Sieci komputerowe - ogólna wiedza

Plan wykładów

• Wprowadzenie. Modele OSI i TCP/IP
• Sygnały i media, warstwa 1 modelu OSI
• Warstwa 2 modelu OSI, dostęp do sieci, sieci VLAN
• Warstwa 3 modelu OSI, komunikacja, routing, adresacja, Internet Protocol v4, v6, podsieci
• Warstwy 4-7 modelu OSI
• Sieci WAN
• Sieci bezprzewodowe
• Sieci P2P (peer-to-peer)
• Bezpieczeństwo w sieciach komputerowych
• Sieci czasu rzeczywistego
• Test końcowy

Literatura

• Kurose J., Ross K. W., Sieci komputerowe. Ujęcie całościowe, Helion 2010
• Bradford R., Podstawy sieci komputerowych, WKŁ 2009
• Akademia CISCO: www.cisco.com
• Akademia Sieci CISCO. Semestry 1 & 2, Mikom, 2004
• Plumley S., Sieci komputerowe w domu i w biurze, Helion, 2001
• Standardy ISO, IEEE, ITU-T, ANSI, dokumenty techniczne RFC (Request for Comments)
• Internet (!!!)

Przykłady sieci

• Internet
• Przetwarzanie w chmurze (cloud computing), outsourcing
• Sieci lokalne - LAN
• Sieci telekomunikacyjne (przewodowe i bezprzewodowe, migracja do Internetu – VoIP)
• Internet przedmiotów (IoT)
• Sieci ad-hoc (spontaniczne), np. Bluetooth
• Smart grid
• Sieci w układach scalonych (NoC)
• Smartdust

Systemy zdecentralizowane, rozproszone

• Zadanie komputera decyduje o jego oprogramowaniu
• Redukcja nadmiarowości systemu operacyjnego
• Zwiększenie niezawodności sprzętu (prostota wymiany)
• Koszty utrzymania i działania
• Rozproszona inteligencja
• Łącza dopasowane do zadań

Sieci komutowane vs. pakietowe

• Sieć PSTN - sieć telefoniczna publiczna komutowana (komutacja obwodów)
• Internet - sieć bezpołączeniowe (komutacja pakietów)

Historia sieci komputerowych

• Początki sieci komputerowych związane były z potrzebami militarnymi w USA (ARPA).
• Paul Baran zaproponował koncepcję sieci opartej na wymianie pakietów (bez centralnego komputera).
• Spowodowało to łatwiejszą i bardziej elastyczną wymianę danych między urządzeniami.
• Rosnące zainteresowanie siecią globalną - miliardy użytkowników.

Model OSI

• Model odnoszący się do struktury otwartego systemu (Open System Interconnection).
• Składa się z siedmiu warstw o zdefiniowanych funkcjach, z których każda poprzednia dostarcza usług danej następnej wyższej warstwie w komunikacji.

Komunikacja między warstwami

• Dane przesyłane są pomiędzy warstwami.
• Proces enkapsulacji (dodawanie informacji do danych) odbywa się podczas przepływu w dół stosów warstw.
• Proces dekapsulacji (usuwanie informacji) odbywa się w kolejnej warstwie odbioru.
• Warstwy korzystają z jednostek informacji PDU (Protocol Data Unit) odpowiadających im.

Modele OSI i TCP/IP

• Porównanie warstw w modelach OSI i TCP/IP
• Warstwa dostępu do sieci, warstwa sieci – tożsamość warstw jest podobna ale ich zadania są nieco różne

Sygnały i komunikacja

• Aby bity mogły zostać prawidłowo zinterpretowane, muszą osiągnąć odbiornik bez zniekształceń.
• Propagacja obejmuje: tłumienie sygnału, odbicie sygnału, szumy, synchronizację oraz kolizje.

Szum

• Powstaje z powodu różnych zakłóceń, np. od silników elektrycznych, uziemienia.
• Rozwiązania takie jak ekranowanie, skręcanie par kabli, ograniczanie długości, regeneratory, terminatory mogą redukować poziom szumu.

Synchronizacja

• Synchronizacja zegara jest istotna dla stabilnej komunikacji.
• Opóźnienia w synchronizacji mogą skutkować dyspersją sygnału.

Kolizje

• Kolizje dotyczą konfliktów między dwoma równoczesnymi nadawcami wysyłającymi dane przez jedno łącze.
• Kolizje wymagają ponownego wysłania danych przez nadajnik.

Kodowanie, modulacja

• Konwersja bitów (zer i jedynek) do sygnału elektrycznego lub świetlnego.
• Tłumienie, odbicie oraz szumy mają na to wpływ.
• Różne rodzaje skrętek i kabli, światłowody oraz pasma częstotliwości.

Sieci LAN

• UTP, STP
• Kabel koncentryczny
• Światłowód

Standardy okablowania

• Kategorie i klasy okablowania:
• TIA/EIA 568A, 568B, 569A, 570A, 606, 607

Kategorie i klasy okablowania

• Kategorie 1-8 obejmują różnorodne pasma częstotliwości dla różnych zastosowań. Zostały zgrupowane w klasach A, B, C, D, E, F, G z podziałem na okablowanie poziome i szkieletowe

10Base-T, 100BaseTX, 1000Base-T

• Prędkości transmisji w sieciach Ethernet

Okablowanie poziome

• Określona długość okablowania dla różnych typów instalacji.

Wtyki

• Główne rodzaje wtyków RJ, ARJ, TERA.

Gniazda

• RJ45

Panel krosowniczny

Elementy aktywne

• Funkcje wzmacniaczy, koncentratorów (hub), przełączników (switch), transciever

Domeny kolizyjne

• W sieciach komputerowych, domena kolizyjna to obszar sieci komputerowej, którego hosty (komputery) dzieli wspólne medium, co może prowadzić do konfliktów.
• Każdy urządzenie warstwy 1 zmusza do powiększenia domeny kolizyjnych.

Warstwa 2 - łącza danych

• Funkcje warstwy 2 – odpowiadają za niezawodny transfer danych pomiędzy węzłami.
• Określa:
• Topologię sieci
• Typy ramek
• Adresy MAC
• Synchronizację
• Kontrolę przepływu i błędów

Topologie sieci - podział

• Fizyczne i logiczne topologie w sieciach komputerowych.

Sieci międzykontynentalne

• Sieci, które łączą kraje i kontynenty.
• Wykorzystujące głównie światłowody podwodne.

Topologia sieci (szyna, pierścień, gwiazda, rozszerzona gwiazda, hierarchiczna)

• Podział sieci lokalnych w oparciu o topologię połączeń.

Topologie logiczne

• Przykłady: rozgłoszeniowa, z przekazywaniem żetonu.

Adres MAC

• Unikalne identyfikatory sprzętowe dla urządzeń sieciowych; są one używane przez warstwę drugiej w modelu OSI w celu identyfikacji hostów.

Standardy sieci LAN

• IEEE 802.1d, 802.2 LLC, 802.3, 802.3z, 802.3ae, 802.5, 802.11a/b/g/n/ac/ad (WiFi)

Warstwa 3 modelu OSI: komunikacja, routing, adresacja, IPv4, IPv6

• Router, klasy adresów IP, routing statyczny i dynamiczny
• IP, adresy, podsieci
• Format datagramu
• Maska sieci, adres sieci, adres hosta

Nagłówki IP (protokół IP): wersja, długość nagłówka, typ usługi, długość pakietu, identyfikacja, flagi, fragment offset, czas życia (TTL), protokół, suma kontrolna nagłówka, adres źródłowy, adres docelowy.

Interfejsy routera, brama domyślna, komunikacja między sieciami.

Przejście do IPv6: tunelowanie, translacja.

Warstwa 4: transportowa

• TCP, UDP
• Numery portów

Warstwa 5: sesji

• Sesje, dialogi.

Warstwa 6: prezentacji

• Formaty danych (MIME), szyfrowanie, kompresja.

Warstwa 7: aplikacji

• Aplikacje sieciowe (telnet, ftp, WWW, poczta), interfejsy, klient-serwer

Mechanizmy przejścia 6to4

• Mechanizmy automatycznych tuneli 6to4 umożliwiają podłączenie do sieci IPv6.
• Pakiety IPv6 są tunelowane (pakowane) w pakiety IPv4.

Bezpieczeństwo w sieciach komputerowych

• Firewall, serwery proxy, Secure Socket Layer (SSL), Secure HTTP (HTTPS), certyfikaty, Secure HTTP, zabezpieczenia WiFi, Kerberos, IPSec, VPN

Bezpieczeństwo WiFi

• WEP, WPA, WPA2, WPA3

Sieci VPN (Virtual Private Network)

• Architektura VPN, protokoły (IPsec, SSL/TLS)

Sieci czasu rzeczywistego

• Wymagania czasowe, protokoły TSN, rozproszony system sterowania (DCS), OPC
• Przemysłowe sieci Ethernet