Rețele de calculatoare

Prezentarea principiilor de funcționare ale rețelelor de calculatoare și a serviciilor oferite de Internet.

Tipuri de rețele și echipamente

O rețea de calculatoare este un ansamblu de dispozitive interconectate care pot schimba date și partaja resurse: fișiere, imprimante, conexiunea la Internet. Clasificarea după întinderea geografică — cea mai frecventă cerință:

• LAN (Local Area Network) — rețea locală, pe o suprafață mică: o sală de clasă, o clădire, o locuință; de regulă administrată de o singură organizație;
• MAN (Metropolitan Area Network) — la scara unui oraș, interconectând mai multe rețele locale;
• WAN (Wide Area Network) — pe distanțe mari, între orașe, țări, continente. Internetul este cel mai mare WAN — o rețea de rețele.

Mediul de transmisie poate fi cu fir (cablul UTP cu conector RJ-45, fibra optică — cea mai rapidă și imună la perturbații electromagnetice) sau fără fir (Wi-Fi, unde radio).

Echipamentele de interconectare, cu rolurile lor exacte:

• placa de rețea (NIC) — interfața fiecărui calculator cu rețeaua, cu o adresă MAC unică, fixată din fabrică;
• switch-ul — leagă între ele dispozitivele din interiorul unui LAN și livrează cadrele doar către destinatar, pe baza adreselor MAC;
• routerul — leagă rețele diferite între ele și alege drumul pachetelor pe baza adreselor IP; „routerul de acasă” combină router, switch și punct de acces Wi-Fi într-o singură cutie.

Distincția de reținut, pentru că se încurcă mereu: switch-ul lucrează în interiorul unei rețele, routerul între rețele.

Topologii de rețea

Topologia descrie modul de dispunere a legăturilor dintre nodurile rețelei — schema de cablare, la propriu:

• magistrală (bus) — toate nodurile atârnă de un singur cablu comun; ieftină, dar cu două slăbiciuni: coliziunile (două noduri care transmit simultan se bruiază) și faptul că ruperea cablului comun oprește toată rețeaua;
• stea (star) — fiecare nod se leagă printr-un cablu propriu de un echipament central (switch); topologia standard a LAN-urilor actuale. Defectarea unui cablu izolează doar nodul respectiv — dar defectarea nodului central oprește tot: acesta este punctul ei slab, întrebat constant;
• inel (ring) — fiecare nod e legat de exact doi vecini, datele circulă în cerc; o întrerupere afectează întreaga buclă (variantele cu inel dublu tolerează o defecțiune);
• plasă (mesh) — noduri legate direct între ele pe mai multe căi; plasa completă leagă fiecare nod cu fiecare, oferind fiabilitate maximă cu cost maxim de cablare: pentru n noduri sunt necesare n(n-1)/2 legături. Internetul, la nivelul rutelor dintre marile rețele, este o plasă parțială — tocmai ca traficul să poată ocoli porțiunile căzute;
• arbore (ierarhică) — stele legate în cascadă, tipică pentru clădiri cu mai multe etaje.

La compararea topologiilor, criteriile de judecată sunt mereu aceleași trei: costul cablării, comportarea la defecte (ce cade și cât de mult) și ușurința extinderii — o topologie nu e „cea mai bună” în absolut, ci pe un criteriu dat.

Protocoale de comunicație

Un protocol este un set de reguli pe care două dispozitive le respectă ca să comunice: cum arată mesajele, în ce ordine se trimit, ce se întâmplă la eroare. Fără protocoale comune, echipamente de fabricanți diferiți nu s-ar înțelege.

Familia care guvernează Internetul este TCP/IP, organizată pe niveluri, fiecare cu treaba lui:

• IP (Internet Protocol) — adresează și rutează pachetele: datele sunt tăiate în pachete, fiecare purtând adresa sursă și destinație, iar routerele le pasează din aproape în aproape. IP nu garantează livrarea, nici ordinea sosirii;
• TCP (Transmission Control Protocol) — construiește peste IP o conexiune de încredere: numerotează segmentele, confirmă primirea, retransmite ce s-a pierdut și reordonează la destinație. Îl folosesc aplicațiile unde fiecare octet contează: web, e-mail, transfer de fișiere;
• UDP — alternativa rapidă, fără confirmări și fără retransmitere; preferat acolo unde viteza bate perfecțiunea: streaming video, jocuri online, apeluri audio-video.

Protocoale de aplicație de reținut, cu rolul exact:

• HTTP — transferul paginilor web; HTTPS este HTTP criptat (simbolul lacătului din browser) — fără S, datele circulă în clar și pot fi citite pe traseu;
• FTP — transferul de fișiere între calculatoare;
• SMTP — trimiterea e-mailurilor; POP3/IMAP — primirea lor (IMAP păstrează mesajele pe server și le sincronizează pe mai multe dispozitive);
• DNS — traducerea numelor de domenii în adrese IP.

Capcana clasică: SMTP nu „face e-mailul” în întregime — el doar trimite; citirea din cutia poștală e treaba lui POP3 sau IMAP.

Adrese IP, măști și DNS

Fiecare dispozitiv dintr-o rețea IP are o adresă IP care îl identifică. O adresă IPv4 are 32 de biți, scriși ca patru numere între 0 și 255 despărțite de puncte: 192.168.1.10. Un octet de 256 sau mai mult (de exemplu 192.168.300.1) face adresa invalidă — verificare cerută frecvent. Pentru că cele aproximativ 4,3 miliarde de adrese IPv4 nu mai ajung, se trece treptat la IPv6, cu 128 de biți, scris în hexazecimal.

Adresa IP are două părți: partea de rețea și partea de stație (host). Granița dintre ele o stabilește masca de rețea: 255.255.255.0 (sau notația /24) înseamnă că primii 24 de biți identifică rețeaua, iar ultimii 8 stația. Două adrese cu aceeași parte de rețea sunt în aceeași rețea și pot comunica direct; altfel, pachetul pleacă spre router (poarta implicită / default gateway).

Distincții practice:

• adresele private (192.168.x.x, 10.x.x.x, 172.16–31.x.x) se folosesc în rețelele locale și nu sunt rutabile pe Internet; routerul le traduce spre exterior printr-o adresă publică (mecanismul NAT);
• adresa dinamică este primită automat la conectare de la serverul DHCP; cea statică e fixată manual.

DNS (Domain Name System) este „cartea de telefon” a Internetului: traduce numele de domeniu memorabile (exemplu.ro) în adrese IP, printr-o ierarhie mondială de servere. Fără DNS, site-urile ar funcționa, dar ar trebui accesate prin IP. Numele de domeniu se citește ierarhic de la dreapta la stânga: domeniul de top (.ro), apoi domeniul propriu-zis, apoi eventualele subdomenii. Confuzia de corectat: adresa MAC identifică placa de rețea la nivel fizic și nu se schimbă la mutarea în altă rețea; adresa IP ține de rețeaua în care ești conectat și se schimbă odată cu ea.

Servicii Internet

Peste infrastructura fizică a Internetului rulează serviciile — aplicațiile care îl fac util:

• World Wide Web — sistemul de pagini legate prin hyperlinkuri, accesate cu browserul prin HTTP/HTTPS. Distincția pe care examenele o adoră: Internetul este rețeaua fizică; web-ul este doar unul dintre serviciile care rulează pe ea, alături de e-mail, transfer de fișiere și restul. Un URL are structura: protocol://domeniu/cale — https://www.exemplu.ro/lectii/retele.html;
• e-mail — poștă electronică: mesajul pleacă prin SMTP către serverul destinatarului și e ridicat de acolo prin IMAP sau POP3. Câmpurile de adresare: To (destinatar), CC (copie vizibilă tuturor), BCC (copie ascunsă — ceilalți destinatari nu o văd);
• transferul de fișiere — FTP sau, curent, serviciile de stocare web;
• cloud computing — folosirea prin Internet a resurselor de calcul și stocare găzduite în centre de date: documentele colaborative, stocarea de fișiere, aplicațiile care rulează în browser. Avantaje: acces de oriunde, sincronizare între dispozitive, backup implicit; limite: dependența de conexiune și încrederea în furnizor — datele stau fizic pe serverele altcuiva;
• streaming, mesagerie instant, apeluri video — serviciile în timp real, construite de regulă pe UDP.

Cine furnizează accesul: ISP-ul (Internet Service Provider) — operatorul care leagă rețeaua ta de restul Internetului. Lățimea de bandă se măsoară în biți pe secundă (Mbps, Gbps) — atenție la confuzia biți/octeți: o conexiune de 100 Mbps descarcă aproximativ 12,5 MB pe secundă, nu 100.

Securitatea în rețele

Odată conectat la rețea, un calculator devine accesibil și atacurilor. Amenințările de bază, cu numele lor exacte:

• interceptarea traficului — pe rețele necriptate (Wi-Fi public deschis), datele pot fi citite de oricine se află în aceeași rețea; de aceea contează HTTPS și rețelele cu parolă;
• phishing — mesaje care imită instituții reale pentru a te păcăli să predai singur parole sau date bancare; indicii: expeditor ciudat, ton de urgență, linkuri către domenii aproape corecte (banca-exemplu.verificare-cont.com);
• malware — software rău intenționat: viruși, viermi (se răspândesc singuri prin rețea), troieni (se dau drept programe utile), ransomware (criptează fișierele și cere răscumpărare);
• atacuri de tip DoS/DDoS — inundarea unui server cu cereri până devine indisponibil.

Apărările corespunzătoare:

• firewall-ul — filtrează traficul de rețea după reguli, blocând conexiunile nesolicitate; există în router și în sistemul de operare;
• criptarea — transformarea datelor astfel încât doar deținătorul cheii să le poată citi: HTTPS pentru web, WPA2/WPA3 pentru Wi-Fi (rețelele fără parolă sau cu vechiul WEP sunt considerate deschise);
• autentificarea — parole lungi și unice per cont, ideal administrate cu un manager de parole, plus autentificarea în doi factori (2FA): parola și un al doilea element (cod de pe telefon), care blochează accesul chiar dacă parola a fost furată;
• actualizările de sistem și aplicații — închid vulnerabilitățile descoperite; amânarea lor lasă ușile cunoscute deschise;
• copiile de siguranță (backup) — singura apărare reală contra ransomware-ului.

Greșeala de gândire cea mai răspândită: „nu am nimic de ascuns, deci nu sunt o țintă”. Conturile obișnuite sunt valoroase exact pentru că din ele se atacă alții — lista de contacte, adresa de e-mail și identitatea ta sunt marfă.

Test — 6 întrebări ca la examen