Podstawy Sieci Komputerowych i Transmisji Danych

1. Wstęp do Sieci Komputerowych

Zrozumienie działania współczesnych systemów sieciowych wymaga znajomości zarówno ich ogólnej struktury, jak i najniższych warstw, które odpowiadają za fizyczną transmisję danych. Niniejszy moduł stanowi punkt wyjścia do dalszego zgłębiania tematyki sieci komputerowych, prezentując ich fundamentalne założenia oraz zasady funkcjonowania. W pierwszej części omówiona zostanie definicja sieci komputerowej oraz jej historyczny rozwój – od prostych połączeń terminalowych po złożone, globalne systemy komunikacyjne. Przedstawione zostaną również podstawowe elementy sieci, typologia sieci (LAN, WAN, MAN) oraz dwa kluczowe modele odniesienia: OSI i TCP/IP, które stanowią podstawę analizy architektury sieci.

Druga część modułu skupia się na warstwie fizycznej – najbardziej podstawowym poziomie modelu sieciowego. Zaprezentowane zostaną rodzaje mediów transmisyjnych (przewodowych i bezprzewodowych), ich właściwości, a także technologie transmisji danych, takie jak Ethernet i światłowody. Omówione zostaną również istotne standardy i protokoły funkcjonujące na tym poziomie. Moduł ten dostarcza solidnych podstaw niezbędnych do zrozumienia bardziej zaawansowanych zagadnień sieciowych.

1.1. Definicja Sieci Komputerowej

Sieć komputerowa to system składający się z dwóch lub więcej komputerów, które są połączone ze sobą w celu wymiany danych i zasobów. W dzisiejszym świecie, sieci komputerowe są fundamentem niemal każdej działalności - od prostych zastosowań domowych po złożone infrastruktury korporacyjne i rządowe. Głównym celem sieci komputerowej jest udostępnianie zasobów i danych. Umożliwiają one użytkownikom dostęp do zdalnych aplikacji, przechowywanie danych na serwerach, a także współdzielenie sprzętu, takiego jak drukarki czy skanery. Dzięki sieciom, urządzenia te mogą być współdzielone przez wielu użytkowników. To z kolei prowadzi do oszczędności kosztów i zwiększenia efektywności.

Sieci komputerowe zwiększają również efektywność pracy poprzez umożliwienie zdalnej współpracy i komunikacji. E-mail, czaty, wideokonferencje to tylko kilka przykładów narzędzi, które zmieniły sposób, w jaki ludzie współpracują i komunikują się, eliminując bariery geograficzne. Sieci komputerowe umożliwiają szybki dostęp do ogromnych ilości informacji. Internet, będący największą siecią komputerową, oferuje niemal nieograniczony dostęp do wiedzy, co ma ogromne znaczenie dla edukacji, badań naukowych i rozwoju osobistego.

W sieciach komputerowych komunikacja odbywa się za pomocą przesyłania pakietów danych. Każdy pakiet danych zawiera informacje o nadawcy, odbiorcy oraz same dane. Proces ten jest regulowany przez różne protokoły komunikacyjne, które zapewniają poprawność i efektywność przesyłanych informacji.

Sieci komputerowe odgrywają kluczową rolę w dzisiejszym świecie technologii informacyjnej. Są one podstawą funkcjonowania zarówno małych firm, jak i dużych korporacji. Sieci znalazły zastosowanie w niemal każdej dziedzinie życia współczesnego społeczeństwa. Od biznesu, przez edukację, po medycynę - ich wszechobecność przekształca sposób, w jaki funkcjonujemy jako społeczeństwo. Rozwój sieci komputerowych na przestrzeni ostatnich dekad zrewolucjonizował wiele aspektów życia codziennego i zawodowego. Przejście od prostych połączeń w ramach pojedynczych instytucji do globalnej sieci, jaką jest Internet, otworzyło nowe możliwości w różnych dziedzinach.

Biznes i Przemysł W świecie biznesu sieci komputerowe ułatwiają zarządzanie zasobami, procesami i danymi. Firmy wykorzystują sieci do koordynacji działań, zarządzania łańcuchem dostaw, a także do komunikacji wewnętrznej i zewnętrznej. Sieci VPN (Virtual Private Networks) pozwalają na tworzenie bezpiecznych połączeń między oddziałami firmy rozsianymi po całym świecie, zwiększając efektywność pracy zdalnej.

Edukacja i Nauka W edukacji sieci komputerowe umożliwiają dostęp do zasobów edukacyjnych, umożliwiają zdalne nauczanie i współpracę między uczelniami na całym świecie. Sieci te wspierają również badania naukowe, umożliwiając szybką wymianę danych i współpracę międzynarodowych zespołów badawczych.

Opieka Zdrowotna W medycynie sieci komputerowe umożliwiają zdalne diagnozowanie, zarządzanie danymi pacjentów oraz szybką wymianę informacji między specjalistami. Systemy telemedyczne poprawiają dostęp do opieki zdrowotnej, zwłaszcza w obszarach oddalonych i niedostatecznie obsługiwanych.

Rozrywka i Media Sieci komputerowe zmieniły sposób dostarczania treści rozrywkowych i informacyjnych. Streaming muzyki i filmów, gry online oraz dostęp do szerokiej gamy treści cyfrowych są teraz na wyciągnięcie ręki dzięki rozwojowi sieci komputerowych.

Bezpieczeństwo Publiczne i Zarządzanie Kryzysowe Sieci komputerowe są kluczowe w zarządzaniu sytuacjami kryzysowymi i bezpieczeństwem publicznym, umożliwiając szybką wymianę informacji między różnymi agencjami i służbami ratunkowymi.

Bankowość i Finanse Sektor finansowy wykorzystuje sieci komputerowe do przeprowadzania transakcji, zarządzania portfelami inwestycyjnymi oraz oferowania usług bankowych online, co zwiększa wygodę i bezpieczeństwo klientów.

Zarządzanie i Infrastruktura Sieci komputerowe odgrywają kluczową rolę w zarządzaniu infrastrukturą miejską i przemysłową, od monitorowania sieci energetycznych po systemy zarządzania ruchem miejskim.

E-commerce i Handel Elektroniczny E-commerce, czyli handel elektroniczny, to kolejny obszar, w którym sieci komputerowe znacząco zmieniły krajobraz. Możliwość zakupów online i zarządzania łańcuchem dostaw w czasie rzeczywistym przyczynia się do wzrostu efektywności i dostępności produktów dla konsumentów.

Mobilność i Komunikacja Rozwój technologii mobilnych i bezprzewodowych sieci komputerowych umożliwił dostęp do Internetu z niemal każdego miejsca na świecie, co zrewolucjonizowało sposób, w jaki ludzie komunikują się, pracują i korzystają z rozrywki.

Sieci komputerowe przyczyniły się do powstania nowego, globalnie połączonego świata, w którym informacje, usługi i zasoby są dostępne niemal natychmiastowo. Od biznesu, przez edukację, opiekę zdrowotną, po rozrywkę i zarządzanie infrastrukturą miejską - sieci te stały się nieodzownym elementem nowoczesnego życia. Rozwój sieci komputerowych to nie tylko postęp technologiczny, ale także katalizator zmian społecznych, gospodarczych i kulturowych. Dzisiejsze zastosowania sieci komputerowych są wszechstronne i stale się rozwijają, dostarczając nowych możliwości i rozwiązań dla różnych dziedzin życia. W miarę postępu technologicznego, ich rola staje się coraz bardziej znacząca, przekształcając sposób, w jaki żyjemy i pracujemy.

1.2. Historia Rozwoju Sieci Komputerowych

Początki Sieci Komputerowych

Początki sieci komputerowych sięgają lat pięćdziesiątych XX wieku, kiedy to pierwsze komputery zajmowały całe sale, a ich możliwości były ograniczone. Kluczowym momentem był rozwój teorii i technologii, które pozwoliły na łączenie tych potężnych maszyn w sieci, co miało na celu dzielenie się zasobami obliczeniowymi i wymianę danych.

Wczesne eksperymenty, takie jak projekt SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), wykorzystywały komputery do obrony powietrznej, tworząc jedne z pierwszych systemów opartych na idei sieci komputerowej. Kolejnym krokiem były badania prowadzone przez różne instytucje, mające na celu rozwój metod komunikacji między komputerami. Te wczesne działania przyczyniły się do powstania koncepcji sieci, która pozwalała na współdzielenie zasobów i efektywniejszą pracę.

Ewolucja od ARPANET do Internetu

ARPANET, stworzony w końcu lat sześćdziesiątych przez agencję ARPA (Advanced Research Projects Agency), uznaje się za pierwszą operacyjną sieć komputerową i prekursora dzisiejszego Internetu. Jego głównym celem było połączenie różnych komputerów w celu współdzielenia zasobów i przeprowadzania badań. To właśnie w ramach ARPANET po raz pierwszy zastosowano protokół przełączania pakietów, co było przełomem w komunikacji danych.

W latach siedemdziesiątych XX wieku, rozwój protokołu TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) zrewolucjonizował sposób komunikacji w sieciach komputerowych, umożliwiając łatwe połączenie różnych sieci. Te technologie stały się podstawą dla późniejszego rozwoju Internetu.

W latach osiemdziesiątych, sieć zaczęła szybko się rozrastać, łącząc coraz więcej uniwersytetów i ośrodków badawczych. W tym czasie nastąpiło również przejście od modelu rządowego do komercyjnego, co doprowadziło do komercjalizacji Internetu i jego dynamicznego rozwoju w latach dziewięćdziesiątych.

Kluczowe momenty w historii sieci komputerowych

Historia sieci komputerowych jest pełna kluczowych momentów, które miały wpływ na jej rozwój. Ważnym kamieniem milowym było wprowadzenie protokołu TCP/IP, który umożliwił efektywną i niezawodną komunikację między różnymi sieciami. Innym znaczącym wydarzeniem było stworzenie World Wide Web przez Tima Bernersa-Lee w 1990 roku, co zrewolucjonizowało sposób, w jaki ludzie korzystają z Internetu, czyniąc go bardziej przystępnym i interaktywnym.

• Sieć ARPANET stworzona przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych – 1967 – 1972, dała podstawy dzisiejszego Internetu (1980) oraz protokołu TCP/IP. Sieć opracowana na potrzeby współpracy ośrodków akademickich oraz wojska – protokół bazowy IMP (Interface Message Processor)
• Sieć Ethernet inspirowana siecią ALOHAnet (pierwsza sieć radiowa – 1971) rozwinięta przez Xerox PARC w 1973 – ograniczenie długości kabla 185m (RG-58 50Ω).
• Sieć ARCNET – rozwijana w Datapoint Corporation – 1976,  dawała możliwość transmisji do 610m (RG-62 93Ω).

Wzrost popularności komputerów osobistych w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych, a także rozwój technologii światłowodowej i bezprzewodowej, przyczynił się do ekspansji Internetu na skalę globalną. Rozwój e-commerce, mediów społecznościowych i mobilności, a także wprowadzenie technologii takich jak Wi-Fi, przyspieszyło integrację sieci komputerowych z życiem codziennym.

Współczesna era charakteryzuje się dalszym rozwojem technologii, takich jak Internet Rzeczy (IoT), które łączą codzienne urządzenia z siecią, oraz technologie chmurowe, które zmieniają sposób, w jaki przechowujemy i przetwarzamy dane.

A jak to wyglądało w Polsce?

1.3. Podstawowe Komponenty Sieci

Urządzenia sieciowe: routery, przełączniki, modemy

Routery: Routery są kluczowymi urządzeniami w każdej sieci, służąc do kierowania ruchu danych pomiędzy różnymi segmentami sieci, w tym pomiędzy różnymi sieciami. Pracują na warstwie trzeciej modelu OSI, co oznacza, że podejmują decyzje na podstawie adresów IP. Routery są powszechnie używane w szeroko rozumianych sieciach WAN (Wide Area Networks), gdzie łączą różne lokalizacje, takie jak oddziały firmy w różnych miastach. W sieci WAN routery pełnią rolę "węzłów", które przekazują pakiety danych pomiędzy liniami transmisyjnymi.

Przełączniki (Switches): Przełączniki operują na warstwie drugiej modelu OSI (warstwa łącza danych) i służą do łączenia urządzeń w ramach jednej sieci lokalnej (LAN). Są bardziej zaawansowane niż huby, gdyż potrafią kierować ruch sieciowy do określonego urządzenia w sieci, a nie rozgłaszać go do wszystkich urządzeń. Dzięki temu zwiększają wydajność sieci poprzez zmniejszenie niepotrzebnego ruchu.

Modemy: Modemy (modulatory-demodulatory) to urządzenia, które konwertują cyfrowe sygnały komputerowe na analogowe sygnały, które mogą być przesyłane przez linie telefoniczne, a następnie ponownie konwertują sygnały analogowe na cyfrowe. Są niezbędne do połączenia sieci komputerowych z Internetem poprzez tradycyjne linie telefoniczne lub szerokopasmowe połączenia.

Media transmisyjne: przewodowe i bezprzewodowe

Media Przewodowe: Do najpopularniejszych mediów przewodowych należą kable miedziane (np. kable Ethernet) i światłowody. Kable miedziane są powszechnie stosowane w sieciach LAN ze względu na ich niski koszt i łatwość instalacji. Światłowody oferują znacznie wyższe prędkości transmisji i są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne, co czyni je idealnymi dla sieci WAN i połączeń długodystansowych.

Media Bezprzewodowe: Sieci bezprzewodowe (np. WiFi) korzystają z fal radiowych do transmisji danych. Są one popularne w domach, biurach, a także w miejscach publicznych, takich jak kawiarnie czy lotniska. Sieci bezprzewodowe oferują mobilność i elastyczność, ale mogą być mniej bezpieczne i podatne na zakłócenia.

Serwery i klienci w sieci

Serwery: Serwery to potężne komputery lub programy komputerowe, które dostarczają różne zasoby i usługi innym komputerom w sieci, znane jako klienci. Serwery mogą dostarczać wiele różnych rodzajów usług, w tym udostępnianie plików, zarządzanie bazami danych, usługi poczty elektronicznej i hosting stron internetowych.

Klienci: Klient w kontekście sieci komputerowej to urządzenie (np. komputer osobisty, tablet, smartfon) lub oprogramowanie, które korzysta z usług dostarczanych przez serwer. Klient inicjuje komunikację z serwerem w celu dostępu do określonych zasobów lub usług.

Sieci komputerowe składają się z różnorodnych urządzeń sieciowych, mediów transmisyjnych oraz serwerów i klientów, które współpracują, aby zapewnić efektywną i skuteczną komunikację i wymianę danych. Każdy z tych elementów odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu sieci i umożliwia użytkownikom korzystanie z różnorodnych usług cyfrowych.

1.4. Typy Sieci Komputerowych

Lokalne Sieci Komputerowe (LAN)

Definicja i Charakterystyka LAN: Lokalne Sieci Komputerowe, znane jako LAN, są sieciami prywatnymi działającymi w obrębie pojedynczego budynku lub bliskiego otoczenia, takiego jak dom, biuro, czy fabryka. Są szeroko stosowane do łączenia komputerów osobistych i urządzeń elektronicznych w celu współdzielenia zasobów, takich jak drukarki, i wymiany informacji.

Wired and Wireless LANs: LANy mogą być zarówno przewodowe, jak i bezprzewodowe. W przewodowych LANach najczęściej stosuje się kable miedziane lub światłowodowe, oferujące prędkości od 100 Mbps do 1 Gbps, a nawet do 10 Gbps. Bezprzewodowe LANy, popularnie znane jako WiFi (IEEE 802.11), oferują elastyczność i są często stosowane w miejscach, gdzie instalacja kabli jest utrudniona.

Topologia Sieci LAN: Topologia wielu przewodowych LANów opiera się na połączeniach punkt-punkt, przy czym najpopularniejszym standardem jest Ethernet (IEEE 802.3). W przypadku bezprzewodowych LANów, urządzenia komunikują się poprzez modem radiowy i antenę z punktem dostępowym (AP), który przekazuje pakiety danych między urządzeniami a Internetem.

Sieci o Zasięgu Miejskim (MAN)

Definicja MAN: Metropolitan Area Network (MAN) obejmuje obszar miasta. Znane przykłady to sieci telewizji kablowej, które początkowo służyły jedynie do dystrybucji sygnału telewizyjnego, ale z czasem zostały dostosowane do świadczenia usług internetowych.

Rozwój i Zastosowanie MAN: Sieci MAN ewoluowały z lokalnych systemów antenowych do złożonych sieci oferujących specjalistyczne kanały telewizyjne i usługi internetowe. Obecnie, poza tradycyjnymi sieciami kablowymi, istnieją też MANy oparte na technologii bezprzewodowej, jak WiMAX (IEEE 802.16), oferujące szybki dostęp do Internetu.

Rozległe Sieci Komputerowe (WAN)

Charakterystyka WAN: Wide Area Network (WAN) obejmuje dużą powierzchnię geograficzną, często kraj czy kontynent. Są to sieci, które łączą oddziały firmy w różnych miastach, wykorzystując do tego celu linie transmisyjne i elementy przełączające.

Komponenty i Praca WAN: WAN składa się z podsieci (subnet), które zawierają linie transmisyjne (np. miedź, światłowód, łącza radiowe) i routery. Różne osoby lub organizacje zwykle zarządzają hostami i podsiecią w WAN. WANy często łączą różne technologie sieciowe, co oznacza, że mogą być internetworks.

Porównanie i Zastosowania Różnych Typów Sieci

Zasięg i Skala: LANy są ograniczone do pojedynczego budynku lub bliskiego otoczenia, MANy obejmują miasta, a WANy mogą pokrywać kraje czy kontynenty.

Prędkość i Wydajność: Przewodowe LANy oferują wysoką prędkość i niskie opóźnienia, podczas gdy WANy, ze względu na dłuższe dystanse i złożoną infrastrukturę, mogą mieć wyższe opóźnienia i różnorodną przepustowość.

Zastosowanie: LANy są idealne do środowisk biurowych i domowych, MANy do dystrybucji usług miejskich jak telewizja kablowa czy Internet, a WANy do łączenia odległych lokalizacji, jak oddziały firmy czy różne kraje.

1.5. Model OSI

Model OSI (Open Systems Interconnection) został opracowany przez International Organization for Standardization (ISO) i sformalizowany w 1984 roku. Stanowi on pierwsze ramy określające, w jaki sposób informacje powinny być przesyłane przez sieć. Jest to teoretyczny model opisujący procesy niezbędne do przeprowadzenia komunikacji w sieci komputerowej. Zorganizowany został jako stos warstw, gdzie każda warstwa opiera się na tej poniżej i oferuje usługi tej powyżej. Istotą modelu OSI jest oddzielenie różnych aspektów sieciowej komunikacji do odseparowanych warstw, co ułatwia zrozumienie i zarządzanie złożonymi procesami sieciowymi. Każda warstwa modelu OSI ma swoje określone zadania i korzysta z protokołów niezbędnych do ich realizacji. Komunikacja między warstwami odbywa się poprzez dobrze zdefiniowane interfejsy, a każda warstwa ukrywa swoje wewnętrzne działanie przed pozostałymi.

Model OSI składa się z siedmiu warstw, z których każda odpowiada za określoną funkcję sieciową. Warstwy te to:

1. Fizyczna

2. Łącza danych

3. Sieciowa

4. Transportowa

5. Sesji

6. Prezentacji

7. Aplikacji

Każda warstwa oferuje usługi warstwie wyżej położonej, jednocześnie chroniąc ją przed szczegółami implementacji tych usług. W ten sposób każda warstwa działa jak rodzaj wirtualnej maszyny, oferując określone usługi warstwie wyżej. Ważnym aspektem modelu OSI jest proces enkapsulacji, gdzie każda warstwa dodaje nagłówek (a czasami i stopkę) zawierający informacje protokołu specyficzne dla danej warstwy. Te nagłówki nazywane są jednostkami danych protokołu (PDU).

Opis poszczególnych warstw modelu OSI

1. Warstwa Fizyczna (1): Kontroluje sygnalizację i przesyłanie surowych bitów na fizycznym medium. Obejmuje specyfikacje dotyczące okablowania, złączy, transceiverów, kart sieciowych (NIC), urządzeń radiowych i koncentratorów (hubów).

2. Warstwa Łącza Danych (2): Odpowiada za transport danych w obrębie sieci. Składa się z dwóch podwarstw: Kontroli Łącza Logicznego (LLC), która służy jako pośrednik między fizycznym łączem a wszystkimi protokołami wyższych warstw, oraz Kontroli Dostępu do Nośnika (MAC), która kontroluje dostęp do fizycznego medium. Technologie tej warstwy obejmują Ethernet, Token Ring, FDDI, 802.11 Wireless, Frame Relay i ATM.

3. Warstwa Sieciowa (3): Kontroluje komunikację międzysieciową i ma dwa kluczowe zadania: adresowanie logiczne oraz routing. Najbardziej znanymi protokołami tej warstwy są IP (Internet Protocol) i IPX (Internetwork Packet Exchange, obecnie niemal całkowicie przestarzały).

4. Warstwa Transportowa (4): Odpowiada za niezawodny transfer danych, zapewniając, że dane dotrą do miejsca przeznaczenia bez błędów i w kolejności. Wyróżnia się protokoły zorientowane na połączenie (np. TCP) i bezpołączeniowe (np. UDP).

5. Warstwa Sesji (5): Odpowiada za nawiązywanie, utrzymywanie i zamykanie sesji między urządzeniami. Mimo że wiele nowoczesnych protokołów sieciowych nie implementuje protokołów warstwy sesji, ta warstwa ma znaczenie dla wysokiej dostępności i odporności na awarie.

6. Warstwa Prezentacji (6): Kontroluje formatowanie i składnię danych użytkownika dla warstwy aplikacji, zapewniając, że dane wysłane przez jedną aplikację mogą być zrozumiane przez drugą. Obejmuje standardy dla różnych typów danych (tekst, obrazy, audio, wideo) i może wykonywać konwersje formatów, a także szyfrowanie i kompresję danych.

7. Warstwa Aplikacji (7): Dostarcza interfejs między aplikacją użytkownika a siecią. Aplikacja użytkownika sama w sobie nie znajduje się na tej warstwie – znajduje się tam protokół. Aplikacje, takie jak przeglądarka internetowa czy klient poczty elektronicznej, używają protokołów warstwy aplikacji, takich jak FTP, HTTP, POP3, SMTP, Telnet, do interakcji z siecią.

Wykorzystanie modelu OSI dla projektowania i analizy sieci

Model OSI jest często wykorzystywany w projektowaniu, analizie i zarządzaniu sieciami komputerowymi. Dzięki wyraźnemu podziałowi na warstwy, model OSI umożliwia inżynierom i projektantom sieci zrozumienie i zarządzanie złożonymi procesami sieciowymi. Każda warstwa modelu zajmuje się określonym zestawem zadań i problemów. Pozwala to na łatwiejsze zarządzanie złożonością systemów sieciowych, a także na ich rozbudowę i modyfikację bez wpływu na inne części systemu.

Model OSI jest również wykorzystywany do tworzenia i interpretacji standardów sieciowych, co ułatwia interoperacyjność różnych technologii i urządzeń sieciowych. Zapewnia on wspólną terminologię i koncepcję dla różnych aspektów sieci, co jest kluczowe dla zrozumienia i rozwoju technologii sieciowych. Ponadto, model OSI jest używany jako narzędzie edukacyjne, pomagając w nauczaniu podstawowych koncepcji sieciowych oraz w zrozumieniu, w jaki sposób różne protokoły i technologie sieciowe współpracują ze sobą.

1.6. Model TCP/IP

Model TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) jest fundamentem internetu i opisuje sposób, w jaki dane są przesyłane przez sieci komputerowe. Składa się z czterech warstw: warstwy łącza danych, warstwy internetowej, warstwy transportowej i warstwy aplikacji. Każda warstwa w modelu TCP/IP odpowiada za różne aspekty komunikacji sieciowej, od fizycznego przesyłania danych po aplikacje użytkowe. Ten model umożliwia różnym urządzeniom i protokołom współpracę w sieci, zapewniając niezbędną interoperacyjność i elastyczność.

Porównanie Modelu OSI i TCP/IP

Model OSI (Open Systems Interconnection) i model TCP/IP mają podobną strukturę warstwową, ale istnieją między nimi kluczowe różnice:

1. Liczba Warstw: Model OSI składa się z siedmiu warstw, podczas gdy model TCP/IP ma tylko cztery warstwy. To uproszczenie w modelu TCP/IP często ułatwia implementację i zarządzanie siecią.

2. Podział Funkcji: W modelu OSI każda warstwa ma ściśle określone zadania, podczas gdy w modelu TCP/IP granice między warstwami są mniej wyraźne. Na przykład, warstwa aplikacji w modelu TCP/IP obejmuje funkcje, które w modelu OSI są rozdzielone między warstwy aplikacji, prezentacji i sesji.

3. Standardy i Protokoły: Model OSI służy głównie jako teoretyczny przewodnik dla standardów sieciowych, podczas gdy model TCP/IP jest bezpośrednio związany z konkretnymi protokołami używanymi w Internecie.

4. Sposób Rozwoju: Model OSI został opracowany przez organizację ISO (International Organization for Standardization) jako wszechstronny model referencyjny, podczas gdy model TCP/IP został opracowany przez DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) z bardziej praktycznym podejściem, aby sprostać potrzebom rozwijającego się Internetu.

Praktyczne Zastosowanie Modelu TCP/IP

Model TCP/IP jest szeroko stosowany w praktyce, a jego warstwy odpowiadają za różne aspekty działania sieci:

1. Warstwa Łącza Danych: Zapewnia fizyczne połączenie między urządzeniami sieciowymi, zajmuje się formatowaniem pakietów danych i ich adresacją na poziomie lokalnym.

2. Warstwa Internetowa: Jest odpowiedzialna za dostarczanie pakietów danych z jednego hosta do drugiego, nawet jeśli znajdują się w różnych sieciach. Protokoły takie jak IP działają na tej warstwie i zajmują się adresacją oraz routingiem.

3. Warstwa Transportowa: Obejmuje protokoły takie jak TCP i UDP, które zapewniają niezawodne i efektywne przesyłanie danych między aplikacjami działającymi na różnych hostach.

4. Warstwa Aplikacji: Zapewnia interfejs między aplikacjami użytkownika a siecią. Protokoły takie jak HTTP, SMTP i FTP działają na tej warstwie, umożliwiając użytkownikom korzystanie z różnych usług sieciowych.

Model TCP/IP jest kluczowy dla funkcjonowania Internetu i innych sieci komputerowych, ponieważ zapewnia uniwersalny zestaw zasad, który umożliwia komunikację między różnymi urządzeniami i aplikacjami. Jego elastyczność i skalowalność czynią go idealnym rozwiązaniem do obsługi dynamicznie rozwijających się potrzeb globalnej sieci komunikacyjnej.

1.7. Podstawowe Protokoły i Standardy Sieciowe

Protokoły Warstwy Fizycznej i Łącza Danych

1. Protokoły Warstwy Fizycznej: Protokoły warstwy fizycznej dotyczą transmisji surowych bitów przez medium transmisyjne, takie jak kable miedziane, światłowody, czy łącza radiowe. Specyfikacje tej warstwy obejmują napięcie elektryczne, modulację sygnału, szybkość transmisji i fizyczną budowę złącz.

2. Protokoły Warstwy Łącza Danych: Ta warstwa zajmuje się przesyłaniem ramion danych pomiędzy urządzeniami w tej samej sieci. Obejmuje takie protokoły jak Ethernet, który wykorzystuje mechanizmy kontroli dostępu do medium (MAC) i kontrolę błędów. Warstwa ta także zarządza adresowaniem fizycznym (adresy MAC), umożliwiając urządzeniom sieciowym identyfikowanie się nawzajem.

3. Standardy IEEE 802.11 (WiFi): Protokoły bezprzewodowej warstwy łącza danych, takie jak WiFi, pozwalają na komunikację w sieciach LAN bez konieczności stosowania okablowania. WiFi działa na prędkościach od 11 Mbps do kilkuset Mbps, zależnie od specyfikacji i warunków środowiskowych.

Protokoły Warstwy Internetowej, Transportowej i Aplikacyjnej

1. Protokoły Warstwy Internetowej: Najważniejszym protokołem tej warstwy jest IP (Internet Protocol), który odpowiada za adresowanie i routing pakietów danych. Protokół IP umożliwia przesyłanie danych pomiędzy różnymi sieciami, zarządzając ich trasą do docelowego adresata.

2. Protokoły Warstwy Transportowej: Obejmują TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol). TCP zapewnia niezawodną, sekwencyjną i dwukierunkową transmisję danych, natomiast UDP oferuje prostsze, ale mniej niezawodne połączenie bez nawiązywania sesji.

3. Protokoły Warstwy Aplikacyjnej: Obejmują protokoły takie jak HTTP (do przeglądania stron internetowych), SMTP (do wysyłania poczty e-mail), FTP (do transferu plików), które umożliwiają użytkownikom korzystanie z różnych usług sieciowych.

Standardy IEEE, IETF i Inne Organizacje Standaryzacyjne

1. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Ta organizacja opracowuje standardy dla wielu technologii sieciowych, w tym dla bezprzewodowych sieci LAN (IEEE 802.11) i przewodowych sieci LAN (Ethernet, IEEE 802.3).

2. IETF (Internet Engineering Task Force): IETF odpowiada za rozwój i promowanie standardów internetowych, w tym standardów protokołów, takich jak TCP/IP, które są podstawą działania Internetu.

3. Inne Organizacje Standaryzacyjne: Inne ważne organizacje, takie jak ITU (International Telecommunication Union) i ISO (International Organization for Standardization), również odgrywają kluczową rolę w tworzeniu i utrzymaniu globalnych standardów sieciowych.

W kolejnych modułach opisane zostają poszczególne protokoły z uwzględnieniem stosownych standardów i ich wersji