Компьютерные сети основные понятия: Что такое компьютерная сеть? – Описание компьютерных сетей – AWS

1.1.1 Основные понятия компьютерных сетей. Типы компьютерных сетей

Дисциплины‎ > ‎Компьютерные сети‎ > ‎Тема 1.1 Основные понятия, элементы и структуры компьютерных сетей‎ > ‎

Цель занятия: рассмотрение основных определений в области компьютерных сетей и характеристики основных типов компьютерных сетей;

Задачи занятия:

— рассмотреть основное понятие компьютерной сети и решаемые задачи с помощью сети;

— рассмотреть способы построения сети;

— обозначить способы передачи информации по сети;

— изучить типы сети и функциональные различия;

Компетенции, формируемые во время занятия:

План изучения темы:

1) Изучить теоретический материал занятия;

2) Выписать основные определения в тетрадь;

3) Выполнить задание;

4) Ответить письменно на контрольные вопросы в конце темы;

1 Основные понятия компьютерных сетей

Широкое внедрение персональных компьютеров привело к необходимости обмена информацией, обрабатываемой на разных компьютерах.  

Как перенести большой объем информации с одного компьютера на другой? 

Как распечатать информацию, если всего один принтер? 

Как предоставить всем компьютерам выход в Интернет? 

Эти и многие другие проблемы решают компьютерные сети.

Компьютерная сеть — это соединение двух или более компьютеров для решения следующих задач:

  • обмен информацией;
  • общее использование программного обеспечения;
  • общее использование оборудования (принтеры, модемы, диски и т.п.).

Соединение, как правило, создается с помощью кабеля, но существуют и другие, более сложные средства.
В рамках одного учреждения довольно практично использовать кабельное соединение. Преобразование информации для передачи по кабелю осуществляют устройства, встраиваемые в компьютер — сетевые адаптеры. Такие местные сети получили название локальные сети.  

А если нам нужно соединить нашу локальную сеть с другой локальной сетью, то как протянуть кабель для подключения к сети, расположенной достаточно удаленно от данной, например, в другом здании или другом городе? 
Для этого используют уже существующие кабельные соединения, такие как телефонные линии. Вопросами перекодировки информации для прохождения по телефонным линиям, занимаются специальные устройства, подключаемые к компьютеру — модемы. Можно использовать и другие способы соединения, например, радиосвязь. Устройства преобразования в этом случае будут другими.
Удаленные локальные сети, объединяются друг с другом, создавая глобальные сети. Примером глобальной сети является сеть Интернет.

Вся работа компьютеров в сети, независимо от назначения и размеров сети, сводится только к одному: обмену информацией. Каждый компьютер имеет встроенный сетевой адаптер, который в свою очередь подключается к кабельной системе.
Перед передачей по сети информация формируется в пакеты. Сетевые адаптеры общаются между собой, передавая и принимая пакеты с информацией. Каждый пакет состоит из двух основных частей: Заголовок и Данные.

Рисунок 1 — Структура пакета

Заголовок содержит адрес компьютера-отправителя и адрес компьютера-получателя.
Раздел данных содержит передаваемую информацию. 
Переданный в сеть пакет отправляется на все компьютеры. Получив пакет, они читают заголовок, и только тот компьютер, которому этот пакет адресован, прочтет данные из этого пакета.

Если компьютер должен передать по сети, например, текстовый файл большого размера, то сетевой адаптер этого компьютера разделит файл на фрагменты и передаст каждый фрагмент в отдельном пакете. Делается это затем, чтобы большие файлы не загружали сеть на долгое время, давая возможность другим компьютерам работать в сети. Принимающий сетевой адаптер получит все передаваемые ему пакеты, соединит их в единый файл и только после этого передаст готовый файл своему компьютеру. Таким образом, в сети один за другим передаются пакеты от разных компьютеров, не создавая «заторов».
Пакет имеет строго определенный формат, поэтому любой компьютер, получив пакет, сможет его прочитать. Этот формат определяется сетевым протоколом, который устанавливается в настройках операционной системы. Протокол представляет собой набор правил и соглашений для передачи информации по компьютерной сети. Если на компьютерах установлен одинаковый сетевой протокол, то они смогут «понимать» друг друга. Компьютеры с разными протоколами имеют разный формат пакетов и соответственно друг друга не поймут, также как люди, говорящие на разных языках. Например, пакет Ethernet может иметь размер от 64 до 1 518 байт, из них 18 байт используется под заголовок. Поэтому в одном пакете Ethernet можно передавать не более 1 500 байт данных. Пакеты Token Ring вмещают 4 202 байта данных.
Иногда пакет называют кадром (фреймом).

Есть три наиболее распространенных протокола, используемых в компьютерных сетях Microsoft — NetBEUI, TCP/IP, IPX/SPX. 

Каждый компьютер в сети может иметь один из двух статусов:

  • Сервер
  • Рабочая станция

Рисунок 2 — Статусы ПК в сети

Серверы предоставляют свои ресурсы (диски, папки с файлами, принтеры, устройство для чтения CD/DVD и т.п.) другим компьютерам сети. Как правило, это специально выделенный высокопроизводительный компьютер, оснащенный специальной серверной операционной системой (например, Windows Server 2012), центрально управляющий сетью. 
Рабочая станция (клиентский компьютер) — это компьютер рядового пользователя на базе Windows, получающий доступ к ресурсам серверов.
По типу организации работы компьютеров в сети различают:

  • Одноранговые сети
  • Сети с выделенным сервером (многоранговые)

Рисунок 3 — Типы локальных сетей

2 Типы компьютерных сетей

Выбор типа локальной сети в большей степени зависит от требований к безопасности работы с информацией и уровня подготовки администратора сети.

В одноранговой сети все компьютеры имеют одинаковый приоритет и независимое администрирование. 
Каждый компьютер имеет установленную операционную систему платформы Microsoft Windows любой версии или совместимую с ней. Эта операционная система поддерживает работу клиента сети Microsoft. 
Пользователь каждого компьютера самостоятельно решает вопрос о предоставлении доступа к своим ресурсам другим пользователям сети. Это наиболее простой вариант сети, не требующий особых профессиональных знаний. Установка такой сети не занимает много времени. 
Для построения одноранговой локальной сети достаточно объединить компьютеры при помощи сетевого кабеля (смонтировать кабельную систему) и установить на компьютеры, например, ОС Windows XP Professional. Мастер подключения к сети, поможет осуществить все необходимые настройки операционной системы.

Рисунок 4 — Пример одноранговой сети

В сети с выделенным сервером управление ресурсами сервера и рабочих станций централизовано и осуществляется с сервера. Отпадает необходимость обходить все компьютеры сети и настраивать доступ к разделяемым ресурсам. Включение новых компьютеров и пользователей в сеть также упрощается. Повышается безопасность использования информации в сети. Это удобно для сетей, в которых работают различные категории пользователей и много разделяемых ресурсов. 
Для создания сети с выделенным сервером:

  • Необходимо установить и настроить на одном из компьютеров серверную операционную систему (ОС), например Microsoft Windows Server 2012. На этом сервере создается общая база учетных записей всех пользователей, назначаются общие ресурсы, и определяется доступ к каждому для категорий или отдельных пользователей.
  • На клиентские компьютеры устанавливается сетевая операционная система Windows XP Professional, которая настраивается для работы с сервером. При подключении к сети каждый пользователь проходит регистрацию на сервере. Только пользователи, прошедшие регистрацию, т.е. зарегистрированные на сервере, могут получить доступ к сети и общим сетевым ресурсам.

Рисунок 5 — Пример сети с выделенным сервером на базе Windows Server 2003 и Windows XP Professional

Изменения в учетных записях пользователей делаются администратором сети централизованно, на сервере. К тому же пользователей можно объединять в группы и создавать отдельную политику работы в сети для каждой группы. Это значительно облегчает работу администратора при назначении доступа к общим ресурсам. 

Выделенный сервер часто выполняет только одну определенную функцию (роль), например:

  • Файловый сервер (файл-сервер) служит для хранения файлов,
  • Сервер печати (принт-сервер) предоставляют принтеры в общее пользование,
  • Сервер приложений обеспечивает работу пользователей с сетевыми приложениями,
  • Web-серверы предоставляют общий доступ к данным,
  • Маршрутизатор — для предоставления доступа к другим сетям и удаленного доступа к вашей сети,
  • Серверы электронной почты хранят почтовые ящики пользователей и организовывают доставку почты по сети, и т. д.

В небольших локальных сетях, как правило, устанавливают один сервер, объединяющий в себе несколько серверных функций (ролей). Этого вполне достаточно и экономически оправдано. Кстати, небольшие сети могут обходиться и без серверов, т.е. быть одноранговыми.
Сложности такой сети заключаются в следующем:

  • На компьютер, который выбран в качестве сервера, устанавливается специализированная сетевая операционная система. Установка, настройка и администрирование этой системы, клиентов сети, разделяемых ресурсов требует от системного администратора дополнительных знаний. 
  • При неисправности сервера доступ к сети и сетевым ресурсам становится невозможен. Работа пользователей на каждой рабочей станции может быть продолжена только в автономном режиме.

В таблице представлены достоинства и недостатки двух видов сетей.

Таблица 1 — Достоинства и недостатки видов сетей

Достоинства

Недостатки

Одноранговая сеть

—

Легко настроить

—

Не требует серверного ПО

—

Не нужен квалифицированный системный 
администратор

—

Меньшая стоимость 
проекта.  

—

Меньшая безопасность

—

Сложность администрирования каждого компьютера в отдельности

—

Ухудшение производительности при совместном использовании pесурсов.

Сеть с выделенным сервером

—

Большая безопасность

—

Легче управлять, т.к. администрирование  
централизовано

—

Сложность настройки, администрирования системы, клиентов, разделяемых ресурсов

—

Отсутствие доступа к сети при выходе из строя 
cервера.

Рабочая группа — это средство поддержки сетевого окружения, входящее в состав Microsoft Windows XP.
Рабочая группа (workgroup) — это логическая группа сетевых компьютеров одноранговой сети. 
Компьютеры рабочей группы совместно используют общие ресурсы, такие как файлы и принтеры. При администрировании каждого компьютера определяют:

  • какие ресурсы этого компьютера будут разделяемыми (общими),
  • какие пользователи сети будут иметь доступ к этим ресурсам, с какими правами.

При этом, на каждом компьютере рабочей группы создаются собственные базы данных пользователей и политики безопасности локального компьютера.

Рисунок 6 — Пример рабочей группы

Рабочая группа является удобной сетевой средой для небольшого числа компьютеров, расположенных недалеко друг от друга.

В сетях с выделенными серверами администрирование осуществляется централизованно. Для упрощения администрирования, любые компьютеры сети и разделяемые ресурсы можно объединять в группы, называемые доменами.
Домен — это логическая группировка любых компьютеров сети под одним именем.
Для домена создается общая база данных. В Windows Server 2003 эта база данных называется каталогом и входит в службу каталога Active Directory. 

Рисунок 7 — Пример домена

К объектам, хранимым в каталоге, относятся как пользователи, так и ресурсы сети. 

Домен может объединять любые компьютеры, расположенные в локальной сети или находящиеся в разных городах, странах. Соединение компьютеров домена может быть любым, включая телефонные линии, оптоволоконные линии, спутниковую связь и другие.
Служба каталога Active Directory разворачивается на любом сервере, входящем в состав сети. Такой сервер получает дополнительно статус контроллера домена. 

Администрирование сети и управление политиками безопасности осуществляется на контроллере домена. Доменов в сети может быть несколько, и каждый домен обязательно имеет один или несколько контроллеров домена. 
Если контроллеров домена несколько, то база данных Active Directory копируется на каждый. Это повышает отказоустойчивость и делает администрирование более удобным, т.к. все изменения, проведенные на одном контроллере домена, отображаются на других. Этот процесс называется репликацией.

Задание:

В тетради заполните схемы, распределив роди компьютерам в сети (сервер, рабочая станция).

Контрольные вопросы:

1) Что такое компьютерная сеть?

2) Что необходимо для организации простой компьютерной сети?

            3) Как называется часть (порция) информации, передаваемая по сети?

            4) Из каких элементов состоит пакет?

            5) Что такое протокол?

            6) Какие два статуса могут иметь персональные компьютеры в сети?

            7) Чем отличается сервер от рабочей станции?

            8) Каковы функции сервера?

            9) Какие два основных вида компьютерных сетей существует?

            10) Что необходимо для организации одноранговой сети?

            11) Что необходимо для организации многоранговой сети?

            12) Какие основные достоинства и недостатки существуют у одноранговых и многоранговых сетей?

            13) Что такое рабочая группа?

            14) Что такое домен?

            15) Для чего используется служба Active Directory?

            16) Что такое репликация?

Домашнее задание: 

подготовить сообщение на темы «Развитие компьютерных сетей во времена СССР», «Развитие компьютерные сетей в определенной стране».

Основы компьютерных сетей. Тема №1. Основные сетевые термины и сетевые модели / Хабр

Всем привет. На днях возникла идея написать статьи про основы компьютерных сетей, разобрать работу самых важных протоколов и как строятся сети простым языком. Заинтересовавшихся приглашаю под кат.


Немного оффтопа: Приблизительно месяц назад сдал экзамен CCNA (на 980/1000 баллов) и осталось много материала за год моей подготовки и обучения. Учился я сначала в академии Cisco около 7 месяцев, а оставшееся время вел конспекты по всем темам, которые были мною изучены. Также консультировал многих ребят в области сетевых технологий и заметил, что многие наступают на одни и те же грабли, в виде пробелов по каким-то ключевым темам. На днях пару ребят попросили меня объяснить, что такое сети и как с ними работать. В связи с этим решил максимально подробно и простым языком описать самые ключевые и важные вещи. Статьи будут полезны новичкам, которые только встали на путь изучения. Но, возможно, и бывалые сисадмины подчеркнут из этого что-то полезное. Так как я буду идти по программе CCNA, это будет очень полезно тем людям, которые готовятся к сдаче. Можете держать статьи в виде шпаргалок и периодически их просматривать. Я во время обучения делал конспекты по книгам и периодически читал их, чтобы освежать знания.

Вообще хочу дать всем начинающим совет. Моей первой серьезной книгой, была книга Олиферов «Компьютерные сети». И мне было очень тяжело читать ее. Не скажу, что все было тяжело. Но моменты, где детально разбиралось, как работает MPLS или Ethernet операторского класса, вводило в ступор. Я читал одну главу по несколько часов и все равно многое оставалось загадкой. Если вы понимаете, что какие то термины никак не хотят лезть в голову, пропустите их и читайте дальше, но ни в коем случае не отбрасывайте книгу полностью. Это не роман или эпос, где важно читать по главам, чтобы понять сюжет. Пройдет время и то, что раньше было непонятным, в итоге станет ясно. Здесь прокачивается «книжный скилл». Каждая следующая книга, читается легче предыдущей книги. К примеру, после прочтения Олиферов «Компьютерные сети», читать Таненбаума «Компьютерные сети» легче в несколько раз и наоборот. Потому что новых понятий встречается меньше. Поэтому мой совет: не бойтесь читать книги. Ваши усилия в будущем принесут плоды. Заканчиваю разглагольствование и приступаю к написанию статьи.

Вот сами темы

1) Основные сетевые термины, сетевая модель OSI и стек протоколов TCP/IP.

2) Протоколы верхнего уровня.

3) Протоколы нижних уровней (транспортного, сетевого и канального).

4) Сетевые устройства и виды применяемых кабелей.

5) Понятие IP адресации, масок подсетей и их расчет.

6) Понятие VLAN, Trunk и протоколы VTP и DTP.

7) Протокол связующего дерева: STP.

8) Протокол агрегирования каналов: Etherchannel.

9) Маршрутизация: статическая и динамическая на примере RIP, OSPF и EIGRP.

P.S. Возможно, со временем список дополнится.


Итак, начнем с основных сетевых терминов.

Что такое сеть? Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем. Чтобы не было каши, разделим компоненты сети на группы:

1) Оконечные узлы: Устройства, которые передают и/или принимают какие-либо данные. Это могут быть компьютеры, телефоны, сервера, какие-то терминалы или тонкие клиенты, телевизоры.

2) Промежуточные устройства: Это устройства, которые соединяют оконечные узлы между собой. Сюда можно отнести коммутаторы, концентраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа Wi-Fi.

3) Сетевые среды: Это те среды, в которых происходит непосредственная передача данных. Сюда относятся кабели, сетевые карточки, различного рода коннекторы, воздушная среда передачи. Если это медный кабель, то передача данных осуществляется при помощи электрических сигналов. У оптоволоконных кабелей, при помощи световых импульсов. Ну и у беспроводных устройств, при помощи радиоволн.

Посмотрим все это на картинке:

На данный момент надо просто понимать отличие. Детальные отличия будут разобраны позже.

Теперь, на мой взгляд, главный вопрос: Для чего мы используем сети? Ответов на этот вопрос много, но я освещу самые популярные, которые используются в повседневной жизни:

1) Приложения: При помощи приложений отправляем разные данные между устройствами, открываем доступ к общим ресурсам. Это могут быть как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом.

2) Сетевые ресурсы: Это сетевые принтеры, которыми, к примеру, пользуются в офисе или сетевые камеры, которые просматривает охрана, находясь в удаленной местности.

3) Хранилище: Используя сервер или рабочую станцию, подключенную к сети, создается хранилище доступное для других. Многие люди выкладывают туда свои файлы, видео, картинки и открывают общий доступ к ним для других пользователей. Пример, который на ходу приходит в голову, — это google диск, яндекс диск и тому подобные сервисы.

4) Резервное копирование: Часто, в крупных компаниях, используют центральный сервер, куда все компьютеры копируют важные файлы для резервной копии. Это нужно для последующего восстановления данных, если оригинал удалился или повредился. Методов копирования огромное количество: с предварительным сжатием, кодированием и так далее.

5) VoIP: Телефония, работающая по протоколу IP. Применяется она сейчас повсеместно, так как проще, дешевле традиционной телефонии и с каждым годом вытесняет ее.

Из всего списка, чаще всего многие работали именно с приложениями. Поэтому разберем их более подробно. Я старательно буду выбирать только те приложения, которые как-то связаны с сетью. Поэтому приложения типа калькулятора или блокнота, во внимание не беру.

1) Загрузчики. Это файловые менеджеры, работающие по протоколу FTP, TFTP. Банальный пример — это скачивание фильма, музыки, картинок с файлообменников или иных источников. К этой категории еще можно отнести резервное копирование, которое автоматически делает сервер каждую ночь. То есть это встроенные или сторонние программы и утилиты, которые выполняют копирование и скачивание. Данный вид приложений не требует прямого человеческого вмешательства. Достаточно указать место, куда сохранить и скачивание само начнется и закончится.

Скорость скачивания зависит от пропускной способности. Для данного типа приложений это не совсем критично. Если, например, файл будет скачиваться не минуту, а 10, то тут только вопрос времени, и на целостности файла это никак не скажется. Сложности могут возникнуть только когда нам надо за пару часов сделать резервную копию системы, а из-за плохого канала и, соответственно, низкой пропускной способности, это занимает несколько дней. Ниже приведены описания самых популярных протоколов данной группы:

FTP- это стандартный протокол передачи данных с установлением соединения. Работает по протоколу TCP (этот протокол в дальнейшем будет подробно рассмотрен). Стандартный номер порта 21. Чаще всего используется для загрузки сайта на веб-хостинг и выгрузки его. Самым популярным приложением, работающим по этому протоколу — это Filezilla. Вот так выглядит само приложение:

TFTP- это упрощенная версия протокола FTP, которая работает без установления соединения, по протоколу UDP. Применяется для загрузки образа бездисковыми рабочими станциями. Особенно широко используется устройствами Cisco для той же загрузки образа и резервных копий.

Интерактивные приложения. Приложения, позволяющие осуществить интерактивный обмен. Например, модель «человек-человек». Когда два человека, при помощи интерактивных приложений, общаются между собой или ведут общую работу. Сюда относится: ICQ, электронная почта, форум, на котором несколько экспертов помогают людям в решении вопросов. Или модель «человек-машина». Когда человек общается непосредственно с компьютером. Это может быть удаленная настройка базы, конфигурация сетевого устройства. Здесь, в отличие от загрузчиков, важно постоянное вмешательство человека. То есть, как минимум, один человек выступает инициатором. Пропускная способность уже более чувствительна к задержкам, чем приложения-загрузчики. Например, при удаленной конфигурации сетевого устройства, будет тяжело его настраивать, если отклик от команды будет в 30 секунд.

Приложения в реальном времени. Приложения, позволяющие передавать информацию в реальном времени. Как раз к этой группе относится IP-телефония, системы потокового вещания, видеоконференции. Самые чувствительные к задержкам и пропускной способности приложения. Представьте, что вы разговариваете по телефону и то, что вы говорите, собеседник услышит через 2 секунды и наоборот, вы от собеседника с таким же интервалом. Такое общение еще и приведет к тому, что голоса будут пропадать и разговор будет трудноразличимым, а в видеоконференция превратится в кашу. В среднем, задержка не должна превышать 300 мс. К данной категории можно отнести Skype, Lync, Viber (когда совершаем звонок).

Теперь поговорим о такой важной вещи, как топология. Она делится на 2 большие категории: физическая и логическая. Очень важно понимать их разницу. Итак, физическая топология — это как наша сеть выглядит. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели используются, как они протянуты и в какой порт воткнуты. Логическая топология — это каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии. То есть физическая — это как мы расположили устройства, а логическая — это через какие устройства будут проходить пакеты.

Теперь посмотрим и разберем виды топологии:

1) Топология с общей шиной (англ. Bus Topology)


Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило — это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.

2) Кольцевая топология (англ. Ring Topology)


В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.

3) Топология звезда (англ. Star Topology)


Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.

4)Полносвязная топология (англ. Full-Mesh Topology)


Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.

5)Неполносвязная топология (англ. Partial-Mesh Topology)


Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Однако соединение построено не с каждого на каждый, а через дополнительные узлы. То есть узел A, связан напрямую только с узлом B, а узел B связан и с узлом A, и с узлом C. Так вот, чтобы узлу A отправить сообщение узлу C, ему надо отправить сначала узлу B, а узел B в свою очередь отправит это сообщение узлу C. В принципе по этой топологии работают маршрутизаторы. Приведу пример из домашней сети. Когда вы из дома выходите в Интернет, у вас нет прямого кабеля до всех узлов, и вы отправляете данные своему провайдеру, а он уже знает куда эти данные нужно отправить.

6) Смешанная топология (англ. Hybrid Topology)


Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

И последнее, что осталось разобрать — это сетевые модели. На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый вендор использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других вендоров. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standartization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI, релиз которой состоялся в 1984 году. Проблема ее была только в том, что ее разрабатывали около 7 лет. Пока специалисты спорили, как ее лучше сделать, другие модели модернизировались и набирали обороты. В настоящее время модель OSI не используют. Она применяется только в качестве обучения сетям. Мое личное мнение, что модель OSI должен знать каждый уважающий себя админ как таблицу умножения. Хоть ее и не применяют в том виде, в каком она есть, принципы работы у всех моделей схожи с ней.

Состоит она из 7 уровней и каждый уровень выполняет определенную ему роль и задачи. Разберем, что делает каждый уровень снизу вверх:

1) Физический уровень (Physical Layer): определяет метод передачи данных, какая среда используется (передача электрических сигналов, световых импульсов или радиоэфир), уровень напряжения, метод кодирования двоичных сигналов.

2) Канальный уровень (Data Link Layer): он берет на себя задачу адресации в пределах локальной сети, обнаруживает ошибки, проверяет целостность данных. Если слышали про MAC-адреса и протокол «Ethernet», то они располагаются на этом уровне.

3) Сетевой уровень (Network Layer): этот уровень берет на себя объединения участков сети и выбор оптимального пути (т. е. маршрутизация). Каждое сетевое устройство должно иметь уникальный сетевой адрес в сети. Думаю, многие слышали про протоколы IPv4 и IPv6. Эти протоколы работают на данном уровне.

4) Транспортный уровень (Transport Layer): Этот уровень берет на себя функцию транспорта. К примеру, когда вы скачиваете файл с Интернета, файл в виде сегментов отправляется на Ваш компьютер. Также здесь вводятся понятия портов, которые нужны для указания назначения к конкретной службе. На этом уровне работают протоколы TCP (с установлением соединения) и UDP (без установления соединения).

5) Сеансовый уровень (Session Layer): Роль этого уровня в установлении, управлении и разрыве соединения между двумя хостами. К примеру, когда открываете страницу на веб-сервере, то Вы не единственный посетитель на нем. И вот для того, чтобы поддерживать сеансы со всеми пользователями, нужен сеансовый уровень.

6) Уровень представления (Presentation Layer): Он структурирует информацию в читабельный вид для прикладного уровня. Например, многие компьютеры используют таблицу кодировки ASCII для вывода текстовой информации или формат jpeg для вывода графического изображения.

7) Прикладной уровень (Application Layer): Наверное, это самый понятный для всех уровень. Как раз на этом уроне работают привычные для нас приложения — e-mail, браузеры по протоколу HTTP, FTP и остальное.

Самое главное помнить, что нельзя перескакивать с уровня на уровень (Например, с прикладного на канальный, или с физического на транспортный). Весь путь должен проходить строго с верхнего на нижний и с нижнего на верхний. Такие процессы получили название инкапсуляция (с верхнего на нижний) и деинкапсуляция (с нижнего на верхний). Также стоит упомянуть, что на каждом уровне передаваемая информация называется по-разному.

На прикладном, представления и сеансовым уровнях, передаваемая информация обозначается как PDU (Protocol Data Units). На русском еще называют блоки данных, хотя в моем круге их называют просто данные).

Информацию транспортного уровня называют сегментами. Хотя понятие сегменты, применимо только для протокола TCP. Для протокола UDP используется понятие — датаграмма. Но, как правило, на это различие закрывают глаза.

На сетевом уровне называют IP пакеты или просто пакеты.

И на канальном уровне — кадры. С одной стороны это все терминология и она не играет важной роли в том, как вы будете называть передаваемые данные, но для экзамена эти понятия лучше знать. Итак, приведу свой любимый пример, который помог мне, в мое время, разобраться с процессом инкапсуляции и деинкапусуляции:

1) Представим ситуацию, что вы сидите у себя дома за компьютером, а в соседней комнате у вас свой локальный веб-сервер. И вот вам понадобилось скачать файл с него. Вы набираете адрес страницы вашего сайта. Сейчас вы используете протокол HTTP, которые работает на прикладном уровне. Данные упаковываются и спускаются на уровень ниже.

2) Полученные данные прибегают на уровень представления. Здесь эти данные структурируются и приводятся в формат, который сможет быть прочитан на сервере. Запаковывается и спускается ниже.

3) На этом уровне создается сессия между компьютером и сервером.

4) Так как это веб сервер и требуется надежное установление соединения и контроль за принятыми данными, используется протокол TCP. Здесь мы указываем порт, на который будем стучаться и порт источника, чтобы сервер знал, куда отправлять ответ. Это нужно для того, чтобы сервер понял, что мы хотим попасть на веб-сервер (стандартно — это 80 порт), а не на почтовый сервер. Упаковываем и спускаем дальше.

5) Здесь мы должны указать, на какой адрес отправлять пакет. Соответственно, указываем адрес назначения (пусть адрес сервера будет 192.168.1.2) и адрес источника (адрес компьютера 192.168.1.1). Заворачиваем и спускаем дальше.

6) IP пакет спускается вниз и тут вступает в работу канальный уровень. Он добавляет физические адреса источника и назначения, о которых подробно будет расписано в последующей статье. Так как у нас компьютер и сервер в локальной среде, то адресом источника будет являться MAC-адрес компьютера, а адресом назначения MAC-адрес сервера (если бы компьютер и сервер находились в разных сетях, то адресация работала по-другому). Если на верхних уровнях каждый раз добавлялся заголовок, то здесь еще добавляется концевик, который указывает на конец кадра и готовность всех собранных данных к отправке.

7) И уже физический уровень конвертирует полученное в биты и при помощи электрических сигналов (если это витая пара), отправляет на сервер.

Процесс деинкапсуляции аналогичен, но с обратной последовательностью:

1) На физическом уровне принимаются электрические сигналы и конвертируются в понятную битовую последовательность для канального уровня.

2) На канальном уровне проверяется MAC-адрес назначения (ему ли это адресовано). Если да, то проверяется кадр на целостность и отсутствие ошибок, если все прекрасно и данные целы, он передает их вышестоящему уровню.

3) На сетевом уровне проверяется IP адрес назначения. И если он верен, данные поднимаются выше. Не стоит сейчас вдаваться в подробности, почему у нас адресация на канальном и сетевом уровне. Это тема требует особого внимания, и я подробно объясню их различие позже. Главное сейчас понять, как данные упаковываются и распаковываются.

4) На транспортном уровне проверяется порт назначения (не адрес). И по номеру порта, выясняется какому приложению или сервису адресованы данные. У нас это веб-сервер и номер порта — 80.

5) На этом уровне происходит установление сеанса между компьютером и сервером.

6) Уровень представления видит, как все должно быть структурировано и приводит информацию в читабельный вид.

7) И на этом уровне приложения или сервисы понимают, что надо выполнить.

Много было написано про модель OSI. Хотя я постарался быть максимально краток и осветить самое важное. На самом деле про эту модель в Интернете и в книгах написано очень много и подробно, но для новичков и готовящихся к CCNA, этого достаточно. Из вопросов на экзамене по данной модели может быть 2 вопроса. Это правильно расположить уровни и на каком уровне работает определенный протокол.

Как было написано выше, модель OSI в наше время не используется. Пока разрабатывалась эта модель, все большую популярность получал стек протоколов TCP/IP. Он был значительно проще и завоевал быструю популярность.

Вот так этот стек выглядит:


Как видно, он отличается от OSI и даже сменил название некоторых уровней. По сути, принцип у него тот же, что и у OSI. Но только три верхних уровня OSI: прикладной, представления и сеансовый объединены у TCP/IP в один, под названием прикладной. Сетевой уровень сменил название и называется — Интернет. Транспортный остался таким же и с тем же названием. А два нижних уровня OSI: канальный и физический объединены у TCP/IP в один с названием — уровень сетевого доступа. Стек TCP/IP в некоторых источниках обозначают еще как модель DoD (Department of Defence). Как говорит википедия, была разработана Министерством обороны США. Этот вопрос встретился мне на экзамене и до этого я про нее ничего не слышал. Соответственно вопрос: «Как называется сетевой уровень в модели DoD?», ввел меня в ступор. Поэтому знать это полезно.

Было еще несколько сетевых моделей, которые, какое то время держались. Это был стек протоколов IPX/SPX. Использовался с середины 80-х годов и продержался до конца 90-х, где его вытеснила TCP/IP. Был реализован компанией Novell и являлся модернизированной версией стека протоколов Xerox Network Services компании Xerox. Использовался в локальных сетях долгое время. Впервые IPX/SPX я увидел в игре «Казаки». При выборе сетевой игры, там предлагалось несколько стеков на выбор. И хоть выпуск этой игры был, где то в 2001 году, это говорило о том, что IPX/SPX еще встречался в локальных сетях.

Еще один стек, который стоит упомянуть — это AppleTalk. Как ясно из названия, был придуман компанией Apple. Создан был в том же году, в котором состоялся релиз модели OSI, то есть в 1984 году. Продержался он совсем недолго и Apple решила использовать вместо него TCP/IP.

Также хочу подчеркнуть одну важную вещь. Token Ring и FDDI — не сетевые модели! Token Ring — это протокол канального уровня, а FDDI это стандарт передачи данных, который как раз основывается на протоколе Token Ring. Это не самая важная информация, так как эти понятия сейчас не встретишь. Но главное помнить о том, что это не сетевые модели.

Вот и подошла к концу статья по первой теме. Хоть и поверхностно, но было рассмотрено много понятий. Самые ключевые будут разобраны подробнее в следующих статьях. Надеюсь теперь сети перестанут казаться чем то невозможным и страшным, а читать умные книги будет легче). Если я что-то забыл упомянуть, возникли дополнительные вопросы или у кого есть, что дополнить к этой статье, оставляйте комментарии, либо спрашивайте лично. Спасибо за прочтение. Буду готовить следующую тему.

Основы компьютерных сетей — GeeksforGeeks

Компьютерные сети — это практика соединения компьютеров друг с другом для обеспечения связи и обмена данными между ними.

Вот некоторые основные концепции компьютерных сетей:

Сеть: Сеть — это совокупность компьютеров и устройств, соединенных друг с другом для обеспечения связи и обмена данными.

Узлы: Узлы — это устройства, подключенные к сети. Это могут быть компьютеры, серверы, принтеры, маршрутизаторы, коммутаторы и другие устройства.

Протокол: Протокол — это набор правил и стандартов, регулирующих передачу данных по сети. Примеры протоколов включают TCP/IP, HTTP и FTP.

Топология: Топология сети относится к физическому и логическому расположению узлов в сети. Общие сетевые топологии включают шину, звезду, кольцо, ячеистую сеть и дерево.

LAN: Локальная сеть (LAN) — это сеть, покрывающая небольшую территорию, например офис или дом. ЛВС обычно используются для подключения компьютеров и других устройств в пределах здания или кампуса.

WAN: Глобальная сеть (WAN) — это сеть, охватывающая большую географическую область, например город, страну или даже весь мир. Глобальные сети используются для соединения локальных сетей и обычно используются для связи на большие расстояния.

IP-адрес : IP-адрес — это уникальный числовой идентификатор, который присваивается каждому устройству в сети. IP-адреса используются для идентификации устройств и обеспечения связи между ними.

DNS: Система доменных имен (DNS) — это протокол, который используется для преобразования удобочитаемых доменных имен (например, www.google.com) в IP-адреса, понятные компьютерам.

Брандмауэр: Брандмауэр — это защитное устройство, которое используется для мониторинга и контроля входящего и исходящего сетевого трафика. Брандмауэры используются для защиты сетей от несанкционированного доступа и других угроз безопасности.

Это всего лишь несколько основных концепций компьютерных сетей. Сеть — это обширная и сложная область, и существует гораздо больше концепций и технологий, связанных с созданием и обслуживанием сетей.

Открытая система:  Система, подключенная к сети и готовая к обмену данными.

Закрытая система:  Система, которая не подключена к сети и с которой невозможно установить связь.

Компьютерная сеть: Взаимосвязь нескольких устройств, также известных как хосты, которые подключены с использованием нескольких путей для отправки/получения данных или мультимедиа. Компьютерные сети также могут включать несколько устройств/носителей, которые помогают в общении между двумя разными устройствами; они известны как Сетевые устройства и включают в себя такие вещи, как маршрутизаторы, коммутаторы, концентраторы и мосты.

Топология сети:  Расположение различных устройств в сети. Общие примеры включают шину, звезду, сетку, кольцо и гирляндную цепь.

OSI:  OSI расшифровывается как Open Systems Interconnection . Это эталонная модель, которая определяет стандарты для протоколов связи, а также функциональные возможности каждого уровня. OSI была разработана Международной организацией по стандартизации и представляет собой 7-уровневую архитектуру. Каждый уровень OSI имеет разные функции, и каждый уровень должен следовать разным протоколам.

The 7 layers are:-

  1. physical layer
  2. Data link layer
  3. Network layer
  4. Transport layer
  5. Session layer
  6. Presentation layer
  7. Application layer

Protocol:  A protocol is a set правил или алгоритмов, которые определяют, как два объекта могут обмениваться данными по сети, и существуют разные протоколы, определенные на каждом уровне модели OSI. Некоторые из таких протоколов — это TCP, IP, UDP, ARP, DHCP, FTP и так далее.

УНИКАЛЬНЫЕ ИДЕНТИФИКАТОРЫ СЕТИ  

Имя узла: Каждое устройство в сети связано с уникальным именем устройства, известным как Имя узла.
Введите «имя хоста» в командной строке (режим администратора) и нажмите «Ввод», это отобразит имя хоста вашего компьютера.
 

IP-адрес (адрес интернет-протокола):   Также известный как логический адрес, IP-адрес — это сетевой адрес системы в сети.
Для идентификации каждого устройства во всемирной паутине Управление по присвоению номеров в Интернете (IANA) назначает адрес IPV4 (версия 4) в качестве уникального идентификатора для каждого устройства в Интернете.
Длина IPv4-адреса составляет 32 бита, следовательно, у нас есть 2 32 доступных IP-адресов. Длина адреса IPv6 составляет 128 бит.
Введите «ipconfig» в командной строке и нажмите «Enter», это даст нам IP-адрес устройства.  

MAC-адрес (адрес управления доступом к среде):  MAC-адрес, также известный как физический адрес, является уникальным идентификатором каждого хоста и связан с его сетевой картой (сетевой интерфейсной картой).
MAC-адрес присваивается сетевой карте во время изготовления.
Длина MAC-адреса: 12 полубайтов/ 6 байтов/ 48 бит
Введите «ipconfig/all» в командной строке и нажмите «Ввод», это даст нам MAC-адрес.  

Порт:  Порт можно назвать логическим каналом, по которому данные могут быть отправлены/получены в приложение. На любом хосте может быть запущено несколько приложений, и каждое из этих приложений идентифицируется по номеру порта, на котором они работают.

A port number is a 16-bit integer, hence, we have 2 16 ports available which are categorized as shown below: 
 

Port Types Range
Well known Ports 0 – 1023
Registered Ports 1024 – 49151
Ephemeral Ports 49152 – 65535

Number of post: 65,536 
Range: 0 – 65535 
Введите « netstat -a » в командной строке и нажмите «Ввод», это перечислит все используемые порты.  

Сокет: Уникальная комбинация IP-адреса и номера порта называется сокетом.

Другие связанные понятия  

DNS-сервер:  DNS означает Система доменных имен . DNS — это, по сути, сервер, который переводит веб-адреса или URL-адреса (например, www.google.com) в соответствующие им IP-адреса. Нам не нужно запоминать все IP-адреса каждого веб-сайта. Команда ‘ nslookup ’ дает вам IP-адрес домена, который вы ищете. Это также предоставляет информацию о нашем DNS-сервере. \

RP:  ARP означает Протокол разрешения адресов .
Используется для преобразования IP-адреса в соответствующий физический адрес (например, MAC-адрес).
ARP используется канальным уровнем для определения MAC-адреса машины получателя.

RARP:  RARP означает Протокол обратного разрешения адресов .
Как следует из названия, он предоставляет IP-адрес устройства, которому в качестве входных данных задан физический адрес. Но RARP устарел с тех пор, как на сцену вышел DHCP.

Эта статья предоставлена ​​ Kundana Thiyari . Если вам нравится GeeksforGeeks и вы хотите внести свой вклад, вы также можете написать статью с помощью write.geeksforgeeks.org или отправить ее по адресу [email protected]. Посмотрите, как ваша статья появится на главной странице GeeksforGeeks, и помогите другим гикам. Пожалуйста, пишите комментарии, если вы обнаружите что-то неправильное, или вы хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсуждаемой выше.

Что такое компьютерная сеть? Основы, использование и компоненты

АвторLawrence Williams

Часы

Обновлено

Компьютерная сеть представляет собой группу из двух или более взаимосвязанных компьютерных систем. Вы можете установить сетевое соединение с помощью кабеля или беспроводной сети.

Каждая сеть включает аппаратное и программное обеспечение, соединяющее компьютеры и инструменты.

В этом учебном пособии по компьютерным сетям вы узнаете:

  • Что такое компьютерная сеть?
  • Компоненты компьютерной сети
  • Уникальные идентификаторы сети
  • Другие важные сетевые компоненты
  • Использование компьютерных сетей
  • Преимущества компьютерных сетей
  • Недостатки компьютерных сетей

Компоненты компьютерной сети

Вот основные компоненты компьютерной сети:

Коммутаторы

Коммутаторы работают как контроллер, который соединяет компьютеры, принтеры и другие аппаратные устройства с сетью в кампусе или здании.

Позволяет устройствам в вашей сети взаимодействовать друг с другом, а также с другими сетями. Это поможет вам разделить ресурсы и сократить расходы любой организации.

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы помогают подключаться к нескольким сетям. Это позволяет вам использовать одно подключение к Интернету для нескольких устройств и экономить деньги. Этот сетевой компонент действует как диспетчер, который позволяет анализировать данные, отправляемые по сети. Он автоматически выбирает лучший маршрут для передачи данных и отправляет их по пути.

Серверы:

Серверы — это компьютеры, на которых хранятся общие программы, файлы и сетевая операционная система. Серверы разрешают доступ к сетевым ресурсам всем пользователям сети.

Клиенты:

Клиенты — это компьютерные устройства, которые имеют доступ к сети и используют ее, а также совместно используют сетевые ресурсы. Они также являются пользователями сети, так как могут отправлять и получать запросы от сервера.

Среда передачи:

Среда передачи — это носитель, используемый для соединения компьютеров в сети, такой как коаксиальный кабель, витая пара и оптоволоконный кабель. Он также известен как ссылки, каналы или линии.

Точки доступа

Точки доступа позволяют устройствам подключаться к беспроводной сети без кабелей. Беспроводная сеть позволяет подключать новые устройства и обеспечивает гибкую поддержку мобильных пользователей.

Общие данные:

Общие данные — это данные, которыми пользуются клиенты, такие как файлы данных, программы доступа к принтерам и электронная почта.

Сетевая интерфейсная карта:

Сетевая интерфейсная карта отправляет, получает данные и управляет потоком данных между компьютером и сетью.

Локальная операционная система:

Локальная ОС, которая помогает персональным компьютерам получать доступ к файлам, печатать на локальном принтере и использовать один или несколько дисков и дисководов компакт-дисков, расположенных на компьютере.

Сетевая операционная система:

Сетевая операционная система — это программа, работающая на компьютерах и серверах. Это позволяет компьютерам общаться через сеть.

Протокол:

Протокол — это набор определенных правил, который позволяет двум объектам обмениваться данными по сети. Некоторыми стандартными протоколами, используемыми для этой цели, являются IP, TCP, UDP, FTP и т. д.

Hub:

Hub — это устройство, которое разделяет сетевое подключение на несколько компьютеров. Он действует как распределительный центр, поэтому всякий раз, когда компьютер запрашивает какую-либо информацию с компьютера или из сети, он отправляет запрос на концентратор через кабель. Концентратор получит запрос и передаст его во всю сеть.

Кабель LAN:

Кабель локальной сети (LAN) также называется кабелем Ethernet или кабелем передачи данных. Он используется для подключения устройства к Интернету.

OSI:

OSI расшифровывается как Open Systems Interconnection. Это эталонная модель, которая позволяет задавать стандарты связи.

Уникальные идентификаторы сети

Ниже приведены некоторые уникальные идентификаторы сети:

Имя хоста:

Каждое устройство в сети связано с уникальным устройством, которое называется именем хоста.

IP-адрес:

IP-адрес (интернет-протокол) является уникальным идентификатором для каждого устройства в Интернете. Длина IP-адреса составляет 32 бита. IPv6-адрес составляет 128 бит.

DNS-сервер:

DNS означает систему доменных имен. Это сервер, который переводит URL-адреса или веб-адреса в соответствующие им IP-адреса.

MAC-адрес:

MAC (адрес управления доступом к среде) известен как физический адрес, является уникальным идентификатором каждого хоста и связан с сетевой картой (сетевой интерфейсной картой). Общая длина MAC-адреса: 12 цифр/ 6 байт/ 48 бит

Порт:

Порт – это логический канал, который позволяет пользователям сети отправлять или получать данные приложению. На каждом хосте может быть запущено несколько приложений. Каждое из этих приложений идентифицируется по номеру порта, на котором они работают.

Другие важные сетевые компоненты

ARP:

ARP означает протокол разрешения адресов, который помогает пользователям сети преобразовывать IP-адрес в соответствующий физический адрес.

RARP:

Протокол обратного разрешения адресов дает IP-адрес устройства с заданным физическим адресом в качестве входных данных.

Использование компьютерных сетей

Вот некоторые распространенные применения компьютерных сетей

  • Помогает вам совместно использовать ресурсы, такие как принтеры
  • Позволяет обмениваться дорогостоящим программным обеспечением и базой данных между участниками сети
  • Обеспечивает быструю и эффективную связь с одного компьютера на другой
  • Помогает вам обмениваться данными и информацией между пользователями через сеть.

Преимущества компьютерной сети

Вот основные преимущества/плюсы использования компьютерной сети:

  • Помогает вам соединяться с несколькими компьютерами вместе для отправки и получения информации при доступе к сети.
  • Позволяет совместно использовать принтеры, сканеры и электронную почту.
  • Помогает обмениваться информацией на очень высокой скорости
  • Электронная связь эффективнее и дешевле, чем без сети.

Недостатки компьютерных сетей

Вот недостатки/минусы использования компьютерных сетей:

  • Инвестиции в оборудование и программное обеспечение могут быть дорогостоящими при первоначальной настройке
  • Если вы не примете надлежащие меры безопасности, такие как шифрование файлов, брандмауэры, ваши данные окажутся под угрозой.
  • Некоторые компоненты конструкции сети могут не прослужить много лет, и они станут бесполезными или неисправными, и их потребуется заменить.
  • Требуется время для постоянного администрирования
  • Частые сбои сервера и проблемы с регулярными отказами кабеля

Резюме:

  • Компьютерная сеть представляет собой группу из двух или более взаимосвязанных компьютерных систем
  • Компьютерные сети помогают вам соединяться с несколькими компьютерами вместе для отправки и получения информации
  • Коммутаторы работают как контроллер, соединяющий компьютеры, принтеры и другие аппаратные устройства

    • Маршрутизаторы

  • помогают подключаться к нескольким сетям.