Sieci komputerowe

Sieci komputerowe
Wstęp
Sieć komputerowa to wiele komputerów połączonych
razem przy użyciu systemu komunikacyjnego.
Celem sieci jest komunikowanie się i współdzielenie
plików.
Komunikacja poprzez sieć
Możliwość realizowania niezawodnej komunikacji
z każdym i wszędzie jest coraz ważniejsza dla
naszego życia osobistego i zawodowego.
W celu zapewnienia natychmiastowego dostarczania
milionów wiadomości wymienianych między ludźmi
na całym świecie korzystamy ze złożonej struktury
połączonych ze sobą sieci.
Komunikacja poprzez sieć
Sieci przesyłające dane lub informacje różnią się
rozmiarami i możliwościami, jednak wszystkie
posiadają cztery wspólne elementy:




Zasady lub umowa według których wiadomości są
wysyłane, kierowane, otrzymywane i interpretowane.
Wiadomości lub jednostki informacji, które są
transportowane z jednego urządzenia do drugiego.
Sposób połączenia tych urządzeń ze sobą - medium, które
umożliwia transport wiadomości pomiędzy urządzeniami.
Urządzenia w sieci, które wymieniają informacje między
sobą.
Elementy sieci
Elementy toru komunikacyjnego



Komunikacja zaczyna się od wiadomości lub informacji,
która musi być wysłana od jednej osoby lub urządzenia do
innej osoby lub urządzenia. Ludzie wymieniają się
informacjami wykorzystując do tego wiele różnych metod
komunikacji. Wszystkie z tych metod mają trzy wspólne
elementy:
Pierwszy z tych elementów to źródło wiadomości lub
nadawca.
Drugim elementem systemu komunikacyjnego jest cel lub
odbiorca wiadomości. Odbiorca otrzymuje wiadomość i ją
interpretuje.
Trzeci element, zwany kanałem, składa się z mediów
tworzących ścieżkę, którą wiadomość dociera od źródła do
celu.
Elementy toru komunikacyjnego
Transmisja wiadomości
Segmentacja wiadomości - podział strumienia danych na mniejsze
części.
Segmentacja wiadomości posiada dwie podstawowe zalety.
 Po pierwsze, wysyłając mniejsze, odrębne części danych od
źródła do celu, sieć może realizować wiele przeplatających się
różnych konwersacji. Proces przeplatania części odrębnych
konwersacji w jedną transmisję sieciową nazywamy
multipleksowaniem.
 Po
drugie, segmentacja może poprawić niezawodność
komunikacji sieciowych. Odrębne części poszczególnych
wiadomości nie muszą być przesyłane dokładnie tą samą ścieżką
biegnącą od źródła do celu. Jeżeli dana ścieżka stanie się zbyt
zatłoczona nadmiarem przesyłanych danych lub ulegnie awarii,
to poszczególne części wysyłanej wiadomości ciągle mogą być
kierowane do celu poprzez alternatywne ścieżki. Jeżeli część
wiadomości nie dotrze do celu, to tylko ta jej część musi być
wysłana ponownie.
Transmisja wiadomości
Transmisja wiadomości
Transmisja wiadomości
Wadą wykorzystania segmentacji i multipleksowania
przy wysyłaniu wiadomości w sieciach jest bardziej
skomplikowany proces transmisji. W komunikacji
sieciowej, każda część wiadomości musi przejść
podobny proces, aby zostać poprawnie odebraną
przez odbiorcę i móc być ponownie złożoną
w oryginalną wiadomość. Za zapewnienie
niezawodnej transmisji poszczególnych części
wiadomości do odbiorcy odpowiedzialnych jest wiele
urządzeń sieciowych.
Transmisja wiadomości
Sieci wykorzystują urządzenia,
media oraz usługi
Urządzenia oraz media stanowią elementy fizyczne
sieci, czyli sprzęt. Sprzęt - laptop, PC, przełącznik lub
okablowanie łączące te urządzenia, jest często
widocznym składnikiem platformy sieciowej.
Czasami jednak, niektóre składniki mogą nie być aż
tak
widoczne.
W
przypadku
mediów
bezprzewodowych, wiadomości są transmitowane w
przestrzeni, z wykorzystaniem niewidocznych fal
radiowych lub podczerwonych.
Sieci wykorzystują urządzenia,
media oraz usługi
Usługi i procesy pracujące w urządzeniach
sieciowych są programami komunikacyjnymi,
nazywanymi oprogramowaniem. Usługa sieciowa
udostępnia informację w odpowiedzi na zapytanie.
Usługami
jest
wiele
aplikacji
sieciowych,
wykorzystywanych codziennie przez ludzi, takich jak
e-mail,
czy
WWW.
Procesy
zapewniają
funkcjonalność, która pozwala na przepływ
wiadomości przez sieć. Procesy są dla nas mniej
oczywiste, ale niezbędne dla działania sieci.
Sieci wykorzystują urządzenia,
media oraz usługi
Sieci wykorzystują urządzenia,
media oraz usługi
Sieci wykorzystują urządzenia,
media oraz usługi
Urządzenia końcowe i rola
w sieciach
Urządzenia sieciowe najbliższe ludziom, to urządzenia
końcowe. To właśnie te urządzenia tworzą interfejs pomiędzy
siecią międzyludzką a wykorzystywaną przez nią siecią
komunikacyjną.
Kilka przykładów urządzeń końcowych to:
 komputery (stacje robocze, laptopy, serwery plików, serwery
WWW),
 drukarki sieciowe,
 telefony VoIP,
 kamery w systemie do monitoringu,
 niewielkie urządzenia mobilne (bezprzewodowe skanery
kodów kreskowych, PDA).
W kontekście sieci komputerowych, urządzenia końcowe
nazywamy hostami.
Urządzenia końcowe i rola
w sieciach
Urządzenia pośredniczące i rola
w sieciach
Oprócz urządzeń końcowych, do których ludzie są
przyzwyczajeni,
sieci
wykorzystują
urządzenia
pośredniczące w celu zapewnienia łączności i poprawności
przepływu informacji w sieciach. Urządzenia te łączą
poszczególne hosty z siecią oraz wiele niezależnych sieci,
celem stworzenia intersieci.
Przykładem urządzeń pośredniczących są:
 urządzenia dostępowe (koncentratory, przełączniki,
bezprzewodowe punkty dostępowe),
 urządzenia łączące sieci (routery),
 serwery komunikacyjne i modemy,
 urządzenia zapewniające bezpieczeństwo (firewalle).
Urządzenia pośredniczące i rola
w sieciach
Inną rolą urządzeń pośredniczących jest zarządzanie przepływem
danych. Takie urządzenia do określenia ścieżki, którą powinny
obrać wiadomości transmitowane w sieci wykorzystują adres
hosta w połączeniu z informacją dotyczącą połączeń wewnątrz
sieci.
Procesy działające w urządzeniach pośredniczących spełniają
następujące funkcje:
 regenerują i przekazują sygnały danych,
 utrzymują informację o ścieżkach transmisyjnych istniejących
w sieci i intersieci,
 powiadamiają inne urządzenia o błędach i awariach w
komunikacji,
 kierują dane alternatywnymi ścieżkami w sytuacji awarii łączy,
 klasyfikują i kierują wiadomości zgodnie z priorytetami QoS,
 umożliwiają lub blokują przepływ danych, kierując się
ustawieniami bezpieczeństwa.
Urządzenia pośredniczące i rola
w sieciach
Media sieciowe
Komunikacja w sieci odbywa się w konkretnym medium.
Medium zapewnia kanał, którym wiadomość jest przesyłana
od źródła do celu.
Nowoczesne sieci wykorzystują głównie trzy typy mediów,
łączących urządzenia i zapewniających ścieżki transmisji
danych.
Te media to:
 metalowe przewody wewnątrz kabli,
 włókna szklane lub plastikowe (światłowód),
 transmisja bezprzewodowa.
Media sieciowe
Kryteria wyboru mediów sieciowych to:
 odległość, na jaką dane medium może
poprawnie transmitować sygnał,
 otoczenie, w którym dane medium ma być
zainstalowane,
 ilość danych oraz prędkość ich transmisji,
 koszt danego medium oraz jego instalacji.
Media sieciowe
Sieci lokalne (LAN)
Pojedyncza sieć zwykle zajmuje jeden, wyodrębniony
obszar geograficzny, świadcząc usługi i aplikacje
użytkownikom w obrębie jednej jednostki
organizacyjnej, takiej jak firma, kampus, czy region.
Ten typ sieci nazywa się siecią lokalną (LAN – Local
Area Network). Sieci LAN są zazwyczaj
administrowane przez pojedynczą organizację.
Kontrola administracyjna dotycząca bezpieczeństwa i
kontroli dostępu odbywa się na poziomie sieci.
Sieci lokalne (LAN)
Sieci rozległe (WAN)
Kiedy dana firma lub organizacja posiada lokalizacje
oddalone od siebie na duże odległości, to może
zaistnieć potrzeba wykorzystania usług dostawców
telekomunikacyjnych (ang. TSP-telecommunications
service provider) w celu połączenia sieci LAN
znajdujących się w tychże lokalizacjach. Dostawcy
usług
telekomunikacyjnych
obsługują
duże
regionalne sieci, które mogą rozciągać się na spore
odległości. Tradycyjnie dostawcy TSP wykorzystują
osobne i niezależne sieci do transmisji głosu i danych.
Coraz częściej jednak, dostawcy ci oferują swoim
klientom zintegrowane usługi sieciowe.
Sieci rozległe (WAN)
Poszczególne organizacje zazwyczaj dzierżawią
połączenia między sieciami od dostawcy usług
telekomunikacyjnych. Sieci, które łączą ze sobą
sieci LAN znajdujące się w geograficznie odległych
lokalizacjach, nazywamy sieciami rozległymi (ang.
WAN - Wide Area Network). Chociaż organizacja
jest odpowiedzialna za administrację sieciami
lokalnymi znajdującymi się na obu końcach tego
połączenia, to polityka zarządzania siecią je łączącą
jest już kontrolowana przez TSP.
Sieci rozległe (WAN)
Intersieć
Wykorzystanie sieci LAN i WAN ma swoje niewątpliwe zalety,
jednak większość z nas ma potrzebę komunikacji z zasobami,
które znajdują się w sieciach poza strukturą lokalnej
organizacji.
Przykłady tego typu komunikacji stanowią:
 wysyłanie poczty e-mail do kolegi w innym kraju,
 dostęp do informacji lub produktów znajdujących się na
stronach internetowych,
 uzyskanie dostępu do pliku na komputerze sąsiada,
 wykorzystanie komunikatora do porozumiewania się z rodziną
mieszkającą w innym mieście,
 śledzenie dokonań ulubionego zespołu sportowego w telefonie
komórkowym.
Intersieć
Wszystkie wymienione potrzeby komunikacji zapewnia globalna siatka
połączonych ze sobą sieci. Właścicielem części z tych połączonych
ze sobą sieci są duże organizacje prywatne i publiczne, takie jak
agencje rządowe, firmy przemysłowe i to one mają wyłączność na
ich wykorzystanie. Najbardziej znaną i powszechnie
wykorzystywaną intersiecią jest Internet.
Internet jest tworzony poprzez połączenie sieci należących do
dostawców usług internetowych (ang. ISP - Internet Service
Provider). Sieci należące do ISP łączą się ze sobą w celu
zapewnienia dostępu milionom użytkowników na całym świecie.
Zapewnienie efektywnej komunikacji w obrębie tej różnorodnej
architektury wymaga wykorzystania zgodnych i znanych technologii
i protokołów oraz ciągłej współpracy między organizacjami
administrującymi poszczególnymi sieciami.
Intersieć
Intranet
Intranet
Terminem intranet często odnosi się do prywatnych
połączeń sieci LAN i WAN należących do
organizacji i zaprojektowanych tak, aby zapewnić
dostęp do nich wyłącznie członkom, pracownikom
oraz osobom upoważnionym przez daną organizację.
Graficzna reprezentacja sieci
Graficzna reprezentacja sieci jest bardzo pomocna
w przekazywaniu złożonych informacji o strukturze
połączeń sieci i jej działaniu w dużych intersieciach.
Podobnie jak każdy inny język, język sieci
komputerowych wykorzystuje wspólny zestaw
symboli reprezentujących różne urządzenia końcowe,
urządzenia sieciowe i media transmisyjne.
Umiejętność rozpoznawania logicznej reprezentacji
fizycznych składników sieci jest niezbędne do dalszej
wizualizacji organizacji i działania sieci.
Graficzna reprezentacja sieci
Terminy
Ważnymi do zapamiętania terminami są:
 Karta sieciowa (ang. NIC - Network Interface Card) - adapter
w sieciach LAN, który zapewnia fizyczne połączenie z siecią
dla komputera PC lub innego hosta. Media zapewniające
połączenie komputera PC z urządzeniem sieciowym są
podłączane bezpośrednio do karty sieciowej.
 Fizyczny port - wtyczka lub gniazdo w urządzeniu sieciowym,
do którego jest podłączone medium łączące to urządzenie
z komputerem PC lub innym urządzeniem sieciowym.
 Interfejs - specjalne porty w urządzeniu sieciowym, które
zapewniają połączenie z różnymi sieciami. Ponieważ do
połączenia różnych sieci wykorzystywane są routery, to porty
znajdujące się na routerze nazywamy interfejsami sieciowymi.
Protokoły
Każdy rodzaj komunikacji, zarówno bezpośredni jak
i za pośrednictwem sieci, rządzi się określonymi
z góry zasadami, zwanymi protokołami. Protokoły te
są specyficzne dla rodzaju stosowanej komunikacji.
Nawet w naszej codziennej komunikacji zasady, które
stosujemy korzystając z jednego medium, takiego jak
np. połączenie telefoniczne, nie są koniecznie
identyczne
ze
stosowanymi
protokołami
wykorzystywanymi w innym medium, np. podczas
wysyłania listu.
Protokoły
Pomyślna komunikacja między hostami w sieci
również wymaga współdziałania wielu różnych
protokołów. Grupę powiązanych ze sobą protokołów
wymaganych do zapewnienia komunikacji nazywamy
zestawem protokołów. Protokoły te są częścią
zarówno oprogramowania, jak i sprzętu tworzących
danego hosta lub inne urządzenie sieciowe.
Protokoły
Jedną z najlepszych metod wyobrażenia sobie
współdziałania protokołów na danym hoście jest
postrzeganie ich jako stosu. Stos protokołów jasno
pokazuje, jak poszczególne protokoły z całego
zestawu są implemetowane w hoście. Wszystkie
protokoły tworzą warstwową hierarchię, w której
każda usługa wyższego poziomu jest zależna od
funkcjonalności
określonej
przez
protokoły
poziomów niższych. Niższe warstwy stosu zajmują
się przenoszeniem danych w sieci oraz zapewnianiem
odpowiednich usług warstwom wyższym, które
z kolei skupiają się na zawartości wysyłanej
wiadomości oraz na interfejsie użytkownika.
Protokoły - opis komunikacji bezpośredniej
z wykorzystaniem warstw
Protokoły - opis komunikacji bezpośredniej
z wykorzystaniem warstw
Jak widać na rysunku, proces ten możemy opisać za
pomocą trzech warstw.
W najniższej warstwie, warstwie fizycznej, mamy
dwóch ludzi, którzy są w stanie wypowiadać głośno
słowa.
W warstwie drugiej, warstwie zasad, mamy
uzgodnienie wykorzystania wspólnego języka.
W warstwie najwyższej, warstwie zawartości, mamy
rzeczywiście wypowiedziane słowa - zawartość
komunikacji.
Protokoły
w przypadku komunikacji urządzeń sieciowych zestaw
protokołów musi zawierać dokładne wymagania
dotyczące ich współdziałania.
Zestawy protokołów sieciowych opisują następujące
procesy:
 format lub strukturę wiadomości,
 metodę wymiany informacji między urządzeniami
sieciowymi po ścieżkach prowadzących do innych
sieci,
 w jaki sposób i kiedy urządzenia sieciowe wysyłają
sobie informacje systemowe lub informacje o
błędach, nawiązywanie i kończenie sesji
komunikacyjnych.
Protokoły - standardy
Bardzo często protokół będący składnikiem jakiegoś zestawu,
odnosi się do innych, powszechnie stosowanych protokołów
lub standardów przemysłowych. Standardem nazywamy
proces lub protokół, który jest zaakceptowany przez przemysł
sieciowy i zatwierdzony przez organizację standaryzacyjną,
taką jak np. Institute of Electrical and Electronics Engineers
lub Internet Engineering Task Force (IETF).
Wykorzystywanie
standardów
przy
projektowaniu
i
implementacji protokołów zapewnia, że rozwiązania różnych
producentów mogą ze sobą współpracować w celu
zapewnienia wydajnej komunikacji. Jeżeli nastąpią jakieś
odstępstwa od danego protokołu, to produkt jednego
producenta może nie być w stanie poprawnie się
komunikować z urządzeniami innych dostawców.
Protokoły - przykład
Przykładem wykorzystania zestawu protokołów
w komunikacji sieciowej jest współdziałanie serwera
WWW i przeglądarki internetowej. Wymiana
informacji między nimi wykorzystuje szereg
protokołów i standardów. Różne protokoły
współpracują ze sobą, tak aby wysyłane wiadomości
były otrzymywane i rozumiane przez obie strony
komunikacji.
Protokoły - przykład
Przykłady tych protokołów to:
Protokół aplikacji:
Hypertext Transfer Protocol (HTTP) jest powszechnie
stosowanym protokołem zarządzającym komunikacją między
serwerem i klientem WWW. HTTP definiuje zawartość i
format zapytań i odpowiedzi wymienianych między serwerem
i klientem. Oprogramowanie zarówno klienta, jak i serwera
WWW zawiera w sobie protokół HTTP. Protokół HTTP
bazuje z kolei na innych protokołach w celu wymiany
informacji miedzy klientem i serwerem.
Protokoły - przykład
Protokół transportowy:
Transmission Control Protocol (TCP) jest protokołem
transportowym,
który
zajmuje
się
poszczególnymi
konwersacjami
między
serwerami
WWW,
a klientami WWW. TCP dzieli wiadomości HTTP na mniejsze
części, nazywane segmentami, które są wysyłane do
docelowego klienta. Jest również odpowiedzialny za kontrolę
rozmiaru oraz szybkości wymiany wiadomości między
serwerem a klientem.
Protokoły - przykład
Protokół sieciowy:
Najbardziej znanym protokołem sieciowym jest
Internet Protocol (IP). IP jest odpowiedzialny za
enkapsulację sformatowanych segmentów TCP
w pakiety, przypisanie im odpowiednich adresów
oraz za wybór najlepszej drogi ich transmisji do
docelowego hosta.
Protokoły - przykład
Protokoły dostępu do sieci:
Protokoły dostępu do sieci opisują dwie podstawowe funkcje zarządzanie łączem danych i fizyczną transmisję danych
w mediach. Protokoły zarządzające łączem danych formatują
pakiety IP odpowiednio do transmisji w danych medium.
Standardy i protokoły mediów fizycznych zarządzają
sposobem sygnalizacji w danym medium oraz interpretacją
sygnałów przez urządzenia odbiorcze. Części kart sieciowych
nazywane transceiverami są odpowiedzialne za implementację
odpowiednich standardów dla konkretnego zastosowanego
medium.
Protokoły - przykład
Protokoły
Protokoły
Protokoły zazwyczaj nie opisują jak realizować
określoną funkcję. Określenie tylko tego co jest
funkcją wymaganą dla konkretnej komunikacji, a nie
jak dana funkcja ma być realizowana, powoduje, że
implementacja danego protokołu jest niezależna od
konkretnej technologii.
Oznacza to, że komputer lub inne urządzenie, takie jak
telefon komórkowy, czy PDA może uzyskać dostęp
do strony WWW znajdującej się na dowolnym
serwerze WWW wykorzystującym dowolny system
operacyjny i z każdego miejsca w Internecie.
Model warstwowy
Model warstwowy przedstawia operacje protokołów pracujących
na każdej z warstw, jak również ich interakcje z warstwami
położonymi wyżej i niżej.
Stosowanie modelu warstwowego:
 Pomaga w projektowaniu protokołów. Ponieważ protokoły
pracują na specyficznych warstwach mają zdefiniowane
informacje, na których działają. Posiadają również określony
interfejs do warstw znajdujących się powyżej jak i poniżej ich
poziomu.
 Usprawnia konkurencję, ponieważ produkty od różnych
dostawców mogą ze sobą współpracować.
 Zapobiega przed skutkami wprowadzenia zmian w technologii
czy też funkcjonalności w danej warstwie na inne warstwy
znajdujące się powyżej lub poniżej.
 Wprowadza wspólny język do opisu możliwości i funkcji
sieci.
Model warstwowy
Istnieją dwa podstawowe typy modeli
sieciowych:
 model protokołów - Model TCP/IP
 model odniesienia - Model OSI
Model protokołów – Model TCP/IP
Model protokołów określa schemat, który jest zbliżony do
struktury konkretnego zestawu protokołów. Hierarchiczny
zbiór powiązanych protokołów zazwyczaj reprezentuje
funkcjonalność wymaganą, aby pośredniczyć pomiędzy siecią
międzyludzką a siecią danych.
Model TCP/IP jest modelem protokołów ponieważ opisuje
funkcje, które występują na każdej z warstw w ramach
zestawu TCP/IP.
Model odniesienia – Model
OSI
Model odniesienia dostarcza wspólny punkt widzenia do
utrzymania spójności wśród wszystkich typów protokołów
i usług sieciowych. Funkcją modelu odniesienia nie jest
dostarczenie specyfikacji czy też wystarczającej ilości
szczegółów do dokładnego określenia usług w architekturze
sieciowej. Podstawowym celem modelu odniesienia jest
pomoc w jasnym zrozumieniu zastosowanych funkcji oraz
procesów.
Model OSI (Open Systems Interconnection) jest najbardziej
znanym modelem odniesienia. Jest stosowany do
projektowania sieci przenoszących dane, tworzenia
specyfikacji operacji i do rozwiązywania problemów.
Model OSI – Model TCP/IP
Model TCP/IP
Model TCP/IP jest uważany za model sieci Internet.
Definiuje on cztery kategorie funkcji, które muszą wystąpić aby
komunikację można było uznać za udaną.
Model OSI
Model TCP/IP - Proces komunikacji
Model TCP/IP opisuje funkcjonalność protokołów, które wchodzą w skład
zestawu protokołów TCP/IP. Protokoły, które są zaimplementowane
w komunikujących się ze sobą systemach (wysyłającym
i odbierającym) współpracują, aby umożliwić wymianę danych
aplikacji poprzez sieć.
Cały proces komunikacji zawiera poniższe kroki:
1. Stworzenie danych w warstwie aplikacji urządzenia wysyłającego.
2. Segmentacja i enkapsulacja danych, które są przekazywane w dół stosu
protokołów urządzenia źródłowego.
3. Generowanie danych do medium na poziomie warstwy dostępu do sieci.
4. Transport danych przez sieć, która składa się z medium transmisyjnego
oraz z pewnych urządzeń pośredniczących.
5. Odbiór danych w warstwie dostępu do sieci urządzenia docelowego.
6. Deenkapsulacja i odtworzenie danych, które są przekazywane w górę
stosu urządzenia docelowego
7. Przekazanie tych danych do docelowej aplikacji na poziomie warstwy
aplikacji urządzenia docelowego
Model TCP/IP - Proces komunikacji
Jednostki danych protokołu
i enkapsulacja
Dane aplikacji przekazywane są w dół stosu
protokołów. Na każdym z poziomów protokoły
dodają swoje informacje do momentu transmisji
danych przez medium.
Ten proces powszechnie określa się jako enkapsulację.
Jednostki danych protokołu
i enkapsulacja
Forma jaką przyjmują dane w każdej z warstw nazywana jest
jednostką danych protokołu - PDU (ang. Protocol Data Unit).
Podczas enkapsulacji każda z kolejnych warstw enkapsuluje
PDU, które otrzymała z wyższej warstwy zgodnie z użytym
protokołem. Na każdym kroku tego procesu, PDU przyjmuje
inną nazwę aby odzwierciedlić nową formę.
 Dane - Ogólne określenie dla PDU używane w warstwie
aplikacji.
 Segment - PDU warstwy transportowej.
 Pakiet (ang. Packet) - PDU warstwy sieci.
 Ramka (ang. Frame) - PDU warstwy dostępu do sieci.
 Bity (ang. Bits) - PDU używane podczas fizycznej transmisji
danych poprzez medium.
Jednostki danych protokołu
i enkapsulacja
Proces wysyłania i odbierania
Proces wysyłania i odbierania
Kiedy wysyła się wiadomość do sieci, stos protokołów na hoście
operuje z góry na dół. W przypadku serwera webowego,
można użyć modelu TCP/IP aby zilustrować proces wysyłania
strony HTML.
 Protokół warstwy aplikacji (HTTP) rozpoczyna proces od
dostarczenia danych w postaci sformatowanej strony HTML
do warstwy transportowej. Dane warstwy aplikacji są dzielona
na segmenty TCP. Każdy segment TCP otrzymuje etykietę,
nazywaną nagłówkiem zawierającą szczegóły, który proces na
komputerze docelowym powinien otrzymać tą wiadomość.
Zawiera także informacje umożliwiające procesowi
docelowemu na poskładanie danych do oryginalnego formatu.
Proces wysyłania i odbierania
Warstwa transportowa enkapsuluje dane strony HTML do
segmentu i przekazuje je do warstwy Internet, gdzie jest
zaimplementowany protokół IP. Tutaj cały segment TCP jest
enkaspulowany do pakietu IP, który to dodaje kolejny
nagłówek określany jako nagłówek IP. Nagłówek IP zawiera
adresy IP źródła oraz przeznaczenia, jak również informacje
potrzebne do wysłania pakietu do odpowiedniego procesu
docelowego.
Proces wysyłania i odbierania
Następnie pakiet IP jest wysyłany do warstwy dostępu do sieci,
protokołu Ethernet, gdzie jest enkapsluowany do ramki z
nagłówkiem i polem końcowym (ang. trailer). Każdy
nagłówek ramki zawiera adres fizyczny źródłowy i docelowy.
Adres fizyczny jednoznacznie identyfikuje urządzenia w
lokalnej sieci. Pole końcowe zawiera informacje potrzebne do
sprawdzenia czy ramka nie jest uszkodzona. W końcowym
etapie bity są kodowane w medium ethernetowym przez kartę
sieciową serwera.
Proces wysyłania i odbierania
Proces ten przebiega w w odwrotnej kolejności na hoście
docelowym.
Dane są dekapsulowane podczas wędrówki w górę przez stos
protokołów w kierunku aplikacji użytkownika.
Model OSI
Początkowo model OSI został zaprojektowany przez organizację
International Organization for Standardization (ISO) aby
zapewnić ramę, na której można byłoby zbudować zbiór
protokołów otwartego systemu. Koncepcja zakładała, że
protokoły te zostaną użyte do stworzenia międzynarodowej
sieci, która nie zależałaby od żadnego zamkniętego
(prywatnego) systemu.
Model OSI
Siedmiowarstwowy model OSI ma znaczący udział w rozwoju
innych protokołów i produktów we wszystkich typach nowych
sieci.
Jako model odniesienia, model OSI dostarcza obszerną listę
funkcji oraz usług, które mogą zaistnieć w każdej z warstw.
Opisuje on także interakcję każdej z warstw z warstwami
położonymi bezpośrednio pod i nad. Pomimo, że treść tego
kursu będzie opierała się na modelu OSI, dyskusja będzie
dotyczyła protokołów zdefiniowanych w stosie protokołów
TCP/IP.
Model OSI
Model OSI
Model OSI
Model OSI
Model OSI
Model OSI
Model OSI
Porównanie modelu
OSI oraz TCP/IP
Porównanie modelu
OSI oraz TCP/IP
Protokoły, które tworzą stos protokołów TCP/IP mogą
zostać opisane w terminologii używanej w modelu
odniesienia OSI.
W modelu OSI warstwy dostępu do sieci oraz aplikacji
modelu TCP/IP, zostały podzielone tak, aby móc opisać
dyskretne funkcje, które występują na tych warstwach.
W warstwie dostępu do sieci stos protokołów TCP/IP nie
określa, którego z protokołów należy użyć, kiedy
transmituje się dane przez fizyczne medium. Opisuje on
tylko przekazanie danych z warstwy Internetu do
protokołów warstwy fizycznej. Pierwsza i druga warstwa
modelu OSI opisują konieczne procedury dostępu do
medium oraz określają w jaki sposób fizycznie wysłać
dane przez sieć.
Porównanie modelu
OSI oraz TCP/IP
Kluczowe podobieństwo pomiędzy dwoma modelami zachodzi w
3 i 4 warstwie modelu OSI. Warstwa 3 modelu OSI (warstwa
sieci) jest uniwersalnie używana w dyskusji oraz dokumentacji
procesów, które mają miejsce we wszystkich sieciach danych,
do adresowania oraz procesu routingu wiadomości przez sieć.
Protokół internetowy IP (ang. Internet Protocol) jest
protokołem należącym do modelu TCP/IP, który to zawiera
funkcjonalność opisaną w warstwie 3.
Porównanie modelu
OSI oraz TCP/IP
Warstwa 4 (warstwa transportowa) modelu OSI, jest
często używana do opisu ogólnych usług i funkcji,
które zarządzają indywidualną konwersacją pomiędzy
hostami źródłowym i docelowy. Funkcje te zawierają
potwierdzenie dostarczenia, odzyskanie danych po
błędzie oraz sekwencjonowanie. Na tej warstwie,
protokoły modelu TCP/IP takie jak protokół kontroli
transmisji TCP (ang. Transmission Control Protocol)
czy też protokół UDP (ang. User Datagram Protocol)
dostarczają niezbędnej funkcjonalności.
Porównanie modelu
OSI oraz TCP/IP
Warstwa aplikacji modelu TCP/IP zawiera wiele protokołów,
które udostępniają określone funkcje dla wielu aplikacji
użytkowników końcowych. Warstwy 5, 6 i 7 modelu OSI są
używane jako model odniesienia dla programistów aplikacji
oraz sprzedawców, aby mogli dostarczać produkty, które
potrzebują dostępu do sieci w celu komunikacji.
Adresacja w sieci
Model OSI opisuje proces kodowania, formatowania,
segmentowania, enkapsulacji danych, które są następnie
transmitowane poprzez sieć. Strumień danych, który jest
wysyłany ze źródła do celu może być podzielony na kawałki
a następnie przenoszony wśród wiadomości, które są
przesyłane od innych hostów w różne miejsca przeznaczenia.
W każdej chwili biliony takich porcji informacji przemieszcza
się w sieci. Jest to bardzo ważne, aby każda porcja danych
zawierała wystarczająco dużo informacji, aby dotrzeć do celu.
Adresacja w sieci
Istnieją różne typy adresów, które muszą być zastosowane, aby z
powodzeniem dostarczyć dane z aplikacji źródłowej
uruchomionej na jednym komputerze do właściwej aplikacji
działającej na innym. Stosując model OSI jako przewodnik,
możemy zauważyć różne adresy oraz identyfikatory, które są
potrzebne w każdej z warstw.
Adresacja w sieci
Podczas procesu enkapsulacji dodawane są identyfikatory
z adresem do danych, w czasie przekazywania ich w dół po
stosie protokołów na źródłowym komputerze. Tak jak istnieje
kilka warstw protokołów, które przygotowują dane do
transmisji w miejsce przeznaczenia, podobnie występuje kilka
warstw adresacji zapewniających poprawny proces
dostarczenia.
Adresacja w sieci
Pierwszy identyfikator, adres fizyczny hosta, jest zawarty w
nagłówku jednostki danych protokołu (PDU) warstwy 2 czyli
ramce. Warstwa 2 związana jest z dostarczaniem wiadomości
w pojedynczej sieci lokalnej. Adres warstwy 2 jest unikalny w
sieci lokalnej i reprezentuje adres urządzenia końcowego w
fizycznym medium. W sieciach LAN stosujących Ethernet,
adres ten nazywany jest adresem MAC (ang. Media Access
Control). Kiedy dwa urządzenia końcowe komunikują się w
sieci lokalnej Ethernet, ramki które są wymieniane pomiędzy
nimi zawierają adresy MAC źródła oraz przeznaczenia. Kiedy
ramka zostanie prawidłowo odebrana przez komputer
docelowy, informacje z warstwy 2 są usuwane, a dane są
dekapsulowane i przenoszone w górę stosu protokołów do
warstwy 3.
Adresacja w sieci
Adresacja w sieci
Protokoły warstwy 3 są przede wszystkim zaprojektowane, aby
przenosić dane z jednej sieci lokalnej do innej sieci lokalnej w
intersieci. Podczas gdy adresy warstwy 2 są używane tylko w
komunikacji pomiędzy urządzeniami w danej sieci lokalnej,
adresy warstwy 3 muszą zawierać identyfikatory, które
umożliwiają pośredniczącym urządzeniom sieciowym
zlokalizować hosty w różnych sieciach. W stosie protokołów
TCP/IP każdy host z adresem IP zawiera informacje na temat
sieci, do której należy.
Adresacja w sieci
Na granicy każdej sieci lokalnej urządzenie pośredniczące
(zazwyczaj router) dekapsuluje ramki aby przeczytać adres
przeznaczenia. Jest nim adres hosta zawarty w nagłówku
pakietu w warstwie 3. Routery używają cześć adresu, która
jest identyfikatorem sieci, po to aby określić której ścieżki
użyć aby dostać się do hosta docelowego. Po tym jak ścieżka
jest wybrana, router enkapsuluje pakiet w nową ramkę
i wysyła ją w kierunku urządzenia docelowego. Kiedy ramka
dociera do miejsca przeznaczenia, ramka oraz nagłówek
pakietu jest usuwany a dane są przekazywane do warstwy 4.
Adresacja w sieci
Adresacja w sieci
W warstwie 4 informacje zawarte w nagłówku PDU nie określają
hosta docelowego czy też docelowej sieci. To co identyfikują
to określony proces lub usługę uruchomioną na końcowej
maszynie, która przetwarza dostarczone dane. Hosty bez
względu na to czy są klientami czy serwerami w sieci Internet
mogą mieć uruchomionych jednocześnie wiele aplikacji.
Ludzie korzystający z komputerów często używają klienta
poczty elektronicznej , w tym samym czasie korzystają
z przeglądarki internetowej, komunikatora, czy też mediów
strumieniowych lub nawet gry. Wszystkie te oddzielnie
działające programy są przykładam indywidualnych procesów.
Adresacja w sieci
Każda aplikacja lub też serwis jest reprezentowany w warstwie 4
poprzez numer portu. Unikalny dialog pomiędzy urządzeniami
jest identyfikowany za pomocą pary portów, źródłowego
i docelowego warstwy 4, które to reprezentują dwie
komunikujące się aplikacje. Kiedy dane są odbierane przez
hosta, sprawdzany jest numer portu. Na tej podstawie określa
się aplikację lub proces do którego są przeznaczone dane.
Adresacja w sieci
Podsumowanie



Sieci danych są to systemy składające się z urządzeń
końcowych, pośrednich oraz mediów transmisyjnych, które
dostarczają platformę dla sieci międzyludzkiej.
Urządzenia te oraz usługi, które na nich działają potrafią
połączyć się między sobą globalnie w sposób niewidoczny dla
użytkownika, ponieważ stosują reguły i protokoły.
Użycie modelu warstwowego jako elementu abstrakcji
umożliwia analizę i rozwój operacji realizowanych
w systemach sieciowych, aby zaspokajać potrzeby przyszłych
usług komunikacyjnych.
Podsumowanie



Najbardziej powszechnie stosowanymi modelami sieciowymi
są OSI oraz TCP/IP. Powiązanie protokołów, które określają
reguły komunikacji z różnymi warstwami jest bardzo
użyteczne w określeniu, które urządzenia i usługi są stosowane
w poszczególnych punktach dla danych przenoszonych
w sieciach LAN i WAN.
Podczas gdy dane przechodzą w dół stosu protokołów, są one
dzielone na mniejsze porcje i enkapsulowane z adresami oraz
innymi informacjami. Proces ten jest odwrotny, kiedy porcje
danych są dekapsulowane i przekazywane w kierunku
docelowego stosu protokołów.
Stosowanie modeli umożliwia różnym osobom, firmom,
organizacjom handlowym analizę obecnych sieci i planowanie
sieci przyszłości.