Temat A1. Warstwowy model sieci

przez | 17 sierpnia 2020

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 tam ćwiczenia i zadania.

Zapisy podstawy programowej realizowane w temacie:

III. Posługiwanie się komputerem, urządzeniami cyfrowymi i sieciami komputerowymi.

Zakres rozszerzony. Uczeń spełnia wymagania określone dla zakresu podstawowego, a ponadto:

3) opisuje warstwowy model sieci komputerowej oraz model sieci internet, opisuje podstawowe funkcje urządzeń i protokoły stosowane w przepływie informacji i w zarządzaniu siecią;

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.

Protokół komunikacyjny to zbiór ścisłych reguł i kroków postępowania, wykorzystywanych przez urządzenia komunikacyjne w celu nawiązywania łączności i wymiany danych.

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.

Rys. 1. Model warstwowy OSI

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

Warstwa aplikacjiOkreśla sposoby dostępu do środowiska sieciowego. Umożliwia udostępnianie plików, stron WWW, drukarek. Warstwa ta pełni rolę interfejsu między aplikacją użytkownika a usługami sieciowymi.
Warstwa prezentacjiDefiniuje i standaryzuje format danych (np. znaki narodowe, liczby). Przeprowadza kodowanie i kompresję danych.
Warstwa sesjiJest odpowiedzialna za prawidłową wymianę danych. Nadzoruje połączenie; wznawia je po przerwaniu.
Warstwa transportuZapewnia prawidłową kolejność pakietów po złożeniu ich w stacji odbiorczej. Sprawdza sumy kontrolne pakietów i wymusza powtórzenie transmisji po wykryciu błędu.
Warstwa sieciowaUstanawia połączenie między stacjami i dezaktywuje je po zakończeniu sesji. Jest odpowiedzialna za kierowanie ruchem pakietów w sieci (wyznacza trasy przebiegu pakietów).
Warstwa łącza danychZapewnia niezawodność łącza danych. Współpracuje ze sterownikami urządzeń sieciowych, np. kart sieciowych.
Warstwa fizycznaOdpowiada 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.