Tematică științifică · 10.1
Concepte de bază despre rețele
Rețeaua de calculatoare: definiția, funcțiile, componentele, tipurile de rețele, mediile de transmisie și topologiile, echipamentele active, modelul TCP/IP și protocolul TCP, adresarea IP cu mască, subrețele, NAT și DHCP, configurarea unui router Wi-Fi și instrumentele de diagnosticare, cu aparițiile la Definitivat și Titularizare.
Calculatoarele unei școli folosesc aceeași imprimantă, aceleași fișiere de pe server și aceeași conexiune la Internet. Toate acestea sunt posibile fiindcă sunt legate într-o rețea. Lecția prezintă noțiunile de bază: ce este o rețea, din ce se compune, cum se clasifică, ce echipamente o leagă și după ce reguli comunică dispozitivele ei.
Rețeaua de calculatoare
Definiția
O rețea de calculatoare este un ansamblu de calculatoare și alte dispozitive interconectate, care comunică între ele și partajează resurse hardware și software. Legătura se realizează printr-un mediu de transmisie, cu fir sau fără fir, iar comunicarea respectă un set comun de reguli, numit protocol.
Principiul de funcționare al rețelei este partajarea resurselor: o resursă aflată pe un calculator sau conectată la el este pusă la dispoziția celorlalte calculatoare din rețea.
Funcțiile rețelei
Rețeaua oferă utilizatorilor servicii de rețea:
| Funcția | Ce asigură |
|---|---|
| partajarea fișierelor | stocarea, transferul, actualizarea și arhivarea fișierelor pe un calculator comun |
| partajarea echipamentelor | folosirea în comun a imprimantelor, scanerelor, unităților de stocare |
| comunicarea | poșta electronică, mesageria, apelurile audio și video |
| rularea aplicațiilor în regim partajat | mai mulți utilizatori lucrează simultan cu aceeași aplicație |
| accesul la baze de date | aplicațiile de tip client-server citesc și modifică date păstrate pe server |
| accesul la Internet | o singură conexiune este folosită de toate dispozitivele rețelei |
Avantajele lucrului în rețea
- Reducerea numărului de echipamente: o singură imprimantă de rețea deservește un birou întreg.
- Accesul comun la date: toți utilizatorii lucrează cu aceeași versiune a fișierelor, păstrată pe server, în locul copiilor răspândite pe fiecare calculator.
- Comunicarea rapidă între utilizatori, prin mesaje și fișiere transmise în rețea.
- Administrarea centralizată: salvările de siguranță, actualizările și drepturile de acces se gestionează dintr-un singur loc.
- Securitatea datelor: fiecare utilizator are acces numai la resursele pentru care a primit drepturi.
Componentele rețelei
Din punct de vedere hardware, dispozitivele conectate la rețea se numesc noduri:
- serverul — calculatorul care oferă servicii celorlalte noduri; după serviciul oferit există server de fișiere, server de imprimare, server de comunicații, server web, server de e-mail;
- stația de lucru — calculatorul utilizatorului, cu procesor, monitor și tastatură proprii, care folosește serviciile oferite de servere;
- resursele partajate — imprimante, unități de stocare, foldere și fișiere accesibile din rețea;
- echipamentele de rețea — plăci de rețea, switch-uri, routere, modemuri;
- mediul de transmisie — cablurile sau undele radio prin care circulă datele.
Un echipament conectat direct la calculatorul utilizatorului este un periferic local; unul folosit prin intermediul rețelei, fără să fie conectat la acel calculator, este un periferic la distanță.
Din punct de vedere software, rețeaua are nevoie de:
- sistemul de operare de rețea, instalat pe servere, care asigură serviciile de rețea;
- software-ul client, instalat pe stațiile de lucru, care permite accesul la aceste servicii;
- aplicațiile de rețea, care permit accesul simultan al mai multor utilizatori la aceleași date.
Din punctul de vedere al utilizatorilor, rețeaua are administratori, cu drepturi depline, care configurează rețeaua și asigură securitatea datelor, utilizatori privilegiați, cu drepturi asupra unor anumite resurse, și utilizatori obișnuiți. Fiecare utilizator este identificat printr-un cont de utilizator, format din nume de utilizator și parolă. Autentificarea în rețea se numește login: numele și parola se compară cu datele memorate, iar utilizatorul primește acces numai la resursele permise contului său.
Clasificarea rețelelor
După aria de acoperire
| Tipul | Denumirea | Aria de acoperire | Exemplu |
|---|---|---|---|
| PAN | Personal Area Network, rețea personală | câțiva metri, în jurul unei persoane | telefonul conectat prin Bluetooth la căști și la laptop |
| LAN | Local Area Network, rețea locală | o încăpere, o clădire sau un grup de clădiri apropiate | rețeaua laboratorului de informatică |
| MAN | Metropolitan Area Network, rețea metropolitană | un oraș sau o zonă urbană | rețeaua care leagă școlile unui oraș |
| WAN | Wide Area Network, rețea de arie largă | orașe, țări, continente | rețeaua sucursalelor unei bănci |
Rețelele LAN au viteză mare de transmisie și aparțin, de regulă, unei singure organizații. Rețelele MAN folosesc fibra optică sau legăturile fără fir. Rețelele WAN folosesc liniile închiriate, fibra optică și transmisiile prin satelit. Internetul este cea mai întinsă rețea WAN: o rețea globală, formată prin interconectarea a milioane de rețele mai mici.
În funcție de cine are acces, se deosebesc:
- intranetul — rețeaua internă a unei organizații, cu acces restricționat la angajați, care folosește aceleași tehnologii ca Internetul;
- extranetul — extinderea intranetului către partenerii, furnizorii sau clienții organizației;
- Internetul — rețeaua publică, accesibilă oricui are o conexiune.
După protecția accesului, se deosebesc:
- rețelele securizate — accesul cere autentificare, iar datele transmise sunt criptate; o rețea Wi-Fi cu parolă și criptare WPA2 sau WPA3 este securizată;
- rețelele deschise — accesul este liber, fără parolă, iar datele circulă necriptate prin aer; rețelele Wi-Fi publice din gări, cafenele sau parcuri sunt de obicei deschise, iar datele personale nu se transmit prin ele decât pe site-uri cu HTTPS sau prin VPN;
- rețelele virtuale private (VPN, Virtual Private Network) — o conexiune criptată, numită tunel, creată prin Internet între un dispozitiv și rețeaua unei organizații sau un server VPN; angajatul aflat acasă lucrează ca și cum ar fi conectat în rețeaua locală a firmei, iar datele lui nu pot fi citite de rețeaua prin care trece.
Rețelele de telefonie mobilă (4G, 5G) acoperă teritoriul cu celule, fiecare deservită de o antenă. Telefonul trece automat de la o celulă la alta în timpul deplasării, iar rețeaua oferă, pe lângă convorbiri, acces la Internet. Un telefon poate împărți această conexiune cu alte dispozitive, funcționând ca hotspot Wi-Fi.
După rolul calculatoarelor
| Criteriul | Rețea peer-to-peer (de la egal la egal) | Rețea client-server |
|---|---|---|
| rolul nodurilor | orice calculator poate fi, pe rând, server și client | serverele oferă servicii, celelalte calculatoare sunt clienți |
| datele despre conturi | păstrate pe fiecare calculator | păstrate centralizat, pe server |
| administrarea | fiecare utilizator își administrează calculatorul | un administrator gestionează rețeaua |
| securitatea | redusă, fiindcă accesul se stabilește separat pe fiecare calculator | ridicată, fiindcă drepturile se stabilesc pe server |
| potrivită pentru | rețele mici, de câteva calculatoare | rețele cu mulți utilizatori |
După mediul de transmisie
| Mediul | Cum transmite | Distanța | Viteza | Avantaje și dezavantaje |
|---|---|---|---|---|
| cablu UTP (Unshielded Twisted Pair, torsadat neecranat) | semnale electrice prin opt fire de cupru, răsucite două câte două | până la 100 m pe segment | până la 1–10 Gbps, după categoria cablului (Cat 5e, Cat 6) | cost redus și montare ușoară; sensibil la interferențele electromagnetice |
| cablu STP (Shielded Twisted Pair, torsadat ecranat) | ca UTP, dar perechile de fire sunt învelite într-un ecran metalic | până la 100 m pe segment | ca UTP | protejat de interferențe, potrivit lângă motoare și cabluri electrice; mai scump și mai rigid |
| cablu coaxial | semnale electrice printr-un conductor central înconjurat de o tresă metalică | sute de metri | medie | folosit la rețelele de cablu TV; înlocuit în rețelele locale de cablul torsadat |
| fibră optică | impulsuri de lumină printr-un fir de sticlă sau de plastic | kilometri sau zeci de kilometri | foarte mare, zeci de Gbps și peste | nu este afectată de interferențe și greu de interceptat; mai scumpă, cere echipamente speciale |
| fără fir (wireless): Wi-Fi, Bluetooth, rețele mobile, satelit | unde radio | zeci de metri la Wi-Fi, câțiva metri la Bluetooth, kilometri la rețelele mobile | mai mică și variabilă | mobilitate, fără cabluri; semnalul slăbește prin pereți, este afectat de interferențe și trebuie protejat prin criptare |
După topologie
Topologia unei rețele este modul în care nodurile sunt conectate între ele. Ea determină traseul pe care circulă datele.
| Topologia | Cum sunt legate nodurile | Ce se întâmplă la o defecțiune |
|---|---|---|
| magistrală (bus) | toate nodurile sunt conectate la același cablu, iar datele transmise ajung la toate | o întrerupere a cablului comun oprește comunicarea în toată rețeaua |
| inel (ring) | fiecare nod este legat de doi vecini, iar legăturile formează un circuit închis prin care datele trec de la un nod la următorul | un nod sau o legătură defectă întrerupe circuitul |
| stea (star) | fiecare nod este legat printr-un cablu propriu la un echipament central, switch sau hub | cablul defect scoate din rețea numai nodul lui, dar defectarea echipamentului central oprește toată rețeaua |
| plasă (mesh) | fiecare nod este legat direct de mai multe noduri; în plasa completă, de toate celelalte | datele ocolesc legătura sau nodul defect pe alt drum, deci rețeaua continuă să funcționeze; numărul mare de legături o face costisitoare |
Rețelele locale de astăzi folosesc topologia stea. Topologia plasă se folosește între routerele
Internetului, unde contează drumurile alternative, și în sistemele Wi-Fi mesh pentru locuințe, în
care mai multe puncte de acces se leagă între ele fără fir. Rețelele mari combină mai multe
topologii. Într-o plasă completă cu n noduri există n(n − 1) / 2 legături: 6 legături pentru 4
noduri, 45 pentru 10 noduri.
Echipamentele de rețea
| Echipamentul | Rolul |
|---|---|
| placa de rețea | componenta care conectează calculatorul la rețea, prin cablu sau fără fir; fiecare placă are o adresă fizică unică, adresa MAC |
| switch-ul | leagă între ele dispozitivele aceleiași rețele locale și trimite datele numai către dispozitivul destinatar, pe baza adresei MAC |
| hub-ul | leagă dispozitivele unei rețele locale, dar retransmite datele primite către toate dispozitivele conectate |
| repetorul | amplifică semnalul, pentru a mări distanța pe care se poate transmite |
| punctul de acces (access point) | leagă dispozitivele fără fir de rețeaua locală cu fir; transmite și primește unde radio Wi-Fi |
| routerul | leagă două sau mai multe rețele diferite, de exemplu rețeaua locală și Internetul, și alege drumul pe care sunt trimise datele, pe baza adresei IP |
| modemul | transformă semnalul digital al calculatorului în semnalul transmis pe linia de comunicație (modulare) și invers (demodulare); numele vine de la MOdulator-DEModulator |
Routerele, switch-urile, punctele de acces și modemurile sunt dispozitive active de rețea: sunt alimentate și prelucrează semnalul sau datele. Cablurile, conectorii și prizele de rețea sunt elemente pasive. Routerele folosite acasă reunesc de obicei, în același aparat, un router, un switch cu câteva porturi, un punct de acces Wi-Fi și, uneori, un modem. Conexiunea la Internet o asigură un ISP (Internet Service Provider), adică un furnizor de servicii Internet.
Protocoalele de rețea
Noțiunea de protocol
Un protocol de rețea este un set de reguli care stabilesc modul în care comunică dispozitivele dintr-o rețea: cum se transmit datele, cum se verifică sosirea lor la destinație, ce dimensiune maximă au pachetele de date, cu ce viteză se transmit și cum se tratează erorile. Două dispozitive comunică numai dacă folosesc același protocol.
Modelul TCP/IP
Protocoalele unei rețele nu lucrează fiecare separat, ci sunt organizate pe niveluri, așezate unul peste altul, într-o stivă de protocoale. Fiecare nivel îndeplinește un grup de funcții, folosește serviciile nivelului de sub el și oferă servicii nivelului de deasupra. Pe două calculatoare care comunică, nivelurile de același rang folosesc același protocol, dar datele trec efectiv numai în jos, pe calculatorul expeditor, prin mediul de transmisie, și în sus, pe calculatorul destinatar.
Organizarea pe niveluri permite schimbarea unui nivel fără modificarea celorlalte. De exemplu, un browser trimite o pagină web la fel, indiferent dacă laptopul este conectat prin cablu Ethernet sau prin Wi-Fi: se schimbă numai nivelul de jos.
Rețeaua Internet folosește modelul TCP/IP, numit și modelul de referință al Internetului, cu patru niveluri. Numele vine de la cele două protocoale principale, TCP și IP.
Nivelul 4: aplicație
Nivelul aplicație conține protocoalele pe care le folosesc direct programele utilizatorului: browserul, clientul de e-mail, programul de transfer de fișiere. Protocolul fiecărui serviciu stabilește ce cereri trimite clientul și ce răspunsuri dă serverul. Datele de la acest nivel se numesc mesaje.
| Protocolul | Denumirea | Rolul |
|---|---|---|
| HTTP | HyperText Transfer Protocol | transferul paginilor web între serverul web și browser |
| HTTPS | HyperText Transfer Protocol Secure | varianta criptată a protocolului HTTP |
| FTP | File Transfer Protocol | transferul fișierelor între client și server |
| SMTP | Simple Mail Transfer Protocol | trimiterea mesajelor de poștă electronică |
| POP3 | Post Office Protocol | descărcarea mesajelor de pe serverul de e-mail pe calculatorul utilizatorului |
| IMAP | Internet Message Access Protocol | citirea mesajelor direct pe serverul de e-mail, fără descărcarea lor |
| DNS | Domain Name System | transformarea numelor de domeniu în adrese IP |
Serviciile de Internet care folosesc aceste protocoale sunt tratate în lecția Rețeaua Internet. Servicii și aplicații.
Nivelul 3: transport
Nivelul transport asigură comunicarea de la un capăt la altul, între programul de pe calculatorul expeditor și programul de pe calculatorul destinatar. Routerele de pe traseu nu prelucrează acest nivel. Datele primite de la aplicație sunt împărțite în segmente.
Pe un calculator funcționează simultan mai multe programe care folosesc rețeaua. Nivelul transport le deosebește prin numărul de port, un număr întreg pe 16 biți. O aplicație este identificată în rețea prin adresa IP a calculatorului, protocolul de transport și numărul de port. Serverele folosesc porturi fixe, cunoscute, mai mici decât 1024, iar clienții primesc de la sistemul de operare porturi temporare.
| Portul | Protocolul | Serviciul |
|---|---|---|
| 20, 21 | FTP | transferul fișierelor |
| 22 | SSH | conectarea la distanță, securizată |
| 25 | SMTP | trimiterea e-mailului |
| 53 | DNS | traducerea numelor de domeniu |
| 80 | HTTP | pagini web |
| 110 | POP3 | descărcarea e-mailului |
| 143 | IMAP | accesul la e-mail pe server |
| 443 | HTTPS | pagini web securizate |
Nivelul are două protocoale: TCP, care oferă transport sigur, și UDP, care oferă transport rapid, fără garanții. Amândouă sunt descrise mai jos.
Nivelul 2: Internet
Nivelul Internet, numit și nivelul rețea, transmite datele de la calculatorul sursă la calculatorul destinație, prin mai multe rețele legate între ele. Protocolul lui este IP (Internet Protocol). Segmentele primite de la nivelul transport sunt puse în pachete, iar fiecare pachet are un antet cu adresa IP a sursei și adresa IP a destinației.
- Adresarea. Fiecare dispozitiv are o adresă IP, care îl identifică în rețea.
- Rutarea. Fiecare router citește adresa destinației din pachet și îl trimite mai departe, pe legătura care îl apropie de destinație, după tabela lui de rutare. Pachetele aceluiași mesaj pot urma drumuri diferite.
- Transmiterea fără garanții. IP nu verifică dacă pachetul a ajuns: pachetele se pot pierde, se pot dubla sau pot sosi în altă ordine. Corectarea acestor situații este sarcina protocolului TCP.
- Durata de viață. Antetul are câmpul TTL (Time To Live), micșorat cu 1 de fiecare router; pachetul care ajunge la 0 este eliminat, astfel încât un pachet rătăcit nu circulă la nesfârșit.
| Versiunea | Lungimea adresei | Scrierea | Exemplu |
|---|---|---|---|
| IPv4 | 32 de biți | patru numere zecimale, fiecare între 0 și 255, cu punct între ele | 192.168.1.10 |
| IPv6 | 128 de biți | opt grupuri de câte patru cifre hexazecimale, separate prin două puncte | 2001:0db8:0a0b:12f0:0000:0000:0000:0001 |
Versiunea IPv6 a apărut fiindcă numărul adreselor IPv4, de aproximativ 4,3 miliarde, nu mai ajunge pentru toate dispozitivele conectate.
Nivelul 1: acces la rețea
Nivelul acces la rețea, numit și nivelul gazdă-rețea, transmite datele pe o singură legătură fizică, între două dispozitive vecine: calculator și switch, switch și router. Pachetul IP este pus într-un cadru, cu antetul care conține adresele MAC ale plăcilor de rețea și cu o încheiere folosită pentru detectarea erorilor de transmisie. Cadrul este transmis apoi ca biți, sub formă de semnale electrice pe cablu, de impulsuri de lumină prin fibra optică sau de unde radio.
Protocoalele nivelului depind de mediul de transmisie: Ethernet pentru rețelele locale cu cablu și Wi-Fi (standardul 802.11) pentru rețelele fără fir. Placa de rețea și switch-ul lucrează la acest nivel; routerul lucrează la nivelul Internet.
Încapsularea datelor
Pe calculatorul expeditor, datele coboară prin niveluri, iar fiecare nivel adaugă în fața lor antetul propriu, cu informațiile de care are nevoie: portul la transport, adresele IP la Internet, adresele MAC la acces la rețea. Operația se numește încapsulare.
Pe calculatorul destinatar, datele urcă prin niveluri în ordine inversă. Fiecare nivel citește și înlătură antetul lui, apoi predă restul nivelului de deasupra: nivelul acces la rețea verifică cadrul, nivelul Internet verifică adresa IP a destinației, iar nivelul transport citește numărul de port și predă datele aplicației căreia îi sunt destinate. Un router despachetează cadrul numai până la nivelul Internet, citește adresa IP și reîmpachetează pachetul într-un cadru nou, pentru legătura următoare.
Protocolul TCP
TCP (Transmission Control Protocol, protocolul de control al transmisiei) este protocolul de transport folosit de web, poșta electronică și transferul de fișiere. Caracteristicile lui sunt:
- orientat pe conexiune — înainte de transmiterea datelor, cele două calculatoare stabilesc o conexiune, iar după transmitere o închid;
- sigur (fiabil) — datele ajung complete, o singură dată și în ordinea în care au fost trimise;
- flux de octeți — aplicația trimite oricâte date, iar TCP le împarte singur în segmente;
- bidirecțional — pe aceeași conexiune, datele circulă în ambele sensuri;
- cu control al fluxului și al congestiei — viteza de transmitere se adaptează la receptor și la încărcarea rețelei.
Stabilirea conexiunii
Conexiunea TCP se stabilește prin înțelegerea în trei pași (three-way handshake). Fiecare parte alege un număr de secvență inițial, de la care va număra octeții trimiși.
- Clientul trimite un segment SYN (de la synchronize), cu numărul lui de secvență inițial,
x: cere deschiderea conexiunii. - Serverul răspunde cu un segment SYN + ACK: își trimite numărul lui de secvență inițial,
y, și confirmă cererea clientului cu numărulx + 1(de la acknowledgement, confirmare). - Clientul trimite un segment ACK, cu confirmarea
y + 1. Conexiunea este stabilită, iar transferul datelor începe.
Dacă un segment SYN nu primește confirmare într-un anumit timp, este trimis din nou.
Transferul sigur al datelor
- Numerotarea octeților. Fiecare segment are numărul de secvență al primului octet pe care îl conține. Destinatarul folosește aceste numere ca să așeze segmentele în ordine și să elimine segmentele primite de două ori.
- Confirmarea. Destinatarul trimite segmente ACK, al căror număr de confirmare este numărul următorului octet așteptat. Astfel expeditorul află ce date au ajuns.
- Retransmiterea. Pentru fiecare segment trimis, expeditorul pornește un cronometru. Dacă confirmarea nu sosește până la expirarea timpului (timeout), segmentul este considerat pierdut și se trimite din nou.
- Verificarea erorilor. Antetul segmentului conține o sumă de control, calculată din conținut; un segment deteriorat pe traseu este recunoscut și retransmis.
- Controlul fluxului. Destinatarul anunță în fiecare confirmare câți octeți mai poate primi, mărimea ferestrei. Expeditorul trimite mai multe segmente fără să aștepte confirmarea fiecăruia, dar numai în limita ferestrei, care avansează pe măsură ce sosesc confirmările (fereastra glisantă).
- Controlul congestiei. Când segmentele încep să se piardă, TCP consideră rețeaua aglomerată și micșorează ritmul de transmitere, apoi îl crește treptat.
Închiderea conexiunii
Fiecare sens al conexiunii se închide separat. Partea care termină trimite un segment FIN (de la finish), iar cealaltă îl confirmă cu ACK. Apoi a doua parte, după ce își termină datele, trimite la rândul ei FIN, confirmat cu ACK de prima. Segmentele FIN neconfirmate se retransmit.
TCP și UDP
UDP (User Datagram Protocol) este celălalt protocol al nivelului transport. El trimite fiecare mesaj ca o datagramă independentă, fără conexiune, fără confirmări și fără retransmitere.
| Criteriul | TCP | UDP |
|---|---|---|
| conexiunea | stabilită înainte de transfer și închisă la sfârșit | nu există; fiecare datagramă se trimite separat |
| siguranța | datele ajung complete, o singură dată și în ordine | datagramele se pot pierde, dubla sau sosi în altă ordine |
| lungimea datelor | oricât, împărțită automat în segmente | mesaje de dimensiune limitată |
| viteza | mai mică, din cauza confirmărilor și a retransmiterilor | mai mare, antetul este mic și nu se așteaptă confirmări |
| adaptarea la rețea | control al fluxului și al congestiei | trimite indiferent de starea rețelei și a destinatarului |
| folosit pentru | pagini web (HTTP, HTTPS), e-mail (SMTP, POP3, IMAP), transfer de fișiere (FTP) | interogări DNS, transmisii audio și video în timp real, jocuri online |
La un apel video, o secvență de sunet pierdută și retransmisă ar sosi prea târziu ca să mai fie redată, de aceea transmisiile în timp real folosesc UDP. La descărcarea unui fișier, un singur octet lipsă strică fișierul, de aceea transferul folosește TCP.
Modelul OSI
Pentru descrierea teoretică a rețelelor, Organizația Internațională de Standardizare (ISO) a definit modelul de referință OSI (Open Systems Interconnection), cu șapte niveluri. Modelul TCP/IP, folosit în practică, reunește unele dintre ele:
| Nivelul OSI | Rolul | Nivelul TCP/IP |
|---|---|---|
| 7. Aplicație | funcțiile de care are nevoie utilizatorul | Aplicație |
| 6. Prezentare | conversia între diferite reprezentări ale datelor | Aplicație |
| 5. Sesiune | administrarea dialogului dintre aplicații | Aplicație |
| 4. Transport | livrarea datelor de la un capăt la altul | Transport |
| 3. Rețea | trimiterea pachetelor prin mai multe legături | Internet |
| 2. Legătură de date | trimiterea cadrelor pe o legătură | Acces la rețea |
| 1. Fizic | trimiterea biților sub formă de semnale | Acces la rețea |
Adresarea IP
Structura adresei IPv4
Adresa IPv4 are 32 de biți, grupați în patru octeți; fiecare octet se scrie în zecimal:
192 .168 .10 .25
11000000 10101000 00001010 00011001
Adresa are două părți:
- porțiunea de rețea, numită și prefix, formată din primii biți ai adresei; ea este aceeași pentru toate dispozitivele din aceeași rețea;
- porțiunea de gazdă (host), formată din biții rămași, care deosebește dispozitivele din acea rețea.
Lungimea prefixului se scrie după adresă, cu o bară oblică: 192.168.10.25/24 înseamnă că primii 24
de biți sunt porțiunea de rețea, iar ultimii 8 porțiunea de gazdă. Aceeași informație se dă și prin
masca de rețea, un număr pe 32 de biți cu biți de 1 în dreptul prefixului și biți de 0 în dreptul
gazdei:
| Prefixul | Masca de rețea | Adrese de gazdă utilizabile |
|---|---|---|
/8 | 255.0.0.0 | 2²⁴ − 2 = 16.777.214 |
/16 | 255.255.0.0 | 2¹⁶ − 2 = 65.534 |
/24 | 255.255.255.0 | 2⁸ − 2 = 254 |
/25 | 255.255.255.128 | 2⁷ − 2 = 126 |
/30 | 255.255.255.252 | 2² − 2 = 2 |
Pentru rețeaua 192.168.10.0/24:
| Adresa | Rolul |
|---|---|
192.168.10.0 | adresa rețelei, cu toți biții de gazdă 0; nu se atribuie unui dispozitiv |
192.168.10.1 … 192.168.10.254 | adresele care se pot atribui dispozitivelor |
192.168.10.255 | adresa de difuzare (broadcast), cu toți biții de gazdă 1; un pachet trimis la ea ajunge la toate dispozitivele rețelei |
De aceea, dintr-o rețea cu k biți de gazdă se pot folosi 2ᵏ − 2 adrese. Două dispozitive
comunică direct numai dacă au același prefix; altfel, datele trec printr-un router.
Subrețelele
O rețea se poate împărți în subrețele, prin mărirea lungimii prefixului. Rețeaua
192.168.10.0/24 împărțită în două subrețele /25 dă:
| Subrețeaua | Adresele dispozitivelor | Adresa de difuzare | Folosire |
|---|---|---|---|
192.168.10.0/25 | 192.168.10.1 … 192.168.10.126 | 192.168.10.127 | laboratorul de informatică |
192.168.10.128/25 | 192.168.10.129 … 192.168.10.254 | 192.168.10.255 | secretariatul |
Subrețelele separă grupurile de dispozitive: mesajele de difuzare ale laboratorului nu ajung la secretariat, iar accesul dintre ele se poate controla la routerul care le leagă.
Adresele publice și adresele private
- Adresele publice sunt unice în întregul Internet și sunt alocate ierarhic: organizația IANA le împarte registrelor regionale (pentru Europa, inclusiv România, RIPE NCC), acestea furnizorilor de servicii Internet, iar furnizorii clienților.
- Adresele private se pot folosi liber în rețelele locale și nu sunt transmise pe Internet. Ele
aparțin blocurilor:
10.0.0.0/8;172.16.0.0/12;192.168.0.0/16.
Aceeași adresă privată, de exemplu 192.168.1.10, există în milioane de locuințe, fiecare în rețeaua
ei locală.
Translatarea adreselor (NAT)
Dispozitivele cu adrese private ies pe Internet prin NAT (Network Address Translation). Routerul are o adresă publică, primită de la furnizor. La fiecare pachet trimis din rețeaua locală spre Internet, el înlocuiește adresa privată a expeditorului cu adresa lui publică și notează conexiunea într-un tabel. Când sosește răspunsul, caută în tabel dispozitivul căruia îi aparține și îi transmite pachetul. Toate dispozitivele din locuință apar pe Internet cu aceeași adresă publică.
Poarta de acces
Poarta de acces (gateway, poarta implicită) este adresa routerului în rețeaua locală, de exemplu
192.168.10.1. Un dispozitiv trimite direct pachetele destinate adreselor din rețeaua lui, iar pe
toate celelalte le trimite porții de acces, care le dirijează mai departe.
Adrese statice și dinamice. Serviciul DHCP
- O adresă statică este scrisă manual în setările dispozitivului și nu se schimbă. Se folosește la dispozitivele pe care celelalte trebuie să le găsească mereu la aceeași adresă: routere, servere, imprimante de rețea.
- O adresă dinamică este primită automat, pentru o perioadă limitată, numită închiriere, de la un server DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Calculatoarele și telefoanele folosesc de obicei adrese dinamice.
Serverul DHCP, de obicei routerul, transmite dispozitivului adresa IP, masca de rețea, poarta de acces și adresa serverului DNS. Obținerea adresei are patru mesaje, transmise prin UDP:
- DISCOVER — dispozitivul, care nu are încă adresă, trimite o cerere de difuzare către toată rețeaua;
- OFFER — serverul DHCP propune o adresă liberă;
- REQUEST — dispozitivul cere adresa propusă;
- ACK — serverul confirmă închirierea.
Înainte de expirarea închirierii, dispozitivul o reînnoiește cu mesajele REQUEST și ACK.
Protocolul ICMP
ICMP (Internet Control Message Protocol) funcționează împreună cu IP și transmite mesaje de
eroare și de control. Când un router nu poate livra un pachet, de exemplu fiindcă destinația nu este
accesibilă sau câmpul TTL a ajuns la 0, el elimină pachetul și trimite expeditorului un mesaj ICMP.
Pe mesajele ICMP se bazează instrumentele de diagnosticare ping și traceroute.
Configurarea și diagnosticarea rețelei
Conectarea unui calculator la rețea
Prin cablu: cablul de rețea se conectează la portul plăcii de rețea și la un port al switch-ului sau al routerului. Ledul portului se aprinde când legătura este stabilită.
Fără fir: din lista rețelelor Wi-Fi disponibile se alege numele rețelei și se introduce parola.
Setările IP se stabilesc automat, prin DHCP, sau manual, prin completarea adresei IP, a măștii, a porții de acces și a serverului DNS:
- în Windows: Setări → Rețea și internet → Ethernet (sau Wi-Fi) → Atribuire IP → Editare, cu opțiunea Automat (DHCP) sau Manual;
- în Ubuntu: Setări → Rețea, butonul cu rotiță al conexiunii → fila IPv4, cu opțiunea Automat (DHCP) sau Manual.
Conectarea la o rețea nouă stabilește și profilul ei: într-o rețea publică, sistemul de operare ascunde calculatorul față de celelalte dispozitive și nu partajează fișiere; profilul privat se alege numai pentru rețelele de încredere, de acasă sau de la școală.
Configurarea unui router Wi-Fi
Routerul se configurează dintr-o interfață web, deschisă în browser la adresa lui locală, de obicei
192.168.0.1 sau 192.168.1.1, scrisă pe eticheta aparatului, ori din aplicația producătorului.
| Setarea | Ce se stabilește |
|---|---|
| parola de administrare | se înlocuiește parola implicită din fabrică, pe care o poate afla oricine |
| numele rețelei (SSID) | numele afișat în lista rețelelor Wi-Fi; nu conține date personale |
| securitatea | WPA3-Personal sau, dacă dispozitivele nu o acceptă, WPA2-Personal cu criptare AES; niciodată rețea deschisă sau WEP, care se sparge ușor |
| parola rețelei Wi-Fi | cel puțin 12 caractere, cu litere, cifre și simboluri |
| banda de frecvență | 2,4 GHz — rază mai mare, viteză mai mică, mai multe interferențe; 5 GHz — viteză mai mare, rază mai mică |
| canalul | canalul mai puțin aglomerat; în banda de 2,4 GHz, canalele 1, 6 și 11 nu se suprapun |
| rețeaua pentru oaspeți | rețea Wi-Fi separată, cu acces la Internet, dar fără acces la dispozitivele din rețeaua principală |
| WPS | se dezactivează, fiindcă permite conectarea fără parolă, prin apăsarea unui buton sau printr-un cod scurt |
| serverul DHCP | intervalul de adrese distribuite automat, de exemplu 192.168.1.100 … 192.168.1.200 |
| actualizarea firmware-ului | se instalează versiunile noi, care corectează vulnerabilitățile |
Ascunderea numelui rețelei nu este o măsură de securitate: rețeaua rămâne detectabilă cu programe simple, iar protecția o dă numai criptarea cu o parolă puternică.
Firewall-ul
Firewall-ul (paravanul de protecție) filtrează conexiunile după reguli: permite traficul cerut de aplicațiile autorizate și blochează conexiunile nesolicitate din exterior. Există firewall în sistemul de operare, pentru calculatorul respectiv, și în router, pentru întreaga rețea locală. Configurarea lui și celelalte măsuri de protecție sunt tratate în lecția Securitatea datelor. Viruși informatici.
Instrumentele de diagnosticare
Comenzile se scriu în Command Prompt în Windows, respectiv în Terminal în Ubuntu.
| Windows | Linux | Ce face |
|---|---|---|
ipconfig, ipconfig /all | ip addr (vechea comandă ifconfig) | afișează adresa IP, masca, poarta de acces, adresa MAC și serverele DNS ale fiecărei plăci de rețea |
ipconfig /release, ipconfig /renew | nmcli connection down nume, nmcli connection up nume | eliberează adresa primită prin DHCP, respectiv cere una nouă |
ping adresă | ping -c 4 adresă | trimite pachete ICMP de ecou și afișează dacă au primit răspuns și în cât timp |
tracert adresă | traceroute adresă | afișează routerele prin care trec pachetele până la destinație |
nslookup nume | nslookup nume | afișează adresa IP corespunzătoare unui nume de domeniu, obținută de la serverul DNS |
netstat -an | ss -tuna | afișează conexiunile active și porturile pe care calculatorul așteaptă conexiuni |
Comanda ping trimite câteva pachete de ecou (Echo Request), iar destinația răspunde (Echo
Reply):
C:\> ping 192.168.1.1
Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time=2ms TTL=64
Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time=1ms TTL=64
Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time=1ms TTL=64
Reply from 192.168.1.1: bytes=32 time=2ms TTL=64
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss)
timeeste timpul dus-întors al pachetului, în milisecunde; valori mari arată o legătură lentă;Lostarată pachetele pierdute; pierderile dese arată o legătură instabilă;Request timed outsauDestination host unreachablearată că destinația nu răspunde sau nu se poate ajunge la ea. Unele servere blochează intenționat ICMP, deci lipsa răspunsului nu înseamnă întotdeauna că serverul este oprit.
Comanda tracert trimite pachete cu TTL egal cu 1, apoi 2, 3 și așa mai departe. Fiecare router
care micșorează TTL la 0 trimite înapoi un mesaj ICMP, deci se află, pe rând, routerele de pe drum și
timpul până la fiecare. Rândul la care răspunsurile se opresc arată locul în care se întrerupe
legătura.
Diagnosticarea unei probleme de conectare
Căutarea cauzei pornește de la calculator spre Internet, nivel cu nivel:
- Legătura fizică: cablul este conectat și ledul portului luminează, sau calculatorul este conectat la rețeaua Wi-Fi potrivită.
- Adresa IP:
ipconfigarată o adresă din rețeaua locală. O adresă de forma169.254.x.xînseamnă că dispozitivul nu a primit adresă de la serverul DHCP; se încearcăipconfig /renewși se verifică routerul. - Poarta de acces:
pingla adresa routerului. Fără răspuns, problema este în rețeaua locală. - Internetul:
ping 8.8.8.8, o adresă publică cunoscută. Fără răspuns, problema este la router sau la furnizor. - DNS:
ping www.edu.ro. Dacă adresa numerică răspunde, dar numele nu este găsit, problema este la serverul DNS; se verifică cunslookupși se schimbă serverul DNS. - Traseul:
tracertarată routerul după care pachetele nu mai ajung.
Simularea rețelelor
Rețelele se pot proiecta și testa fără echipamente reale, în simulatoare precum Cisco Packet
Tracer sau NetSim. În simulator se așază calculatoare, switch-uri, routere și puncte de acces, se
leagă prin cabluri sau fără fir, se configurează adresele și routerele wireless, iar conectivitatea
se verifică cu ping și tracert din consola fiecărui calculator.
Planul de adrese al unei rețele de laborator
Laboratorul are 24 de calculatoare, un calculator pentru profesor, o imprimantă de rețea și un punct
de acces Wi-Fi, legate la un switch, iar switch-ul la routerul școlii. Rețeaua folosește prefixul
192.168.20.0/24:
| Dispozitivul | Adresa | Tipul adresei |
|---|---|---|
| routerul (poarta de acces) | 192.168.20.1 | statică |
| calculatorul profesorului | 192.168.20.2 | statică |
| imprimanta de rețea | 192.168.20.3 | statică |
| punctul de acces Wi-Fi | 192.168.20.4 | statică |
| calculatoarele elevilor și dispozitivele conectate prin Wi-Fi | 192.168.20.100 … 192.168.20.199 | dinamice, prin DHCP |
Pentru toate dispozitivele: masca 255.255.255.0, poarta de acces 192.168.20.1, serverul DNS
furnizat de router. Adresele statice se aleg în afara intervalului DHCP, ca serverul să nu le atribuie
altor dispozitive.
Apariții la examen
| Examen | Varianta | Subiectul | Tema |
|---|---|---|---|
| Titularizare 2003 | 1, informatică de gestiune | itemii 23–24 | itemi cu alegere multiplă: stația de lucru, topologia unei rețele |
| Titularizare 2018 | 3 | I.2 | securitatea și protecția sistemelor de calcul, cu rețelele de calculatoare la noțiunile preliminare |
| Definitivat 2020 | 3 | II | la metodică: tipuri de rețele (LAN, MAN, WAN, Internet), partajarea resurselor, comunicații în rețea |
| Titularizare 2022 | 3 | I.2 | concepte de bază privind rețelele de calculatoare |
| Definitivat 2025 | 2 | I.2 | virușii informatici și programele antivirus, cu rețelele de calculatoare la noțiunile preliminare |
Arhiva are, de obicei, o singură variantă pentru fiecare an, deci celelalte variante ale acelorași ani pot conține alte teme.
Materialul acesta se citește pe educamp.ro și nu se tipărește.
Surse
- Neagul, M., „Rețele de calculatoare”, suport de curs, Facultatea de Matematică și Informatică, Universitatea de Vest din Timișoara, 2019
- Drăgoi, D. D., Schnakovszky, C., Raveica, I. C., Ganea, B.-I., „Utilizarea calculatoarelor. Note de curs și aplicații”, Universitatea din Bacău, 2007
- Pintea, R., Bălașa, F., „Informatică și TIC. Manual pentru clasa a V-a”, Editura Didactică și Pedagogică, București, 2022
- Niță, A., Popescu, C., Chirilă, D. N., Niță, M., „Informatică și TIC. Manual pentru clasa a V-a”, Editura Corint Logistic, București, 2022
- Cosman, C. D., Coriteac, M. E., Opriță, P.-S., Merlan, D. N., Ungureanu, F., Stoian, A., Curta, I. V., „Informatică și TIC. Manual pentru clasa a V-a”, Editura Sigma, București, 2022
- Popa, D., „Informatică și TIC. Manual pentru clasa a V-a”, Editura Intuitext, București, 2022
- Programa școlară pentru disciplina Tehnologia informației și a comunicațiilor, clasa a XII-a, trunchi comun, 2026
- Programa școlară pentru disciplina Informatică și TIC, clasele a V-a – a VIII-a, OMEN 3393/2017
- Repere metodologice pentru aplicarea curriculumului la clasa a IX-a, Tehnologia informației și a comunicațiilor, 2021
- Programa pentru examenul de definitivare în învățământ, disciplina Informatică, cap. 10 „Rețele de calculatoare”
- Programa pentru concursul de ocupare a posturilor didactice, disciplina Informatică, cap. 10 „Rețele de calculatoare”
- Subiecte și bareme publicate, Definitivat și Titularizare, informatică, 2003–2026