Введение в компьютерные сети

Термин «сеть» означает группу, цепь или коллекцию чего-то связанного с целью общения. В случае с компьютерами это определение тоже подходит, хотя и с незначительными изменениями.

Сеть представляет собой группу связанных компьютеров, которые обмениваются ресурсами, файлами и обладают общими стандартами коммуникации. Слово «коммуникация» в данном случае означает передачу данных. Поскольку обмен происходит между компьютерами, это называется компьютерными сетями.

Понимание процесса

Сети могут быть очень крупными, а значит сложными. С помощью сетей компьютерные устройства обмениваются данными. Сети могут быть проводные и беспроводные. Рынок компьютерных сетей затрагивает следующее:

• Аппаратные компоненты сети
• Программное обеспечение и сервисы
• Виртуальные сети
• Серверы
• Управление сетями и безопасность

Давайте рассмотрим пример компьютерной сети.

Внутри сети есть хост или множество хостов. Внутри хоста есть процесс или множество процессов.

Допустим, процессом является запуск сайта www.google.com в браузере. Для этого нужно подключиться к серверу Google, чтобы увидеть веб-страницу на своём компьютере.

Если использовать только имя домена, нужно определить сеть, хост и процесс, внутри которого всё это происходит.

Доменное имя www.google.com нужно преобразовать в IP-адрес, чтобы его понимал получающий хост и сети.

IP-адрес состоит из двух частей:

1. Идентификатор хоста

2. Идентификатор сети

При помощи идентификатора сети можно открыть нужную сеть. При помощи идентификатора хоста нужно найти в этой сети конкретный хост. Чтобы достигнуть процесса, нужен номер порта.

Так работает подключение в веб-сервисах.

Типы компьютерных сетей

1. LAN (локальная сеть)

Разработана для небольших участков, таких как офисы, группы зданий и т.д. Их проще всего создавать и решать возникающие проблемы. Персональные компьютеры и рабочие станции чаще всего входят в состав локальных сетей. У них бывает разная топография: кольцо, шина, звезда и дерево. Локальные сети позволяют делиться ресурсами, дают централизованный доступ к данным, обеспечивают их безопасность, делятся подключениями. Недостатками локальных сетей являются высокая стоимость создания, нарушение конфиденциальности, угроза безопасности данных, ограниченный территориальный доступ.

2. MAN (Metropolitan Area Network, городская вычислительная сеть)

Более крупная версия локальной сети. Она может состоять из нескольких локальных сетей. Такой вариант очень эффективен для быстрой связи, но дорого стоит, требуется больше кабелей и другого оборудования.

3. WAN (Wide Area Network, глобальная вычислительная сеть)

Название говорит само за себя. Сети могут быть публичными или частными. Такая сеть может покрывать всю страну.

Сетевая модель ISO/OSI

Основой сети является так называемая модель ISO/OSI. Давайте рассмотрим уровни этой модели.

• Физический. Передача сигналов, главным образом закодированных.
• Канальный. Общение двух сторон, Ethernet.
• Сетевой. Маршрутизация, IP-адреса.
• Транспортный. Отвечает за взаимодействие сетевых приложений, TCP.
• Сеансовый. Установка и управление подключениями.
• Уровень представления данных. Преобразование данных в нужную форму.
• Прикладной. Передача файлов, почта, вход в учётные записи.

Ниже представлена диаграмма подключения TCP/IP в рамках этой модели. Семь слоёв подключения работают как показано здесь.

OSI (Open System Interconnects) состоит из семи уровней. Эта модель определяет сетевой фреймворк для реализации протоколов. Модель TCP/IP состоит из четырех уровней. Все протоколы в рамках этой модели располагаются на трёх верхних уровнях.

IP версий 4 и 6

Есть множество протоколов под уровнем IP. Можно сказать, что интернет существует благодаря наличию IP. Используется главным образом протокол IP версии 4, где применяется 32-разрядная адресация. Технические ограничения препятствуют окончательному переходу на более крупные адреса. Несмотря на это, потребность преобразовывать IPV4 в 128-битные адреса IPV6 растёт. Оба они являются универсальными протоколами маршрутизации и адресации.

• IPv4 32-разрядный, IPv6 128-разрядный
• IPv4 представляет собой цифровой адрес с разделением точками, IPv6 буквенно-числовой с разделением двоеточием
• IPv4 обладает двенадцатью полями заголовков, IPV6 восемью. Продолжительность поля заголовка 20 для IPv4 и 40 для IPv6.

Числовая система

В компьютерных сетях используются два вида числовых систем: одинарная и двоичная. В первом случае применяются нули, во втором нули и единицы.

• 2 ^10 = 1024, обозначается K (кило)
• 2^20 = обозначается M(Мега)
• 2^30 = обозначается G (Гига)
• 2^40 = обозначается T (Тера) и т.д.

Сетевые устройства

Давайте посмотрим, какими реальными устройствами реализуется модель ISO/OSI.

Хаб. Используется для подключения множества хостов в сети и даже для передачи данных. Передача данных осуществляется через проводное или беспроводное подключение в виде пакетов. Когда хост отправляет данные в любую сеть, хаб копирует информацию из пакета, которая связана с ним. Это делает хаб менее безопасным.

Сетевой коммутатор. Также работает в локальных сетях, но он умнее хаба. Кроме передачи данных коммутатор осуществляет фильтрацию и передачу дополнительной информации.

Модем. Осуществляет модуляцию и демодуляцию цифрового и аналогового сигнала.

Маршрутизатор. Помогает направлять трафик между разными сетями.

Мост. Соединяет две подсети в рамках одной сети.

Повторитель. Электронное устройство для усиления сигнала.