Sieć komputerowa

Modele sieciowe

Posiadanie technologii komunikacji sieciowej jako jednego dużego modelu byłoby trudne do wdrożenia. W związku z tym dzielimy różne elementy sieci na mniejsze moduły lub warstwy. Standardowym modelem sieci jest model OSI (Open Systems Interconnection) określony przez normę Międzynarodowej Organizacji (ISO). Istnieją również inne modele sieci, choć wszystkie są podzielone na podobne warstwy. Każda z warstw korzysta z usług, które zapewnia warstwa poniżej, a jednocześnie dostarcza usługi dla warstwy powyżej. Każda warstwa może komunikować się tylko z tą samą warstwą w urządzeniu docelowym.

Przykład komunikacji w modelu sieciowym

Model OSI

OSI (Open Systems Interconnection) jest 7-warstwowym modelem sieci określonym przez normę ISO (International Organization for Standardization) i jest szeroko stosowany na całym świecie. Koncepcja modelu siedmiowarstwowego została opracowana przez Charlesa Bachmana, firmę Honeywell Information Services. Różne aspekty projektowania OSI rozwinęły się na podstawie doświadczeń z sieciami ARPANET, NPLNET, EIN i CYCLADES oraz prac w IFIP WG6.1.

Jednostka danych	Warstwa	Funkcja
Dane	Zastosowanie	Proces sieciowy do aplikacji
	Prezentacja	Szyfrowanie, rozszyfrowywanie i konwersja danych
	Sesja	Zarządzanie sesjami pomiędzy aplikacjami
Segmenty	Transport	Połączenie typu koniec-koniec i niezawodność
Paczki (datagramy)	Sieć	Wyznaczanie ścieżek i logiczne adresowanie
Ramka	Łącze danych	Fizyczne adresowanie
Bit	Fizyczny	Sygnał i transmisja binarna

Warstwa 1

Warstwa fizyczna określa specyfikacje elektryczne i fizyczne urządzeń. Określa ona również transmisję modulowaną i basebandową.

Baseband

Baseband to dane cyfrowe w postaci surowej (1001 1101 1010 0011). Pozwala to na bardzo szybką i niezawodną transmisję na krótkich dystansach, jednak media mają tendencję do wzajemnego zakłócania się bitów, zasięg transmisji pasma basebandowego jest bardzo ograniczony. Pogarsza się on wraz ze wzrostem prędkości. Technologia Baseband jest często stosowana w sieci LAN.

• Kabel UTP - maks. 100 m przy prędkości 100 Mbit/s bez wzmacniacza
• Światłowód - maksymalnie 1 km przy prędkości 100 Mbit/s bez wzmacniacza

Typowa technologia: Ethernet

Transmisja regulowana

W telekomunikacji, modulacja jest procesem przekazywania sygnału wiadomości, na przykład cyfrowego strumienia bitów lub analogowego sygnału audio, wewnątrz innego sygnału, który może być fizycznie transmitowany. Urządzenie, które zapewnia modulację sygnału baseband jest nazywane modulatorem, a urządzenie, które zapewnia demodulację zmodulowanego sygnału z powrotem do baseband jest nazywane demodulatorem. Obecnie, modulator i demodulator są zintegrowane w jednym urządzeniu o nazwie Modem (modulator-demodulator). Często używane w sieciach WAN, WLAN, WWAN.
Typowa technologia: WI-FI, ADSL, przyłącze telewizji kablowej (CATV)

Warstwa 2

Warstwa łącza danych zapewnia funkcjonalne i proceduralne środki do przesyłania danych pomiędzy podmiotami sieciowymi oraz do wykrywania i ewentualnego korygowania błędów, które mogą wystąpić w warstwie fizycznej.

Warstwa 3

Warstwa sieciowa zapewnia funkcjonalne i proceduralne możliwości przesyłania sekwencji danych o zmiennej długości z hosta źródłowego w jednej sieci do hosta docelowego w innej sieci przy użyciu adresu IP.

Adres IP

Adres protokołu internetowego (adres IP) to numeryczna etykieta przypisana do każdego urządzenia (np. komputera, drukarki) uczestniczącego w sieci komputerowej, które używa protokołu internetowego do komunikacji. Obecnie stosowane są dwie wersje protokołów - IPv4 i IPv6.

• IPv4 wykorzystuje adresowanie 32-bitowe, które ogranicza przestrzeń adresową do 4294967296 (232) możliwych jednoznacznych adresów.

Przykład: IP-192.168.0.1 mask-255.255.255.0 oznacza, że adres sieciowy to 192.168.0.0 a adres urządzenia to 192.168.0.1

• IPv6 wykorzystuje adresowanie 128-bitowe, które ogranicza przestrzeń adresową do 2128 możliwych adresów. Jest to uważane za wystarczające w dającej się przewidzieć przyszłości. Pełna obsługa protokołu IPv6 jest nadal w fazie wdrażania.

Warstwa 4

Warstwa transportowa zapewnia przejrzysty transfer danych pomiędzy użytkownikami końcowymi, zapewniając niezawodne usługi transferu danych do górnych warstw. Protokół kontroli transmisji (TCP) i protokół UDP (User Datagram Protocol) z pakietu Internet Protocol Suite są powszechnie klasyfikowane jako protokoły warstwy 4 w ramach OSI.

• TCP (Transmission Control Protocol) zapewnia niezawodną, uporządkowaną dostawę strumienia bajtów z programu na jednym komputerze do innego programu na innym komputerze. TCP jest używany dla aplikacji, które ściśle wymagają niezawodnego transferu (e-mail, WWW, transfer plików (FTP), ...).
• UDP (protokół datagramu użytkownika) wykorzystuje prosty model transmisji bez ukrytych dialogów typu handshaking w celu zapewnienia niezawodności, uporządkowania lub integralności danych. UDP jest stosowany w aplikacjach, w których wymagamy mniejszych opóźnień w stosunku do niezawodności (strumień wideo, VOIP, gry online,...).

Warstwy 5-7

Powszechnie połączony w jedną warstwę w uproszczonych modelach sieciowych, jego głównym celem jest interakcja z aplikacjami, szyfrowanie i nawiązywanie dedykowanych połączeń w razie potrzeby.

Modulacja cyfrowa: 16-QAM z przykładowymi punktami konstelacji.


Modulacja analogowa: AM - amplitudaFM - częstotliwość

Warunki sieciowe

Latencja

Opóźnienie, błędnie nazywane pingiem, jest wartością, która mierzy, ile czasu potrzebują pakiety, aby dotrzeć do celu podróży. Jest ono mierzone w milisekundach (ms). Narzędzie, które mierzy opóźnienie, nazywane jest pingiem, zwykle używa specjalnych pakietów ICMP, które są mniejsze niż standardowe pakiety danych, więc nie ważą sieci swoją obecnością.

• Natychmiastowe opóźnienie jest mierzone co X sekund i natychmiast wyświetlane. Jego wartość stale się zmienia ze względu na naturalne właściwości technologii przełączania pakietów w sieci. Wysokie szczyty opóźnień mają negatywny wpływ na większość aplikacji sieciowych, które mogą dostosować się do średnich opóźnień poprzez przydzielenie odpowiedniej wielkości pamięci jako bufora. Wysokie szczyty opóźnień prowadzą do opróżnienia tego bufora i tymczasowego zamrożenia aplikacji. Zamrażanie to jest powszechnie nazywane opóźnieniem.
• Średnie opóźnienie jest sumą natychmiastowego opóźnienia mierzonego Y razy na X sekund podzieloną przez Y. Średnie opóźnienie jest używane do oszacowania wielkości bufora, głównie dlatego, że nie zmienia się on tak często. Bufor umożliwia niektórym aplikacjom, takim jak np. strumienie wideo, płynne działanie nawet przy dużym średnim opóźnieniu, ale nie jest w stanie ochronić nas przed dużymi szczytami opóźnień.

Pojemność (szerokość pasma)

Przepustowość jest miarą przepustowości sieci i jest mierzona w bitach na sekundę (bps lub b/s), obecnie powszechnie Mbps lub Mb/s. Pokazuje nam ona, ile jednostek danych jest przesyłanych w każdej sekundzie. Obecnie średnia przepustowość jest znacznie wyższa niż jest to konieczne i w większości przypadków nie jest czynnikiem ograniczającym.

• Uplink to przepustowość wykorzystywana do przesyłania danych od użytkownika do serwera (zazwyczaj mniejsza dla użytkowników końcowych).
• Downlink to ilość pasma używanego do przesyłania danych z serwera do użytkownika (zazwyczaj większa dla użytkowników końcowych).

Audycja

Transmisja jest specjalną transmisją, która nie jest przeznaczona dla jednego urządzenia, ale jest skierowana do wszystkich urządzeń w określonej sieci. Jest ona najczęściej używana do automatycznego wysyłania adresów IP do urządzeń przez serwer DHCP oraz do tworzenia tabeli ARP, która mapuje sieć i przyspiesza ruch.

Plan częstotliwości ADSL. Upstream + downstream = szerokość pasma sieci