MODUŁ 01

Topologie sieci i czytanie projektu

PPrezentacja dla nauczyciela

Topologia mówi, jak urządzenia są połączone. Na egzaminie pisemnym rozpoznajesz je na schemacie, na praktycznym — interpretujesz projekt, zanim cokolwiek podepniesz.

Legenda symboli

Symbole w konwencji ikon topologii Cisco (rysunek własny, uproszczony): prostokąt ze skrzyżowanymi strzałkami to przełącznik, okrąg ze strzałkami to router, monitor to komputer, wieża to serwer, pełny klocek to terminator.

Symbol	Element	Rola na schemacie
	Przełącznik	centrum gwiazdy, warstwy drzewa
	Router	granica sieci, łącze do WAN/internetu
	Komputer	stacja końcowa, liść drzewa
	Serwer	usługi (DHCP, DNS, pliki)
	Terminator	zamknięcie końców magistrali

1. Który symbol oznacza router?

prostokąt ze skrzyżowanymi strzałkami wieża serwera z pionowymi szczelinami okrąg ze skrzyżowanymi strzałkami monitor z ekranem oraz podstawką

2. Które urządzenie tworzy centrum gwiazdy i jednocześnie węzły kolejnych warstw drzewa?

router pracujący na granicy sieci przełącznik sieciowy, czyli switch punkt dostępowy bezprzewodowy terminator zamykający magistralę

3. Jaką rolę w sieci lokalnej pełni serwer?

skupia połączenia wszystkich stacji sieci udostępnia usługi, np. DHCP, DNS i pliki łączy sieć wewnętrzną z internetem zamyka oba końce kabla magistrali

Rodzaje sieci ze względu na zasięg

Zanim narysujesz kształt (topologię), nazwij rozmiar. Egzamin pyta o to wprost: „która sieć łączy oddziały w kraju”, „czym jest Bluetooth”.

Rodzaj	Zasięg	Przykłady
PAN	metry (do ~10 m)	Bluetooth: słuchawki, telefon–laptop
LAN	budynek, kampus (do ~1 km)	szkoła, firma, dom — to o niej jest cały kurs
MAN	miasto (kilkadziesiąt km)	sieć miejska, uczelnie, światłowody miejskie
WAN	kraj, świat	sieć operatora, internet

Na egzaminie. LAN to Twoja działka (okablowanie, VLAN, adresacja). WAN pojawia się jako „druga strona routera”: interfejs z adresem operatora, NAT i firewall. MAN — gdy w zadaniu padnie światłowód między budynkami w mieście.

4. Jaki zasięg ma LAN?

kilkanaście kilometrów w skali miasta cały kraj oraz cały świat zaledwie kilka metrów wokół osoby budynek oraz kampus do jednego km

5. Która technologia jest typowym przykładem sieci PAN?

światłowód łączący uczelnie w całym mieście Bluetooth łączący słuchawki z telefonem Wi-Fi obejmujące cały budynek szkolny sieć operatora obejmująca cały obszar kraju

6. Jaki zasięg ma sieć MAN?

miasta, kilkadziesiąt kilometrów budynku oraz kampusu, do kilometra kilku metrów wokół użytkownika całego kraju oraz całego świata

Gwiazda — standard współczesnego LAN-u

Jak poznać na schemacie: wszystkie kable schodzą się do jednego urządzenia w centrum (przełącznik, czasem patchpanel + switch w szafie).

Cecha szczególna: każde urządzenie ma własne, niezależne łącze do centrum. Awaria jednego kabla odcina tylko jedno stanowisko, a centrum widzi stan każdego portu (diody link/activity) — dlatego usterkę znajduje się w minuty.

Zalety: łatwa rozbudowa (wolny port = nowe stanowisko), izolacja awarii kabla, centralne zarządzanie i monitoring.

Wady: awaria centrum kładzie całość (dlatego na egzaminie i w firmie centrum bywa zdublowane), więcej kabla niż w magistrali, centrum musi udźwignąć ruch wszystkich.

7. Awaria którego elementu kładzie całą sieć w gwieździe?

pojedynczego kabla do stacji jednego z wolnych portów switcha karty sieciowej w stacji końcowej przełącznika w centrum gwiazdy

8. Ile stanowisk odcina awaria jednego kabla w gwieździe?

wszystkie stanowiska w całej sieci wyłącznie jedno stanowisko połowę stanowisk w segmencie kilka stanowisk sąsiadujących z usterką

9. Co pozwala szybko zlokalizować usterkę kabla w gwieździe?

diody link i activity na porcie liczba wolnych portów w szafie długość kabla do stanowiska adres MAC karty sieciowej stacji

Magistrala — jeden wspólny kabel

Jak poznać na schemacie: jedna linia, do której „dopinają się” stacje; na końcach terminatory. Historycznie kabel koncentryczny (10BASE2/10BASE5).

Cecha szczególna: medium jest współdzielone — w danym momencie nadaje jedna stacja, reszta słucha. Dostęp reguluje CSMA/CD (nasłuchuj, nadaj, wykryj kolizję, czekaj losowo i powtórz).

Zalety: mało kabla, prosta i tania instalacja na małej sali.

Wady: przerwanie kabla dzieli sieć na dwie niesłyszalne części; kolizje rosną z liczbą stacji; trudna lokalizacja usterki (który odcinek?); brak terminatora = odbicia sygnału. Dziś praktycznie niespotykana — na egzaminie służy do pytań o kolizje i terminatory.

10. Jaki kabel stosowano historycznie w magistrali?

skrętka nieekranowana UTP światłowód jednomodowy SM kabel koncentryczny 10BASE2 przewód krosowany ekranowany

11. Co reguluje dostęp do współdzielonego medium w magistrali?

żeton krążący w zamkniętej pętli CSMA/CD z wykrywaniem kolizji podział na VLAN-y i podsieci tablica routingu i reguły NAT

12. Jaki skutek ma przerwanie kabla w sieci magistrali?

dzieli się na dwie niesłyszalne dla siebie części przestaje działać na wszystkich odcinkach sieci naraz odcina od sieci tylko jedno stanowisko końcowe przechodzi automatycznie w tryb pełnego dupleksu

Pierścień — sygnał krąży w kółko

Jak poznać na schemacie: zamknięta pętla, strzałki w jedną stronę; hasło-klucz „żeton” (token).

Cecha szczególna: dostęp deterministyczny — stacja nadaje tylko gdy przechwyci wolny żeton krążący w pierścieniu. Każda stacja jest po drodze wzmacniakiem (repeaterem): odbiera i przekazuje dalej.

Zalety: brak kolizji w ogóle, przewidywalne maksymalne opóźnienie (wiadomo, kiedy żeton wróci), równy dostęp dla wszystkich.

Wady: jedno przerwanie zatrzymuje cały pierścień (lekarstwo: podwójny pierścień jak w FDDI); dołożenie stacji wymaga przerwania pracy; diagnostyka „który odcinek padł” jest żmudna. Klasyk: Token Ring i FDDI.

13. Kiedy stacja w pierścieniu może nadawać?

gdy posiada wolny żeton sieci gdy kabel jest wolny od kolizji gdy dostanie ACK od odbiorcy gdy upłynie losowy czas backoff

14. Jaką funkcję pełni każda stacja na drodze sygnału w pierścieniu?

tłumi sygnał, aby nie krążył w zamkniętej pętli sieci rozdziela ruch między osobnymi domenami sieci odbiera sygnał i przekazuje go do następnej stacji przydziela adresy IP kolejnym stacjom w pętli

15. Jaki mechanizm chroni pierścień przed przerwaniem obiegu?

terminator na każdym końcu kabla żeton przekazywany sąsiadowi podwójny pierścień, jak w FDDI adresacja IP z maską podsieci

Metody dostępu do medium: CSMA/CD, CSMA/CA i żeton

Gdy wiele urządzeń dzieli jeden wspólny kabel (magistrala, hub) albo wspólną przestrzeń radiową (Wi-Fi), muszą ustalić, kto i kiedy może nadawać. Jeśli dwie karty sieciowe wyślą sygnał w tej samej milisekundzie, fale nałożą się na siebie i powstanie kolizja — dane ulegną zniszczeniu.

Sposób radzenia sobie z tym problemem to metoda dostępu do medium (pracująca w podwarstwie MAC warstwy 2).

Metoda	Rozwinięcie i zasada działania	Gdzie występuje
CSMA/CD	Collision Detection (wykrywanie kolizji). Karta nasłuchuje, czy kabel jest wolny. Jeśli tak — nadaje. Gdy w trakcie nadawania wykryje zderzenie sygnałów, przerywa transmisję, wysyła sygnał zagłuszający (jam signal), odczekuje losowy czas (algorytm backoff) i próbuje ponownie.	Klasyczny Ethernet kablowy (IEEE 802.3) w trybie half-duplex (koncentryk, hub).
CSMA/CA	Collision Avoidance (unikanie kolizji). W radiu karta nie potrafi jednocześnie nadawać z pełną mocą i nasłuchiwać kolizji. Dlatego zanim wyśle dane, „rezerwuje” czas w eterze (krótkie ramki kontrolne RTS/CTS) i czeka na potwierdzenie odbioru (ACK) każdej ramki.	Sieci bezprzewodowe Wi-Fi (IEEE 802.11).
Token Passing	Przekazywanie żetonu (metoda deterministyczna). W sieci krąży specjalna ramka (żeton / token). Nadawać może wyłącznie ten komputer, który aktualnie posiada żeton — dzięki temu kolizje są całkowicie wyeliminowane.	Topologia pierścienia: historyczne sieci Token Ring (802.5) oraz światłowodowe FDDI.

Dlaczego współczesny switch nie potrzebuje CSMA/CD? Kiedy łączysz komputer ze switchem skrętką w trybie pełnego dupleksu (Full-Duplex), jedna para żył służy wyłącznie do nadawania (TX), a druga wyłącznie do odbioru (RX). Każdy port przełącznika tworzy osobną domenę kolizyjną, drogi sygnałów się nie przecinają, więc kolizje fizycznie nie mogą wystąpić, a mechanizm CSMA/CD zostaje wyłączony.

16. W której podwarstwie działa metoda dostępu do medium?

w podwarstwie LLC adresów w podwarstwie SNAP nagłówka w podwarstwie PHY warstwy 1 w podwarstwie MAC warstwy 2

17. Co robi karta z CSMA/CD po wykryciu kolizji?

ponawia ramkę po krótkiej zwłoce wysyła sygnał zagłuszający i czeka przechodzi w tryb pełnego dupleksu czeka na potwierdzenie ACK od odbiorcy

18. Czym różni się CSMA/CA od CSMA/CD?

wykrywa kolizje i wysyła jam signal przekazuje żeton kolejnej stacji unika kolizji przez ramki RTS i CTS nasłuchuje kabel i nadaje bez żetonu

Siatka (mesh) — każdy z każdym albo prawie

Jak poznać na schemacie: wiele połączeń między tymi samymi węzłami, alternatywne drogi między dowolną parą. Pełna (każdy z każdym) albo częściowa (tylko kluczowe redundancje).

Cecha szczególna: redundancja ścieżek — każdy komputer ma bezpośrednie łącze do każdego innego, więc awaria jednego łącza nie zrywa łączności: ruch idzie inną drogą. Przy 4 hostach to 6 kabli; przy 10 byłoby ich już 45 — stąd wada niżej.

Zalety: najwyższa odporność na awarie, rozkład obciążenia na wiele dróg, brak pojedynczego punktu awarii.

Wady: koszt rośnie z kwadratem liczby węzłów (kable, porty); skomplikowana konfiguracja i diagnostyka. Dlatego pełny mesh to WAN, operatorzy i centra danych — w szkolnym LAN-ie co najwyżej częściowy (np.

dwa przełączniki dystrybucyjne spięte ze sobą i z rdzeniem).

19. Ile kabli potrzeba do pełnej siatki z czterech hostów?

sześć niezależnych kabli cztery niezależne kable dziesięć niezależnych kabli czterdzieści pięć kabli

20. Dla ilu hostów pełna siatka wymaga 45 kabli?

dla czterdziestu hostów sieci dla sześciu hostów w sieci dla ośmiu hostów sieci LAN dla dziesięciu hostów sieci

21. Gdzie stosuje się pełny mesh?

w sieciach WAN i u operatorów w szkolnej sali komputerowej w pojedynczym biurze na piętrze w domowej sieci bezprzewodowej

Drzewo — hierarchia gwiazd

Jak poznać na schemacie: warstwy: rdzeń na górze, pod nim dystrybucja (piętra/budynki), na dole dostęp (sale). Klasyczny schemat szkoły i firmy.

Cecha szczególna: agregacja ruchu — im wyżej, tym szybsze łącza, bo niosą ruch całych gałęzi. Warstwy mapują się na VLAN-y i podsieci (np. piętro = VLAN = podsieć).

Zalety: skalowalność (dokładasz gałąź, nie przebudowujesz całości), czytelna administracja i segmentacja, awaria na dole nie wychodzi poza gałąź.

Wady: awaria wyżej odcina całą gałąź pod spodem; rdzeń i dystrybucja muszą być wydajne i najlepiej redundantne. Projektując, liczysz przepustowość „od dołu do góry”, nie odwrotnie.

Na egzaminie. Pytanie o topologię to zwykle opis objawu: „padło jedno stanowisko” (gwiazda/drzewo — szukaj kabla), „padła cała sieć po awarii jednego urządzenia” (centrum gwiazdy albo rdzeń drzewa), „kolizje rosną z liczbą stacji” (magistrala), „alternatywne drogi” (mesh), „żeton” (pierścień). Najpierw nazwij topologię, potem odpowiedz.

22. Co dzieje się z siecią, gdy zawiedzie urządzenie na najniższym poziomie drzewa?

awaria obejmuje całą sieć firmy wraz z rdzeniem awaria zatrzymuje pracę całego pierścienia awaria wymusza restart całego pierścienia awaria ogranicza się do jednej gałęzi sieci

23. Jak zmienia się przepustowość łączy wraz z przechodzeniem na wyższe warstwy drzewa?

im wyżej w drzewie, tym łącza są wolniejsze im wyżej w hierarchii, tym szybsze będą łącza na każdej warstwie łącza mają tę samą prędkość największą prędkość mają łącza na dole hierarchii

24. Jak projektuje się przepustowość w drzewie?

liczy się ją od góry do samego dołu liczy się ją tylko dla rdzenia liczy się ją od dołu do samej góry liczy się ją dla każdej z gałęzi

Czytanie projektu i rodzaje dokumentacji

Każda sieć w firmie i na arkuszu egzaminacyjnym ma swoją dokumentację. Zanim zaczniesz zarabiać kable lub wpisywać adresy IP, musisz odróżnić projekt od dokumentacji powykonawczej oraz wiedzieć, czego szukać w warstwie fizycznej, logicznej i proceduralnej.

Rodzaj dokumentacji	Co zawiera (czego w niej szukasz)	Przykłady na egzaminie i w pracy
Fizyczna	gdzie leżą kable, gniazda i sprzęt w budynku	rzut architektoniczny ze skalą i legendą, trasy korytek kablowych, schemat szafy RACK (rozmieszczenie w jednostkach `U`), numeracja portów patchpanela i gniazd abonenckich, protokoły pomiarów okablowania
Logiczna	jak płynie ruch i jak zaadresowane są urządzenia	schemat topologii logicznej, tabela adresacji IP i masek, podział na podsieci i VLAN-y (ID, nazwy, porty tagged/untagged), tablice routingu, reguły zapory oraz role serwerów (DHCP, DNS)
Proceduralna (operacyjna)	jak zarządzać siecią i co robić w razie awarii	polityka bezpieczeństwa i haseł, harmonogram kopii zapasowych (backupu), dziennik zmian konfiguracji, procedury awaryjne, kosztorys i specyfikacja materiałowa

Projekt a dokumentacja powykonawcza. Projekt techniczny (wykonawczy) powstaje przed budową sieci i mówi, jak ją wykonać. Dokumentacja powykonawcza powstaje po zakończeniu prac — uwzględnia wszystkie zmiany wprowadzone w trakcie montażu (np. ominięcie ściany nośnej, rzeczywiste długości kabli z testera) oraz zawiera wyniki pomiarów. Na egzaminie wypełniasz właśnie elementy dokumentacji powykonawczej.

Zasada etykietowania (norma ANSI/TIA-606): każde gniazdo abonenckie na ścianie musi mieć taki sam identyfikator jak odpowiadający mu port na patchpanelu w szafie dystrybucyjnej (np. gniazdo G1.04 w pokoju odpowiada portowi 04 na pierwszym patchpanelu).

Na rzutach budowlanych spotkasz też skróty punktów dystrybucyjnych: KDR (kampusowy), BDR (budynkowy — główna serwerownia) oraz PDR (piętrowy — szafa na kondygnacji).

25. Co zawiera dokumentacja fizyczna?

tabelę adresacji IP oraz masek politykę haseł i procedury awaryjne tablice routingu i reguły zapory trasy korytek i schemat szafy RACK

26. Jak oznacza się gniazda i porty zgodnie z normą ANSI/TIA-606?

kabel pomiarowy ma numer zgodny z użytym testerem urządzenie ma adres zgodny z przypisanym VLAN kopia zapasowa ma datę wpisu do ewidencji gniazdo na ścianie ma numer portu patchpanela

27. Czym różni się dokumentacja powykonawcza od projektu?

powstaje przed budową tej sieci opisuje wyłącznie politykę haseł powstaje po pracach i ma pomiary zastępuje kosztorys i specyfikację

Koncentrator MAU w sieci Token Ring

W sieci Token Ring stacje nie łączyły się w pierścień „kablami w kółko”, tylko schodziły się do jednego urządzenia: MAU (Multistation Access Unit). Do MAU podłącza się każdą stację osobnym kablem — wygląda to więc jak gwiazda fizyczna.

Wewnątrz MAU porty są jednak połączone w zamknięty obieg, po którym nieustannie krąży żeton uprawniający do nadawania, czyli pierścień logiczny. Dlatego o Token Ring mówi się, że ma topologię gwiazdy fizycznej i pierścienia logicznego.

Zaletą MAU jest to, że odłączenie jednej stacji (wyjęcie wtyku) nie zrywa pierścienia — MAU automatycznie zwiera obieg, omijając wolny port.

28. Co nieustannie krąży w obiegu wewnątrz MAU?

ramka RTS rezerwująca eter radiowy żeton uprawniający do nadania sygnał zagłuszający kolizje adres MAC stacji nadającej

29. Co się dzieje po wyjęciu wtyku jednej stacji z MAU?

cały pierścień przestaje działać trzeba ręcznie zewrzeć obieg wszystkie stacje tracą żeton MAU zwiera obieg, omijając port

30. Jaką topologię ma Token Ring z MAU?

gwiazdę fizyczną, a logicznie pierścień magistralę fizyczną i gwiazdę logiczną pierścień fizyczny oraz gwiazdę logiczną siatkę fizyczną oraz magistralę logiczną