Компьютерные сети

Определение

Компьютерная сеть — совокупность компьютеров и других устройств, соединённых линиями передачи данных для обмена информацией и совместного использования ресурсов.

Локальная сеть (LAN — Local Area Network) — сеть, охватывающая небольшую территорию (один кабинет, этаж, здание). Скорость передачи — от 100 Мбит/с до 100 Гбит/с.

Глобальная сеть (WAN — Wide Area Network) — сеть, объединяющая компьютеры на больших расстояниях (регионы, страны). Интернет — крупнейшая глобальная сеть.

Пример

Топологии сетей

Звезда — все компьютеры подключены к центральному устройству (коммутатору).

      ┌───┐
      │ ПК│
      └─┬─┘
        │
┌───┐ ┌─┴─┐ ┌───┐
│ ПК├─┤SW ├─┤ ПК│
└───┘ └─┬─┘ └───┘
        │
      ┌─┴─┐
      │ ПК│
      └───┘

Кольцо — каждый компьютер соединён с двумя соседними, данные передаются по кольцу.

    ┌───┐     ┌───┐
    │ ПК├─────┤ ПК│
    └─┬─┘     └─┬─┘
      │         │
    ┌─┴─┐     ┌─┴─┐
    │ ПК├─────┤ ПК│
    └───┘     └───┘

Шина — все устройства подключены к одной линии связи.

    ┌───┐   ┌───┐   ┌───┐   ┌───┐
    │ ПК│   │ ПК│   │ ПК│   │ ПК│
    └─┬─┘   └─┬─┘   └─┬─┘   └─┬─┘
      └──────┴───────┴───────┘
      ────────── шина ──────────

Полносвязная — каждый компьютер соединён с каждым напрямую.

    ┌───┐
    │ ПК│───┐
    └─┬─┘   ├───┐
      │     │   │
    ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ │
    │ ПК│ │ ПК│─┘
    └───┘ └───┘

Среда передачи данных

Витая пара — медные провода, скрученные попарно. Скорость до 1 Гбит/с (категория 5e), дальность до 100 м.

Оптоволокно — стеклянные нити, передача световыми импульсами. Скорость до 100 Гбит/с, дальность до 40 км без повторителей.

WiFi (IEEE 802.11) — беспроводная передача по радиоканалу. Стандарт WiFi 6 — до 9,6 Гбит/с, дальность до 50 м внутри помещения.

Модель OSI (7 уровней)

Модель OSI (Open Systems Interconnection) описывает, как данные передаются по сети:

Уровень	Название	Функция	Пример
7	Прикладной	Взаимодействие с приложениями	HTTP, FTP, SMTP
6	Представления	Кодирование/шифрование данных	JPEG, SSL/TLS
5	Сеансовый	Управление сеансом связи	NetBIOS
4	Транспортный	Надёжная доставка данных	TCP, UDP
3	Сетевой	Маршрутизация и адресация	IP
2	Канальный	Передача кадров между узлами	Ethernet, MAC-адреса
1	Физический	Передача битов по среде	Кабель, радиосигнал

Обозначения

Термин	Аббревиатура	Описание
Локальная сеть	LAN	Сеть в пределах здания/офиса
Глобальная сеть	WAN	Сеть на больших расстояниях
Коммутатор	Switch	Умный концентратор, передаёт данные адресату
Маршрутизатор	Router	Соединяет разные сети, выбирает путь
Точка доступа	AP	Беспроводной вход в сеть (WiFi)
Пропускная способность	—	Максимальный объём данных в единицу времени (бит/с)

Важно!

• Звезда — самая распространённая топология: выход одного узла не ломает всю сеть, но отказ коммутатора останавливает всех.
• Кольцо — выход одного узла может разорвать всю сеть (если нет резервных путей).
• Шина — дешёвая, но при обрыве кабеля сеть полностью выходит из строя; сейчас почти не используется.
• Полносвязная — максимальная отказоустойчивость, но требует N(N-1)/2 соединений (для 10 узлов — 45 кабелей).
• Оптоволокно не подвержено электромагнитным помехам, но сложнее в монтаже.
• Модель OSI — теоретическая; на практике используется стек TCP/IP (4 уровня: прикладной, транспортный, сетевой, канальный).