Компьютерные сети для чайников. Монтаж компьютерной сети: пособие для чайников

Как работает интернет?

Интернет - это международная система компьютерных сетей, построенная на базе IP и маршрутизации IP-пакетов. За счет сложной, очень разветвленной системы интернет позволяет охватить миллионы компьютеров во всем мире. Предлагаем вам узнать, как работает интернет.

Структура интернета

По всему миру в офисах компаний, государственных учреждений, в частных домах и квартирах стоят компьютеры. Отдельными группами они объединяются в небольшие локальные сети (от сети компьютеров в какой-то организации до городской сети). Те в свою очередь включаются в более крупные сети - региональные, национальные. Они также являются частью, только уже еще более масштабных сетей — континентальных. Эти сети соединяются между собой колоссальным по параметрам подводным трансатлантическим оптоволоконным кабелем. За счет этого, например, компьютер, стоящий в Орле, связан с компьютером в Ванкувере. Пользователи этих двух ПК посредством интернета могут общаться друг с другом.

Что касается того, как работает интернет на международном, общемировом уровне, то это достигается за счет глобальной сети — совокупности всех компьютеров мира, соединенных между собой с помощью интернета. Размеры ее поистине колоссальны, ведь она охватывает практически всю планету за исключением редких уголков, которые в силу географических, социальных, политических и прочих причин не имеют возможности работать с подобным ресурсом.

Кроме того, имеются достаточно крупные сети, не соединенные или соединенные лишь частично вместе с другими сетями мирового интернета. Например, такова ситуация в Северной Корее. В этой стране доступ к «Всемирной паутине» осуществляется исключительно по разрешению властей, а потому право на него имеют редкие чиновники высшего ранга. Внутри же самой страны работает внутренняя сеть под названием «Кванмен», которая стала доступна местным гражданам не так давно. Количество информации и ее характер жестко контролируются властями республики.

Как работает сеть интернет: составляющие элементы

Любое обращение к интернету (когда мы ищем какую-то информацию, открываем сайты и проч.) — это сложная цепочка последовательных действий, происходящих в сети. Причем каждый подобный процесс предполагает наличие обязательных составляющих. Далее мы кратко остановимся на них.

Пользователь

Или какая-то автоматическая программа, посылающая запросы в интернет для получения информации.

Компьютер

Или любое другое средство выхода в интернет, например, телефон, планшет. Без таких устройств выйти в сеть нельзя.

Интернет-провайдер

Это коммерческая организация, компания, открывающая доступ к интернету для отдельных компьютеров. В каждом городе, стране имеются свои провайдеры. При этом все провайдеры мира делятся на 3 большие категории.

• Первая - это владельцы какой-то доли мирового интернета, располагающие обычно своими оптоволоконными сетями, по которым они и передают трафик (то есть заданный объем информации, которую можно получить через интернет) сетевым провайдерам низшей группы.
• Вторая - это компании национального уровня или регионального (созданные несколькими соседними странами). Например, это "Ростелеком".
• Третья - это все остальные участники рынка, представленные менее крупными фирмами-провайдерами в городах и областях.

Финансовые взаимоотношения, определяющие, в частности, количество полученного трафика между всеми этими группами (а особенно между первой и второй категориями) провайдеров очень сложны. Здесь нередко играют роль не только экономические моменты, но и личные интересы, политика и проч.

Браузер

Это программа-клиент для работы в интернете, которую можно установить либо с диска, либо скачав через тот же интернет. Самыми популярными браузерами являются Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera.

Пользователь может установить на свой ПК абсолютно любой браузер или даже несколько программ - по желанию. У каждой программы имеются свои особенности, плюсы и минусы.

Домен

Под этим понятием подразумевается некая зона в сети интернет, занятая тем или иным сайтом. Соответственно, у каждой страницы в интернете есть свое неповторимое доменное имя - адрес, по которому вы можете найти сайт в сети.

Запустив браузер, в адресной строке вы вводите именно доменное имя нужного вам ресурса. После этого система обращается с соответствующим запросом к сети интернет-провайдера. У провайдера установлен сервер типа DNS (Domain Name System), который позволяет перекодировать доменное имя сайта в IP-адрес. IP-адрес (Internet Protocol Address) - это уникальный адрес какой-то зоны в интернете, представленный, в отличие от доменного имени, в виде цифр. К слову, IP-адрес имеют не только сайты, но и сами компьютеры. Каждому ПК IP-адрес присваивает интернет-провайдер, предоставляющий доступ к сети. Это делается для того, чтобы иметь возможность поставлять трафик по нужному адресу, то есть к каждому конкретному ПК, а также чтобы решать какие-то проблемы в обслуживании.

После этого IP-адрес сайта перекодируется из десятичной системы вычисления в двоичную (с участием 0 и 1). В этом виде провайдер посредством сервера отправляет запрос о получении информации с нужного пользователю сайта на маршрутизатор.

Маршрутизатор

Другое название данного устройства - роутер. Оно обеспечивает передачу информации по каналу сети. Можно сказать, что маршрутизатор является двоюродным братом GPS-навигатора, используемого в жизни. Зная расположение двух точек (в случае с интернетом это компьютер пользователя и сайт в интернете), маршрутизатор прокладывает нужный путь между ними, чтобы обеспечить обмен информацией.

Передача информации осуществляется от одного маршрутизатора к другому вплоть до конечной точки - сервера.

Сервер

Мощный компьютер, который может выполнять в зависимости от его вида следующие задачи:

• Обеспечивает получение компьютерами сети интернет-трафика.
• Занимается перекодировкой доменных имен в IP-адреса.
• Хранит данные. Например, это может быть сервер с данными пользователей какой-то электронной почты: входящими и исходящими письмами, письмами в корзине и в папке со спамом, информация из адресных книг и проч.
• Размещает в своей памяти информации о различных сайтах сети, всех данных на них. Такие серверы называются хостингами.

Соответственно, в нашем примере запрос на открытие сайта будет передан через маршрутизаторы на соответствующий хостинг, хранящий информацию об искомой интернет-странице. Ответ сервера будет передан по обратной цепочке (через маршрутизаторы, интернет-провайдера и браузер) на ПК.

Однако прежде чем результат высветится на мониторе, для передачи информации будет использован один из многочисленных портов, которые использует ПК.

Порт

Это системный ресурс, выделяемый приложению для связи с другими приложениями в сети. То есть, поступая на определенный IP-адрес, те или иные данные затем расходятся по разным портам. Так, существует порт для отправки электронной почтой и отдельно - для ее получения.

Для работы с веб-сайтами также существует отдельный порт. Он анализирует полученную информацию и отправляет ее в браузер. В результате перед нами открывается желанная страница.

На деле весь описанный процесс длится не более пары секунд. Вы сами можете это оценить, попробовав открыть какой-нибудь сайт. Страница появится перед вами буквально через мгновение после того, как вы введете ее доменное имя в адресную строку или, допустим, впишете какой-то запрос в окно поиска браузера.

Самой знаменитой глобальной сетью является Интернет, представляющий собой набор взаимосвязанных сетей, функционирующих как одна сеть. Основным каналом связи Интернета является последовательность сетей, организованных правительством США для взаимосвязи суперкомпьютеров ключевых научно-исследовательских лабораторий. Этот канал называется опорной сетью (backbone) и поддерживается Национальным научным фондом США (National Science Foundation).

Со времен организации первоначальной опорной сети, доступ к которой имели лишь ограниченное количество специальных пользователей, Интернет разросся в сеть, охватывающую весь мир и предоставляющую доступ миллионам простых пользователей.
Для передачи по Интернету информация разбивается протоколом TCP/IP на пакеты необходимого размера. На пути к пункту назначения пакеты проходят через различные сети разных уровней. В зависимости от применяемой схемы маршрутизации отдельные пакеты могут передаваться в Интернете по разным маршрутам, а потом собираться в первоначальную последовательность по прибытию в пункт назначения.

В процессе перемещения пакета от источника к назначению он может пройти через несколько локальных сетей, региональных сетей, маршрутизаторов, повторителей, хабов, мостов и шлюзов. Региональные сети (midlevel network) - это просто сети, которые могут обмениваться информацией между собой без подключения к Интернету.

Повторитель (repeater) предотвращает затухание сигналов, усиливая и передавая дальше полученную информацию. Хабы соединяют компьютеры в сетевой сегмент, позволяя им взаимодействовать друг с другом. Мосты соединяют различные сети, позволяя выполнять межсетевую трансляцию данных. Специальный тип моста, называющийся шлюзом, преобразует сообщения для обмена между сетями разных типов (например, между сетям Windows и сетями Apple).

Поставщики интернет-услуг.

Доступ к Интернету отдельным пользователям и сетям предоставляется компаниями - поставщиками интернет-услуг (ISP, Internet Service Provide). Эти компании владеют блоками адресов Интернета, которые они могут назначать своим клиентам. Когда пользователь подключается к поставщику интернет-услуг, он подключается к его серверу, который в свою очередь подключен к Интернету посредством устройств, называющихся маршрутизаторами. Маршрутизатор представляет собой устройство, которое получает сетевые пакеты от узлов сети и определяет их адрес назначения в Интернете и самый лучший маршрут для доставки пакета по этому адресу. Маршрутизация осуществляется на основе известных каналов в Интернете и объема трафика на разных сегментах. После этого маршрутизатор передает пакет в точку доступа к сети (Network Access Point, NAP).

Сервисы, предоставляемые поставщиком интернет-услуг своим клиентам, включают в себя:

Средство интернет-идентификации в виде IP-адреса;

Услуги электронной почты через серверы POP3 и SMTP;

Службы новостей через серверы Usenet;

Маршрутизацию через серверы DNS.

IP-адрес.

Поставщики интернет-услуг предоставляют своим клиентам адреса для доступа в Интернет, которые называются адресами протокола IP или IP-адресами. IP-адрес однозначно идентифицирует пользователя в Интернете, позволяя ему получать различного рода информацию. Сейчас используются две версии адресации в Интернете: протокол IPv4 и протокол IPv6.

До 2000 года преобладающей версией является версия IPv4. В этой версии протокола IP каждому узлу сети выделяется числовой адрес в виде XXX.YYY.ZZZ.AAA, где каждая группа букв представляет трехзначное число в десятичном формате (или 8-битовое в двоичном). Этот формат называется десятичным представлением с разделительными точками (dotted decimal notation), а сама группа - октетом. Десятичные числа каждого октета получаются из двоичных чисел, с которыми работает аппаратное обеспечение. Например, сетевому адресу 10000111. 10001011. 01001001. 00110110 в двоичном формате соответствует адрес 135. 139. 073. 054 в десятичном формате.

IP-адрес состоит из адреса сети и адреса узла. Адрес сети идентифицирует всю сеть, а адрес узла - отдельный узел в этой сети: маршрутизатор, сервер или рабочую станцию. Локальные сети разбиваются на 3 класса: A, B, C. Принадлежность сети к определенному классу определяется сетевой частью IP-адреса.

Адреса сетей А зарезервированы для крупных сетей. Для сетевой части адреса применяются первые 8 битов (слева), а для адреса узла - последние 24 бита IP-адреса. Первый (старший) бит первого октета сетевого адреса равен 0, а за ним следует любая комбинация остальных 7 битов. Соответственно, IP-адреса класса А занимают диапазон 001.х.х.х - 126.х.х.х, что позволяет адресацию 126 отдельных сетей, в каждой из которых будет около 17 млн. узлов.

Диапазон адресов 1 27.х.х.х зарезервирован для тестирования сетевых систем. Некоторые из этих адресов принадлежат правительству США для тестирования опорной сети Интернета. Адрес 127.0.0.1 зарезервирован для тестирования шины локальной системы.

Адреса класса В назначаются сетям среднего размера. Значение первых двух октетов лежит в числовом диапазоне 128.x.x.x - 191.254.0.0. Это позволяет адресовать до 16384 разных сетей, каждая из них может иметь 65 534 узлов.

Адреса класса С применяются для сетей, где количество узлов сравнительно невелико. Сетевая часть адреса указывается первыми тремя октетами, а адрес сети - последним. Значение первых трех октетов, определяющих сетевой адрес, может быть в диапазоне 192.x.x.x - 223.254.254.0. Таким образом, адреса класса С позволяют адресацию приблизительно 2 млн. сетей, каждая из них может иметь до 254 узлов.

Версия IPv6 протокола IP была разработана с целью решения ожидаемой проблемы нехватки адресов, поддерживаемых версией IPv4. Адреса назначения и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт, что позволяет поддерживать громадное количество IP-адресов. Протокол IPv6 также предусматривает проверку подлинности отправителя пакета, а также шифрование содержимого пакета. Поддержка протокола IPv6 встроена в Windows 7 и во многие дистрибутивы Linux; и в последние годы этот протокол применяется все чаще. Протокол IPv6 обеспечивает поддержку мобильных телефонов, бортовых компьютеров автомобилей и широкий круг других подключенных к Интернету персональных устройств.

Адреса IPv6 записываются в виде восьми групп четырехзначных шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием: 2001: 0db8: 00a7: 0051: 4dc1: 635b: 0000: 2ffe. Нулевые группы могут представляться двойным двоеточием. Но адрес не может содержать больше двух последовательных двоеточий. Для удобства ведущие нули могут опускаться. При использовании в качестве URL-адреса IPv6-адрес необходимо заключать в квадратные скобки - http://.

Подсети.

Узлы секций сети можно сгруппировать в подсети с общим диапазоном IP-адресов. Эти группы называются интрасетями. Каждый сегмент интрасети должен быть оснащен защитным шлюзом, играющим роль точки входа и выхода сегмента. Обычно роль шлюза играет устройство, называющееся маршрутизатором. Маршрутизатор - это интеллектуальное устройство, которое пересылает полученные данные на IP-адрес получателя.

В некоторых сетях в качестве внешнего шлюза применяется сетевой экран или, по-другому, брандмауэр (firewall). Обычный брандмауэр представляет собой комбинацию аппаратных и программных компонентов, создающих защитный барьер между сетями с разными уровнями безопасности. Администратор может настроить брандмауэр так, что он будет пропускать данные только на указанные IP-адреса и порты.

Для создания подсети маскируется сетевая часть IP-адреса узлов, которые нужно включить в данную подсеть. В связи с этим, мобильность данных ограничивается узлами подсети, так как эти узлы могут распознавать адреса только в пределах замаскированного диапазона. Для создания подсети существуют три основные причины.

• Чтобы изолировать разные сегменты сети друг от друга. Возьмем, например, сеть из 1 000 компьютеров. Без применения сегментации данные каждого из этих 1 000 компьютеров будут проходить через все остальные компьютеры. Представьте себе нагрузку на канал связи. Кроме этого, каждый пользователь сети будут иметь доступ к данным всех других ее членов.
• Чтобы эффективно использовать IP-адреса. Применение 32-битового представления IP-адреса допускает ограниченное количество адресов. Хотя 126 сетей, каждая с 17 млн. узлов, может казаться большим числом, в мировом сетевом масштабе этого количества адресов далеко не достаточно.
• Чтобы позволить повторное использование одного IP-адреса сети. Например, разделение адресов класса С между двумя расположенными в разных местах подсетями позволяет выделить каждой подсети половину имеющихся адресов. Таким образом, обе подсети могут использовать один адрес сети класса С.

Чтобы создать подсеть, нужно заблокировать числами какие-либо или все биты октета IP-адреса. Например, маска со значением 255 блокирует весь октет, а маска со значением 254 блокирует всё, кроме одного адреса октета. Для сетей класса А обычно применяется маска 255. 0. 0. 0, для сетей класса В - маска 255 .255.0 .0, а для сетей класса С - маска 255. 255. 255. 0. Чтобы узнать адрес сети, нужно выполнить побитовую операцию логического «И» с IP-адресом и маской. В Windows 2000/XP значение по умолчанию маски сети вводится автоматически при вводе IP-адреса.

Вконтакте

В это статье я расскажу вам как создать простую локальную сеть из двух компьютеров соединенных с помощью свитча\роутера.

Как создать локальную сеть

Первое что нам понадобиться - узнать IP адрес роутера (если он имеется). Узнать его можно посмотрев документацию или на «животе» роутера, обычно это 192.168.1.1 .
1. Нам необходимо всем компьютерам дать оригинальные имена и включить их в одну рабочую группу. Для этого на каждом компьютере, кликаем правой кнопкой по «мой компьютер», открываем «свойства» и вкладку «Имя компьютера», нажимаем кнопку «изменить».
2. В открывшемся окне вводим оригинальное имя компьютера (без пробелов, латинскими буквами), в качестве рабочей группы будем использовать название «HOME». Нажимаем «ок» и перезагружаем компьютер.Если в сети используется роутер, то советую сперва выполнить пункты 7 и 8, только в случае если вы не увидите общую папку использовать пункты 3,4,5,6.
3. Теперь открываем сетевые подключения:
   Для Windows XP: Меню «Пуск» — Панель управления - Сеть и подключения к Интернету - Сетевые подключения.
   Для Windows 7: Меню «Пуск» — Панель управления — Просмотр состояния сети и задач — Изменение параметров адаптера.
4. В сетевых подключениях вы увидите «Подключение по локальной сети», кликаем по нему правой кнопкой и открываем свойства. Во вкладке «Общее» (Windows XP) или «Сеть» (Windows 7), выделяем «Протокол Интернета (TCP\IP)» (Windows XP) или «Протокол интернета версии 4 (TCP\IPv4)» (Windows 7) и жмем кнопочку «свойства»
5. Важно, если у вас уже прописаны адреса вам необходимо переписать их на бумагу, в случае появления ошибок и придется восстановить. В открывшемся окне переключаем радиоточки в положение «Использовать следующий IP адрес:» и «Использовать следующие адреса DNS-серверов:»
6. Теперь вводим наши данные:
   Если в сети используется роутер, то во всех данных меняются первые 3 группы IP-адреса. В нашем примере используется роутер с IP-адресом 192.168.1.1, и в связи с этим для поле IP-адрес меняется только число в последней группе, первые 3 группы чисел остаются 192.168.1.2 .
   IP-адрес: 192.168.1.2 (Последнее число «2» меняется на каждом компьютере, то есть растет 3 4 5 6 и так далее).
   Маска подсети: 255.255.255.0 (Одинакова на всех компьютерах).
   Основной шлюз: 192.168.1.1 (IP адрес роутера)
   Предпочитаемый DNS-сервер: 192.168.1.1 (IP адрес роутера)
   Альтернативный DNS-сервер: 8.8.8.8
   Нажимаем «ОК» и закрываем свойства подключения по локальной сети.
7. Теперь необходимо создать общую папку на обоих компьютерах (или открыть доступ к существующей папке), для этого кликаем правой кнопкой по нужной папке и открываем свойства, открываем вкладку «Доступ». Если вы проделываете это впервые - кликаем по надписи «Если вы понимаете потенциальную опасность, но все равно хотите включить общий доступ без помощи мастера, щелкните здесь».
   Во всплывающем окне выбираем «Просто включить общий доступ к файлам»
   Теперь во вкладке «Доступ» ставим галочки «Открыть общий доступ к этой папке» и «Разрешить изменение файлов по сети». Нажимаем «ок».
8. Перезагружаем компьютер, открываем сетевые подключения и если все прошло правильно - видим общую папку другого компьютера.

То есть в узком смысле - это глобальное сообщество малых и больших сетей. В более широком смысле - это глобальное информационное пространство, хранящее огромное количество информации на миллионах компьютеров, которые обмениваются данными.

В 1969 году, когда был создан Интернет, эта сеть объединяла всего лишь четыре хост-компьютера, а сегодня их число измеряется десятками миллионов. Каждый компьютер, подключенный к Интернету, - это часть Сети.

Для того чтобы начать с наиболее привычной всем схемы, рассмотрим, как подключается к Интернету домашний компьютер, и проследим, по каким каналам путешествует информация, передаваемая и принимаемая нами из Сети. Если вы выходите в Интернет с домашнего компьютера, то, скорее всего, используете модемное подключение (рис. 1).

В принципе, соединение с провайдером может идти по различным каналам: по телефонной линии, по выделенной линии, на основе беспроводной или спутниковой связи, по сети кабельного телевидения или даже по силовым линиям - все эти альтернативные варианты показаны на рис. 1 .

Чаще всего это так называемое временное (сеансовое) соединение по телефонной линии. Вы набираете один из телефонных номеров, который предоставил вам провайдер, и дозваниваетесь на один из его модемов. На рис. 1 показан набор модемов провайдера, так называемый модемный пул. После того как вы соединились с вашим ISP (Internet Service Provider)-провайдером, вы становитесь частью сети данного ISP. Провайдер предоставляет своим пользователям различные сервисы, электронную почту, Usenet и т.д.

Каждый провайдер имеет свою магистральную сеть, или бэкбоун . На рис. 1 мы условно изобразили магистральную сеть некоего провайдера ISP-A. Его магистральная сеть показана зеленым цветом.

Обычно ISP-провайдеры - это крупные компании, которые в ряде регионов имеют так называемые точки присутствия (POP, Point of Presence), где происходит подключение локальных пользователей.

Обычно крупный провайдер имеет точки присутствия (POP) в нескольких крупных городах. В каждом городе находятся аналогичные модемные пулы, на которые звонят локальные клиенты этого ISP в данном городе. Провайдер может арендовать волоконно-оптические линии у телефонной компании для соединения всех своих точек присутствия (POP), а может протянуть свои собственные волоконно-оптические линии. Крупнейшие коммуникационные компаний имеют собственные высокопропускные каналы. На рис. 1 мы показали опорные сети двух Интернет-провайдеров. Очевидно, что все клиенты провайдера ISP-А могут взаимодействовать между собой по собственной сети, а все клиенты компании ISP-В - по своей, но при отсутствии связи между сетями ISP-A и ISP-B клиенты компании «A» и клиенты компании «В» не могут связаться друг с другом. Для реализации данной услуги компании «A» и «B» договариваются подключиться к так называемым точкам доступа (NAP - Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя компаниями течет по сетям через NAP. На рис. 1 показаны магистральные сети только двух ISP-провайдеров. Аналогично организуется подключение к другим магистральным сетям, в результате чего образуется объединение множества сетей высокого уровня.

В Интернете действуют сотни крупных Интернет-провайдеров, их магистральные сети связаны через NAP в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAP-узлы.

Если вы пользуетесь Интернетом в офисе, то, скорее всего, вы подключены к локальной сети (LAN - Local Area Network). В этом случае рассмотренная нами схема несколько видоизменяется (рис. 2). Сеть организации обычно отделена от внешнего мира определенной службой защиты информации, которая на нашей схеме условно показана в виде кирпичной стены. Варианты подключения к провайдеру могут быть различными, хотя чаще всего это выделенная линия.

Поскольку невозможно схематически отразить всю совокупность сетей Интернета, ее часто изображают в виде размытого облака, выделяя в нем лишь основные элементы: маршрутизаторы, точки присутствия (POP) и места доступа (NAP).

Скорость передачи информации на различных участках Сети существенно различается. Магистральные линии, или бэкбоуны, связывают все регионы мира (рис. 5) - это высокоскоростные каналы, построенные на основе волоконно-оптических кабелей. Кабели обозначаются OC (optical carrier), например OC-3, OC-12 или OC-48. Так, линия OC-3 может передавать 155 Мбит/с, а OC-48 - 2488 Мбит/с (2,488 Гбит/с). В то же время получение информации на домашний компьютер с модемным подключением 56 K происходит со скоростью всего 56 000 бит/с.

Как происходит передача информации в Интернете

Маршрутизаторы

Как же происходит передача информации по всем этим многочисленным каналам? Как сообщение может быть доставлено с одного компьютера на другой через весь мир, пройдя несколько различных сетей за долю секунды? Для того чтобы объяснить этот процесс, необходимо ввести несколько понятий и прежде всего рассказать о работе маршрутизаторов. Доставка информации по нужному адресу невозможна без маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор - это устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выбранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляется по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения.

Таким образом, маршрутизатор выполняет две различные, но взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным каналам, предотвращая «закупорку» узких мест в Сети; во-вторых, проверяет, что информация следует в нужном направлении. При объединении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую, и в некоторых случаях осуществляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защищая сети от лишнего трафика. Эту функцию маршрутизаторов можно сравнить с работой патрульной службы, которая с вертолета ведет наблюдение за движением в городе, контролирует общую ситуацию с поломками и заторами на дорогах и сообщает о наиболее загруженных участках трассы, чтобы водители выбирали оптимальный маршрут и не попадали в пробки.

Протоколы Интернета

ерейдем теперь к рассмотрению способов передачи информации в Интернете. Для этого необходимо ввести такое понятие, как протокол. В широком смысле протокол - это заранее оговоренное правило (стандарт), по которому тот, кто хочет использовать определенный сервис, взаимодействует с последним. Применительно к Интернету протокол - это правило передачи информации в Сети.

Следует различать два типа протоколов: базовые и прикладные. Базовые протоколы отвечают за физическую пересылку сообщений между компьютерами в сети Интернет. Это протоколы IP и TCP. Прикладными называют протоколы более высокого уровня, они отвечают за функционирование специализированных служб. Например, протокол http служит для передачи гипертекстовых сообщений, протокол ftp - для передачи файлов, SMTP - для передачи электронной почты и т.д.

Набор протоколов разных уровней, работающих одновременно, называют стеком протоколов. Каждый нижележащий уровень стека протоколов имеет свою систему правил и предоставляет сервис для вышележащих.

Такое взаимодействие можно сравнить со схемой пересылки обычного письма. Например, директор фирмы «А» пишет письмо и отдает его секретарю. Секретарь помещает письмо в конверт, надписывает адрес и относит конверт на почту. Почта доставляет письмо в почтовое отделение. Почтовое отделение связи доставляет письмо получателю - секретарю директора фирмы «B». Секретарь распечатывает конверт и передает письмо директору фирмы «В». Информация (письмо) передается с верхнего уровня на нижний, обрастая на каждой стадии дополнительной служебной информацией (пакет, адрес на конверте, почтовый индекс, контейнер с корреспонденцией и т.д.), которая не имеет отношения к тексту письма.

Нижний уровень - это уровень почтового транспорта, которым письмо перевозится в пункт назначения. В пункте назначения происходит обратный процесс: корреспонденция извлекается, считывается адрес, почтальон несет конверт секретарю фирмы «B», который достает письмо, определяет его срочность, важность и в зависимости от этого передает информацию выше. Директора фирм «А» и «Б», передавая друг другу информацию, не заботятся о проблемах пересылки этой информации, подобно тому как секретаря не волнует, как доставляется почта.

Аналогично каждый протокол в стеке протоколов выполняет свою функцию, не заботясь о функциях протокола другого уровня.

На нижнем уровне, то есть на уровне TCP/IP , используется два основных протокола: IP (Internet Protocol - протокол Интернета) и ТСР (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей).

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети. Интернет состоит из разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут выступать разные локальные сети (Token Ring, Ethernet и т.п.), различные национальные, региональные и глобальные сети. К этим сетям могут подключаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими принципами и типом связи. При этом каждая подсеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу. Таким образом, требуется, чтобы каждая подсеть имела некий сквозной протокол для передачи сообщений между двумя внешними сетями.

Разобраться в работе протоколов поможет схема на рис. 6 . Предположим, имеется некое послание, отправляемое по электронной почте. Передача почты осуществляется по прикладному протоколу SMTP, который опирается на протоколы TCP/IP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные разбиваются на небольшие пакеты фиксированной структуры и длины, маркирующиеся таким образом, чтобы при получении данные можно было бы собрать в правильной последовательности.

Обычно длина одного пакета не превышает 1500 байт. Поэтому одно электронное письмо может состоять из нескольких сотен таких пакетов. Малая длина пакета не приводит к блокировке линий связи и не позволяет отдельным пользователям надолго захватывать канал связи.

К каждому полученному TCP-пакету протокол IP добавляет информацию, по которой можно определить адреса отправителя и получателя. На рис. 6 это представлено как помещение адреса на конверт. Для каждого поступающего пакета маршрутизатор, через который проходит какой-либо пакет, по данным IP-адреса определяет, кому из ближайших соседей необходимо переслать данный пакет, чтобы он быстрее оказался у получателя, - то есть принимает решение об оптимальном пути следования очередного пакета. При этом географически самый короткий путь не всегда оказывается оптимальным (быстрый канал на другой континент может быть лучше медленного в соседний город). Очевидно, что скорость и пути прохождения разных пакетов могут быть различными.

Таким образом, протокол IP осуществляет перемещение данных в сети, а протокол TCP обеспечивает надежную доставку данных, используя систему кодов, исправляющих ошибки. Причем два сетевых сервера могут одновременно передавать в обе стороны по одной линии множество TCP-пакетов от различных клиентов.

Некоторые начинающие пользователи думают, что связь по Интернету похожа на телефонную. Хочется еще раз подчеркнуть основное различие передачи информации по телефонной сети и по Интернету: когда вы звоните по телефону кому-нибудь в другой регион страны или даже на другой континент, телефонная система устанавливает канал между вашим телефоном и тем, на который вы звоните. Канал может состоять из десятков участков: медные провода, волоконно-оптические линии, беспроводные участки, спутниковая связь и т.д. Эти участки неизменны на протяжении всего сеанса связи. Это означает, что линия между вами и тем, кому вы звоните, постоянна в течение всего разговора, поэтому повреждения на любом участке данной линии, например обрыв проводов в бурю, способны прервать ваш разговор.

При этом, если соединение нормальное, значит выделенная вам часть сети для других уже не доступна. Речь идет о сети с коммутацией каналов. Интернет же является сетью с коммутацией пакетов, а это совсем другая история. Процесс пересылки электронной почты принципиально иной.

Как уже было отмечено, Интернет-данные в любой форме (будь то электронное послание, Web-страница или скачиваемый файл) путешествуют в виде группы пакетов. Каждый пакет посылается на место назначения по оптимальному из доступных путей. Поэтому даже если какой-то участок Сети окажется нарушенным, то это не повлияет на доставку пакета, который будет направлен по альтернативному пути. Таким образом, во время доставки данных нет необходимости в фиксированной линии связи между двумя пользователями. Принцип пакетной коммутации обеспечивает основное преимущество Интернета - надежность. Сеть может распределять нагрузку по различным участкам за тысячные доли секунды. Если какой-то участок оборудования сети поврежден, пакет может обойти это место и пройти по другому пути, обеспечив доставку всего послания .

Адресация в Интернете

ы уже упоминали IP-адрес, теперь расскажем о нем подробнее. Каждому компьютеру, подключенному к Интернету, присваивается идентификационный номер, который называется IP-адресом.

Но если вы осуществляете сеансовое подключение (то есть подключаетесь на время сеанса выхода в Интернет), то IP-адрес вам выделяется только на время этого сеанса. Присвоение адреса на время сеанса связи называется динамическим распределением IP-адресов. Оно удобно для ISP-провайдера, поскольку в тот период времени, пока вы не выходите в Интернет, IP-адрес, который вы получали, может быть выделен другому пользователю. Этот IP-адрес является уникальным только на время вашей сессии - в следующий раз, когда вы будете выходить в Интернет через своего провайдера, IP-адрес может быть другим. Таким образом, Интернет-провайдер должен иметь по одному IP-адресу на каждый обслуживаемый им модем, а не на каждого клиента, которых может быть намного больше.

IP-адрес имеет формат xxx.xxx.xxx.xxx, где xxx - числа от 0 до 255. Рассмотрим типичный IP-адрес: 193. 27.61.137.

Для облегчения запоминания IP-адрес обычно выражают рядом чисел в десятичной системе счисления, разделенных точками. Но компьютеры хранят его в бинарной форме. Например, тот же IP-адрес в двоичном коде будет выглядеть так:

11000001.00011011.00111101.10001001.

Четыре числа в IP-адресе называются октетами, поскольку в каждом из них при двоичном представлении имеется восемь разрядов: 4×8=32. Так как каждая из восьми позиций может иметь два различных состояния: 1 или 0, общий объем возможных комбинаций составляет 28, или 256, то есть каждый октет может принимать значения от 0 до 255. Комбинация четырех октетов дает 232 значений, то есть примерно 4,3 млрд. комбинаций, за исключением некоторых зарезервированных адресов.

Октеты служат не только для того, чтобы разделять числа, но и выполняют другие функции. Октеты можно распределить на две секции: Net и Host. Net-секция используется для того, чтобы определить сеть, к которой принадлежит компьютер. Host, который иногда называют узлом, определяет конкретный компьютер в сети.

Эта система аналогична системе, используемой в обычной почте, когда одна часть адреса определяет улицу, а вторая - конкретный дом на этой улице.

На ранней стадии своего развития Интернет состоял из небольшого количества компьютеров, объединенных модемами и телефонными линиями. Тогда пользователи могли установить соединение с компьютером, набрав цифровой адрес, например 163. 25.51.132. Это было удобно, пока сеть состояла из нескольких компьютеров. По мере увеличения их количества, учитывая тот факт, что текстовое имя всегда удобнее для запоминания, чем цифровое, постепенно цифровые имена стали заменять на текстовые.

Возникла проблема автоматизации данного процесса, и в 1983 году в Висконсинском университете США (University of Wisconsin) была создана так называемая DNS (Domain Name System)-система, которая автоматически устанавливала соответствие между текстовыми именами и IP-адресами. Вместо чисел была предложена ставшая сегодня для нас привычной запись типа http://www.myhobby.narod.ru/ .

Подобным образом осуществляется сортировка обычной почты. Люди привыкли ориентироваться по географическим адресам, например: «Москва, ул. Рылеева, д. 3, кв. 10», в то время как автомат на почте быстро сортирует почту по индексу.

Таким образом, при пересылке информации компьютеры используют цифровые адреса, люди - буквенные, а DNS-сервер служит своеобразным переводчиком.

Прежде чем переходить к описанию работы DNS-серверов, следует сказать несколько слов о структуре доменных имен.

Доменные имена

огда вы обращаетесь на Web или посылаете e-mail, вы используете доменное имя. Например, адрес http://www.microsoft.com/ содержит доменное имя microsoft.com. Аналогично e-mail-адрес [email protected] содержит доменное имя aha.ru.

В доменной системе имен реализуется принцип назначения имен с определением ответственности за их подмножество соответствующих сетевых групп.

И если каждая группа придерживается этого простого правила и всегда получает подтверждение, что имена, которые она присваивает, единственны среди множества ее непосредственных подчиненных, то никакие две системы, где бы те ни находились в сети Интернет, не смогут получить одинаковые имена.

Так же уникальны адреса, указываемые на конвертах при доставке писем обычной почтой. Таким образом, адрес на основе географических и административных названий однозначно определяет точку назначения.

Домены тоже имеют аналогичную иерархию. В именах домены отделяются друг от друга точками: companya.msk.ru, companyb.spb.ru. В имени может быть различное количество доменов, но обычно их не больше пяти. По мере движения по доменам в имени слева направо, количество имен, входящих в соответствующую группу, возрастает.

Каждый раз, когда вы используете доменное имя, вы также используете DNS-серверы для того, чтобы перевести буквенное доменное имя в IP-адрес на машинном языке.

В качестве примера давайте рассмотрим адрес http://www.pc.dpt1.company.msk.ru/ .

Первым в имени стоит название рабочей машины - реального компьютера с IP-адресом. Это имя создано и поддерживается группой dpt1. Группа входит в более крупное подразделение company, далее следует домен msk - он определяет имена московской части сети, а ru - российской.

Каждая страна имеет свой домен. Так au - соответствует Австралии, be - Бельгии и т.д. Это географические домены верхнего уровня.

Помимо географического признака используется тематический, в соответствии с которым существуют следующие доменные имена первого уровня:

• com - обозначает коммерческие предприятия;
• (edu) - образовательные;

Как работает DNS-сервер

NS-сервер принимает запрос на конвертацию доменного имени в IP-адрес. При этом DNS-сервер выполняет следующие действия:

• отвечает на запрос, выдав IP-адрес, поскольку уже знает IP-адрес запрашиваемого домена.
• контактирует с другим DNS-сервером для того, чтобы найти IP-адрес запрошенного имени. Этот запрос может проходить по цепочке несколько раз.
• выдает сообщение: «Я не знаю IP address домена, запрашиваемого вами, но вот IP address DNS-сервера, который знает больше меня»;
• сообщает, что такой домен не существует.

Представим, что вы набрали адрес http://www.pc.dpt1.company.com/ в вашем браузере, который имеет адрес в домене верхнего уровня COM (рис. 9). В простейшем варианте ваш браузер контактирует с DNS-сервером для того, чтобы получить IP-адрес искомого компьютера, и DNS-сервер возвращает искомый IP-адрес (рис. 10).

На практике в Сети, где объединены миллионы компьютеров, найти DNS-сервер, который знает нужную вам информацию, - это целая проблема. Иными словами, если вы ищете какой-то компьютер в Сети, то прежде всего вам необходимо найти DNS-сервер, на котором хранится нужная вам информация. При этом в поиске информации может быть задействована целая цепочка серверов. Пояснить работу DNS-серверов можно на примере, показанном на рис. 11 .

Предположим, что тот DNS-сервер, к которому вы обратились (на рис. 11 он обозначен как DNS1), не имеет нужной информации. DNS1 начнет поиск IP-адреса с обращения к одному из корневых DNS-серверов. Корневые DNS-серверы знают IP-адреса всех DNS-серверов, отвечающих за доменные имена верхнего уровня (COM, EDU, GOV, INT, MIL, NET, ORG и т.д.).

Например, ваш сервер DNS1 может запросить адрес у корневого DNS-сервера. Если корневой сервер не знает данного адреса, возможно, он даст ответ: «Я не знаю IP-адреса для http://www.pc.dpt1.company.com/ , но могу предоставить IP-адрес COM DNS-сервера».

После этого ваш DNS посылает запрос на COM DNS с просьбой сообщить искомый IP-адрес. Так происходит до тех пор, пока не найдется DNS-сервер, который выдаст нужную информацию.

Одна из причин, по которой система работает надежно, - это ее избыточность. Существует множество DNS-серверов на каждом уровне, и поэтому, если один из них не может дать ответ, наверняка существует другой, на котором есть необходимая вам информация. Другая технология, которая делает поиск более быстрым, - это система кэширования. Как только DNS-сервер выполняет запрос, он кэширует полученный IP-адрес. Однажды сделав запрос на корневой DNS (root DNS) и получив адрес DNS-сервера, обслуживающего COM-домены, в следующий раз он уже не должен будет повторно обращаться с подобным запросом. Подобное кэширование происходит с каждым запросом, что постепенно оптимизирует скорость работы системы. Несмотря на то что пользователям работа DNS-сервера не видна, эти серверы каждый день выполняют миллиарды запросов, обеспечивая работу миллионов пользователей.

КомпьютерПресс 5"2002

Домашняя локальная сеть становится все более обыденным и привычным явлением. Прошли те времена, когда при фразе «локальная сеть» перед глазами возникал образ небритого бородатого системного администратора, любящего пиво и шокирующего непонятными терминами. Во многих семьях у каждого члена семьи есть свой компьютер, и многие задумываются о том, как объединить все компьютеры в единую домашнюю сеть. Создать домашнюю локальную сеть не сложно, и цикле статьей на сайт описываются все необходимые аппаратные и программные средства, позволяющие создать высокоэффективную домашнюю сеть.

Из чего состоит локальная сеть

В общем случае, любая сеть состоит из нескольких компьютеров (2 и больше), предоставляющих совместный доступ к своим устройствам или программам. Сеть делает возможным взаимодействие компьютеров и установленных на них программ, за счет чего пользователи компьютеров могут работать совместно в единой сетевой среде.

Под совместным доступом можно понимать возможность единовременного или последовательного доступа нескольких пользователей к одному ресурсу или устройству. Например, в домашней сети совместный доступ может быть реализован к принтеру, сканеру, оптическому накопителю, модему, факсу, какой-либо программе, а также Интернету. Классический пример совместного доступа – это сетевая компьютерная игра, когда каждый компьютер имеет доступ к версии компьютерной игры на другом компьютере.

Существует несколько типов сетей, и локальная сеть – лишь одна из них. Локальная сеть представляет собой, по сути, сеть, используемую в одном здании или отдельном помещении, таком как квартира, для обеспечения взаимодействия используемых в них компьютеров и программ. Локальные сети, расположенные в разных зданиях, могут быть соединены между собой с помощью спутниковых каналов связи или волоконно-оптических сетей, что позволяет создать глобальную сеть, т.е. сеть, включающую в себя несколько локальных сетей.

Интернет является еще одним примером сети, которая уже давно стала всемирной и всеобъемлющей, включающей в себя сотни тысяч различных сетей и сотни миллионов компьютеров. Независимо от того, как вы получаете доступ к Интернету, с помощью модема, локального или глобального соединения, каждый пользователь Интернета является фактически сетевым пользователем. Для работы в Интернете используются самые разнообразные программы, такие как обозреватели Интернета, клиенты FTP, программы для работы с электронной почтой и многие другие.

Для совместной работы даже двух компьютеров недостаточно каким-то образом соединить их между собой. Для того чтобы физическое соединение стало работоспособным, необходимо использовать специальные сетевые программы. Итак, рассмотрим, что включает в себя каждая сеть:

• физические объекты сетевого взаимодействия, т.е. компьютеры или другие сетевые устройства (например, КПК или мобильные телефоны, имеющие сетевые интерфейсы);
• физическое соединение (кабель) или беспроводное соединение (инфракрасное или радиочастотное) между компьютерами или другими устройствами;
• операционная система, с помощью которой организовывается совместный доступ к компьютерам и/или другим устройствам; это может быть как домашняя операционная Windows XP/Vista/7, так и специализированная сетевая операционная система Windows Server.
• общий набор используемых сетевых протоколов;
• сетевые клиенты, т.е. программы, с помощью которых один компьютер может получить доступ к другому компьютеру.

Давайте посмотрим, для чего может использоваться сеть обычными домашними пользователями:

• доступ к Интернету;
• работа с электронной почтой;
• общий доступ к любым файлам;
• общий доступ к различным устройствам (жестким дискам, оптическим накопителям, принтерам);
• сетевое текстовое и голосовое общение;
• сетевое видеообщение;
• удаленная работа;
• совместная работа над каким-то проектом;
• резервирование и копирование данных.

Локальная сеть призвана объединить все домашние (или офисные) компьютеры в единое целое. Так игрок становится частью футбольной команды и множество солдат формируют батальон. Благодаря локальной сети все домашние компьютеры смогут обмениваться друг с другом данными и получат выход в Интернет. Сетевые компьютерные игры, общий файловый архив, общения и развлечения – все это вам подарит компьютерная сеть.

Прежде чем поговорить о конкретных устройствах, которые понадобятся для организации локальной сети, рассмотрим основные типы современных локальных сетей.

Типы локальной сети

В целом, существуют два основных типа локальной сети – децентрализованная сеть и сеть клиент-сервер.

Рассмотрим схему простейшей децентрализованной сети, показанной далее. Представим, что в вашей квартире есть 2 компьютера и 1 ноутбук, причем на каждом компьютере установлена операционная система Windows XP. Для того чтобы организовать децентрализованную сеть, необходимо, чтобы у каждого компьютера был сетевой адаптер. Практически все современные материнские платы и ноутбуки имеют такой вход (а то и два), так что ничего лишнего приобретать не потребуется. Если ж вам досталось нечто совсем уж «древнее», приобретите плату сетевого адаптера, которая устанавливается в разъем PCI или PCI-E.

Это общая схема децентрализованной сети. Обратите внимание, что в реальности компьютеры соединяются не так – им понадобится коммутатор (см. далее). На что сделан акцент в этой схеме – в том, что это именная децентрализованная сеть. Все компьютеры взаимодействуют друг с другом без участия сервера .

А вот схема этой же сети, но уже типа “клиент-сервер” .

Подробнее об оборудовании рассказывается в статье « ».

Нужно установить и драйвер. Драйверы поставляются на компакт-дисках вместе с сетевыми адаптерами или системными платами. Кроме того, драйверы для множества популярных сетевых адаптеров изначально поддерживаются в Windows XP, Windows Vista и Windows 7, так что нередко и устанавливать ничего не потребуется.

После установки сетевых адаптеров и драйверов остается физически соединить между собой компьютеры с помощью кабеля или беспроводного соединения. В проводной сети чаще всего используется кабель Ethernet категории 5. Для физического соединения двух компьютеров понадобится только один кабель, если же компьютеров больше трех, вам понадобится специальное устройство, которое называется коммутатор , он же switch (или беспроводная точка доступа, если вы решили создать сеть без проводов).

Два ноутбука и настольный компьютер, соединенные в децентрализованную сеть через коммутатор .

Следует учитывать, что для соединения между собой толькодвух компьютеров (без коммутатора) необходимо использовать кабель со специальным перекрестным соединением («crossover »). Для соединения более чем двух компьютеров применяется стандартный кабель Ethernet .

Децентрализованные сети чаще всего используются в домашних сетях. Преимущество такой сети – в отсутствии необходимости приобретения компьютера для работы, например, в качестве файлового сервера, ведь файлы располагаются на всех компьютерах в сети.

Топология локальной сети

Каждый компьютер в сети подключается к другим компьютерам с помощью кабеля или беспроводного соединения. Схема физического подключения компьютеров в сети называется сетевой топологией. Всего существуют три основные топологии: «шина», «кольцо» и «звезда».

• Шина . Каждый компьютер в сети подключен последовательно к другому компьютеру в линейной последовательности. Сеть начинается с сервера или основного компьютера и завершается последним компьютером сети.
• Кольцо . Каждый компьютер подключен к другому компьютеру в кольцевой сети.
• Звезда . Каждый компьютер в сети подключен к центральной точке обмена данными.

Первые две топологии, шина и кольцо, были разработаны много лет назад и в настоящее время утратили свою популярность. Основной топологией современных локальных сетей является топология «звезда».

Основное преимущество этой топологии, основанной на технологии Ethernet, – расширяемость сети. На основе компьютеров, оснащенных сетевым адаптером Ethernet, можно создать сеть топологии «звезда», содержащую до 1024 компьютеров, подключенных к коммутатору или концентратору с использованием разъема RJ-45. Создание подобной сети не занимает много времени при условии, что настройка сетевой операционной системы была выполнена должным образом.

Домашняя сеть с топологией «звезда» .

Для создания сети Ethernet требуется установить на компьютерах совместимые операционные системы (например, Windows XP), сетевые адаптеры с нужными драйверами, сетевой кабель (или адаптеры беспроводного соединения), а также коммутатор или концентратор.

Теперь представим, что вы установили в квартире коммутатор с 5 разъемами и подключили к нему компьютеры всех своих родных и близких. В результате свободных портов у коммутатора не осталось. При этом вам бы очень хотелось подключить еще и соседей по этажу, чтобы обмениваться с ним файлами и играть в компьютерные стратегические игры. Выходом будет все та же топология «звезда». Достаточно к специальному порту первого коммутатора подключить второй коммутатор, как вы получите возможность использовать свободные порты. Таким образом, благодаря схеме связующего древа , можно расширять вашу сеть практически до бесконечности. Именно по такому принципу создаются современные домашние сети.

Итак, подытожим, какие именно физические устройства требуются для создания локальной сети:

• сетевые адаптеры;
• коммутаторы;
• кабели (или радиочастотные каналы для беспроводной сети).

Коммутатор не выпустит вас в Интернет:) Поэтому не путайте его с маршрутизатором – устройством, которое предназначено для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную.

Подробнее о маршрутизаторах и другом оборудовании рассказывается в статье « ».