Sieci transportu danych
Część 1: Wstęp

Sieci transportu danych - Wprowadzenie

1/30
  • Witamy na cyklu wykładów "Sieci Transportu Danych".
  • Celem przedmiotu jest zapoznanie z zaawansowanymi technologiami sieciowymi.
  • W tej części (Część 1) omówimy fundamenty i podstawowe pojęcia.
  • Przypomnimy modele referencyjne ISO/OSI oraz TCP/IP.
  • Przeanalizujemy media transmisyjne i urządzenia sieciowe.
  • Poznamy podstawowe narzędzia diagnostyczne w praktyce.
Slide 1

Definicja sieci komputerowej

2/30
  • Sieć komputerowa to zbiór minimum dwóch komputerów połączonych ze sobą.
  • Cel: wspólne korzystanie z zasobów (pliki, drukarki, aplikacje) i wymiana informacji.
  • Elementy składowe:
    • Urządzenia końcowe (hosty): komputery, telefony, serwery.
    • Media transmisyjne: kable miedziane, światłowody, fale radiowe.
    • Urządzenia pośredniczące: switche, routery, firewalle.
  • Sieci są fundamentem dzisiejszej gospodarki cyfrowej i komunikacji.
Slide 2

Krótka historia: Od ARPANET do Internetu

3/30
  • Lata 60. XX wieku: Departament Obrony USA tworzy ARPA (Advanced Research Projects Agency - Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych).
  • 1969: Powstaje ARPANET - pierwsza sieć z komutacją pakietów (4 węzły).
  • Lata 70.: Opracowanie protokołu TCP/IP (Vint Cerf, Bob Kahn).
  • 1983: Przejście ARPANET na TCP/IP - "narodziny" Internetu.
  • 1989/1990: Tim Berners-Lee tworzy WWW (World Wide Web) w CERN.
  • Lata 90. i później: Komercjalizacja i gwałtowny rozwój (Web 2.0, IoT, 5G).
Slide 3

Klasyfikacja sieci ze względu na zasięg

4/30
  • PAN (Personal Area Network): Zasięg osobisty (np. Bluetooth), kilka metrów.
  • LAN (Local Area Network): Sieć lokalna (biuro, dom, budynek). Ethernet, Wi-Fi.
  • MAN (Metropolitan Area Network): Sieć miejska, łączy wiele LAN w obrębie miasta.
  • WAN (Wide Area Network): Sieć rozległa, łączy miasta, kraje, kontynenty (Internet).
  • SAN (Storage Area Network): Dedykowana sieć pamięci masowej (Fibre Channel, iSCSI).
Slide 4

Topologie sieciowe

5/30
  • Opisują fizyczny lub logiczny układ urządzeń w sieci.
  • Magistrala (Bus): Wszystkie urządzenia podpięte do jednego kabla (koncentryk). Awaria kabla unieruchamia sieć.
  • Pierścień (Ring): Zamknięty obwód (Token Ring). Każdy węzeł jest wzmacniaczem.
  • Gwiazda (Star): Centralny punkt (switch) łączy wszystkich. Najpopularniejsza w LAN. Awaria punktu centralnego jest krytyczna.
  • Siatka (Mesh): Każdy z każdym (lub częściowa). Wysoka niezawodność, kosztowne wdrożenie.
Slide 5

Model referencyjny ISO/OSI

6/30
  • Standard opisujący strukturę komunikacji sieciowej (7 warstw).
  • 7. Aplikacji (HTTP, FTP, SMTP) - interfejs dla użytkownika.
  • 6. Prezentacji (Kodowanie, szyfrowanie, kompresja).
  • 5. Sesji (Zarządzanie sesjami połączeniowymi).
  • 4. Transportu (TCP, UDP) - niezawodność, segmentacja.
  • 3. Sieci (IP, Routing) - adresowanie logiczne, wyznaczanie tras.
  • 2. Łącza Danych (MAC, Ethernet) - adresowanie fizyczne, ramki.
  • 1. Fizyczna (Bity, kable, sygnały) - medium transmisyjne.
Slide 6

Model TCP/IP (DoD)

7/30
  • Praktyczny model stosowany w Internecie (4 warstwy).
  • Aplikacji: Odpowiednik warstw 5-7 modelu OSI (HTTP, DNS, Telnet).
  • Transportu: Odpowiednik warstwy 4 OSI (TCP, UDP). Host-to-Host.
  • Internetu: Odpowiednik warstwy 3 OSI (IP, ICMP, ARP). Routing pakietów.
  • Dostępu do sieci: Odpowiednik warstw 1-2 OSI (Ethernet, Wi-Fi, sterowniki).
Slide 7

Enkapsulacja danych

8/30
  • Proces "pakowania" danych przy przechodzeniu w dół warstw.
  • Dane (Aplikacja) -> Segment (Transport) -> Pakiet (Internet) -> Ramka (Dostęp do sieci) -> Bity (Fizyczna).
  • Każda warstwa dodaje swój nagłówek (i czasem stopkę).
  • Odbiorca wykonuje proces odwrotny - dekodowanie (odwrotność enkapsulacji).
  • PDU (Protocol Data Unit) - nazwa jednostki danych na danej warstwie.
Slide 8

Tryby transmisji: Kierunkowość

9/30
  • Simplex: Transmisja jednokierunkowa (np. radio, telewizja, klawiatura -> komputer).
  • Half-Duplex: Transmisja dwukierunkowa, ale niejednoczesna (np. Walkie-talkie, Hub).
  • Full-Duplex: Transmisja dwukierunkowa jednoczesna (np. telefon, Switch Ethernet).
  • Współczesne sieci LAN działają głównie w trybie Full-Duplex (dzięki switchom).
Slide 9

Rodzaje transmisji: Adresaci

10/30
  • Unicast: Jeden nadawca, jeden odbiorca (1:1). Większość ruchu w Internecie (WWW, Poczta).
  • Broadcast: Jeden nadawca, wszyscy w sieci (1:All). Np. zapytania ARP, DHCP Discover.
  • Multicast: Jeden nadawca, grupa odbiorców (1:Many). Np. IPTV, streaming wideo, OSPF.
  • Anycast: Jeden nadawca, najbliższy odbiorca z grupy (IPv6, DNS).
Slide 10

Media przewodowe: Skrętka miedziana

11/30
  • Najpopularniejsze medium w LAN. 4 pary przewodów skręconych ze sobą.
  • Skręcanie redukuje zakłócenia elektromagnetyczne (przesłuch, ang. crosstalk).
  • UTP (Unshielded Twisted Pair) - nieekranowana.
  • STP/FTP (Shielded) - ekranowana (folia lub oplot), lepsza odporność na zakłócenia.
  • Kategorie: Cat5e (1 Gbps), Cat6 (10 Gbps na 55 m), Cat6a (10 Gbps na 100 m).
  • Złącze: RJ-45 (8P8C).
Slide 11

Media przewodowe: Światłowody (Wstęp)

12/30
  • Szczegółowo omówimy w Części 2.
  • Transmisja za pomocą impulsów świetlnych (fotony).
  • Odporne na zakłócenia elektromagnetyczne.
  • Ogromne przepustowości i zasięgi (dziesiątki kilometrów bez regeneracji).
  • Jednomodowe (SMF): Cienki rdzeń (9 µm), laser, duże odległości.
  • Wielomodowe (MMF): Grubszy rdzeń (50/62.5 µm), LED/VCSEL, mniejsze odległości (LAN).
Slide 12

Media bezprzewodowe (Wireless)

13/30
  • Wykorzystują fale radiowe (RF) lub podczerwień.
  • Wi-Fi (IEEE 802.11): pasma 2.4 GHz, 5 GHz, 6 GHz. Standardy ax, ac, n.
  • Bluetooth, ZigBee, NFC (krótki zasięg).
  • LTE, 5G (sieci komórkowe).
  • Zalety: mobilność, łatwość instalacji.
  • Wady: zakłócenia, bezpieczeństwo, zmienna wydajność (Half-Duplex).
Slide 13

Metody komutacji (Switching)

14/30
  • Komutacja obwodów (Circuit Switching): Zestawienie fizycznej ścieżki na czas rozmowy (PSTN - stara telefonia). Gwarancja pasma, nieefektywne wykorzystanie zasobów.
  • Komutacja pakietów (Packet Switching): Dane dzielone na pakiety. Każdy pakiet może iść inną drogą. Brak rezerwacji pasma. Efektywne, podstawa Internetu i Ethernetu.
  • Współczesne sieci to głównie komutacja pakietów.
Slide 14

Urządzenia sieciowe: Warstwa 1 (Fizyczna)

15/30
  • Repeater (regenerator): Regeneruje sygnał, zwiększa zasięg kabla. Rozwiązanie nieinteligentne.
  • Hub (koncentrator): Wieloportowy repeater. Odbiera sygnał na jednym porcie i wysyła na WSZYSTKIE inne (broadcasting).
  • Wady Huba: domena kolizyjna obejmuje całą sieć. Half-Duplex. Niska wydajność, brak bezpieczeństwa (sniffing).
  • Obecnie rzadko stosowane, wyparte przez przełączniki (switche).
Slide 15

Urządzenia sieciowe: Warstwa 2 (Łącza Danych)

16/30
  • Bridge (most): Łączy segmenty sieci, filtruje ruch na podstawie MAC. Dwa porty.
  • Switch (przełącznik): Wieloportowy most. Uczy się adresów MAC (tablica MAC/CAM).
  • Switch wysyła ramkę TYLKO do portu docelowego (unicast), chyba że nie zna adresu lub to broadcast.
  • Każdy port to osobna domena kolizyjna. Umożliwia Full-Duplex.
  • Podstawa dzisiejszych sieci LAN.
Slide 16

Urządzenia sieciowe: Warstwa 3 (Sieci)

17/30
  • Router: Przekazuje pakiety między RÓŻNYMI sieciami logicznymi (podsieciami).
  • Podejmuje decyzje na podstawie adresu IP i tablicy routingu.
  • Rozdziela domeny rozgłoszeniowe (Broadcast Domain).
  • Kluczowy element Internetu - łączy LAN z WAN.
  • Często posiada funkcje: NAT, DHCP, Firewall, VPN.
Slide 17

Adresowanie fizyczne: MAC Address

18/30
  • Unikalny identyfikator karty sieciowej (NIC - Network Interface Controller). Jest zapisany w pamięci ROM karty.
  • 48 bitów, zapisywany szesnastkowo, np. 00:1A:2B:3C:4D:5E.
  • Pierwsze 24 bity: OUI (Organizationally Unique Identifier) - identyfikuje producenta.
  • Ostatnie 24 bity: Unikalny numer nadany przez producenta.
  • Używany w warstwie 2 do komunikacji wewnątrz sieci lokalnej (LAN).
  • Adres rozgłoszeniowy (broadcast): FF:FF:FF:FF:FF:FF.
Slide 18

Adresowanie logiczne: IPv4

19/30
  • Adres IP (v4) to 32-bitowa liczba, zapisywana dziesiętnie (4 oktety), np. 192.168.1.10.
  • Hierarchiczny: część sieciowa (Network ID) i część hosta (Host ID).
  • Maska podsieci (Subnet Mask) określa podział na sieć i hosta (np. 255.255.255.0 lub /24).
  • Adresy publiczne (widoczne w Internecie) i prywatne (RFC 1918) - np. 192.168.x.x, 10.x.x.x.
Slide 19

Adresowanie logiczne: IPv6 (Wstęp)

20/30
  • Następca IPv4 ze względu na wyczerpanie puli adresów v4.
  • 128-bitowy adres, zapisywany szesnastkowo (8 grup po 4 znaki).
  • Przykład: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334.
  • Brak konieczności NAT, lepsza obsługa mobilności i bezpieczeństwa (IPsec).
  • Dual-stack: jednoczesna obsługa IPv4 i IPv6 przez urządzenia.
Slide 20

Porty i gniazda (Sockets)

21/30
  • Warstwa transportowa (TCP/UDP) używa numerów portów do identyfikacji aplikacji.
  • Zakres: 0 - 65535.
  • Dobrze znane porty (Well-known ports, 0-1023): HTTP (80), HTTPS (443), SSH (22), FTP (21).
  • Gniazdo (Socket) = Adres IP + Numer Portu + Protokół.
  • Pozwala na uruchomienie wielu usług sieciowych na jednym serwerze (jednym IP).
Slide 21

Diagnostyka: ipconfig / ifconfig / ip a

22/30
  • Podstawowe polecenie do sprawdzania konfiguracji interfejsów sieciowych.
  • Windows: ipconfig /all (pokazuje IP, maskę, bramę, DNS, MAC).
  • Linux (starszy): ifconfig.
  • Linux (nowszy): ip addr show (w skrócie ip a).
C:\Users\Student> ipconfig Ethernet adapter Ethernet: Connection-specific DNS Suffix . : IPv4 Address. . . . . . . . . . . : 192.168.1.105 Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0 Default Gateway . . . . . . . . . : 192.168.1.1
Slide 22

Diagnostyka: ping

23/30
  • Najprostsze narzędzie do sprawdzania łączności z innym hostem.
  • Wykorzystuje protokół ICMP (Echo Request / Echo Reply).
  • Mierzy czas odpowiedzi (Round Trip Time - RTT) i utratę pakietów.
  • ping google.com - sprawdza, czy masz internet i czy DNS działa.
  • ping 127.0.0.1 - loopback, sprawdza, czy twój stos TCP/IP działa.
user@linux:~$ ping -c 3 8.8.8.8 PING 8.8.8.8 (8.8.8.8) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=1 ttl=117 time=14.2 ms 64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=2 ttl=117 time=13.8 ms 64 bytes from 8.8.8.8: icmp_seq=3 ttl=117 time=14.1 ms --- 8.8.8.8 ping statistics --- 3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss
Slide 23

Diagnostyka: tracert / traceroute

24/30
  • Pokazuje ścieżkę (trasę) pakietów do celu.
  • Windows: tracert, Linux: traceroute.
  • Wyświetla listę routerów (przeskoków, ang. hop) po drodze i czasy odpowiedzi każdego z nich.
  • Pozwala zlokalizować miejsce awarii w sieci (gdzie gubią się pakiety).
  • Mechanizm działania oparty na manipulacji polem TTL (Time To Live).
Slide 24

Przykład: tracert

25/30
C:\> tracert onet.pl Tracing route to onet.pl [213.180.141.140] over a maximum of 30 hops: 1 <1 ms <1 ms <1 ms 192.168.1.1 (Mój Router) 2 5 ms 4 ms 5 ms 10.0.0.1 (Brama ISP) 3 12 ms 11 ms 12 ms waw-r2.isp.net 4 15 ms 14 ms 15 ms onet-gw.exchange.pl 5 16 ms 15 ms 16 ms 213.180.141.140 Trace complete.
  • Widać dokładnie, przez jakie routery przechodzi pakiet.
  • Gwiazdki (*) oznaczają brak odpowiedzi od routera (np. firewall blokuje ICMP).
Slide 25

Diagnostyka: nslookup / dig

26/30
  • Służy do odpytywania serwerów DNS (Domain Name System).
  • Zamienia nazwę domeny (np. google.com) na adres IP i odwrotnie.
  • Windows/Linux: nslookup nazwa_domeny.
  • Linux (zaawansowane): dig nazwa_domeny.
  • Pomaga diagnozować problemy z rozwiązywaniem nazw.
C:\> nslookup google.com Server: UnKnown Address: 192.168.1.1 Non-authoritative answer: Name: google.com Addresses: 2a00:1450:401b:800::200e 142.250.185.78
Slide 26

Diagnostyka: netstat

27/30
  • Wyświetla aktywne połączenia sieciowe, tablice routingu, statystyki interfejsów.
  • netstat -an: wyświetla wszystkie aktywne porty i połączenia w formie numerycznej.
  • Stan połączenia: ESTABLISHED (aktywne), LISTENING (nasłuchuje), TIME_WAIT, CLOSE_WAIT.
  • Pozwala sprawdzić, czy nasz komputer nie łączy się z podejrzanymi serwerami (malware).
C:\> netstat -an Proto Local Address Foreign Address State TCP 0.0.0.0:80 0.0.0.0:0 LISTENING TCP 192.168.1.105:53214 142.250.185.78:443 ESTABLISHED TCP 192.168.1.105:53215 52.1.2.3:80 TIME_WAIT
Slide 27

Diagnostyka: arp

28/30
  • Wyświetla i modyfikuje tablicę ARP (Address Resolution Protocol).
  • Mapuje adresy IP na adresy fizyczne MAC w sieci lokalnej.
  • arp -a: wyświetla aktualną tablicę ARP.
  • Przydatne do wykrywania konfliktów IP (dwa różne MAC mają to samo IP) lub ataków ARP Spoofing.
C:\> arp -a Interface: 192.168.1.105 --- 0x3 Internet Address Physical Address Type 192.168.1.1 c0-25-e9-2a-3b-4c dynamic 192.168.1.55 a4-b1-c2-d3-e4-f5 dynamic 224.0.0.22 01-00-5e-00-00-16 static
Slide 28

Model Klient-Serwer vs P2P

29/30
  • Klient-Serwer: dedykowany serwer udostępnia usługi (np. WWW, email). Klienci pobierają dane. Centralizacja, łatwiejsze zarządzanie, ale występuje Single Point of Failure.
  • Peer-to-Peer (P2P): każdy komputer jest równorzędny (zarówno klientem, jak i serwerem). Np. BitTorrent, Skype (dawniej). Brak centralnego serwera, skalowalność, trudniejsze zarządzanie.
Slide 29

Podsumowanie Części 1

30/30
  • Poznaliśmy definicję i historię sieci komputerowych.
  • Zrozumieliśmy różnice między LAN i WAN oraz topologiami.
  • Omówiliśmy warstwy modelu OSI i TCP/IP.
  • Wiemy, jaka jest rola mediów transmisyjnych i urządzeń sieciowych.
  • Znamy podstawowe polecenia diagnostyczne (ping, ipconfig, tracert).
  • W następnej części zagłębimy się w świat Sieci Optycznych.
Slide 30