprogramowanie sieciowe i sieć ma warstwy.

Co to jednak oznacza i jakie są najważniejsze

konsekwencje wynikające z takiej budowy?

Budowa warstwowa sieci komputerowych

polega na wydzieleniu warstw, odpowiadają-

cych za konkretne aspekty komunikacji. Ma-

my więc warstwę odpowiadającą za obsłu-

gę komunikatów aplikacji oraz warstwę, któ-

rej zadaniem jest izyczna realizacja transmi-

sji – zmieniającą fragmenty danych na sygnały

przesyłane za pomocą medium transmisyjnego.

O ile działanie całej sieci jest ściśle uzależnione

od prawidłowej współpracy wszystkich warstw,

o tyle każda z nich realizuje swoje zadania nie-

zależnie od warstw sąsiednich, pod warunkiem,

że zachowany zostaje odpowiedni format da-

nych przesyłanych pomiędzy warstwami.

W różnych technologiach sieciowych wystę-

pują różne podziały na warstwy. Zawsze jednak

jest tak, że warstwy wyższe operują na wyższym

poziomie abstrakcji, tzn. oderwania od funkcji

sprzętowych, warstwy niższe zaś odpowiadają za

funkcje bezpośrednio związane z przesyłaniem

danych za pomocą medium transmisyjnego.

Zastosowanie

sieci komputerowych

Nikogo nie trzeba przekonywać co do znacze-

nia sieci komputerowych we współczesnym

biznesie, rozrywce, przemyśle i wszystkich in-

nych dziedzinach życia i gospodarki. Bardzo

często jednak nie doceniamy znaczenia rozwo-

ju technologii związanych z sieciami kompute-

rowymi dla rozwoju informatyki w ogóle. Naj-

nowsze trendy w inżynierii oprogramowania,

rozproszonych systemach komputerowych oraz

rozwiązaniach dla data center są ściśle uzależ-

nione od sieci komputerowych.

W artykule o rozwiązaniach energoosz-

czędnych możesz dowiedzieć się, w jaki spo-

sób odpowiednie wykorzystanie sieci kompute-

rowych i architektury klient-serwer może przy-

czynić się do znacznego wzrostu efektywności

wykorzystania zasobów obliczeniowych w ir-

mie. Na tym jednak nie kończą się korzyści pły-

nące z instalacji sieci komputerowej w przedsię-

biorstwie. Dodatkowe możliwości, które prze-

mawiają za założeniem sieci komputerowej to:

Oczywiście jest to tylko część możliwości,

jakie dają nam sieci komputerowe – bardzo

wiele zależy od charakterystyki środowiska,

w której będzie ona wykorzystywana. Już te-

raz, aby w pełni wykorzystać możliwości

oprogramowania dla irm, potrzebna jest sieć

komputerowa. W oprogramowaniu dla logi-

styki, księgowości i wielu innych dziedzin,

coraz większą popularność zyskuje model

klient-serwer, ponieważ pozwala on na lep-

sze zarządzanie całą infrastrukturą. Spróbuj

wyobrazić sobie sytuację, w której dane roz-

rzucone są po wielu stacjach roboczych, a na-

stępnie sytuację, kiedy klienci dokonują zmian

w danych zebranych na serwerze. Umożliwia

to łatwe tworzenie kopii zapasowych, łatwe

uwierzytelnianie oraz bardzo szybkie reago-

wanie w przypadku awarii.

Podsumowując, śmiało można powiedzieć,

że pytanie: Czy warto instalować sieć kompute-

• Współdzielenie urządzeń peryferyjnych ta-

kich jak drukarki i skanery – co pozwala

znacznie ograniczyć wydatki na sprzęt biu-

rowy i jego eksploatację;

• Znacznie ułatwiona wymiana plików – po-

zwalająca zapomnieć o przenoszeniu da-

nych pomiędzy komputerami przy użyciu

dysków optycznych i pendrive’ów;

Protokoły

Powiedzieliśmy, że sieci komputerowe powinny

umożliwiać wymianę danych pomiędzy urzą-

dzeniami i oprogramowaniem różnych produ-

centów. W jaki więc sposób irmy te porozu-

miewają się ze sobą w celu zapewnienia kom-

patybilności?

Otóż producenci nie wymieniają się ze sobą

informacjami. Nie ma takiej potrzeby, ponieważ

za opracowanie odpowiednich standardów od-

powiadają powołane w tym celu komitety. Jak-

kolwiek często tworzone są organizacje takie jak

np. Wi-Fi Alliance, które zrzeszają producentów

sprzętu w danym standardzie, zajmują się przy-

znawaniem certyikatów i rozmaitymi działania-

mi marketingowymi, to praca nad czysto tech-

nicznymi aspektami standardów prowadzo-

na jest przez międzynarodową organizację IE-

EE (ang. Institute of Electrical and Electronics

Engineers – Instytut Inżynierów Elektryków i

Rysunek 3. Model TCP/IP

wrzesień 2009

Sieci komputerowe

Część pierwsza

Elektroników). Standardy przez nią opracowa-

ne są uznawane na całym świecie, np. Ethernet

(IEEE 802.3), bezprzewodowy Ethernet (IEEE

802.11), Bluetooth (IEEE 802.15.1).

Protokół jest standardem określającym

reguły semantyczne (sposób reprezentacji da-

nych) i syntaktyczne (składnia, format da-

nych) przesyłania danych. Dwa komputery ko-

rzystające ze sprzętu i oprogramowania w tym

samym standardzie, mogą bez przeszkód po-

rozumiewać się ze sobą, nawet jeżeli różni-

ce w realizacji poszczególnych funkcji są bar-

dzo duże. Protokoły nie określają sposobu wy-

konywania poszczególnych operacji związa-

nych z przesyłaniem danych – określają jedy-

nie format danych wejściowych i wyjściowych.

Kwestia realizacji poszczególnych funkcji

pozostaje już po stronie producenta sprzętu lub

oprogramowania.

Protokołem jest np. HTTP (ang. Hypertext

Transfer Protocol – protokół transmisji hiper-

tekstu). Codziennie posługujemy się nim nie-

zliczoną ilość razy przeglądając strony inter-

netowe – każde nasze kliknięcie w łącze po-

woduje wysłanie żądania pobrania strony

(GET). Serwer odpowiada komunikatem błę-

du (np. nie odnaleziono żądanego dokumentu

– kod 404), lub potwierdza, że wszystko jest w

porządku (OK – 200) i rozpoczyna przesyłanie

zawartości dokumentu. Pamiętaj, że protokół

nigdy nie działa na własną rękę – zawsze ma-

my do czynienia z jednoczesnym wykorzysta-

niem protokołów innych warstw. Więcej na ten

temat dowiesz się, gdy będziemy opisywać mo-

del TCP/IP, będący podstawą internetu i współ-

czesnych sieci lokalnych.

z oprogramowaniem odpowiadającym za obsłu-

gę tego samego protokołu na maszynie docelo-

wej. Jest to jedno z podstawowych założeń mo-

delów warstwowych – oprogramowanie siecio-

we charakteryzuje się dużą hierarchizacją.

Model OSI

Model OSI jest modelem odniesienia dla twór-

ców protokołów sieciowych, opracowanym przez

międzynarodową organizację ISO (ang. Interna-

tional Organization for Standardization – Mię-

dzynarodowa Organizacja Normalizacyjna).

Model OSI opisuje strukturę komuni-

kacji sieciowej za pomocą siedmiu warstw,

z których każda pełni określone funkcje (Rysu-

nek 2). Każdej warstwie odpowiada zestaw pro-

tokołów, które mogą zostać wykorzystane w

trakcie transmisji. Należy jednak pamiętać, że

różne protokoły jednej warstwy są zazwyczaj

ze niekompatybilne ze sobą. Co więcej, bardzo

często mają bardzo różne przeznaczenie (np.

protokoły HTTP i POP3).

Najwyższą warstwą w modelu OSI jest

warstwa aplikacji. Dostarcza ona programom

mechanizmów, z których mogą one skorzystać

w celu przesyłania danych przez sieć kompute-

rową. Ten mechanizm to gniazda (ang. sockets ),

pozwalające na łatwe tworzenie aplikacji siecio-

wych, w pełni niezależnych od wykorzystywa-

nego sprzętu sieciowego. Obsługa gniazd odby-

wa się za pomocą odpowiedniego zestawu wy-

wołań systemowych.

Poniżej warstwy aplikacji znajduje się war-

stwa prezentacji. Jej najważniejszym zadaniem

jest zapewnienie odpowiedniego formatu repre-

zentacji danych. W szczególności, jednym z za-

dań warstwy prezentacji jest konwersja przesy-

łanych danych do reprezentacji kanonicznej,

uwzględniającej standardy sieciowe, w tym tzw.

network byte order – kolejność bajtów w zesta-

wie danych oderwaną od typu procesora kom-

putera lokalnego (ang. endianness ). Warstwa

sesji, znajdująca się poniżej warstwy prezenta-

cji, odpowiada za realizację funkcji koniecznych

w celu utrzymania połączenia i jego poprawne-

go funkcjonowania. Warstwa sesji jest również

odpowiedzialna za wznawianie połączenia po

jego zerwaniu. Poniżej warstwy sesji znajduje

Adresy izyczne i sieciowe

W większości technologii sieciowych istnieją

dwa typy adresów: adresy izyczne – przypi-

sywane przez producentów sprzętu sieciowego

oraz adresy sieciowe – przypisane przez użyt-

kownika, charakterystyczne dla danej sieci.

Adresy izyczne (w większości technologii

zwane adresami MAC – Media Access Control

– kontrola dostępu do medium transmisyjnego)

wykorzystywane są w celu adresowania danych

w sieciach lokalnych opartych na standardzie

Ethernet. Podstawowe urządzenie służące do

tworzenia sieci LAN w tym standardzie – switch

– opiera swoje działanie na wykorzystaniu adre-

sów MAC. Adresy izyczne mogą być zmienia-

ne przez użytkownika, jednak muszą być unikal-

ne dla danej domeny rozgłoszeniowej (więcej na

ten temat powiemy w następnej części cyklu).

Adresy sieciowe są natomiast ściśle uza-

leżnione od wykorzystywanego przez nas pro-

tokołu warstwy sieciowej. Najbardziej rozpo-

wszechnionym protokołem tej warstwy jest IP

(ang. Internet Protocol ), opierający się na ad-

resach unikalnych w skali światowej. Co waż-

ne, dzięki wykorzystaniu technologii transla-

cji adresów (NAT – Network Address Transla-

tion ) możliwe jest przydzielenie jednego adresu

IP z puli ogólnoświatowej (publicznej, routo-

walnej) wielu komputerom w sieci lokalnej.

Jak to możliwe? Dowiesz się w jednej z następ-

nych części cyklu.

Jednostki danych

Z pojęciem protokołu wiąże się pojęcie jednost-

ki danych, przesyłanej pomiędzy poszczególny-

mi warstwami. W zależności od rozpatrywanej

warstwy, mamy do czynienia z różnymi nazwa-

mi jednostek oraz różnym formatem przesyła-

nych danych.

W trakcie wysyłania danych, każdy proto-

kół dokleja swój nagłówek (rzadziej dodawana

jest również część zwana stopką). Podczas od-

bierania danych, nagłówki (ew. stopki) są sukce-

sywnie usuwane przy przetwarzaniu przez od-

powiednie warstwy.

Należy pamiętać, że przy transmisji danych,

pomimo udziału w transmisji wielu protokołów,

rzeczywiste połączenie istnieje jedynie na pozio-

mie sprzętu. Co więcej, wskutek rozwoju tech-

nik wirtualnych, trudno tak naprawdę mówić o

rzeczywistym połączeniu, lecz jedynie o osiągal-

ności danego interfejsu (który w rzeczywistości

może być urządzeniem wirtualnym). Protokoły

wyższych warstw porozumiewają się zawsze

Model OSI i TCP/IP

Znasz już podstawowe informacje na temat bu-

dowy warstwowej i działania protokołów siecio-

wych. Przyszedł czas na poznanie dwóch pod-

stawowych modeli warstwowych – modelu OSI

oraz modelu TCP/IP. Są one podstawą współ-

czesnych sieci komputerowych, jednak na tym

nie kończy się ich zastosowanie – większość

systemów telekomunikacyjnych opiera się na

bardzo podobnych rozwiązaniach. Ich pozna-

nie jest kluczem do pełnego zrozumienia zasa-

dy działania sieci komputerowych.

Rysunek 4. Bezpołączeniowa transmisja danych w

protokole UDP

Rysunek 5. Proces nawiązywania połączenia przy

użyciu protokołu TCP

www.lpmagazine.org

Sieci komputerowe

Część pierwsza

się warstwa transportowa, która odpowiada za

zapewnienie poprawności przesyłania danych.

Warstwa transportowa dzieli dane, które chcemy

przesłać za pomocą sieci komputerowej na małe

porcje, zwane segmentami.

Warstwa sieciowa odpowiada za funkcje

związane z przesyłaniem pakietów pomiędzy

dwoma komputerami, nie gwarantując ich do-

starczenia (zapewnienie niezawodności jest za-

daniem warstw wyższych). Protokoły warstwy

sieciowej mają za zadanie określić trasę, którą

należy przesyłać dane (o procesie trasowania

powiemy więcej za chwilę), jeżeli zaś okazuje

się, że dana sieć nie obsługuje pakietów o od-

powiedniej długości (określa to parametr zwa-

ny MTU – Maximum Transmission Unit – mak-

symalny rozmiar datagramu, który można prze-

słać bez fragmentacji), to dokonuje fragmentacji

przesyłanego datagramu (po opuszczeniu danej

sieci dane są ponownie składane).

Poniżej warstwy sieciowej znajduje się

warstwa łącza danych, odpowiadając m. in. za

odbiór i konwersję strumienia bitów, pocho-

dzącego od urządzenia transmisyjnego (war-

stwy izycznej). Warstwa łącza danych operu-

je na tzw. ramkach, będących ciągami bitów

zawartych pomiędzy sekwencjami początku

i końca ramki. Jeżeli w odebranej ramce znajdują

się błędy, to zostaje ona odrzucona. Warstwa łą-

cza danych dba również o synchronizację urzą-

dzeń pod względem szybkości przesyłu danych.

Na najniższym poziomie modelu OSI znaj-

duje się warstwa izyczna. Odpowiada ona za

transmisję sygnałów w sieci, zamieniając cią-

gi bitów na sygnały elektryczne, przesyłane

za pomocą medium transmisyjnego. Standar-

dy warstwy izycznej określają m. in.: często-

tliwości i amplitudy sygnałów, rozkład sty-

ków w złączach oraz parametry mechaniczne

gniazd.

Gdy zdalna stacja chce przesłać dane do na-

szego komputera, informacje wędrują od war-

stwy izycznej do warstwy aplikacji, gdzie zo-

stają obsłużone przez odpowiedni proces. Jeżeli

to nasz komputer przesyła dane, kierunek prze-

pływu danych jest odwrotny – od warstwy apli-

kacji do warstwy izycznej.

śla decydujące znaczenie protokołów: TCP

w warstwie transmisji oraz IP w warstwie siecio-

wej. Rzeczywiście – są to dwa protokoły, które

bez większych zmian przetrwały wiele lat i któ-

re są obecnie podstawą internetu.

Najwyższą warstwą modelu TCP/IP jest

warstwa aplikacji, odpowiadająca za realizację

wszystkich funkcji, za które w modelu OSI od-

powiadały trzy górne warstwy: aplikacji, prezen-

tacji oraz sesji. W warstwie tej istnieje ogromna

różnorodność protokołów, odpowiadająca za ob-

sługę wszystkich usług sieciowych, takich jak

WWW, e-mail, media strumieniowe, VoIP itp.

Do warstwy aplikacji należą również dwa bar-

dzo użyteczne protokoły: DNS – odpowiadają-

cy za tłumaczenie adresów domenowych na ad-

resy IP oraz DHCP – pozwalający na automa-

tyczne przypisywanie parametrów sieciowych

nowym interfejsom sieciowym. Więcej o pro-

tokołach tej warstwy powiemy za chwilę, przy

okazji opisywania najważniejszych usług w in-

ternecie.

Poniżej warstwy aplikacji znajduje się

warstwa transportu. Warstwa transporto-

wa może realizować dwa podstawowe typy

dostarczania pakietów: dostarczanie niezawod-

nymi strumieniami oraz dostarczanie bezpo-

łączeniowe. Dokładna różnica pomiędzy tymi

dwoma metodami zostanie opisana za chwi-

lę. Najpopularniejsze protokoły tej warstwy to

TCP (dostarczanie niezawodnymi strumieniami)

i UDP (dostarczanie bezpołączeniowe).

Warstwa internetowa, znajdująca się poni-

żej warstwy transportu, odpowiada za dostarcze-

nie pakietów do odbiorcy. Protokoły tej warstwy

ustalają zasady adresowania oraz biorą udział w

procesie trasowania (routingu), który ma na celu

dostarczenie pakietu, poprzez wiele sieci, do od-

biorcy. Warunkiem powodzenia tego procesu jest

istnienie ścieżki prowadzącej do hosta docelowe-

go – w szczególności wymagane jest, aby miał

on przypisany adres należący do publicznej, ro-

utowalnej puli. Więcej na temat adresacji i do-

starczania pakietów powiemy za chwilę, pamiętaj

jednak, że protokoły tej warstwy nie gwarantują

dostarczenia pakietu – za funkcje związane z nie-

zawodnością połączenia odpowiadają warstwy

wyższe. W obrębie warstwy sieciowej znajduje

się jeszcze jeden, bardzo ważny protokół – ICMP

(ang. Internet Control Message Protocol – in-

ternetowy protokół komunikatów kontrolnych),

który odpowiada za informowanie o nieprawi-

dłowościach w transmisji. Niektóre z komunika-

tów, które możemy otrzymać w trakcie przesyła-

nia danych, to Destination Unreachable (nieosią-

galne miejsce przeznaczenia), Datagram Conver-

sion Error (błąd konwersji datagramu) lub Time

Exceeded (przekroczenie czasu życia pakietu).

Najniższą warstwą modelu TCP/IP jest war-

stwa dostępu do sieci. Jej standardy określają ta-

kie parametry transmisji jak poziomy napięć,

wykorzystywane częstotliwości i sposoby mo-

dulacji. Do warstwy dostępu do sieci zaliczamy

również sterowniki interfejsów sieciowych oraz

standardy mające na celu ujednolicenie nisko-

poziomowych mechanizmów sieciowych (np.

NDIS i ODI). Na poziomie warstwy izycznej,

urządzenia wymieniają między sobą jednostki

danych zwane ramkami. Sposób przesyłania da-

nych za pomocą medium transmisyjnego jest ści-

śle uzależniony od jego rodzaju i typu sieci (ro-

dzaj kabla połączeniowego, ew. sieć bezprzewo-

dowa). Do warstwy dostępu do sieci należą dwa

bardzo ważne protokoły wykorzystywane w sie-

ciach Ethernet – ARP (ang. Address Resolution

Protocol – protokół rozwiązywania adresów)

– odpowiadający za mapowanie adresów IP na

adresy izyczne MAC oraz RARP (ang. Reverse

Address Resolution Protocol ) – mapujący adre-

sy izyczne MAC na adresy IP.

Połączeniowe

i bezpołączeniowe przesyłanie danych

Przy omawianiu warstwy transportu modelu

TCP/IP powiedzieliśmy, że protokoły tej war-

stwy mogą realizować dwa typy dostarcza-

nia: niezawodnymi strumieniami (połączenio-

we) oraz bezpołączeniowe (zawodne). Jaka jest

różnica pomiędzy tymi dwoma typami obsługi

i dlaczego mielibyśmy korzystać z dostarcza-

nia zawodnego? Najpopularniejszym protoko-

łem bezpołączeniowym wykorzystywanym w

internecie jest protokół UDP (ang. User Da-

tagram Protocol – protokół datagramów użyt-

kownika). Nie gwarantuje on jednak poprawne-

go dostarczenia datagramu – mogą one docie-

rać w nieodpowiedniej (zaburzonej) kolejności

lub w ogóle nie dotrzeć do odbiorcy (Rysunek

Model TCP/IP

W większości sieci komputerowych, włą-

czając internet, wykorzystywany jest model

TCP/IP (zwany również modelem DoD – De-

partment of Defense – Departamentu Obrony

Stanów Zjednoczonych). Jest on uproszczoną

wersją modelu OSI, zawierającą jedynie czte-

ry warstwy. Zwróć uwagę, że warstwy, które

w modelu OSI odpowiadały za ściśle powią-

zane funkcje, w modelu TCP/IP zostały ze so-

bą połączone. Nazwa modelu TCP/IP podkre-

Tabela 1. Najważniejsze protokoły modelu TCP/IP

Warstwa dostępu do sieci Warstwa sieciowa Warstwa transportowa Warstwa aplikacji

Ethernet

ARP

802.11 WiFi a/b/g/n

FDDI

ADSL

NDIS/ODI

V.90

TCP

UDP

SPX

RTP

HTTP

POP3

SMTP

FTP

IMAP

DNS

Telnet

wrzesień 2009

ICMP

IPX

IGMP

IPsec

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: