Что такое компьютерные сети. Ключевые понятия
Рассказываем, как появились компьютерные сети и почему без них не обойтись. Разбираем ключевые понятия, которые важно знать для погружения в тему.
Сети окружают нас повсюду: от ноутбуков и смартфонов до дата-центров. Для сетевых инженеров и техников знание этой темы — основа и база работы, которую специалист изучает еще с университетской скамьи. Но и для других специалистов понимание сетей поможет повысить качество работы и расширить кругозор, например:
- инженеру-программисту — создавать более стабильные, быстрые и безопасные сетевые приложения;
- системному администратору — понимать, на каком сетевом уровне возникает неисправность и как ее быстрее устранить, как корректно настраивать и поддерживать инфраструктуру;
- специалисту по безопасности — лучше понимать уязвимости, предотвращать атаки;
- тестировщику — быстрее и эффективнее отслеживать проблемы, связанные с сетевыми соединениями, выявлять причины ошибок.
Что такое компьютерная сеть
Простыми словами, компьютерная сеть — это система взаимосвязанных устройств. Связывают их не просто так, а чтобы обеспечить передачу и обмен данными.
Например, сотовая связь состоит из множества базовых станций, которые соединены с общим сервером. Когда вы звоните или отправляете сообщение, телефон подключается к ближайшей станции. Она передает данные на сервер и далее — на телефон получателя.
Сети бывают различных размеров, форм и конфигураций. Часто они соединяются вместе. Самой известной объединенной сетью является интернет.
Бизнес использует сети для множества задач:
- Обеспечить удаленный доступ к общим ресурсам — и не только для сотрудников-удаленщиков. Даже в офисе нужен доступ к общим периферийным устройствам (принтеры, сканеры и др.) и к общим данным;
- Упростить обмен информацией. Благодаря сетям можно быстро передавать данные — это экономит время и упрощает коммуникацию;
- Повысить производительность. Совместная работа нескольких устройств в одной сети позволяет распределить нагрузку между ними. Например, вы можете удаленно запустить программу на компьютере, обладающем большей мощностью;
- Повысить безопасность данных. С помощью сетевых устройств настраивается и контролируется доступ к данным, обеспечивая их сохранность и конфиденциальность;
- Обеспечить гибкость. Например, можно перераспределять ресурсы между подключенными устройствами.
Как и зачем появились компьютерные сети
Первый шаг к современным сетям
Еще в 50-х годах прошлого века не существовало ни персонального компьютера, ни компьютерной сети в современном ее понимании. Для обработки данных использовали мейнфреймы — громоздкие, дорогие машины, с которыми пользователь не мог взаимодействовать напрямую. Для мейнфрейма заранее формировался пакет заданий, который обрабатывался компьютером без участия пользователя. Этот подход выявил первые ограничения: централизованность (все вычисления выполнялись только на одном мощном компьютере) и неудобство обработки данных.
Создание терминалов
Удешевление процессоров открыло путь к многопользовательским системам. В 60-ых мейнфрейм научился обслуживать несколько пользователей через терминалы — специальные устройства для взаимодействия с компьютером или сетью, позволяющие вводить команды и получать ответы. Появились первые многотерминальные системы, которые объединяли несколько устройств, находящихся рядом. Можно ли назвать их первой сетью? Скорее нет, поскольку обработка данных все еще оставалась централизованной.
Появление глобальной сети
Постепенно терминалы с мейнфреймами стали объединять и на большем расстоянии — для этого стали использовать телефонные линии. Но все еще росла потребность передавать данные между устройствами, а не только масштабировать подключение. Это привело к созданию первых глобальных сетей. Для первых из них использовались существующие линии связи — телефонные кабели. Этот способ был дешевым, хотя скорость передачи данных была низкой и подходила лишь для простых задач. Например, для отправки электронной почты и небольших файлов.
Локальные сети
Настоящая техническая революция произошла в 70-х. Появились большие интегральные схемы (БИС), которые благодаря функциональности и небольшой стоимости привели к созданию мини-компьютеров. Первые такие компьютеры были корпоративными и использовались на предприятиях. Для оперативной передачи данных между устройствами создали первые локальные вычислительные сети (ЛВС).
С появлением персональных компьютеров (ПК) в 80-х сети стали необходимостью для большинства организаций. Неудивительно: ПК были достаточно мощными, но их возможности могли кратно усиливаться за счет подключения к сетям.
ЛВС становились все более и более популярны, но разнообразие технологий и отсутствия единого подхода к созданию сетей вызывали проблемы: сложно объединить между собой несколько сетей и масштабировать подключение устройств, если сети создавались и настраивались по-разному. Тогда специалисты создали несколько разных стандартов сетевых технологий, описывающих единые правила для передачи данных между устройствами.
Сетевая технология — набор аппаратных средств (кабели, разъемы, сетевые адаптеры), программ и механизмов пересылки данных, достаточный для создания вычислительной сети.
После стандартизации сетевых технологий процесс создания ЛВС свелся к приобретению стандартного оборудования, подключению его к компьютеру и установке сетевых операционных систем на все машины сети. Постепенно основным стандартом для ЛВС стал Ethernet — наиболее простой в интеграции и поддержке различных скоростей передачи данных (10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с).
Ключевые понятия: интернет, протокол, пакет данных и порт
Что такое интернет
Интернет — это глобальная компьютерная сеть. Он состоит из множества отдельных, но взаимосвязанных сетей, что и дало ему название «сеть сетей». Каждая из них может принадлежать различным организациям, компаниям, университетам, провайдерам или частным лицам. Эти сети могут варьироваться по размеру от небольших локальных в домах или офисах до обширных региональных.
Все эти сети используют общие правила — протоколы, позволяющие им «понимать» друг друга. Благодаря этому данные могут свободно перемещаться из одной сети в другую, обеспечивая обмен информацией.
Что такое протокол
Протокол — это набор правил, по которым передаются данные. Другими словами, порядок общения устройств или программ между собой.
В протоколах обычно прописано, как устройства будут «договариваться» друг с другом, как и в каком формате они могут передавать данные и что делать с возникающими ошибками. Протоколы задают конкретные сообщения, которые устройства посылают друг другу, и конкретные действия, которые они предпринимают в ответ на сообщения или другие события.
Например, HTTPS регламентирует порядок, по которому браузер на компьютере связывается с сервером. А протокол доступа к каталогам (LDAP) — способ получения и изменения информации в каталоге.
Что такое пакет данных
Пакет данных — это набор информации, который передается между устройствами в компьютерных сетях. Он содержит различные данные (текст, изображения, аудио или видео) и информацию о том, куда и откуда эти данные отправляются.
Как формируется пакет? Данные, которые необходимо передать по сети, делятся на несколько частей, оформляются специальным заголовком (нужен для передачи пакетов по сети) и передаются по сети в виде электрических или световых сигналов. Разбиение на пакеты важно для скорости и целостности передачи данных: проще передавать параллельно несколько пакетов, а не один объемный файл.
Можно привести аналогию: представьте, что вы сделали большой заказ продуктов в магазине с доставкой на дом. Магазин разложит товары по нескольким пакетам, на каждый пакет наклеит бирку с номером и общей информацией: адресом, временем и номером пакета. А затем раздаст пакеты нескольким курьерам для доставки к вам. Это позволит доставить заказ вовремя и в полном объеме.
Что такое порт
Физические порты на компьютере — это разъемы, в которые можно подключить различные устройства вроде принтера, смартфона или флешки. Физические порты бывают разными, например:
- USB-порт позволяет подключить устройство к компьютеру с помощью USB-кабеля. Через него можно передавать данные, подключать периферийные устройства (клавиатуру, мышь и т.д.), заряжать гаджеты;
- HDMI-порт используется для передачи аудио- и видеосигналов высокого разрешения. С его помощью можно подключить, например, телевизор, монитор или проектор к компьютеру, игровой приставке или другому устройству;
- Физический порт Ethernet — используется для подключения компьютера к локальной сети через Ethernet-кабель.
Также выделяют программные порты — их можно назвать интерфейсами для сетевых протоколов и приложений. В отличие от физических, они представляют собой абстрактные номера, которые назначаются протоколам передачи данных.
Представьте, что у вас на ПК одновременно запущены два приложения: Zoom с трансляцией вебинара и браузер. В этом случае ваш ПК одновременно принимает как минимум два потока данных с разных серверов: данные для Zoom и данные для браузера. Чтобы верно определить, какой поток к какому приложению относится и корректно их распределить по нужным ресурсам, используются программные порты. Это что-то вроде идентификаторов, которые присваиваются приложениям и используются операционной системой для управления сетевыми соединениями.
Программных портов множество, например:
- порт 80 (HTTP) — используется для обмена данными с веб-серверами (обеспечивается просмотр веб-страниц);
- порт 25 (SMTP) — порт для отправки и получения электронных писем.
Таким образом, порты на логическом уровне и физические порты компьютера имеют похожую функцию: они обеспечивают правильное подключение и передачу информации, но делают это в разных мирах — программном и физическом.
