Лекція 3: Мережі та Комунікації

Частина 1: Основи Мереж та Їх Типи

Вступ до мережевих технологій
Топології мереж: зірка, лінійна, кільце
Локальні мережі (LAN) та глобальні мережі (WAN)
Бездротові мережі та їх використання

Частина 2: Мережеве Обладнання

Мережеві пристрої: комутатори, маршрутизатори, міжмережеві екрани
Пошук та ідентифікація пристроїв у мережі
IP-адресація та підмережі
DNS (Domain Name System) та його роль у роботі мережі

Частина 3: Протоколи та Комунікаційні Прошарки

Огляд основних мережевих протоколів (TCP/IP, HTTP, FTP, SMTP)
Основи TCP/IP-стеку
Комунікаційні прошарки та їх роль в передачі даних
Мережевий стек OSI (Open Systems Interconnection)

Частина 4: Безпека та Захист Мереж

Основи безпеки мережі: фізична та логічна безпека
Виявлення та запобігання загрозам у мережах
Фаєрволи та їх роль в захисті мережі
VPN (Virtual Private Network) для забезпечення безпеки комунікацій

Частина 5: Проблеми та Відладка Мереж

Виявлення та діагностика неполадок в мережі
Інструменти для аналізу мережевого трафіку
Розв’язання поширених проблем з підключенням до мережі
Стратегії резервного копіювання та відновлення мережевих налаштувань

Частина 6: Тренди у Мережах та Майбутнє

Швидкісні та пропускні здатності мереж
IoT (Internet of Things) та його вплив на мережі
5G та майбутнє мобільних мереж
Основи віртуальних мереж та SDN (Software-Defined Networking)

Частина 7: Практичні Вправи та Завдання

Параметризація мережевого обладнання
Налаштування файерволу та VPN
Відладка мережевих проблем
Проектування та розгортання місцевої мережі

Частина 1: Основи Мереж та Їх Типи

Вступ до мережевих технологій

Мережі є фундаментальною складовою сучасного світу Інформаційних Технологій (ІТ). Вони дозволяють різним пристроям спілкуватися і обмінюватися даними. У цій частині лекції ми розглянемо основи мереж та їхній вплив на сучасний світ.

Мережі — це система з’єднаних пристроїв, які обмінюються інформацією. Вони можуть бути дротовими або бездротовими і використовують різні технології для забезпечення зв’язку. Мережі є ключовою складовою ІТ, і вони використовуються в усіх сферах, від підприємств до особистих пристроїв.

Топології мереж: зірка, лінійна, кільце

Топологія мережі визначає, як пристрої підключені один до одного. Існують різні типи топологій, і кожна має свої переваги та недоліки. Однією з поширених топологій є топологія «зірка», де всі пристрої підключені до центрального вузла. Це дозволяє легко додавати або видаляти пристрої в мережі. Іншою топологією є «лінійна», де пристрої підключені один до одного у лінійку. Також існують топології «кільце», «дерево» та інші, кожна з яких відповідає конкретним потребам мережі.

Локальні мережі (LAN) та глобальні мережі (WAN)

Мережі можна класифікувати за їхнім масштабом. Локальні мережі (LAN) зазвичай обмежені однією фізичною локацією, такою як офіс, будинок або навіть одна кімната. Глобальні мережі (WAN), натомість, охоплюють великі відстані і можуть об’єднувати міста, країни та навіть континенти. Найбільшою і найвідомішою глобальною мережею є Інтернет, яка об’єднує мільйони пристроїв по всьому світу.

Бездротові мережі та їх використання

Бездротові мережі стають все більш популярними завдяки зручності та мобільності, яку вони пропонують. У цій частині лекції ми розглянемо основи бездротових технологій, таких як Wi-Fi та Bluetooth, і їхнє використання в різних сценаріях, включаючи домашні мережі, громадські точки доступу та інше.

Бездротові мережі дозволяють підключати пристрої до мережі без потреби в проводах. Це особливо корисно для мобільних пристроїв, таких як смартфони та планшети. Однак бездротові мережі вимагають спеціальних заходів безпеки через їхню вразливість до несанкціонованого доступу. Ми також розглянемо основи захисту бездротових мереж та як уникнути потенційних загроз.

Загальний погляд на мережі та їх значення

Мережі є структурним елементом сучасного інформаційного світу. Вони дозволяють організаціям та користувачам спілкуватися, обмінюватися даними та отримувати доступ до ресурсів. Розуміння основ мереж та

їх різних типів, топологій, масштабів та бездротових технологій є ключовим для успішної підтримки та управління ІТ інфраструктурою.

Застосування мереж у сучасному світі

Мережі мають безліч застосувань у сучасному світі. Вони використовуються в бізнесі для забезпечення спілкування між відділеннями, обміну даними та резервного копіювання. У нашому особистому житті ми використовуємо мережі для доступу до Інтернету, спілкування в соціальних мережах та обміну повідомленнями.

Бездротові мережі надають можливість користувачам підключати пристрої безпосередньо до мережі, без потреби у фізичних кабелях. Це робить їх ідеальними для мобільних пристроїв, таких як смартфони та планшети, а також для IoT-пристроїв, які збирають та надсилають дані.

Частина 2: Мережеве Обладнання

Мережеві пристрої: комутатори, маршрутизатори, міжмережеві екрани

Мережеве обладнання грає важливу роль у функціонуванні мережі. Три основні типи мережевих пристроїв — це комутатори, маршрутизатори та міжмережеві екрани (firewalls). Кожен з них виконує свої функції та має особливості.

Комутатори (Switches): Комутатори — це пристрої, які дозволяють підключати багато пристроїв в одній локальній мережі (LAN). Вони оптимізують передачу даних, пересилаючи пакети інформації лише тим пристроям, які її очікують.
Маршрутизатори (Routers): Маршрутизатори використовуються для з’єднання різних мереж разом, включаючи LAN та WAN. Вони приймають дані і визначають, куди направити пакети інформації, щоб вони досягли свого пункту призначення.
Міжмережеві екрани (Firewalls): Міжмережеві екрани — це пристрої, які захищають мережу від несанкціонованого доступу і атак. Вони фільтрують вхідні та вихідні пакети даних та блокують потенційно небезпечний трафік.

Пошук та ідентифікація пристроїв у мережі

Для ефективного управління мережею важливо знати, які пристрої підключені до неї. Це робиться за допомогою ідентифікації пристроїв і їхніх унікальних адрес.

MAC-адреса (Media Access Control): Кожен мережевий пристрій має унікальну MAC-адресу, яка ідентифікує його у мережі. Вона використовується для визначення, на який пристрій адресовані дані.
IP-адреса (Internet Protocol): IP-адреси використовуються для ідентифікації пристроїв у глобальній мережі, такій як Інтернет. Вони дозволяють маршрутизаторам визначати шлях для передачі даних між різними мережами.

IP-адресація та підмережі

IP-адресація грає важливу роль у мережах. Це система для ідентифікації та локалізації пристроїв у мережі. Існують два типи IP-адрес — IPv4 і IPv6.

IPv4 (Internet Protocol version 4): Це стандартна версія IP-адреси, яка складається з чотирьох чисел, розділених крапками, наприклад, 192.168.1.1. Однак через обмежену кількість доступних адрес IPv4, світ переходить на IPv6.

IPv6 (Internet Protocol version 6): IPv6 використовує більше символів та дозволяє значно більше можливих адрес. Це важливо, оскільки кількість підключених пристроїв в мережах зростає.

DNS (Domain Name System) та його роль у роботі мережі

DNS — це система, яка перетворює легкозапам’ятовувані доменні імена, такі як www.example.com, у числові IP-адреси, які комп’ютери можуть розуміти. Без DNS було б важко навіть відкрити веб-сторінку, оскільки люди важко запам’ятовувати числові адреси.

DNS допомагає нам користуватися Інтернетом легше і ефективніше. Він робить веб доступним за допомогою дружніх доменних імен, які ми можемо легко вводити у браузері.

Частина 3: Протоколи та Комунікаційні Прошарки

Огляд основних мережевих протоколів

Мережеві протоколи — це правила та конвенції, за якими пристрої обмінюються даними у мережі. Існують різні мережеві протоколи для різних видів комунікації.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol): TCP/IP — це набір протоколів, які використовуються в Інтернеті. Вони забезпечують доставку даних від одного пристрою до іншого через глобальну мережу.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol): HTTP використовується для передачі веб-сторінок та інших ресурсів в мережі. Це основний протокол веб-браузерів.
FTP (File Transfer Protocol): FTP використовується для передачі файлів у мережі. Він дозволяє користувачам завантажувати та вивантажувати файли на сервери.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): SMTP використовується для відправки електронних листів. Він допомагає доставити листи до поштових скриньок отримувачів.

Основи TCP/IP-стеку

TCP/IP-стек — це набір протоколів, які використовуються в Інтернеті та мережах. Він складається з чотирьох головних рівнів:

Рівень мережі (Network Layer): Цей рівень відповідає за маршрутизацію даних у мережі та визначення шляху їхньої доставки.
Рівень зв’язку даних (Data Link Layer): Цей рівень відповідає за фізичний доступ до мережі та керування потоком даних між пристроями.
Рівень мережевого доступу (Network Access Layer): Цей рівень відповідає за фізичний доступ до мережі та керування потоком даних між пристроями.
Рівень застосунків (Application Layer): Цей рівень відповідає за забезпечення служб та застосунків для користувачів, таких як веб-браузери, електронна пошта та інші.

Комунікаційні прошарки та їх роль в передачі даних

Комунікаційні прошарки — це абстракції, які допомагають організувати різні аспекти передачі даних в мережі. Вони дозволяють пристроям спілкуватися, незважаючи на різницю в апаратному та програмному обладнанні.

Фізичний прошарок (Physical Layer): Цей прошарок відповідає за фізичне підключення пристроїв до мережі та передачу бітів через фізичні канали.
Канальний прошарок (Data Link Layer): Цей прошарок відповідає за передачу фреймів даних між пристроями в одній мережі.

Мережевий стек OSI (Open Systems Interconnection)

Мережевий стек OSI — це модель, яка описує як мережеві пристрої взаємодіють один з одним у мережі. Вона була розроблена Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) з метою створення уніфікованого фреймворку для розуміння та опису роботи мережевих протоколів та послуг.

Стек OSI складається з сімох рівнів, кожен з яких виконує певні функції та надає певні послуги:

Фізичний рівень (Physical Layer): Фізичний рівень відповідає за передачу бітів через фізичні канали зв’язку, такі як проводи та бездротові канали. Він визначає способи передачі даних, наприклад, за допомогою електричних сигналів чи світлових променів.
Канальний рівень (Data Link Layer): Канальний рівень відповідає за передачу фреймів даних між пристроями в одній локальній мережі. Він включає в себе контроль доступу до мережі (MAC) та обробку помилок на фізичному рівні.
Мережевий рівень (Network Layer): Мережевий рівень відповідає за маршрутизацію пакетів даних у мережі. Він визначає шлях доставки даних між різними мережами та підмережами.
Транспортний рівень (Transport Layer): Транспортний рівень відповідає за надійну доставку даних між пристроями, включаючи керування потоком та відновлення в разі помилок. Протоколи, такі як TCP та UDP, діють на цьому рівні.
Сеансовий рівень (Session Layer): Сеансовий рівень відповідає за керування сеансами зв’язку між пристроями. Він дозволяє встановлювати, управляти та завершувати зв’язок.
Представницький рівень (Presentation Layer): Представницький рівень відповідає за перетворення даних у формат, який може бути розуміним приймачеві. Він включає в себе стиснення, кодування та шифрування даних.
Застосунковий рівень (Application Layer): Застосунковий рівень містить програми та служби, які взаємодіють з користувачем та надають йому доступ до мережевих ресурсів. Програми, які працюють на цьому рівні, включають веб-браузери, електронну пошту та інші застосунки.

Через модель OSI, ми можемо краще розуміти, як працюють мережеві протоколи та як вони взаємодіють один з одним у мережі.

Ця частина лекції надала загальний огляд мережевих протоколів, TCP/IP-стеку та комунікаційних прошарків у мережах. Розуміння цих концепцій є важливим для роботи з мережами та вирішення проблем з їхньою функціональністю.

Частина 4: Безпека та Захист Мереж

Основи безпеки мережі: фізична та логічна безпека

Безпека мережі — це критичний аспект будь-якої ІТ інфраструктури. Фізична безпека охоплює заходи, спрямовані на захист фізичних ресурсів мережі, таких як сервери, комутатори і маршрутизатори. Це може включати в себе контроль доступу до серверних приміщень, фізичний захист обладнання від крадіжок та забезпечення надійного живлення та охолодження обладнання.

Логічна безпека, з іншого боку, відноситься до заходів безпеки, які спрямовані на захист даних та інформації в мережі від несанкціонованого доступу, зламів та атак. Це включає в себе налаштування прав доступу, використання сильних паролів, шифрування даних та використання файерволів.

Виявлення та запобігання загрозам у мережах

Загрози у мережах можуть включати в себе віруси, видалені програми, хакерські атаки, фішингові спроби та інші небезпечні ситуації. Важливо мати механізми для виявлення та запобігання цим загрозам.

Системи виявлення вторгнень (IDS) та системи запобігання вторгнень (IPS) можуть виявляти та реагувати на небезпечні активності в мережі. Антивірусні програми та антишпигунські програми допомагають виявляти та прибирати шкідливі програми.

Фаєрволи та їх роль в захисті мережі

Фаєрволи є важливими засобами безпеки мережі. Вони фільтрують трафік між мережевими сегментами та визначають, який трафік має доступ до ресурсів мережі. Фаєрволи можуть бути розташовані на різних рівнях мережі, включаючи мережевий рівень та рівень застосунків.

VPN (Virtual Private Network) для забезпечення безпеки комунікацій

VPN — це технологія, яка дозволяє створювати безпечне з’єднання між двома пунктами через незахищену мережу, таку як Інтернет. Вона шифрує дані та забезпечує конфіденційність та цілісність інформації під час передачі.

VPN можуть використовуватися для безпечного доступу до віддалених ресурсів мережі або для з’єднання віддалених мереж в єдину безпечну мережу.

Частина 5: Проблеми та Відладка Мереж

Виявлення та діагностика неполадок в мережі

Навчання тому, як виявляти та діагностувати неполадки в мережі, є важливим навичкою для фахівців з підтримки ІТ. Помилки у мережах можуть бути спричинені різними причинами, включаючи проблеми з обладнанням, налаштуваннями або програмними помилками.

Різні інструменти та методи, такі як Ping, Traceroute та аналізатори мережевого трафіку, допомагають виявляти та вирішувати ці неполадки.

Інструменти для аналізу мережевого трафіку

Аналіз мережевого трафіку дозволяє відстежувати та аналізувати пакети даних, які передаються у мережі. Це може бути корисним для виявлення проблем у мережі, визначення причин вповільнення мережі та моніторингу безпеки.

Інструменти для аналізу мережевого трафіку, такі як Wireshark, дозволяють фахівцям відслідковувати та аналізувати пакети даних, що проходять через мережу.

Розв’язання поширених проблем з підключенням до мережі

Підключення до мережі може бути проблематичним часом. Проблеми можуть включати в себе неправильні налаштування, відключені кабелі, несправне обладнання або проблеми з мережевими службами.

Важливо мати навички розв’язання цих проблем, щоб швидко відновити доступ до мережевих ресурсів.

Стратегії резервного копіювання та відновлення мережевих налаштувань

Резервне копіювання та відновлення мережевих налаштувань — це важлива частина управління мережею. Резервні копії дозволяють відновити налаштування мережі в разі втрати даних або налаштувань через помилки чи аварії.

Частина 6: Тренди у Мережах та Майбутнє

Швидкісні та пропускні здатності мереж

З ростом обсягу даних та вимог до мережевих послуг стає важливим розробка та впровадження мереж з високою швидкістю та великою пропускною здатністю. Технології, такі як оптоволоконні мережі та 5G, грають важливу роль у забезпеченні високої швидкості та пропускної здатності.

IoT (Internet of Things) та його вплив на мережі

Інтернет речей (IoT) включає в себе підключення до Інтернету різних пристроїв та сенсорів, від холодильників до автомобілів. Це створює нові виклики для мереж, оскільки мільйони пристроїв повинні бути підключені та керовані.

5G та майбутнє мобільних мереж

П’яте покоління мобільних мереж (5G) принесе значне покращення швидкості та надійності мобільного Інтернету. Він також відкриє нові можливості для використання мобільних додатків та послуг.

Основи віртуальних мереж та SDN (Software-Defined Networking)

Віртуальні мережі та SDN відкривають нові можливості для управління мережами та ресурсами. Вони дозволяють швидше реагувати на зміни в мережевому трафіку та вимоги користувачів.

Вивчення цих трендів та технологій є важливим для майбутніх фахівців з підтримки ІТ та мережевих інженерів.

Частина 7: Практичні Вправи та Завдання

Параметризація мережевого обладнання

Завдання:

Налаштувати IP-адреси на різних мережевих пристроях у віртуальній мережі.
Встановити DNS-сервери для мережі та перевірити їхню роботу.
Налаштувати DHCP-сервер для автоматичного призначення IP-адрес пристроям.

Налаштування файерволу та VPN

Завдання:

Створити правила файерволу для блокування небажаних підключень до мережі.
Налаштувати VPN-з’єднання для безпечного доступу до мережі з віддалених місць.

Відладка мережевих проблем

Завдання:

Відтворити та вирішити різні проблеми з мережевими підключеннями, використовуючи інструменти аналізу мережевого трафіку та діагностики.
Визначити джерело проблеми та вжити заходи для відновлення нормальної роботи мережі.

Проектування та розгортання місцевої мережі

Завдання:

Розробити проект місцевої мережі для офісу або підприємства, включаючи вибір обладнання, налаштування та схему підключення.
Розгорнути запроектовану мережу та перевірити її працездатність.

Підсумок лекції:

Під час цієї лекції ми розглянули основи мереж та комунікацій, включаючи різні типи мереж, мережеві протоколи та комунікаційні прошарки. Ми також з’ясували, що таке IPv4 і IPv6, як працює DNS та яка роль мережевого стеку OSI.

Далі ми дізналися про основи безпеки мереж, включаючи фізичну та логічну безпеку, виявлення та запобігання загрозам, роль файерволів та використання VPN для забезпечення безпеки комунікацій.

Лекція також включала в себе інформацію про проблеми та відладку мереж, інструменти для аналізу мережевого трафіку та стратегії резервного копіювання та відновлення мережевих налаштувань.

У завершенні лекції ми розглянули тренди у мережах та майбутнє, включаючи вплив IoT, розвиток мобільних мереж 5G та використання віртуальних мереж і SDN.