Podstawy sieci komputerowych

Wzajemna komunikacja urządzeń w sieci komputerowej składa się z kilku etapów, z kilkoma elementami. Każdy z nich jest równie ważny, ponieważ każdy z nich wykonuje zadania wymagane do prawidłowej komunikacji. Kroki te są zdefiniowane przez tzw. model hierarchiczny. Każdy, kto zna model warstwowy, wie, że zrozumienie tego tematu jest podstawą do dalszej wiedzy i umiejętności w dziedzinie sieci komputerowych.

Istnieją dwa modele warstwowe, model protokołu TCP/IP i model referencyjny ISO/OSI. Z jednej strony są do siebie podobne, a z drugiej każdy model komunikuje się nieco inaczej. Zanim jednak omówimy te dwa modele i wyjaśnimy różnice między nimi, powiemy, dlaczego i dlaczego powinieneś ich używać, do czego służą i jakie są korzyści z ich używania.

Podział procesu komunikacji sieciowej na warstwy niesie ze sobą wiele korzyści, z których najważniejsze to:

·         łatwiejsze definiowanie reguł i zasad komunikacji (są to protokoły komunikacyjne),

·         możliwość współpracy ze sprzętem sieciowym i oprogramowaniem różnych producentów,

·         łatwiejsze zrozumienie możliwości całego procesu komunikacji,

·         możliwość zarządzania procesem komunikacji.

Zanim dane z urządzenia źródłowego trafią do urządzenia końcowego, muszą przebyć długą drogę, podczas której najpierw są odpowiednio oznakowane, otagowane, opisane konkretnymi informacjami pozwalającymi na ich identyfikację, a następnie przesłane pomiędzy wieloma urządzeniami pośredniczącymi, dopóki nie dotrą do odbiorcy, który musi je następnie przetłumaczyć ponownie.

Bez takiego modelu, który dzieli komunikację na mniejsze, bardziej zrozumiałe i łatwe w zarządzaniu etapy oraz definiuje zadania, które należy wykonać w poszczególnych warstwach, trudno by było właściwie zarządzać komunikacją sieciową, ponieważ liczne rozwiązania i technologie tworzyłyby ogromny chaos. Wyobraźmy sobie sytuację, w której nie ma takich warstw, nie ma reguł opisujących komunikację, a każdy producent sprzętu i oprogramowania tworzy własny, niezależny system.

Oczywiście w ramach rozwiązania jednej firmy komunikacja będzie bardzo sprawna i szybka, ale rozwiązania dwóch oddzielnych firm mogą być ze sobą niekompatybilne. W praktyce wykorzystujemy sprzęt i oprogramowanie sieciowe różnych firm, dzięki podziałowi na osobne warstwy z regułami i zadaniami opisującymi ich działanie. Te zasady i zadania są takie same dla wszystkich, ale każda firma, każdy producent, czy to sprzętu, czy oprogramowania, może je wdrożyć na swój sposób.

Typowym przykładem są systemy operacyjne. Niektórzy użytkownicy korzystają z systemu Windows, niektórzy z dystrybucji Linuksa, a niektórzy z MacOS. Każdy z tych systemów jest inny i każdy wykonuje zadania sieciowe w inny sposób, ale ostatecznie w każdym z tych systemów strona internetowa lub wiadomość e-mail będą wyglądać tak samo lub przynajmniej podobnie. Dlatego do najważniejszych korzyści wynikających z zastosowania modelu hierarchicznego należą:

·         zarządzanie procesem komunikacji sieciowej,

·         określone zasady i zadania,

·         możliwość współdziałania na poziomie sprzętowym i programowym produktów sieciowych różnych producentów,

·         kontrola poprawności komunikacji.

Teraz, gdy znamy już przeznaczenie modeli hierarchicznych, przejdźmy do omówienia najważniejszych ich cech. Oba modele powstały dawno temu w latach siedemdziesiątych, ale nadal są aktualne i używane. Pierwszym z nich jest model TCP/IP, znany jako model protokołu. Każda z jego warstw wykonuje określone zadania przy użyciu określonych protokołów. Z drugiej strony modele ISO/OSI, znane jako modele referencyjne, są częściej wykorzystywane do analizy w celu lepszego zrozumienia procesów komunikacyjnych zachodzących w sieci i są modelami do projektowania rozwiązań sieciowych, zarówno sprzętowych, jak i programowych.

W przypadku modelu TCP/IP możemy wyróżnić 4 warstwy, są to warstwy: aplikacji, transportu, internetową i dostępu do sieci.

Warstwa aplikacji umożliwia użytkownikom korzystanie z usług sieciowych, takich jak sieć, poczta e-mail, wymiana plików, połączenia terminalowe i wiadomości błyskawiczne. Jest to warstwa najbliższa użytkownikowi, ponieważ pozwala nam w pełni korzystać z dobrodziejstw nowoczesnych serwisów internetowych. Na przykład, gdy siedzimy przed komputerem i uruchamiamy przeglądarkę internetową, korzystamy z sieci na poziomie warstwy aplikacji.

Poniżej znajduje się warstwa transportowa, której głównym zadaniem jest sprawna obsługa komunikacji między urządzeniami. Na tej warstwie dane są dzielone na mniejsze części, a następnie uzupełniane o dodatkowe informacje, co pozwala na ich dystrybucję do odpowiedniej aplikacji na urządzeniu docelowym i montowanie na urządzeniu docelowym w odpowiedniej kolejności.

Dalej jest warstwa internetowa, której głównym zadaniem jest znalezienie najkrótszej i najszybszej drogi do docelowego urządzenia przez WAN, podobnie jak samochodowy GPS. Ta warstwa również wykorzystuje adresy logiczne (adresy IP) do adresowania danych.

Wreszcie mamy warstwę dostępu do sieci, która koduje dane jako czyste bity (zera i jedynki), przekazuje je do medium transmisyjnego i adresuje je, tym razem na adres fizyczny (adres MAC).

Model ISO/OSI składa się z 7 warstw (aplikacji, prezentacji, sesji, transportu, sieci, łącza danych, fizyczna).

W górnej części tego modelu również możemy wyróżnić warstwę aplikacji, która działa tutaj bardzo podobnie do modelu TCP/IP w tym, że umożliwia korzystanie z aplikacji sieciowych przez użytkowników końcowych sieci.

Dalej jest warstwa prezentacji, która przekazuje do warstwy aplikacji informacje o używanym formacie danych, np. informuje, jakie typy plików będą przesyłane, a także odpowiada za prawidłowe kodowanie danych na urządzeniu źródłowym i dekodowanie na urządzeniu docelowym.

Poniżej znajduje się warstwa sesji, która zarządza sesjami użytkowników za pomocą np. strony internetowej lub komunikacji wideo.

Idąc krok dalej, mamy warstwę transportową, która znowu jest dokładnie taka sama jak w modelu TCP/IP i w obu przypadkach funkcja tej warstwy jest dokładnie taka sama.

Dalej jest warstwa sieciowa, która jest odpowiednikiem warstwy internetowej modelu TCP/IP, o bardzo podobnych funkcjach, takich jak adresowanie i wyznaczanie najlepszej ścieżki do przesyłania danych.

Dalej mamy warstwę łącza danych, której głównym zadaniem jest kontrola dostępu do medium transmisyjnego oraz adresowanie danych, tym razem jednak w celu ich przetransportowania pomiędzy hostami w sieci LAN.

Wreszcie warstwa fizyczna koduje dane na czyste bity (1s i 0s) i przesyła je przez medium transmisyjne do odpowiedniego urządzenia.

Oba modele są do siebie bardzo podobne. Różnica widoczna jest w górnych warstwach, w przypadku modelu ISO/OSI jest on podzielony na 3 warstwy, natomiast w przypadku modelu TCP/IP tę samą funkcję pełni tylko jedna warstwa. W modelu ISO/OSI mamy dwie oddzielne warstwy: łącza danych i warstwę fizyczną, podczas gdy w przypadku modelu TCP/IP jest tylko jedna warstwa dostępu do sieci.