Какие бывают сети и из чего они состоят

Виды сетей

Давайте рассмотрим, какие бывают сети. А чтобы в них было проще разобраться, остановимся на конкретных примерах.

Персональная сеть

Персональная сеть PAN (Personal Area Network) используется для передачи данных между устройствами, расположенными на небольшом расстоянии и зачастую принадлежащими одному пользователю.

Яркий пример такой сети — синхронизация нескольких персональных устройств: смартфона, умных часов, планшета и т.д. Как правило, их объединяют через Bluetooth, Wi-Fi или USB. Радиус действия таких сетей составляет от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Но несмотря на ограничение, PAN могут взаимодействовать и с сетями более высокого уровня.

Локальная сеть

Локальная сеть LAN (Local Area Network) объединяет устройства в большем пространстве, чем сеть персональная, но все еще имеет территориальные ограничения.

Типичный пример — офисная локальная сеть. Подключенное здесь имеет свой уникальный идентификатор и может взаимодействовать с другими узлами сети для обмена данными, использования общих устройств (принтер, сканер, проектор) или доступа к общим файлам.

LAN не зависит от сторонних сетей, поэтому отличается высокой скоростью и надежностью.

Для нее используется кабельное подключение по Ethernet или беспроводное — по Wi-Fi. При беспроводном LAN-сети более точно называют WLAN (Wireless Local Area Network). Оборудование в составе LAN или WLAN может подключаться к сети Интернет.

Если LAN объединяет более двух компьютеров, то в ее состав обязательно включают различные дополнительные компоненты и узлы, поддерживающие стабильность связи. Это коммутаторы, ретрансляторы, мосты и другое оборудование.

Кампусная сеть

Кампусная сеть CAN (Campus Area Network) может связать уже целый комплекс зданий (или несколько локальных сетей). Ее применяют для построения информационной инфраструктуры учебных или медицинских учреждений, общежитий, производственных, офисных объектов и т.д. Например, в вузе может быть создана кампусная сеть, которая объединит учебные корпуса, библиотеку и общежитие. Связь поддерживается по оптоволоконному кабелю или беспроводным способом.

Региональная компьютерная сеть

Региональная компьютерная сеть MAN (Metropolitan Area Network) объединяет локальные сети на уровне города или муниципального округа. Например, в крупном городе может быть создана MAN, чтобы больницы, школы и полиция могли обмениваться данными о чрезвычайных ситуациях или координировать свои действия. 

MAN достаточно сложна в организации, потому что расстояние между сетевыми устройствами в такой сети может составлять несколько десятков километров. Чтобы сохранить высокое качество связи, в MAN применяют высокопроизводительные маршрутизаторы и оптоволоконный кабель.

Глобальная сеть

Глобальная сеть WAN (Wide Area Network ) объединяет неограниченное число узлов и устройств в разных регионах, странах и на материках.

В WAN применяются более сложное сетевое оборудование и протоколы для стабильной работы глобальной инфраструктуры. Как правило, эта сеть являются собственностью определенных компаний и может использоваться, например, интернет-провайдерами для подключения потребителей к интернету. Провайдеры пользуются ими на правах аренды для подключения конечных абонентов к интернету.

Глобальная зональная сеть

Глобальная зональная сеть GAN (Globe Area Network) позволяет объединить во всемирную информационную инфраструктуру LAN и компьютеры в разных регионах и странах

Для построения GAN существуют различные виды каналов: магистральные кабели, проложенные по океанскому дну, оптоволоконные магистрали, спутники. Пожалуй, самый известный пример такой сети — интернет. Но существуют и другие, закрытые GAN, которыми владеют отдельные крупные мировые компании.

Виртуальная приватная сеть

Виртуальная приватная сеть VPN (Virtual Private Network) создана для создания защищенных соединений.

Такая технология позволяет обмениваться данными безопасно и конфиденциально. Например, корпоративный VPN может использоваться для обеспечения безопасного доступа к закрытым информационным ресурсам компании или безопасного подключения к удаленному устройству.

VPN строится на базе любой из физических сетей, которые мы описывали выше. 

Устройства во всех этих сетях могут быть соединены физически (используя проводные или беспроводные технологии) или логически — с помощью специальных сетевых протоколов).

Из чего состоит сеть

Каждая сеть состоит из набора компонентов, которые взаимодействуют друг с другом для передачи данных. Это и физические устройства  (смартфон, компьютер, маршрутизатор), и то, что их соединяет (кабель, сетевая карта, «воздух»). 
Что может включать сеть:

• конечные устройства,
• сетевые среды, 
• промежуточные устройства.

Если понимать, что из себя представляет каждый компонент, можно создать сеть нужной конфигурации. 

Поговорим о каждом типе компонентов подробнее.

Конечные устройства (End Devices)

Компонент сети End Devices, или конечные устройства (их также называют хостами или узлами), — это обычные компьютеры, смартфоны, серверы и даже умные холодильники. Именно они начинают передавать или запрашивать данные у других конечных устройств.

Рассмотрим несколько примеров:

• с помощью ноутбука мы загружаем письма на почтовые сервера, пересылая почту друзьям и коллегам;
• когда нажимаем на кнопку «Вызов» на мобильном телефоне, мы инициализируем звонок и начинаем передачу данных на сервер сотового оператора;
• с помощью планшета мы отправляем запрос серверу магазина. В ответ он начинает передачу данных приложения, позволяя нам загрузить и установить его.

Сетевые среды (Network Media) 

Если просто поставить два компьютера рядом друг с другом, то они не смогут обмениваться данными между собой. Их требуется чем-то соединить. На помощь приходит компонент сети Media, которые транслируют данные, но без попкорна и рекламы.

Когда сети соединяются, важно помнить, что они могут использовать для передачи разные типы сигналов. Поэтому при передаче данных между ними может потребоваться специальное устройство для преобразования одного типа сигналов в другой.  

Промежуточные устройства (Intermediary Devices)

Помимо конечных устройств и сред, в сетях также существуют специальные устройства, которые управляют процессом передачи. Они направляют и фильтруют данные, повышают безопасность и обеспечивают связь между сетями. Эти устройства называются промежуточными (intermediate devices). Главное отличие таких устройств от конечных — они не начинают отправку сообщений и запросов первыми.

Промежуточные устройства могут обмениваться служебной информацией между собой. Но даже этот обмен происходит, чтобы в итоге данными обменивались конечные устройства.  

Маршрутизаторы обеспечивают связь между локальными сетями, направляя данные между ними. Представьте, что вам нужно передать файл коллеге, находящемуся в другой локальной сети, например, работающему из дома. Маршрутизатор сперва разобьет этот файл на пакеты. Затем — определит путь, по которому каждый из них будет доставлен до сети, в которой находится компьютер коллеги. Доставляться пакет будет через другие локальные сети и сетевые устройства.

Свитчи, они же коммутаторы, частично возьмут на себя роль маршрутизаторов внутри локальной сети. Они управляют передачей данных внутри локальной сети, направляя их к конкретному получателю. 

Продолжим пример из предыдущего пункта: после того как пакеты данных попадут в нужную локальную сеть, маршрутизатор передаст их свитчу. Затем свитч направит их уже на конкретное устройство в этой сети — ноутбук коллеги.

Еще перед тем как попасть на маршрутизатор, данные поступят на сетевой адаптер. Он закодирует их в формат, подходящий для передачи по кабелю (или в виде радиоволн для Wi-Fi). Также он добавит всю необходимую информацию, такую как заголовки и IP-адрес устройства коллеги, чтобы файл успешно дошел до места назначения.

Конечно, это далеко не полный список существующих промежуточных устройств, но для начального понимания их будет достаточно.

Зачем нужна адресация

Адресация в компьютерных сетях — это система идентификации устройств в сети.

Если бы не было адреса, мы бы не могли отправить данные конкретному устройству, а транслировали бы их сразу на все устройства сети. Кроме того, адресация помогает и в других задачах. Например, специалисты по безопасности защищают некоторые ресурсы или данные, ограничивая доступ по адресам. А программисты могут разработать логику приложения, корректно взаимодействующего с определенными устройствами. Например, система мониторинга может использовать адресацию для отслеживания состояния серверов и оповещения администраторов о возникающих проблемах. 

В компьютерных сетях используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными или MAC-адресами), IP-адреса и символьные доменные имена.

Локальные адреса (MAC-адреса)

MAC-адрес (Media Access Control address) — это уникальный номер, который есть у каждого устройства в компьютерной сети (не только относящегося к продуктам Apple). 

Он состоит из 12 символов: букв и цифр, например, «AB:CD:EF:12:34:56». Первые шесть — это код производителя. Остальные — сам идентификатор конкретного гаджета. Производители записывают этот номер в сетевой адаптер при производстве устройства. MAC-адрес устройства остается постоянным на протяжении всего срока его службы. 

MAC-адреса используются в основном в локальных сетях. Их применяют для того, чтобы направлять данные именно к тому устройству, для которого они предназначены. Также MAC-адрес может использоваться для защиты сети, позволяя или запрещая доступ к ней конкретным устройствам. 

IP-адреса

IP-адрес (Internet Protocol address) — это уникальный номер, который может быть присвоен любому устройству, подключенному к сети. Он имеет две основные версии: IPv4 и IPv6.

• IPv4 — это более старая версия. Он состоит из четырех чисел в диапазоне от 0 до 255, разделенных точками, например, 192.168.1.1. IPv4  обеспечивает миллиарды уникальных адресов, но из-за роста интернета их может не хватить для всех устройств.
• IPv6 — новая версия, созданная для решения проблемы нехватки адресов. Он гораздо длиннее и состоит из восьми групп цифр и букв, например, 2001:0db8:ab34:cd56:1234:5678:90ab:cdef. IPv6 обеспечивает огромное количество возможных адресов, что позволяет подключить к интернету гораздо больше устройств и обеспечивает будущее расширение интернета.

IP-адреса могут быть статическими или динамическими. 

• Статический IP-адрес — это адрес, который вручную устанавливается для устройства и остается постоянным. Он полезен, когда нужно, чтобы устройство всегда было доступно по одному и тому же адресу. Например, сервера обычно имеют статические IP.
• Динамический IP-адрес — это адрес, который автоматически назначается устройству при подключении к сети. Например, когда вы подключаетесь к публичной Wi-Fi сети в кафе, вашему устройству автоматически назначается динамический IP-адрес. Это позволяет многим устройствам одновременно использовать сеть, и адреса повторно используются, когда устройства отключаются.

Символьные доменные имена

Доменные имена — это то, что пользователь вводит в адресную строку браузера, чтобы открыть веб-сайт. Это удобная замена IP-адресу, которая позволяет людям легко запоминать и использовать адреса сайтов. Например, вместо длинного и сложного IP-адреса, такого как 192.0.2.1, можно ввести wikipedia.org и попасть на сайт Википедии.

Когда вы вводите доменное имя, ваша сеть или браузер обращаются к специальной системе, которая называется DNS (Domain Name System). DNS находит IP-адрес, связанный с этим доменным именем, и направляет вас на нужный сайт. То есть система DNS занимается переводом доменных имен в «язык» компьютеров — IP-адреса.