Основи комп’ютерних мереж

Модель OSI та базові мережеві концепції

Вступ

Комп’ютерні мережі є основою сучасної IT-інфраструктури. Вони забезпечують обмін даними між пристроями, доступ до серверів, роботу вебзастосунків, хмарних сервісів та корпоративних систем.

Для ефективного проєктування, адміністрування та діагностики мереж необхідно розуміти:

• базові принципи побудови мереж;

• роль мережевих протоколів;

• логіку взаємодії компонентів на різних рівнях.

Ключовою теоретичною основою є модель OSI, яка описує процес передачі даних у вигляді логічно розділених рівнів.

Що таке комп’ютерна мережа

Комп’ютерна мережа — це сукупність пристроїв, з’єднаних між собою каналами зв’язку для обміну даними та спільного використання ресурсів.

Основні функції мережі:

1. Передача даних між користувачами та системами

2. Централізоване зберігання інформації

3. Віддалений доступ до ресурсів

4. Масштабування інфраструктури

5. Забезпечення відмовостійкості та безпеки

Типи комп’ютерних мереж

LAN (Local Area Network)

Локальна мережа, що охоплює обмежену територію:

• офіс;

• будівлю;

• дата-центр.

Характеристики:

• висока швидкість;

• мінімальна затримка;

• повний контроль адміністратором.

MAN (Metropolitan Area Network)

Мережа в межах міста або великого кампусу. Часто використовується провайдерами або великими організаціями.

WAN (Wide Area Network)

Глобальна або розподілена мережа, що з’єднує кілька LAN:

• Інтернет;

• MPLS-мережі;

• VPN між філіями.

Модель OSI: призначення та роль

OSI (Open Systems Interconnection) — еталонна модель взаємодії відкритих систем, яка описує процес передачі даних у мережі.

Основні цілі моделі OSI:

1. Стандартизація мережевих технологій

2. Спрощення розробки протоколів

3. Ізоляція проблем за рівнями

4. Забезпечення сумісності обладнання

Модель складається з 7 рівнів, кожен з яких виконує окрему функцію.

Рівні моделі OSI

Фізичний рівень (Physical Layer)

Функції:

• передача бітів по середовищу;

• визначення електричних і фізичних параметрів.

Приклади:

• кабелі (UTP, оптоволокно);

• роз’єми;

• repeater, hub.

Канальний рівень (Data Link Layer)

Функції:

• передача кадрів;

• MAC-адресація;

• контроль помилок.

Протоколи та технології:

• Ethernet;

• ARP;

• VLAN.

Пристрої:

• комутатори (Switch).

Мережевий рівень (Network Layer)

Функції:

• логічна адресація;

• маршрутизація між мережами.

Основні протоколи:

• IP (IPv4, IPv6);

• ICMP.

Пристрої:

• маршрутизатори (Router).

Транспортний рівень (Transport Layer)

Функції:

• доставка даних між вузлами;

• контроль цілісності;

• керування потоком.

Протоколи:

1. TCP

   • надійна доставка;

   • контроль порядку;

   • підтвердження отримання.

2. UDP

   • швидка передача;

   • без гарантій доставки.

Сеансовий рівень (Session Layer)

Функції:

• встановлення та завершення сесій;

• керування діалогом між застосунками;

• відновлення сесій.

Рівень представлення (Presentation Layer)

Функції:

• кодування та декодування даних;

• шифрування;

• стиснення.

Приклади:

• SSL/TLS;

• UTF-8;

• формати даних.

Прикладний рівень (Application Layer)

Функції:

• взаємодія користувацьких програм з мережею;

• доступ до сервісів.

Протоколи:

• HTTP / HTTPS;

• FTP / SFTP;

• SMTP;

• DNS;

• SSH.

IP- та MAC-адресація

IP-адреса

IP-адреса — логічний ідентифікатор вузла в мережі.

• IPv4 — 32 біти

• IPv6 — 128 біт

Використовується для маршрутизації пакетів між мережами.

MAC-адреса

MAC-адреса — унікальний фізичний ідентифікатор мережевого інтерфейсу.

• використовується в межах LAN;

• працює на канальному рівні.

Основні мережеві пристрої

1. Switch

   • передає трафік у межах LAN;

   • працює з MAC-адресами.

2. Router

   • з’єднує різні мережі;

   • маршрутизує IP-пакети.

3. Access Point

   • забезпечує Wi-Fi доступ.

4. Firewall

   • фільтрація трафіку;

   • контроль доступу.

Практичне застосування моделі OSI

Модель OSI активно використовується для діагностики проблем:

1. Немає фізичного з’єднання → Physical Layer

2. Є лінк, але немає доступу в LAN → Data Link Layer

3. Немає доступу до іншої мережі → Network Layer

4. З’єднання нестабільне → Transport Layer

5. Сервіс не працює → Application Layer