1.1 Введение в сети
Что такое компьютерные сети?
Компьютерная сеть — это система связи, которая позволяет компьютерам и другим устройствам обмениваться данными. Сети варьируются от маленьких локальных сетей до глобальной сети Интернет, соединяющей миллиарды устройств по всему миру.
Важно: Сети стали неотъемлемой частью нашей жизни, обеспечивая доступ к информации, общение и совместную работу независимо от географического положения.
Зачем нужны сети? Примеры из жизни
- Доступ к веб‑ресурсам и облачным сервисам: поиск, видео, документы.
- Работа в офисе: общие принтеры, файловые серверы, видеоконференции.
- Домашние сценарии: «умный дом», потоковое видео, онлайн‑игры.
- Мобильность: Wi‑Fi и сотовые сети для связи «везде и всегда».
- Производство/IoT: датчики, телеметрия, удалённый мониторинг.
Из чего состоит сеть (в общих чертах)
- Узлы (конечные устройства): ПК, смартфоны, серверы, камеры.
- Каналы связи: кабель (витая пара, оптика) и беспроводная среда (Wi‑Fi).
- Сетевое оборудование: коммутаторы, маршрутизаторы, точки доступа.
- Протоколы: правила обмена данными (Ethernet, IP, TCP/UDP, HTTP и др.).
История развития сетей
История компьютерных сетей началась в 1960-х годах с проекта ARPANET, разработанного Министерством обороны США. Этот проект заложил основу для современного Интернета.
- 1969 — Создание ARPANET, первой сети с коммутацией пакетов
- 1973 — Разработка протоколов TCP/IP
- 1983 — ARPANET полностью переходит на TCP/IP
- 1989 — Тим Бернерс-Ли предлагает концепцию World Wide Web
- 1991 — Запуск первого веб-сайта
- 2000-е — Развитие широкополосного доступа и беспроводных технологий
- 2010-е — Эра облачных вычислений и Интернета вещей
Для профессионалов: Ethernet (Ксерокс PARC, 1973→1980 IEEE 802.3), RFC 791/792 (IP/ICMP, 1981), RFC 793 (TCP, 1981) стали фундаментом Интернета; в 2013 появился QUIC, а затем HTTP/3.
Основные понятия: пропускная способность, задержка, надёжность
| Понятие | Что означает | Как измеряется | Замечания |
|---|---|---|---|
| Пропускная способность (Bandwidth) | Максимальная скорость передачи по каналу | бит/с (Мбит/с, Гбит/с) | Верхний теоретический предел канала |
| Пропускная способность приложения (Throughput) | Фактическая скорость доставки полезных данных | бит/с | Меньше Bandwidth из‑за накладных расходов и потерь |
| Задержка (Latency) | Время прохождения пакета от источника к получателю | мс | Влияет на отзывчивость: важна для звонков/игр |
| Джиттер (Jitter) | Колебания задержки между пакетами | мс | Критично для потокового аудио/видео |
| Надёжность | Стабильность работы сети и сохранность данных | % доступности, потери пакетов | Зависит от топологии, оборудования, помех |
Типы сетей кратко
- PAN — персональная сеть на несколько метров (Bluetooth, NFC).
- LAN — локальная сеть в пределах офиса/дома (Ethernet, Wi‑Fi).
- WAN — связи между городами/странами (провайдерские магистрали).
- Интернет — глобальная сеть сетей на базе TCP/IP.
1.2 Типы сетей
Классификация сетей по масштабу
Сети можно классифицировать по их географическому охвату и размеру:
Основные типы сетей:
- PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, охватывающая устройства одного человека на небольшом расстоянии (до 10 метров). Примеры: Bluetooth-соединение между смартфоном и наушниками.
- LAN (Local Area Network) — локальная сеть, объединяющая устройства в пределах ограниченной территории, например, офиса, здания или кампуса.
- MAN (Metropolitan Area Network) — городская сеть, охватывающая территорию города или крупного района.
- WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, охватывающая большие географические территории, включая страны и континенты. Интернет — самый известный пример WAN.
Классификация по способу организации
По способу организации и управления сети делятся на:
- Одноранговые сети (Peer-to-peer) — все компьютеры равноправны, каждый может выступать как клиент и как сервер.
- Клиент-серверные сети — выделенные серверы предоставляют услуги клиентским компьютерам.
# Команды для получения информации о сетевых интерфейсах и конфигурации
# В Windows:
netsh wlan show interfaces # Информация о беспроводных интерфейсах
netsh wlan show networks # Отображение доступных беспроводных сетей
net view # Просмотр компьютеров в локальной сети
# В Linux:
iwconfig # Информация о беспроводных интерфейсах
nmcli device wifi list # Список доступных Wi-Fi сетей
nmcli connection show # Просмотр активных сетевых подключений1.3 Топологии сетей
Что такое топология сети?
Топология сети — это физическое или логическое расположение узлов и соединений в компьютерной сети. Выбор топологии влияет на производительность, надежность и масштабируемость сети.
Основные виды топологий
Базовые топологии сетей
Замечание: Физическая топология описывает реальное соединение узлов и кабелей (звезда, шина, кольцо), а логическая — как в сети фактически идут потоки кадров и пакетов. В современных Ethernet‑сетях физически, как правило, используется звезда/дерево, а логическая структура определяется работой коммутаторов и протоколов (например, STP).
Шина (Bus)
Все устройства подключены к одному кабелю. Простая и недорогая, но при повреждении кабеля вся сеть выходит из строя.
Звезда (Star)
Все устройства подключены к центральному узлу. Отказ одного узла не влияет на работу остальной сети, но выход из строя центрального узла приводит к отказу всей сети.
Кольцо (Ring)
Каждое устройство соединено с двумя соседними, образуя замкнутый круг. Данные передаются по кругу от узла к узлу.
Ячеистая (Mesh)
Каждое устройство соединено со многими или всеми другими устройствами. Обеспечивает высокую надежность, но сложна в реализации.
Дерево (Tree)
Иерархическая структура с корневым узлом и ветвями. Часто используется в корпоративных сетях.
Практическая актуальность: шина/кольцо исторически важны, но редко встречаются сегодня; типичная физическая реализация — звезда/дерево с коммутаторами, логика формируется протоколами L2/L3.
Сравнение топологий
| Топология | Преимущества | Недостатки | Применение |
|---|---|---|---|
| Шина | Простота, экономия кабеля | Низкая отказоустойчивость, проблемы с масштабированием | Небольшие сети, устаревшие системы |
| Звезда | Высокая надежность, простота добавления новых узлов | Зависимость от центрального узла, больше кабеля | Локальные сети офисов, домашние сети |
| Кольцо | Стабильная пропускная способность, равный доступ | Отказ одного узла может нарушить работу всей сети | Промышленные сети, FDDI |
| Ячеистая | Высокая отказоустойчивость, отсутствие единой точки отказа | Сложность, высокая стоимость | Критически важные сети, беспроводные mesh-сети |
1.4 Компоненты сетей
Основные компоненты компьютерных сетей
Компьютерная сеть состоит из различных устройств и компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию в процессе передачи данных.
Ключевые компоненты сети:
- Конечные устройства — компьютеры, смартфоны, принтеры, серверы и другие устройства, которые являются источниками или получателями данных в сети.
- Сетевые устройства — оборудование, обеспечивающее передачу данных между конечными устройствами (маршрутизаторы, коммутаторы, точки доступа).
- Среда передачи данных — физические каналы, по которым передаются данные (кабели, беспроводные среды).
- Сетевые протоколы — набор правил и соглашений для обмена данными между устройствами в сети.
Сетевые устройства
Маршрутизатор (Router)
Маршрутизатор — это устройство, которое соединяет две или более сети и направляет пакеты данных между ними. Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI (уровень 3) и используют IP-адреса для определения оптимального пути передачи данных.
# Команды для работы с маршрутизацией
# В Windows:
route print # Просмотр таблицы маршрутизации
tracert google.com # Трассировка маршрута до указанного хоста
pathping 8.8.8.8 # Расширенная трассировка с анализом потерь пакетов
# В Linux:
ip route show # Просмотр таблицы маршрутизации
traceroute google.com # Трассировка маршрута до указанного хоста
mtr 8.8.8.8 # Комбинированный инструмент трассировки и пингаКоммутатор (Switch)
Коммутатор — устройство, которое соединяет несколько устройств в одной сети. Коммутаторы работают на канальном уровне модели OSI (уровень 2) и используют MAC-адреса для передачи данных между устройствами в локальной сети.
Концентратор (Hub)
Концентратор — простое устройство, которое соединяет несколько устройств в сети и передает данные от одного порта ко всем остальным. В отличие от коммутатора, концентратор не анализирует получаемые данные и просто ретранслирует их на все подключенные устройства.
Важно: Концентраторы считаются устаревшими и в современных сетях практически полностью заменены коммутаторами, которые обеспечивают более эффективную передачу данных.
Мост (Bridge)
Мост — устройство, соединяющее две сети одного типа. Мосты работают на канальном уровне и фильтруют трафик, пропуская только те пакеты, которые должны перейти из одной сети в другую.
Точка доступа (Access Point)
Точка доступа — устройство, которое обеспечивает беспроводное подключение к проводной сети. Точки доступа часто используются для создания Wi-Fi сетей.
Среда передачи данных
Типы сред передачи данных
Витая пара
Наиболее распространенный тип кабеля для локальных сетей. Состоит из пар скрученных проводников, что снижает электромагнитные помехи.
Коаксиальный кабель
Кабель с центральным проводником, окруженным изоляцией и экраном. Используется в кабельном телевидении и некоторых сетях.
Оптоволокно
Кабель из стеклянных или пластиковых волокон, передающий данные с помощью световых импульсов. Обеспечивает высокую скорость и защиту от помех.
Беспроводная среда
Передача данных с помощью радиоволн (Wi-Fi, Bluetooth) или инфракрасного излучения. Обеспечивает мобильность, но более подвержена помехам.