Урок 1Как устроена компьютерная сеть

Компьютерная сеть — это группа (два и более) компьютеров, соединённых каналами передачи данных.

Компьютерные сети обеспечивают:

• быстрый обмен данными между отдельными компьютерами сети;
• совместное использование вычислительных ресурсов, принтеров, модемов, сканеров, устройств внешней памяти и т. п.;
• совместное использование программного обеспечения и баз данных;
• совместную работу пользователей над некоторым заданием или проектом;
• возможность удалённого управления компьютерами (диагностику, настройку и/или установку на них программного обеспечения, оказание других видов удалённой поддержки пользователям и т. п.).

В зависимости от выполняемых в сети функций различают компьютеры-серверы и компьютеры-клиенты:

• сервер (от англ. server — обслуживающий) — компьютер, предоставляющий доступ к собственным ресурсам другим компьютерам и/или управляющий распределением ресурсов сети;
• клиент (рабочая станция) — компьютер, использующий ресурсы сервера.

Компьютерные сети могут быть классифицированы по разным основаниям: по территориальной распространённости, по архитектуре, по скорости передачи данных, по назначению, по типу среды передачи данных и др. Рассмотрим некоторые из этих классификаций.

По территориальной распространённости выделяют:

• локальные сети или LAN (англ. Local Area Network) — сети, состоящие из близко расположенных компьютеров;
• глобальные сети или WAN (англ. Wide Area Network) — сети, охватывающие большие территории и включающие большое число компьютеров.

По архитектуре различают:

• одноранговые сети, в которых все компьютеры имеют равные права — каждый компьютер может предоставлять собственные ресурсы другим компьютерам сети и использовать ресурсы остальных. Такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании её участников. В одноранговой сети все компьютеры работают независимо друг от друга, у них нет единого центра. Такую сеть сложно обслуживать — руководить доступом к ресурсам, устанавливать и обновлять программное обеспечение на отдельных компьютерах, защищать от вмешательства посторонних пользователей, от вирусных атак и т. п.;
• сети с выделенным сервером — сети, в которых один или несколько компьютеров являются серверами, а все остальные — клиентами. Как правило, сервер мощнее и защищён лучше большинства клиентов. На сервере проще организовать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами. Основной недостаток таких сетей в том, что неработоспособность сервера может привести к неработоспособности всей сети.

Скорость передачи данных по сети — это количество бит данных, которые могут быть переданы за одну секунду. Пропускная способность — это максимальная скорость передачи данных. По скорости передачи данных различают:

• низкоскоростные сети (до 10 Мбит/с);
• среднескоростные сети (до 100 Мбит/с);
• высокоскоростные сети (свыше 100 Мбит/с).

Локальные сети

Небольшие компьютерные сети, работающие в пределах одного помещения, одного предприятия, называются локальными сетями (ЛС). Обычно компьютеры одной локальной сети удалены друг от друга на расстояние не более одного километра.

Локальная сеть дает возможность пользователям не только быстро обмениваться данными друг с другом, но и эффективно использовать ресурсы объединенных в сеть компьютеров — узлов сети. Такими ресурсами могут быть дисковая память, устройство печати, факс-модем и другие технические средства, а также программное обеспечение (ПО) и прочая информация в файлах.

С точки зрения организации взаимодействия отдельных элементов ЛС выделяют два типа таких систем:

— 1) одноранговую сеть; в ней все объединенные компьютеры равноправны;
— 2) сеть с выделенным узлом.

Пользователю одноранговой сети могут быть доступны ресурсы всех подключенных к ней компьютеров (в том случае, если эти ресурсы не защищены от постороннего доступа).

В школьных компьютерных классах чаще всего используется ЛC с выделенным узлом, организованная по следующему принципу: имеется одна машина (узел), выполняющая дополнительные обслуживающие функции. Такой узел называют сервером локальной сети. Прочие узлы сети называются рабочими станциями. Операционная система, управляющая работой сервера и рабочих станций, поддерживает режим сетевого взаимодействия.

Выделенный компьютер имеет большую дисковую память, к нему подключены устройства, которых нет на рабочих станциях. На сетевом сервере хранится программное обеспечение и другая информация, к которой могут обращаться пользователи сети.

На многих предприятиях на базе локальных сетей работают информационные системы. Например, в крупном торговом центре на сервере хранится база данных, содержащая сведения о товарах, имеющихся на складе.

Рабочие станции установлены в торговых отделах. На них по запросам продавцов с сервера поступает информация о наличии нужного товара. С рабочей станции на сервер передаются сведения о проданном товаре.

После этого сервер вносит соответствующие изменения в базу данных.

Классификация сетей по типу соединения устройств между собой

Топология — это то, каким образом и в каком порядке связываются сети между собой.

Топология бывает трех видов:

• тип «звезда»;
• тип «кольцо»;
• тип «шина».

Тип «звезда»

Информация между пользователями передается через единый центральный узел, который может быть выражен через сервер или концентратор.

К преимуществам относится то, что он отличается быстродействием, а также наблюдается отсутствие столкновения между передаваемыми данными.

У данного типа сети имеются и недостатки:

1. Низкая надежность, что объясняется функционированием единого центрального узла, который может выйти из-под контроля.
2. Высокие затраты на подключение компьютеров.

Тип «кольцо»

Все компьютеры подключаются в одну линию, которая замыкается в кольцо. Вся маркировка, т.е. специальные сигналы, в данном случае передаются в одном направлении по одной линии, проходя через каждый компьютер, пока необходимый «пакет» не дойдет до нужного адресата.

После принятия компьютер посылает обратно источнику информации подтверждение факта получения данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Такая система считается эффективной, т.к. позволяет отправлять несколько сообщений друг за другом, не дожидаясь получения ответа за первое сообщение. Также преимуществом является то, что тип «кольцо» позволяет подключаться устройствам друг к другу на значительных расстояниях, без использования специального усилителя сигнала.

Из недостатков можно отметить данные факторы:

1. Тип «кольцо» обладает низкой надежностью, т.к. нарушения в работе одного компьютера ведет к сбою всей системы сети.
2. При большом количестве пользователей, процесс начинает зависать.
3. При таком типе локальной сети, общая производительность определяется работоспособностью компьютера с наименьшей мощностью.

Тип «шина»

Все клиенты подключаются к одному каналу, и при этом могут взаимодействовать с любым компьютером, который в сети. Т.е. данные в виде электрических сигналов передаются всем доступным устройствам, но принимать может только тот, чей адрес соответствует адресу получателя.

Из преимуществ можно отметить:

1. Вся информация находится в сети и каждый может ею воспользоваться.
2. Обладает высокой надежностью, поскольку работоспособность сети не зависит от производительности отдельных компьютеров.

Недостатки:

1. Низкая скорость передачи данных.
2. Быстродействие зависит от количества подключенных устройств.
3. Низкая безопасность, т.к. данные с одного компьютера можно увидеть с другого, находящегося в сети.

Одноранговая сеть и клиент-сервис

На практике при создании локальной вычислительной сети в одном здании может быть использовано сочетание топологии. Благодаря сложной структуре можно эффективно и безопасно защитить данные, изолировав их от доступа в ветках подсетей и ограничив к ним доступ.

Также существует две модели локальных вычислительных сетей: одноранговая и клиент-сервис.

В первом случае все компьютеры равны между собой, но при этом информация в них распределена. Т.е. пользователь любого компьютера сети может ограничить доступ к информации, находящейся на его устройстве. А доступными данными можно управлять с других компьютеров, например, распечатывать и изменять файлы и т.д.

Из преимуществ данной модели можно отметить ее простоту реализации и экономичность.

Но, не смотря на это, она имеет и ряд недостатков:

1. Низкая производительность при подключении большого количества устройств.
2. Отсутствие единой информационной базы.
3. Низкая безопасность.

При типе «клиент-сервис» имеется один или несколько главных компьютеров, которые управляют производительностью всей системы сети. Они используются для хранения информации и ее обработки. Такая модель обладает высокой скоростью сети, наличием единой информационной базы и системы безопасности.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость создания данного типа сети, т.к. требуется приобретение отдельного специального сервера, которым будет управлять администратор сети.

Типы компьютерной сети

Компьютерные сети могут быть классифицированы на основе различных атрибутов, таких как физический размер, способ подключения, типы устройств и т.д. Для простоты введения давайте рассмотрим его классификацию с точки зрения физического размера. Вы часто будете слышать следующее.

• Локальная сеть (LAN)
• Городская сеть (MAN)
• Глобальная сеть (WAN)

Локальная сеть (LAN)

LAN- тип компьютерной сети, которая имеет дело обычно с небольшой областью и в основном ограничена одним местом; например, сеть кибер-кафе, компьютерная лаборатория или просто здание организации.

Сеть дома или небольшого здания называется локальной сетью SOHO (имеется в виду локальная сеть небольшого домашнего офиса). В этом типе сети обычно мало компьютеров и других сетевых устройств, например, задействованных коммутаторов и маршрутизаторов (подробности об устройствах описаны ниже).

Городская сеть (MAN)

MAN — это тип компьютерной сети, которая больше, чем локальная сеть, но не поддерживает глобальную сеть (WAN). Это посредник между LAN и WAN. Он охватывает больше областей, чем в локальной сети, и имеет большее количество компьютеров; это также можно рассматривать как комбинацию нескольких локальных сетей.

Глобальная сеть (WAN)

Это самая большая форма компьютерной сети, охватывающая тысячи гектаров земли. Он может пройти через государства и страны; нет ограничений на количество компьютерных и сетевых устройств или ресурсов. В глобальной сети используются все необходимые сетевые устройства, такие как коммутаторы, маршрутизаторы, концентраторы, мосты, ретрансляторы и т.д. Этот тип сети обычно требует административной проверки на полный рабочий день, поскольку ее отказ может привести к массовой потере или краже данных.

Всеми знакомый пример — Интернет.

Как называется сеть, объединяющая компьютеры в пределах одного или нескольких соседних зданий? В ответе введите прилагательное.

Все компьютерные сети подразделяются на 3 вида:
Глобальная компьютерная сеть — это сеть, представляющая собой множество компьютеров, локальных и региональных компьютерных сетей по всему миру.
Региональная компьютерная сеть — это сеть, объединяющая множество компьютеров в пределах одного города/района.
Локальная компьютерная сеть — это сеть, объединяющая относительно небольшое число компьютеров, находящихся в одном здании или группе соседних зданий.

• Написать правильный и достоверный ответ;
• Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
• Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.

• Списывать или копировать что-либо. Высоко ценятся ваши личные, уникальные ответы;
• Писать не по сути. «Я не знаю». «Думай сам». «Это же так просто» — подобные выражения не приносят пользы;
• Писать ответ ПРОПИСНЫМИ БУКВАМИ;
• Материться. Это невежливо и неэтично по отношению к другим пользователям.

Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.

Краткая история интернета

Интернет зародился как экспериментальный проект под эгидой Министерства обороны США в 1960 году. В то время компьютеры были дорогими и медленными, поэтому идея заключалась в том, чтобы разделить их по сети и распределить их вычислительную мощность между несколькими пользователями одновременно.

Разработанный Агентством перспективных исследовательских проектов (ARPA, с 1972 года DARPA), научно-исследовательским агентством Пентагона, предшественник интернета вначале назывался ARPANET. Изначально сеть была очень маленькой и соединяла несколько исследовательских центров в США. Ее использовали только ученые и техники.

По мере развития технологий стали появляться и другие компьютерные сети, в том числе за пределами США. Каждая сеть была основана на собственной технологии, что затрудняло обмен данными между пользователями, работающими в разных сетях. По этой причине примерно в 1970 году в рамках проекта ARPA была создана рабочая группа по интерсетям. В результате исследования были разработаны различные протоколы, в том числе и Internet Protocol Suite.

В начале 1980-х годов Internet Protocol Suite был принят на международном уровне в существующих сетях, а несколько лет спустя начали появляться интернет-провайдеры. С тех пор вся сеть быстро разрасталась. В рамках проекта OPTE визуализировали развитие интернета с 1997 по 2021 год.

Общие принципы построения сетей

Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:

1. Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
2. Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
3. Вычислительных мощностей.

Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Сетевые интерфейсы разделяются на:

• Физические интерфейсы (порты).
• Логические интерфейсы (протоколы).

Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?

Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.

Это число записывается в заголовках протоколов транспортного уровня (об этом ниже). Порт указывает для какой программы предназначен тот или иной пакет (грубо говоря та или иная информация). Например, http-сервер работает через порт 80. Когда вы открываете браузер, вы отправляете запрос на веб-сервер через 80 порт и сервер понимает что это http запрос и вам нужен сервер который передаст вам страницу в формате html (ответ сервера).

Протокол

Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:

Адрес отправителя (Source address):
IP: 82.146.49.11
Port: 2049
Адрес получателя (Destination address):
IP: 195.34.32.111
Port: 53
Данные пакета:
…
Благодаря этим данным информация будет передана на нужный узел.

Пример маршрутизации

В целом маршрутизация (или создание таблицы маршрутов) – это процесс, при котором сетевому интерфейсу указывается, через какой адрес получать доступ к удаленному сетевому ресурсу. Для лучшего понимания следует разобрать пример.

1. Допустим, существуют две подсети, 192.168.0.0/24 и 10.0.0.0/8.
2. Во второй подсети имеется файловый сервер с адресом 10.0.0.10, к которому нужно устроить доступ. В первой находится ПК с адресом 192.168.0.33 и сервер с двумя сетевыми интерфейсами (192.168.0.1 и 10.0.0.100), между которыми настроен NAT.
3. Тогда для добавления маршрута в ОС Windows нужно запустить командную строку от имени Администратора и ввести команду «route ADD -p 10.0.0.10 MASK 255.0.0.0 192.168.0.1 METRIC 1».
4. Нажать Enter. В «Пуск»-«Выполнить» или в адресной строке обычной папки ввести \10.0.0.10 и нажать Enter. ПК получит доступ к ресурсам файлового хранилища.

Дополнительная информация. Таким образом, можно не только получать доступ к файлам и папкам, но и создать подключение через LAN к Интернету. Достаточно после прописывания маршрута в сетевых настройках, в качестве дополнительного шлюза указать адрес точки, имеющей общий выход в Глобальную сеть. Также можно добавлять маршруты для определённых сайтов так, что получится устроить некоторое подобие прокси-сервера.

Как формируются адреса ресурсов Интернета?

Каждый ресурс Интернета (аппаратный, программный, информационный) имеет свой адрес.

Для того чтобы в сети можно было обмениваться данными, каждый компьютер получает уникальный адрес, который называется IP-адресом (от англ. Internet Protocol address). По международному стандарту, любой IP-адрес компьютера состоит из четырех частей, разделенных точками:

***.***.***.*** где *** — число диапазона от 0 до 255.

Такой адрес содержит номер сети и номер компьютера пользователя в ней.

Итак, чтобы обратиться к определенному компьютеру в сети, следует указать его IP-адрес.

Такая система адресации удобна для компьютеров, но неудобна для человека. В сети Интернет используется также более наглядный способ — доменный способ адресации, когда все пространство адресов абонентов (пользователей Интернета) делится на области, которые называются доменами. Этот способ базируется на доменных именах серверов, сокращенно DNS (от англ. Domain Name Server), состоящие из сокращений слов, записанных латинскими символами. Так же как IP-адрес, доменное имя однозначно определяет положение сервера в сети. При обращении к компьютеру его доменным именем оно будет автоматически преобразовано в соответствующую ему IP-адрес. Например, российская поисковая система Яндекс имеет IP-адрес 5.255.255.70, которому соответствует доменное имя yandex.ru.

Доменное имя строится по иерархическому принципу, аналогично структуре имен папок файловой структуры. Идентификаторы (имена) доменов позволяют определить, какой организации принадлежит адрес и в какой стране эта организация расположена.

Имена для доменов верхнего уровня выдает информационный центр Интернета (InterNIC), остальные имен фиксируют те организации, которым такие права делегированы. Идентификаторы доменов верхнего уровня являются стандартными, в доменном имени они записываются справа. Они позволяют определить тип организации, которой принадлежит ресурс, или страну, в которой эта организация расположена.