Topologie sieci, modele ISO/OSI i TCP/IP, protokoły aplikacyjne oraz obliczanie adresów sieci z wykorzystaniem masek IPv4.
Wstęp: Jak komputery ze sobą rozmawiają?
Sieci komputerowe to dział, w którym musisz połączyć wiedzę teoretyczną z twardą logiką. Na maturze z informatyki CKE sprawdza nie tylko to, czy znasz rozwinięcie skrótu DNS, ale przede wszystkim – czy potrafisz wziąć adres IP, nałożyć na niego maskę podsieci i wyliczyć, ile komputerów zmieści się w danej sieci lokalnej. Przejdziemy przez to krok po kroku.
📋 Spis treści
1
Topologie Fizyczne Sieci
Topologia to układ przestrzenny urządzeń w sieci. Określa, w jaki sposób komputery (węzły) są ze sobą połączone kablami. Zrozumienie tych struktur często pojawia się w zadaniach testowych prawda/fałsz.
Budowa: Wszystkie komputery są podłączone do jednego, centralnego urządzenia (najczęściej Switcha lub Huba).
Zalety/Wady: To najpopularniejsza topologia dzisiaj. Awaria jednego kabla odłącza tylko jeden komputer. Awaria urządzenia centralnego... "kole" całą sieć.
Budowa: Jeden długi kabel główny (magistrala), do którego wpinają się poszczególne komputery. Na końcach kabla muszą być "terminatory".
Zalety/Wady: Tanie rozwiązanie historyczne. Przerwanie głównego kabla niszczy całą sieć. Wysokie ryzyko kolizji danych.
Budowa: Komputery połączone są w zamknięty okrąg. Dane krążą w jednym kierunku, przekazywane od węzła do węzła w postaci tzw. "żetonu" (Token Ring).
Zalety/Wady: Brak kolizji (tylko jeden posiada żeton). Awaria jednego węzła może przerwać obwód (chyba że to podwójny pierścień).
Budowa: Każdy komputer jest bezpośrednio połączony z każdym innym.
Zalety/Wady: Najbardziej odporna na awarie (dane zawsze znajdą inną drogę roboczą). Bardzo droga w utrzymaniu i skomplikowana w budowie. Internet to globalna sieć o topologii siatki.
2
Modele ISO/OSI i TCP/IP
Sieci są tak skomplikowane, że inżynierowie musieli podzielić ich działanie na warstwy. Dzięki temu programista piszący przeglądarkę internetową nie musi martwić się o to, jak napięcie elektryczne płynie przez miedziany kabel. Musisz znać dwa modele referencyjne.
Jest to model teoretyczny (referencyjny), uczony we wszystkich szkołach. Zawsze liczymy warstwy od dołu (od sprzętu do użytkownika)!
Jest to model praktyczny, na którym realnie opiera się dzisiejszy Internet. Agreguje on funkcje modelu OSI do zaledwie czterech, bardzo konkretnych warstw:
Ważne: Na maturze często pada pytanie w stylu: "W której warstwie modelu OSI działa router?". Odpowiedź: w warstwie sieciowej (3).
3
Kluczowe Protokoły
Protokół to język, w jakim urządzenia się komunikują. Jeśli przeglądarka chce odebrać stronę od serwera, musi użyć odpowiedniego protokołu warstwy aplikacji. CKE wymaga znajomości przyporządkowania skrótów do ich funkcji.
4
Adresacja IPv4 i Maski Podsieci
To punkt kulminacyjny na maturze z sieci. Adres IPv4 składa się z 32 bitów podzielonych na 4 oktety (po 8 bitów), zapisywanych dziesiętnie z kropkami, np. 192.168.1.10.
O tym decyduje Maska Podsieci!
Maska podsieci w systemie binarnym to ciąg jedynek, po których następuje ciąg zer. Jedynki zakrywają ("maskują") część sieciową adresu IP, a zera oznaczają miejsce na komputery.
Liczba /24 oznacza, że w masce pierwsze 24 bity to jedynki.
Zapis binarny: 11111111.11111111.11111111.00000000
Zapis dziesiętny: 255.255.255.0
Mamy 8 zer na końcu (32 bity - 24 bity maski). Ile hostów wejdzie do tej sieci? To proste: hosty! (odejmujemy 2, ponieważ jeden adres to adres samej sieci, a drugi to rozgłoszeniowy).
5
Krok po kroku: Obliczanie Adresu Sieci i Broadcastu
Najczęstsze zadanie z sieci CKE brzmi: "Mając adres IP komputera i jego maskę, podaj Adres Sieci oraz Adres Rozgłoszeniowy (Broadcast)". Aby to zrobić, musimy zrozumieć, jak komputer na najniższym poziomie porównuje ze sobą zera i jedynki.
Komputer wykonuje te operacje porównując odpowiadające sobie bity (np. pierwszy bit adresu IP z pierwszym bitem maski). Do obliczania adresu sieci wykorzystamy operację AND.
1 AND 1 = 1
1 AND 0 = 0
0 OR 0 = 0
1 OR 0 = 1
1 XOR 0 = 1
1 XOR 1 = 0
NOT 1 = 0
NOT 0 = 1
Krok 1: Zmień na system binarny (interesuje nas tylko ostatni oktet, tam gdzie maska nie jest 255)
IP (130): 10000010
Maska (192): 11000000 (to jest maska /26)
Krok 2: Adres Sieci (operacja AND)
Wykonujemy logiczne AND (mnożenie) bit po bicie między IP a Maską. Jedynki w masce zachowują oryginalny bit IP, a zera w masce "zerują" wynik:
10000010 (IP)
11000000 (Maska)
----------------
10000000 (Zapis dziesiętny to 128)
Zatem adres całej sieci to: 192.168.1.128
Krok 3: Adres Broadcast (Zera maski zamieniamy na jedynki)
Aby wysłać pakiet do wszystkich w sieci (broadcast), bierzemy wyliczony adres sieci, a tam, gdzie maska miała zera, wstawiamy jedynki:
Sieć: 10000000
Maska miała 6 zer na końcu. Wstawiamy tam jedynki:
10111111 (Zapis dziesiętny to 128 + 63 = 191)
Zatem adres Broadcast to: 192.168.1.191
Wniosek: Do tej sieci komputery mogą dostać adresy IP z puli od 192.168.1.129 do 192.168.1.190.
6
Urządzenia Sieciowe (Router vs Switch)
Aby komputery mogły się komunikować, musimy połączyć je kablem (lub falami radiowymi) z odpowiednimi urządzeniami sieciowymi. Na poziomie matury musisz bezbłędnie odróżniać Switch od Routera.
Rozumiesz już, czym różni się model OSI od TCP/IP i potrafisz wyliczyć adres sieci? Zobaczmy, jak radzisz sobie z czasem! Rozwiąż błyskawiczne quizy z sieci i sprawdź, czy zasługujesz na adres IP klasy A.