Podstawowe pojęcia sieci komputerowych
Model ISO/OSI
Model ISO/OSI (Open Systems Interconnection) jest to siedmiowarstwowy, teoretyczny model referencyjny, który został opracowany przez ISO, który opisuje proces komunikacji sieciowej w sposób hierarchiczny i modułowy. Służy do zrozumienia, projektowania i diagnozowania sieci.
Warstwy modelu ISO/OSI:
- Fizyczna – transmisja bitów, nośniki (kable miedziane, światłowody), złącza, sygnały elektryczne/optyczne
- Łącza danych – ramki, adresy MAC, kontrola błędów, protokoły Ethernet, ARP
- Sieciowa – pakiety, adresacja logiczna (IP), routing, protokoły IP, ICMP
- Transportowa – segmenty/datagramy, niezawodność transmisji, TCP (połączeniowy, kontrolowany), UDP (bezpołączeniowy)
- Sesji – zarządzanie sesjami komunikacyjnymi między aplikacjami
- Prezentacji – tłumaczenie formatów danych, kompresja, szyfrowanie
- Aplikacyjna – interfejs użytkownika z siecią (HTTP, HTTPS, DNS, DHCP, FTP, SMTP, POP3, IMAP)
Model TCP/IP
Model TCP/IP – Praktyczny, czterowarstwowy model stosowany we wszystkich sieciach, które są oparte na protokole IP.
Warstwy modelu TCP/IP:
Warstwa dostępu do sieci – funkcje warstwy fizycznej i łącza danych OSI (transmisja bitów i ramek, adresy MAC, Ethernet, ARP)
Warstwa internetowa – adresacja i routing pakietów (IP v4/v6, ICMP)
Warstwa transportowa – end-to-end komunikacja (TCP – niezawodna, z kontrolą błędów i przepływu; UDP – szybka, bez gwarancji dostarczenia)
Warstwa aplikacyjna – usługi i aplikacje sieciowe (HTTP/HTTPS, DNS, DHCP, FTP, SMTP, SSH, Telnet, SNMP)
Protokoły kluczowe i ich warstwy (TCP/IP)
Warstwa dostępu do sieci: Ethernet (IEEE 802.3), ARP
Warstwa internetowa: IP (IPv4/IPv6), ICMP
Warstwa transportowa: TCP, UDP
Warstwa aplikacyjna: HTTP, HTTPS, DNS, DHCP, FTP, TFTP, SMTP, POP3, IMAP, SNMP, SSH, NTP
Topologie fizyczne sieci LAN
- Gwiazda – wszystkie urządzenia końcowe podłączone do centralnego przełącznika; dominująca w nowoczesnych LAN-ach ze względu na łatwość rozbudowy, diagnostyki i odporność na awarię pojedynczego połączenia
- Magistrala – współdzielony kabel szeregowy; tania, ale bardzo wrażliwa na uszkodzenia i kolizje
- Pierścień – zamknięty obwód transmisyjny; rzadko stosowany w klasycznych sieciach Ethernet
- Siatka pełna / częściowa (mesh) – bezpośrednie połączenia między wieloma węzłami; wysoka redundancja, bardzo wysoki koszt i skomplikowana instalacja
Topologie logiczne
Najczęściej spotykana w sieciach lokalnych to gwiazda rozszerzona (hierarchiczna gwiazda), która wynika z zastosowania przełączników warstwy 2 oraz wirtualnych sieci VLAN.
Elementy pasywne infrastruktury sieciowej
Elementy nie wymagające zasilania i nie przetwarzające aktywnie sygnału:
- kable skrętkowe (UTP, FTP, STP, S/FTP)
- patchcordy
- gniazda modułowe RJ45 (keystone)
- panele krosownicze (patch panel)
- szafy dystrybucyjne 19\” (rack)
Elementy aktywne infrastruktury sieciowej
Urządzenia wymagające zasilania i wykonujące przetwarzanie sygnału:
- przełączniki (switch) warstwy 2 i 3
- routery
- punkty dostępowe bezprzewodowe (access point)
- kontrolery WLAN
- firewalle / urządzenia UTM
- przełączniki / injektory PoE
Okablowanie strukturalne – główne segmenty
- Okablowanie poziome od gniazda abonenckiego do rozdzielnicy piętrowej; maksymalna długość toru 90 m (instalacja stała) + 10 m (patchcordy) = 100 m
- Okablowanie pionowe (building backbone) jest to połączenia między piętrami; najczęściej światłowód wielomodowy OM3/OM4 lub jednomodowy OS2
- Okablowanie kampusowe jest to połączenia między budynkami; niemal wyłącznie światłowód
Normy okablowania strukturalnego – najważniejsze informacje
- PN-EN 50174 (części 1–3) – projektowanie, instalacja wewnątrz i na zewnątrz budynków, wymagania jakościowe
- PN-EN 50173 / ISO/IEC 11801 – klasy okablowania i minimalne parametry (klasy D, E, EA, F, FA)
- TIA/EIA-568 (część B) – standard pinoutu T568-B (obecnie preferowany)
Kluczowe ograniczenia praktyczne:
- maksymalna długość toru miedzianego 100 m
- maksymalny rozplot pary przy zakończeniu ≤ 13 mm
- obowiązkowe oznakowanie obu końców każdego kabla
Hierarchiczny model projektowania sieci (Cisco 3-warstwowy)
- Warstwa dostępu (Access Layer) – podłączanie urządzeń końcowych (komputery, drukarki, telefony IP); przełączniki dostępowe, często z PoE
- Warstwa dystrybucji (Distribution Layer) – agregacja ruchu, routing między VLAN-ami, listy kontroli dostępu (ACL), QoS, polityka bezpieczeństwa
- Warstwa rdzenia (Core Layer) – bardzo szybkie przełączanie, maksymalna przepustowość, redundancja (EtherChannel, stacking, VRRP/HSRP/GLBP), łącze do Internetu / WAN
W małych i średnich sieciach często stosuje się model dwóch warstw (Access + skonsolidowana Distribution/Core
Adresacja IPv4 – podstawy egzaminacyjne
Prywatne zakresy adresów: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0–172.31.255.255 (/12), 192.168.0.0–192.168.255.255 (/16)
Liczba użytecznych hostów w zależności od maski:
- /24 → 254 hosty
- /26 → 62 hosty
- /27 → 30 hostów
- /28 → 14 hostów
Przykład podziału /24 na podsieci: sieć 192.168.10.0/24 → pożyczamy 3 bity → /27 → powstaje 8 podsieci po 30 użytecznych adresów każda
konfiguracja w Cisco Packet Tracer
- Topologia: hierarchiczna gwiazda (przełączniki piętrowe → przełącznik główny / router)
- VLAN-y: np. VLAN 10 – pracownicy, VLAN 20 – goście, VLAN 99 – zarządzanie
- Porty access → przypisane do jednego VLAN-u
- Porty trunk → między przełącznikami (pozwalają na wiele VLAN-ów)
- Routing między VLAN-ami: router-on-a-stick (subinterfejsy) lub przełącznik warstwy 3
- Testowanie: ping wewnątrz VLAN-u działa, między VLAN-ami działa dopiero po włączeniu routingu
Adres IP – Unikalny numer, który jest przypisany urządzeniu w sieci, umożliwia on komunikację w Internecie i identyfikację lokalizacji oraz dostawcy usług internetowych.
Adres MAC – 12-znakowy, szesnastkowy identyfikator, który jest przypisany do karty sieciowej. Urządzenia, używamy w komunikacji w sieci lokalnej, np. Ethernet, Wi-Fi czy Bluetooth. Każdy interfejs sieciowy posiada swój własny adres MAC.
Routing – Proces wybierania optymalnej trasy, jaką powinny przebyć pakiety danych od punktu początkowego do punktu docelowego w sieci komputerowej.
TCP – Transmission Control Protocol jest to jeden z najważniejszych protokołów używanych w sieciach komputerowych. Protokół ten używa warstwy transportowej, która zapewnia niezawodne i uporządkowane dostarczanie danych między urządzeniami w sieci. TCP jest protokołem połączeniowym, co oznacza, że nawiązuje połączenie przed przesyłaniem danych, co zapewnia ich integralność i kolejność.
UDP – User Datagram Protocol to bezpołączeniowy protokół transportowy, który umożliwia szybkie przesyłanie danych, nie daje gwarancji dostarczenia danych.
HTTPS – Protokół HTTP zabezpieczony szyfrowaniem TLS/SSL, zapewniający poufność i integralność danych przesyłanych między przeglądarką a serwerem.
DNS – Domain Name System to hierarchiczny, rozproszony system nazw, który umożliwia identyfikację usług i zasobów internetowych. Działa jak internetowa książka adresowa, tłumacząc nazwy domenowe na adresy IP, dzięki temu przeglądarka uzyskuje dostęp do odpowiednich witryn internetowych.
DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol, jest to protokół komunikacyjny, który umożliwia urządzeniom w sieci automatyczne uzyskiwanie danych konfiguracyjnych od serwera.