Warstwowy model sieci

Wszystkie treści na stronie ir.migra.pl są chronione prawami autorskimi. Więcej informacji znajdziesz tutaj.

Uwaga: Zapoznaj się wcześniej z tematami A1 i A2 z podręcznika „Teraz bajty. Informatyka dla szkół ponadpodstawowych. Zakres podstawowy. Klasa II”. Wykonaj zawarte w nich ćwiczenia i zadania.

Spis treści

1. Terminologia sieciowa – usystematyzowanie pojęć
2. Warstwowy model sieci

1. Terminologia sieciowa – usystematyzowanie pojęć

Wybrane pojęcia dotyczące sieci komputerowych
Sieć komputerowa	łączy ze sobą komputery w celu wymiany danych
Zasoby sieciowe	wszelkiego rodzaju dane i urządzenia, do których można uzyskać dostęp w obrębie sieci
Klient	komputer, który korzysta z zasobów
Serwer	komputer, który udostępnia zasoby
Przełącznik (ang. switch)	urządzenie sieciowe umożliwiające przesyłanie danych pomiędzy różnymi urządzeniami końcowymi w tej samej sieci
Router	urządzenie sieciowe umożliwiające przesyłanie pakietów danych pomiędzy różnymi sieciami komputerowymi tego samego typu
Brama (ang. gateway)	urządzenie sieciowe umożliwiające przesyłanie pakietów danych pomiędzy sieciami komputerowymi różnego typu (opartymi o różne protokoły)
Host	komputer lub inne urządzenie komputerowe pracujące w sieci TCP/IP
Podział sieci ze względu na wielkość	Lokalne	obejmują komputery połączone na małym obszarze, np. w szkole, biurze, firmie
	Miejskie	łączą sieci lokalne na terenie jednego miasta
	Rozległe	łączą sieci lokalne na większym obszarze, np. miasta, kraju
	Internet	łączy ze sobą prawie wszystkie sieci na świecie
Podział sieci ze względu na model funkcjonowania	„Każdy z każdym”	każdy komputer będący składnikiem tego rodzaju sieci ma takie same prawa – może być równocześnie serwerem i klientem
	„Klient-serwer”	co najmniej jeden komputer pełni rolę serwera, udostępniając swoje zasoby wielu klientom
Podział sieci ze względu na topologię	Topologia gwiazdy	komputery są ze sobą połączone przez jeden punkt centralny
	Topologia szyny	komputery są dołączone do wspólnego przewodu, szeregowo lub równolegle
	Układ pierścienia	podobny do topologii szyny, ale końce przewodu są ze sobą połączone, tworząc pierścień
	Topologie łączone	komputery połączone z wykorzystaniem wielu różnych topologii; wykorzystywane w dużych sieciach komputerowych; najczęściej stosowana jest topologia wielu gwiazd
Podział sieci ze względu na medium transmisyjne	Sieci przewodowe	do transmisji danych są wykorzystywane przewody; transmisja może się odbywać za pomocą sygnałów elektrycznych lub optycznych (światłowody)
	Sieci bezprzewodowe	transmisja danych odbywa się bez obecności fizycznego medium, najczęściej za pomocą fal radiowych
Ethernet	zwyczajowa nazwa popularnych technologii przysyłania danych za pomocą przewodów
Wi-Fi	sposób transmisji danych wykorzystujący fale radiowe do przesyłania danych na odległość kilkunastu-kilkudziesięciu metrów
GPRS, EDGE, LTE, 3G, 4G, 5G	nazwy różnych technologii przesyłania danych za pomocą fal radiowych z użyciem telefonii komórkowej
Bluetooth, NFC	nazwy różnych technologii przesyłania danych za pomocą fal radiowych na bliskie odległości – od kilku centymetrów (NFC) do kilku metrów (Bluetooth)
Konfiguracja sieciowa	Karta sieciowa	urządzenie umożliwiające połączenie z innymi komputerami
	Protokół	zbiór reguł, którym podlega komunikacja pomiędzy komputerami
	Klient sieci	oprogramowanie pozwalające korzystać z zasobów sieci pracującej pod kontrolą konkretnego systemu operacyjnego
	Usługa	określenie funkcji realizowanej przez komputer pracujący w sieci
Adres IP	unikatowy numer przyporządkowany urządzeniom sieci komputerowych (pracującym zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych) funkcjonującym w oparciu o protokół IP
Protokół TCP/IP	najczęściej stosowany protokół (de facto zbiór protokołów); używany zarówno w sieciach rozległych (Internet), jak i w sieciach lokalnych
Praca w sieci	Logowanie	proces wprowadzania identyfikatora i hasła użytkownika, który rozpoczyna pracę w sieci
	Udostępnianie	zezwolenie na korzystanie z zasobów lokalnego komputera przez innych użytkowników sieci
	Mapowanie	przyporządkowanie oznaczenia dysku komputera lokalnego wybranemu zasobowi, znajdującemu się na zdalnym komputerze
Szybkość transmisji danych	liczba jednostek informacji przesyłanych w jednostce czasu, wyrażona w bps (bitach na sekundę), Kbps (kilobitach na sekundę), Mbps (megabitach na sekundę), Gbps (gigabitach na sekundę), rzadziej KBps (kilobajtach na sekundę), MBps (megabajtach na sekundę), GBps (gigabajtach na sekundę)
Adres MAC (ang. Media Access Control)	unikatowy w skali świata, 48-bitowy adres sprzętowy karty sieciowej komputera lub interfejsu sieciowego urządzenia sieci komputerowej

Tabela 1. Wybrane pojęcia dotyczące sieci komputerowej

2. Warstwowy model sieci

Sieci komputerowe składają się z wielu elementów (sprzętowych i programowych), pochodzących z różnych etapów rozwoju informatyki, korzystających z różnych technologii i wyprodukowanych przez różnych producentów. Dla zapewnienia współpracy (w języku fachowym: interoperacyjności) wszystkich składowych sieci komputerowej stworzono teoretyczny model takiej współpracy, nazwany modelem warstwowym OSI (ang. Open Systems Interconnection).

W modelu OSI dane przesyłane pomiędzy systemami komputerowymi przechodzą przez siedem warstw (rys. 1.). Każda warstwa (z wyjątkiem warstwy sprzętowej) komunikuje się wyłącznie z warstwami znajdującymi się powyżej i poniżej za pomocą dobrze opisanych interfejsów. Te same warstwy dwóch systemów komputerów do komunikacji wykorzystują protokoły komunikacyjne.

Każda warstwa do danych otrzymanych z warstwy wyższej dodaje swoje własne, dokonuje zakodowania całości danych i ich podziału na mniejsze części (segmenty, pakiety, ramki), po czym przekazuje dane warstwie niższej. Warstwa najniższa, sprzętowa, odpowiada za fizyczne przesłanie danych do docelowego systemu komputerowego.

Warstwy przedstawiają sieć od strony funkcjonalnej. Do każdej z warstw przypisane są określone funkcje i usługi.

Warstwa aplikacji	Określa sposoby dostępu do środowiska sieciowego. Umożliwia udostępnianie plików, stron WWW, drukarek. Warstwa ta pełni rolę interfejsu między aplikacją użytkownika a usługami sieciowymi.
Warstwa prezentacji	Definiuje i standaryzuje format danych (np. znaki narodowe, liczby). Przeprowadza kodowanie i kompresję danych.
Warstwa sesji	Jest odpowiedzialna za prawidłową wymianę danych. Nadzoruje połączenie; wznawia je po przerwaniu.
Warstwa transportu	Zapewnia prawidłową kolejność pakietów po złożeniu ich w stacji odbiorczej. Sprawdza sumy kontrolne pakietów i wymusza powtórzenie transmisji po wykryciu błędu.
Warstwa sieciowa	Ustanawia połączenie między stacjami i dezaktywuje je po zakończeniu sesji. Jest odpowiedzialna za kierowanie ruchem pakietów w sieci (wyznacza trasy przebiegu pakietów).
Warstwa łącza danych	Zapewnia niezawodność łącza danych. Współpracuje ze sterownikami urządzeń sieciowych, np. kart sieciowych.
Warstwa fizyczna	Odpowiada za transmisję danych pomiędzy komputerami. Do tej warstwy należą urządzenia fizyczne, takie jak: karty sieciowe, modemy, koncentratory i media transmisyjne (kable, fale radiowe).

Tabela 2. Funkcje poszczególnych warstw sieci

Obecnie najczęściej wykorzystuje się sieci (w tym Internet) oparte o rodzinę protokołów znaną jako TCP/IP. Protokół IP (ang. Internet Protocol) realizuje warstwę sieciową, a protokoły TCP (ang. Transport Control Protocol) i UDP (ang. User Datagrams Protocol) realizują warstwę transportu. Powszechnie wykorzystywane są też inne protokoły pomocnicze:

• DNS (ang. Domain Name System), służący do zamiany nazw symbolicznych na adresy IP i odwrotnie,
• ICMP (ang. Internet Control Message Protocol), wykorzystywany do diagnostyki połączeń,
• ARP (ang. Address Resolution Protocol), stosowany do zamiany adresów logicznych na adresy fizyczne,
• DHCP (ang. Dynamic Host Configuration Protocol), służący do automatycznego konfigurowania hostów w sieci.

Zadania

1. Przedstaw w postaci prezentacji multimedialnej podstawowe pojęcia dotyczące sieci komputerowej. Wykonaj samodzielnie poglądowe rysunki przedstawiające podział sieci ze względu na model funkcjonowania i ze względu na topologię.
2. Omów model warstwowy sieci, opisując krótko poszczególne warstwy.