Sari la conținut
EduCamp

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.

✓ GRATUIT

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:

FuncțiaCe asigură
partajarea fișierelorstocarea, transferul, actualizarea și arhivarea fișierelor pe un calculator comun
partajarea echipamentelorfolosirea în comun a imprimantelor, scanerelor, unităților de stocare
comunicareapoșta electronică, mesageria, apelurile audio și video
rularea aplicațiilor în regim partajatmai mulți utilizatori lucrează simultan cu aceeași aplicație
accesul la baze de dateaplicațiile de tip client-server citesc și modifică date păstrate pe server
accesul la Interneto 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

TipulDenumireaAria de acoperireExemplu
PANPersonal Area Network, rețea personalăcâțiva metri, în jurul unei persoanetelefonul conectat prin Bluetooth la căști și la laptop
LANLocal Area Network, rețea localăo încăpere, o clădire sau un grup de clădiri apropiaterețeaua laboratorului de informatică
MANMetropolitan Area Network, rețea metropolitanăun oraș sau o zonă urbanărețeaua care leagă școlile unui oraș
WANWide Area Network, rețea de arie largăorașe, țări, continenterețeaua 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

CriteriulRețea peer-to-peer (de la egal la egal)Rețea client-server
rolul nodurilororice calculator poate fi, pe rând, server și clientserverele oferă servicii, celelalte calculatoare sunt clienți
datele despre conturipăstrate pe fiecare calculatorpăstrate centralizat, pe server
administrareafiecare utilizator își administrează calculatorulun administrator gestionează rețeaua
securitatearedusă, fiindcă accesul se stabilește separat pe fiecare calculatorridicată, fiindcă drepturile se stabilesc pe server
potrivită pentrurețele mici, de câteva calculatoarerețele cu mulți utilizatori

După mediul de transmisie

MediulCum transmiteDistanțaVitezaAvantaje și dezavantaje
cablu UTP (Unshielded Twisted Pair, torsadat neecranat)semnale electrice prin opt fire de cupru, răsucite două câte douăpână la 100 m pe segmentpână 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 metalicpână la 100 m pe segmentca UTPprotejat de interferențe, potrivit lângă motoare și cabluri electrice; mai scump și mai rigid
cablu coaxialsemnale electrice printr-un conductor central înconjurat de o tresă metalicăsute de metrimediefolosit la rețelele de cablu TV; înlocuit în rețelele locale de cablul torsadat
fibră opticăimpulsuri de lumină printr-un fir de sticlă sau de plastickilometri sau zeci de kilometrifoarte mare, zeci de Gbps și pestenu este afectată de interferențe și greu de interceptat; mai scumpă, cere echipamente speciale
fără fir (wireless): Wi-Fi, Bluetooth, rețele mobile, satelitunde radiozeci de metri la Wi-Fi, câțiva metri la Bluetooth, kilometri la rețelele mobilemai mică și variabilămobilitate, 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 magistrală: patru calculatoare legate la același cablu comun 1 2 3 4
Magistrală: un cablu comun.
Topologia inel: patru calculatoare, fiecare legat de doi vecini, formând un circuit închis 1 2 3 4
Inel: fiecare nod are doi vecini.
Topologia stea: patru calculatoare legate fiecare la un switch central, notat S S 1 2 3 4
Stea: legături la un switch central.
Topologia plasă completă: patru noduri, fiecare legat direct de toate celelalte 1 2 3 4
Plasă: fiecare nod legat de celelalte.
TopologiaCum sunt legate nodurileCe se întâmplă la o defecțiune
magistrală (bus)toate nodurile sunt conectate la același cablu, iar datele transmise ajung la toateo 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 următorulun nod sau o legătură defectă întrerupe circuitul
stea (star)fiecare nod este legat printr-un cablu propriu la un echipament central, switch sau hubcablul 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 celelaltedatele 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

EchipamentulRolul
placa de rețeacomponenta care conectează calculatorul la rețea, prin cablu sau fără fir; fiecare placă are o adresă fizică unică, adresa MAC
switch-ulleagă între ele dispozitivele aceleiași rețele locale și trimite datele numai către dispozitivul destinatar, pe baza adresei MAC
hub-ulleagă dispozitivele unei rețele locale, dar retransmite datele primite către toate dispozitivele conectate
repetorulamplifică 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
routerulleagă două sau mai multe rețele diferite, de exemplu rețeaua locală și Internetul, și alege drumul pe care sunt trimise datele, pe baza adresei IP
modemultransformă 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.

Cele patru niveluri ale modelului TCP/IP, de sus în jos: aplicație, cu protocoalele HTTP, SMTP, POP3, IMAP, FTP, DNS și unitatea de date mesaj; transport, cu TCP și UDP și unitatea segment; Internet, cu IP și unitatea pachet; acces la rețea, cu Ethernet și Wi-Fi și unitatea cadru Unitatea de date Nivelul Protocoale mesaj segment pachet cadru, biți 4. Aplicație 3. Transport 2. Internet 1. Acces la rețea HTTP, SMTP, POP3, IMAP, FTP, DNS TCP, UDP IP (IPv4, IPv6) Ethernet, Wi-Fi
Nivelurile modelului TCP/IP, cu protocoalele lor și numele datelor la fiecare nivel.

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.

ProtocolulDenumireaRolul
HTTPHyperText Transfer Protocoltransferul paginilor web între serverul web și browser
HTTPSHyperText Transfer Protocol Securevarianta criptată a protocolului HTTP
FTPFile Transfer Protocoltransferul fișierelor între client și server
SMTPSimple Mail Transfer Protocoltrimiterea mesajelor de poștă electronică
POP3Post Office Protocoldescărcarea mesajelor de pe serverul de e-mail pe calculatorul utilizatorului
IMAPInternet Message Access Protocolcitirea mesajelor direct pe serverul de e-mail, fără descărcarea lor
DNSDomain Name Systemtransformarea 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.

PortulProtocolulServiciul
20, 21FTPtransferul fișierelor
22SSHconectarea la distanță, securizată
25SMTPtrimiterea e-mailului
53DNStraducerea numelor de domeniu
80HTTPpagini web
110POP3descărcarea e-mailului
143IMAPaccesul la e-mail pe server
443HTTPSpagini 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.
VersiuneaLungimea adreseiScriereaExemplu
IPv432 de bițipatru numere zecimale, fiecare între 0 și 255, cu punct între ele192.168.1.10
IPv6128 de bițiopt grupuri de câte patru cifre hexazecimale, separate prin două puncte2001:0db8:0a0b: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.

Încapsularea unui mesaj HTTP: la nivelul transport i se adaugă antetul TCP, la nivelul Internet antetul IP, la nivelul acces la rețea antetul și încheierea cadrului Aplicație Transport Internet Acces la rețea Date (mesaj HTTP) Antet TCP Date Antet IP Antet TCP Date Antet cadru Antet IP Antet TCP Date Încheiere
Fiecare nivel adaugă antetul lui în fața datelor primite de la nivelul de deasupra.

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.

Înțelegerea în trei pași: clientul trimite SYN cu numărul de secvență x; serverul răspunde cu SYN și ACK, cu numărul de secvență y și confirmarea x plus 1; clientul trimite ACK cu confirmarea y plus 1 Client Server 1. SYN (seq = x) 2. SYN + ACK (seq = y, ack = x + 1) 3. ACK (ack = y + 1)
Timpul curge de sus în jos; fiecare săgeată este un segment TCP.
  1. Clientul trimite un segment SYN (de la synchronize), cu numărul lui de secvență inițial, x: cere deschiderea conexiunii.
  2. Serverul răspunde cu un segment SYN + ACK: își trimite numărul lui de secvență inițial, y, și confirmă cererea clientului cu numărul x + 1 (de la acknowledgement, confirmare).
  3. 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.

CriteriulTCPUDP
conexiuneastabilită înainte de transfer și închisă la sfârșitnu există; fiecare datagramă se trimite separat
siguranțadatele ajung complete, o singură dată și în ordinedatagramele se pot pierde, dubla sau sosi în altă ordine
lungimea datelororicât, împărțită automat în segmentemesaje de dimensiune limitată
vitezamai mică, din cauza confirmărilor și a retransmiterilormai mare, antetul este mic și nu se așteaptă confirmări
adaptarea la rețeacontrol al fluxului și al congestieitrimite indiferent de starea rețelei și a destinatarului
folosit pentrupagini 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 OSIRolulNivelul TCP/IP
7. Aplicațiefuncțiile de care are nevoie utilizatorulAplicație
6. Prezentareconversia între diferite reprezentări ale datelorAplicație
5. Sesiuneadministrarea dialogului dintre aplicațiiAplicație
4. Transportlivrarea datelor de la un capăt la altulTransport
3. Rețeatrimiterea pachetelor prin mai multe legăturiInternet
2. Legătură de datetrimiterea cadrelor pe o legăturăAcces la rețea
1. Fizictrimiterea biților sub formă de semnaleAcces 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:

PrefixulMasca de rețeaAdrese de gazdă utilizabile
/8255.0.0.02²⁴ − 2 = 16.777.214
/16255.255.0.02¹⁶ − 2 = 65.534
/24255.255.255.02⁸ − 2 = 254
/25255.255.255.1282⁷ − 2 = 126
/30255.255.255.2522² − 2 = 2

Pentru rețeaua 192.168.10.0/24:

AdresaRolul
192.168.10.0adresa rețelei, cu toți biții de gazdă 0; nu se atribuie unui dispozitiv
192.168.10.1192.168.10.254adresele care se pot atribui dispozitivelor
192.168.10.255adresa 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:

SubrețeauaAdresele dispozitivelorAdresa de difuzareFolosire
192.168.10.0/25192.168.10.1192.168.10.126192.168.10.127laboratorul de informatică
192.168.10.128/25192.168.10.129192.168.10.254192.168.10.255secretariatul

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.

Rețeaua unei locuințe: laptopul 192.168.1.20 și telefonul 192.168.1.21, conectate prin Wi-Fi, și calculatorul 192.168.1.10, conectat prin cablu, sunt legate la routerul cu adresa locală 192.168.1.1; routerul are adresa publică 86.120.5.14, primită de la furnizor, și este legat la Internet Laptop Calculator Telefon Router Internet 192.168.1.20 (Wi-Fi) 192.168.1.10 (cablu) 192.168.1.21 (Wi-Fi) local: 192.168.1.1 public: 86.120.5.14 NAT
Adresele private din locuință ies pe Internet cu adresa publică a routerului.

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:

  1. DISCOVER — dispozitivul, care nu are încă adresă, trimite o cerere de difuzare către toată rețeaua;
  2. OFFER — serverul DHCP propune o adresă liberă;
  3. REQUEST — dispozitivul cere adresa propusă;
  4. 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.

SetareaCe se stabilește
parola de administrarese 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
securitateaWPA3-Personal sau, dacă dispozitivele nu o acceptă, WPA2-Personal cu criptare AES; niciodată rețea deschisă sau WEP, care se sparge ușor
parola rețelei Wi-Ficel puțin 12 caractere, cu litere, cifre și simboluri
banda de frecvență2,4 GHz — rază mai mare, viteză mai mică, mai multe interferențe; 5 GHz — viteză mai mare, rază mai mică
canalulcanalul mai puțin aglomerat; în banda de 2,4 GHz, canalele 1, 6 și 11 nu se suprapun
rețeaua pentru oaspețirețea Wi-Fi separată, cu acces la Internet, dar fără acces la dispozitivele din rețeaua principală
WPSse dezactivează, fiindcă permite conectarea fără parolă, prin apăsarea unui buton sau printr-un cod scurt
serverul DHCPintervalul de adrese distribuite automat, de exemplu 192.168.1.100192.168.1.200
actualizarea firmware-uluise 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.

WindowsLinuxCe face
ipconfig, ipconfig /allip addr (vechea comandă ifconfig)afișează adresa IP, masca, poarta de acces, adresa MAC și serverele DNS ale fiecărei plăci de rețea
ipconfig /release, ipconfig /renewnmcli connection down nume, nmcli connection up numeeliberează adresa primită prin DHCP, respectiv cere una nouă
ping adresăping -c 4 adresătrimite pachete ICMP de ecou și afișează dacă au primit răspuns și în cât timp
tracert adresătraceroute adresăafișează routerele prin care trec pachetele până la destinație
nslookup numenslookup numeafișează adresa IP corespunzătoare unui nume de domeniu, obținută de la serverul DNS
netstat -anss -tunaafișează 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)
  • time este timpul dus-întors al pachetului, în milisecunde; valori mari arată o legătură lentă;
  • Lost arată pachetele pierdute; pierderile dese arată o legătură instabilă;
  • Request timed out sau Destination host unreachable arată 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:

  1. Legătura fizică: cablul este conectat și ledul portului luminează, sau calculatorul este conectat la rețeaua Wi-Fi potrivită.
  2. Adresa IP: ipconfig arată o adresă din rețeaua locală. O adresă de forma 169.254.x.x înseamnă că dispozitivul nu a primit adresă de la serverul DHCP; se încearcă ipconfig /renew și se verifică routerul.
  3. Poarta de acces: ping la adresa routerului. Fără răspuns, problema este în rețeaua locală.
  4. Internetul: ping 8.8.8.8, o adresă publică cunoscută. Fără răspuns, problema este la router sau la furnizor.
  5. DNS: ping www.edu.ro. Dacă adresa numerică răspunde, dar numele nu este găsit, problema este la serverul DNS; se verifică cu nslookup și se schimbă serverul DNS.
  6. Traseul: tracert arată 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:

DispozitivulAdresaTipul adresei
routerul (poarta de acces)192.168.20.1statică
calculatorul profesorului192.168.20.2statică
imprimanta de rețea192.168.20.3statică
punctul de acces Wi-Fi192.168.20.4statică
calculatoarele elevilor și dispozitivele conectate prin Wi-Fi192.168.20.100192.168.20.199dinamice, 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

ExamenVariantaSubiectulTema
Titularizare 20031, informatică de gestiuneitemii 23–24itemi cu alegere multiplă: stația de lucru, topologia unei rețele
Titularizare 20183I.2securitatea și protecția sistemelor de calcul, cu rețelele de calculatoare la noțiunile preliminare
Definitivat 20203IIla metodică: tipuri de rețele (LAN, MAN, WAN, Internet), partajarea resurselor, comunicații în rețea
Titularizare 20223I.2concepte de bază privind rețelele de calculatoare
Definitivat 20252I.2virușii 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
Actualizat: 13 septembrie 2026