19. Компьютерные сети

Компьютерная сеть — это связанные между собой с помощью проводной или беспроводной связи два и более компьютеров. Компьютерная сеть позволяет пользователям сети общаться, обмениваться документами, работать с общими программами, пользоваться общим принтером, сканером, графическим планшетом и другими периферийными устройствами.

Компьютерная сеть, которая объединяет компьютеры, расположенные, как правило, в одном здании, называется локальной сетью. Например, такая сеть может быть в компьютерном классе или в здании школы, когда в сеть объединяют компьютеры, расположенные в разных классах.

Локальная сеть может объединять компьютеры, расположенные в разных зданиях, стоящих недалеко друг от друга, — например, в одном районе города.

С появлением компьютерных сетей возникли новые устройства и, соответственно, новые термины. Пример: термин «сервер».

Сервер служит для организации взаимодействия компьютеров в сети и хранения данных. Обычно сервер — это быстродействующий компьютер с большим объёмом памяти.

В переводе с английского: serve — обслуживать.

Для серверов созданы специальные операционные системы. В отличие от обычной операционной системы, о которой мы говорили в начале этой главы, операционная система сервера обслуживает не один компьютер, а всю сеть компьютеров.

Часто внутри локальной сети существуют локальные ресурсы — документы, которые содержат необходимые или интересные для всех пользователей сети данные. Ими могут пользоваться все пользователи, подключённые к данной сети.

Есть ещё один термин — «услуги сети». Услуги — это приём и отправка электронной почты, защита данных от похищения и вирусов, доступ к общим данным, сетевым ресурсам и много других услуг. Всё это подробно изучается в старших классах.

Глобальная сеть Интернет — это общедоступная компьютерная сеть, которая связывает пользователей всего мира, подсоединённых к ней.

Родоначальником сети Интернет стала компьютерная сеть ARPAnet, основанная в 1969 году в США. Эта сеть объединяла компьютерные центры министерства обороны и ряда академических организаций.

Глобальная сеть Интернет делится на подсети. Подсеть связывает между собой компьютеры (пользователей) одной страны или одного крупного региона.

Сеть Интернет — это искусственный источник информации.

Современный Интернет — это не только гигантское хранилище информации, но и средство общения, развлечения и многое другое.

Чтобы воспользоваться сетевыми ресурсами, нужна программа браузер. Без браузера невозможно запрашивать и просматривать файлы ни в локальной сети, ни в глобальной сети Интернет.

Для чего нужна локальная сеть

Локальная сеть дает множество удобных функций для использования нескольких компьютеров одновременно:

• передача файлов напрямую между участниками сети;
• удаленное управление подключенными к сети принтерами, сканерами и прочими устройствами;
• доступ к интернету всех участников;
• в других случаях, когда нужна связь между несколькими компьютерами, к примеру, для игр по сети.

1.3. Что такое глобальная компьютерная сеть

Локальные сети, объединяя десятки компьютеров на небольшой территории, не обеспечивают совместный доступ к информации пользователям, находящимся на значительном расстоянии друг от друга (например, в различных населённых пунктах).

Глобальная компьютерная сеть — это система связанных между собой компьютеров, расположенных на сколь угодно большом удалении друг от друга (например, в разных странах и на разных континентах).

Примерами глобальных компьютерных сетей могут служить региональные и корпоративные сети. Региональные компьютерные сети обеспечивают объединение компьютеров в пределах одного региона (города, области, края, страны). Корпоративные компьютерные сети создаются для обеспечения деятельности различного рода корпоративных структур, имеющих территориально удалённые подразделения (например, банков со своими филиалами).

Наиболее известной и самой обширной глобальной компьютерной сетью является Интернет. Эта сеть объединяет многочисленные локальные, региональные и корпоративные сети, а также компьютеры отдельных пользователей, распределённые по всему миру.

Основой любой глобальной компьютерной сети являются компьютерные узлы и каналы связи.

Узел — это мощный компьютер, постоянно подключённый к сети. К узлам компьютерной сети подключаются абоненты — персональные компьютеры пользователей или локальные сети.

Для передачи данных в глобальных сетях применяют самые разнообразные физические каналы: электрический кабель; радиосвязь через ретрансляторы и спутники связи; инфракрасные лучи (как в телевизионных пультах дистанционного управления); современный оптоволоконный кабель; обычную телефонную сеть.

Организация, предоставляющая пользователям связь с глобальной сетью через свои компьютеры, называется провайдером (англ. provider — поставщик) сетевых услуг.

Задача. Скорость передачи данных через некоторое соединение равна 128 ООО бит/с. Какое количество времени (в секундах) потребуется для передачи через это соединение файла размером 625 Кбайт?

Выполни

• Компьютерная сеть — это связанные между собой с помощью проводной или беспроводной связи два или более компьютеров.
• Компьютерная сеть позволяет пользователям сети обмениваться данными и пользоваться общими устройствами.
• Компьютерная сеть, которая объединяет компьютеры, расположенные в одном или нескольких зданиях, называется локальной сетью.
• Глобальная сеть Интернет — это общедоступная компьютерная сеть, которая связывает пользователей всего мира, подсоединённых к ней.
• Сервер — это компьютер, который обслуживает компьютерную сеть.

1. Что такое компьютерная сеть?
2. Что такое локальная сеть?
3. Чем локальная сеть отличается от глобальной сети Интернет?
4. Что такое сервер?
5. Сколько компьютеров может быть в компьютерной сети?

Кратко о компьютерных сетях

Компьютерная (или же вычислительная) сеть позволяет соединить несколько различных устройств в одну систему, внутри которой может происходить обмен данными. Главными элементами таких сетей являются компьютеры, но в них также могут участвовать и принтеры, сетевое оборудование, серверы, хранилища, телевизоры, телефоны и другие устройства. Все эти устройства называются оконечными узлами. Но в сети также присутствуют и промежуточные элементы — это различные маршрутизаторы, роутеры, модемы, точки беспроводного доступа, коммутаторы. Всё это соединяется между собой с помощью так называемой сетевой среды. Сетевая среда — это оптоволоконные кабели, радиоволны Wi-Fi, витые пары, с помощью которых все устройства подключаются к сети и взаимодействуют между собой.

Из этих трёх типов элементов состоит любая компьютерная сеть

Компьютерные сети бывают локальными (LAN) и глобальными (WAN). В чём между ними ключевая разница? Первые располагаются на ограниченной территории (обычно не выходя за пределы одного здания), а вторые могут распространяться на куда большую площадь — расстояние между узлами может составлять сотни и тысячи километров. Нас как пользователей сейчас больше интересуют локальные компьютерные сети — именно их мы разворачиваем дома, ими пользуемся на работе или на учёбе.

Стоит отметить, что различия между локальными и глобальными компьютерными сетями потихоньку стираются. Это связано с улучшением и тех, и других. Возможно, в ближайшем будущем между ними уже не будет значительной разницы.

Дополнительно можно выделить городские компьютерные сети — MAN (Metropolitan Area Network). Они отличаются от WAN, прежде всего, площадью покрытия и занимают, как нетрудно догадаться, один город. MAN предоставляет услуги кабельного телевещания, телефонии, а также является точкой опоры для провайдеров.

Как передаются данных от одного компьютера к другому?

К программному обеспечению компьютерных сетей относятся прежде всего сетевые операционные системы (ОС).

Сетевая ОС — это ОС со встроенными сетевыми средствами (протоколами, уровнями). Сетевая ОС должна быть многопользовательской — то есть с разделением ресурсов компьютера в соответствии с учетной записью пользователя.

Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимают совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам — протоколам. Сетевой протокол в компьютерных сетях — основанный на стандартах набор правил, определяющий принципы взаимодействия компьютеров в сети. Протокол также задает общие правила взаимодействия различных программ, сетевых узлов или систем и создает таким образом единое пространство передачи.

Протоколы устанавливаются в дипломатии во время общения дипломатов и других официальных лиц для того, чтобы избежать недоразумений. Есть определенные правила этикета, хотя они имеют различия в разных странах мира, правила (протоколы) проведение олимпийских игр, правила переезда перекрестка на автомобильных дорогах и тому подобное.

Выбор протоколов зависит от типа сети. Процесс передачи данных от одного компьютера к другому состоит из нескольких этапов (уровней). Этот процесс включает следующие операции: получение данных от программы пользователя, их сжатие, шифрование, формирование пакетов, на которые разбивается сообщение, установления сеанса связи между компьютером, передающим данные, и тем, что их принимает, транспортировки данных по каналам аппаратуры связи, выбор наиболее эффективного маршрута передачи данных и на последнем этапе — формирование выходного документа из пакетов данных. На каждом этапе используются отдельные протоколы, их совокупность представляет собой набор протоколов.

Протоколы передачи данных — это специальные программы, определяющие правила, по которым кодируются и передаются данные в сети и обеспечивают взаимодействие сети и пользователя. Набором протоколов Интернета является TCP / IP (от англ. Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

Протоколы также помогают не допускать ошибок при передаче и получении данных.

В сети Интернет используют такие протоколы доступа к сетевым службам передачи данных:

• НТТР (от англ. Hyper Text Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста;
• FTP (от англ. File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя;
• РОР (от англ. Post Office Protocol) — стандартный протокол почтового соединения. Серверы РОР обрабатывают входную электронную почту, а протокол РОР предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ;
• SMTP (от англ. Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи электронной почты;
• TELNET (от англ. Terminal Network) — протокол удаленного доступа;
• DNS (от англ. Domain Name System) — преобразование доменных имен в IP-адреса;
• TCP (от англ. Transmission Control Protocol) — управление передачей и целостностью пакетов данных;
• DTN (от англ. Delay-Tolerant Networking) — протокол, нечувствительный к большим задержкам сигнала, предназначен для обеспечения сверхдальней космической связи;
• PPP (от англ. Point-to-Point Protocol) — протокол для установления прямой защищенной связи между двумя узлами сети, причём он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных.

Протокол НТТР используется при пересылке веб-страниц с одного компьютера на другой.

FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

Сервер SMTP возвращает или подтверждение о приеме почтового сообщения, или сообщение об ошибке, или запрашивает дополнительные данные.

Протокол TELNET дает возможность абоненту работать на любом компьютере сети Интернет как на своем собственном, то есть запускать программы, менять режим работы и тому подобное. На практике возможности лимитируются уровнем доступа, заданным администратором удаленной машины.

Персональная сеть (PAN)

Современные устройства, такие как смартфоны, планшеты, ноутбуки или настольные компьютеры, могут быть подключены к сети ad hoc, для обеспечения обмена данными. Когда соединение подключено, это называется Личной сетью (PAN). В этом случае наиболее распространенными способами передачи являются USB или FireWire.

Беспроводный вариант персональной сети (WPAN) основан на таких технологиях, как Bluetooth, беспроводной USB, Insteon, IrDA, ZigBee или Z-Wave. Беспроводная персональная сеть, работающая через Bluetooth, называется пикосети . Соединения PAN и WPAN обычно расширяются на несколько метров и поэтому не подходят для подключения устройств в разных помещениях или в других зданиях.

Помимо связи между двумя терминалами, персональная сеть также позволяет подключаться к другим более крупным сетям. В этом случае мы говорим о восходящей линии связи . Из-за ограниченного диапазона и одинаково низкой скорости передачи данных сети PAN в основном используются для подключения периферийных устройств в области хобби и развлечений. Типичными примерами являются беспроводные наушники, игровые консоли и цифровые камеры. В сети Интернета (IoT) сети WPAN используются для функций управления и мониторинга с низкой скоростью передачи данных. Протоколы, такие как Insteon, Z-Wave и ZigBee, были разработаны специально для умных домов и домашней автоматизации.

Глобальная зональная сеть (GAN)

Универсальная сеть, которая является Интернетом определяется как Globe Area Network (GAN). Однако такая сеть, как Интернет, не единственная в своем роде. Есть компании, которые управляют закрытыми сетями, которые включают в себя несколько WAN, и поэтому они могут подключать свои компьютеры по всему миру. GAN используют волоконно-оптические WAN-инфраструктуры и подключают их через международные подводные кабели или спутниковые передачи.

Virtual Private Network (VPN) представляет собой виртуальную сеть связи с использованием инфраструктуры физической сети, для подключения системы в аналоговой форме. Однако это может быть любая из сетей, описанных выше. Обычно это сеть, использующая Интернет как средство транспорта , соединяющая почти все компьютеры по всему миру и доступные бесплатно, в отличие от MAN или WAN, которые находятся в частной собственности. Передача данных осуществляется через виртуальный туннель, который служит для установления соединения между VPN-клиентом и VPN-сервером.

Для обеспечения конфиденциальности данных виртуальные частные сети обычно шифруются . Цель использования VPN — это, как правило, подключение нескольких локальных сетей в Интернете или разрешение удаленного доступа к сети или одному компьютеру через общедоступное соединение.