Какой канал связи используется для соединения компьютерных узлов на больших расстояниях?

Обновлено: 21.11.2024

Компьютерная сеть или сеть передачи данных — это телекоммуникационная сеть, которая позволяет компьютерам обмениваться данными. В компьютерных сетях сетевые вычислительные устройства обмениваются данными друг с другом, используя канал передачи данных. Соединения между узлами устанавливаются с использованием либо кабельной, либо беспроводной среды. Самой известной компьютерной сетью является Интернет.

Сетевые компьютерные устройства, которые отправляют, направляют и завершают данные, называются сетевыми узлами. [1] Узлы могут включать хосты, такие как персональные компьютеры, телефоны, серверы, а также сетевое оборудование. Можно сказать, что два таких устройства объединены в сеть, когда одно устройство может обмениваться информацией с другим устройством, независимо от того, имеют ли они прямое соединение друг с другом.

Компьютерные сети различаются средой передачи, используемой для передачи их сигналов, протоколами связи для организации сетевого трафика, размером сети, топологией и организационным назначением.

Компьютерные сети поддерживают огромное количество приложений и служб, таких как доступ к всемирной паутине, цифровое видео, цифровое аудио, совместное использование приложений и серверов хранения, принтеров и факсимильных аппаратов, а также использование приложений электронной почты и обмена мгновенными сообщениями. а также многие другие. В большинстве случаев коммуникационные протоколы для конкретных приложений накладываются друг на друга (т. е. передаются как полезная нагрузка) поверх других более общих коммуникационных протоколов.

Свойства

Компьютерные сети можно рассматривать как отрасль электротехники, телекоммуникаций, компьютерных наук, информационных технологий или вычислительной техники, поскольку они опираются на теоретическое и практическое применение связанных дисциплин.

Компьютерная сеть облегчает межличностное общение, позволяя пользователям эффективно и легко общаться с помощью различных средств: электронной почты, обмена мгновенными сообщениями, чатов, телефона, видеотелефонных звонков и видеоконференций. Предоставление доступа к информации на общих устройствах хранения данных является важной функцией многих сетей. Сеть позволяет обмениваться файлами, данными и другими типами информации, предоставляя авторизованным пользователям возможность доступа к информации, хранящейся на других компьютерах в сети. Сеть позволяет совместно использовать сетевые и вычислительные ресурсы. Пользователи могут получать доступ к ресурсам, предоставляемым устройствами в сети, и использовать их, например, для печати документа на общем сетевом принтере. Распределенные вычисления используют вычислительные ресурсы в сети для выполнения задач. Компьютерная сеть может использоваться компьютерными взломщиками для распространения компьютерных вирусов или компьютерных червей на устройствах, подключенных к сети, или для предотвращения доступа этих устройств к сети посредством атаки типа "отказ в обслуживании".

Сетевой пакет

Компьютерные каналы связи, которые не поддерживают пакеты, такие как традиционные двухточечные телекоммуникационные каналы, просто передают данные в виде потока битов. Однако большая часть информации в компьютерных сетях передается в пакетах. Сетевой пакет – это форматированная единица данных (список битов или байтов, обычно от нескольких десятков байт до нескольких килобайт), передаваемая по сети с коммутацией пакетов.

В пакетных сетях данные форматируются в пакеты, которые отправляются по сети к месту назначения. Как только пакеты прибывают, они снова собираются в исходное сообщение. С пакетами полоса пропускания среды передачи может быть лучше распределена между пользователями, чем если бы сеть была коммутируемой. Когда один пользователь не отправляет пакеты, канал может быть заполнен пакетами от других пользователей, поэтому стоимость может быть разделена с относительно небольшим вмешательством, при условии, что канал не перегружен.

Пакеты состоят из двух типов данных: управляющей информации и пользовательских данных (полезной нагрузки). Управляющая информация предоставляет данные, необходимые сети для доставки пользовательских данных, например: исходные и конечные сетевые адреса, коды обнаружения ошибок и информацию о последовательности. Как правило, управляющая информация содержится в заголовках и трейлерах пакетов, а между ними находятся полезные данные.

Часто маршрут, по которому должен пройти пакет через сеть, недоступен сразу. В этом случае пакет ставится в очередь и ожидает освобождения канала.

Сетевые узлы

Помимо любой физической среды передачи, сети содержат дополнительные базовые структурные элементы системы, такие как контроллер сетевого интерфейса (NIC), повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, модемы и брандмауэры.

Типы сетей

Наносеть. Наноразмерная коммуникационная сеть имеет ключевые компоненты, реализованные на наноуровне, включая носители сообщений, и использует физические принципы, которые отличаются от макроуровневых механизмов связи. Наноразмерная связь расширяет связь до очень маленьких датчиков и приводов, таких как те, что находятся в биологических системах, а также имеет тенденцию работать в средах, которые были бы слишком суровыми для классической связи.[16]

Персональная сеть — Персональная сеть (PAN) — это компьютерная сеть, используемая для связи между компьютерами и различными информационными технологическими устройствами, находящимися рядом с одним человеком. Некоторыми примерами устройств, которые используются в PAN, являются персональные компьютеры, принтеры, факсимильные аппараты, телефоны, КПК, сканеры и даже игровые приставки. PAN может включать в себя проводные и беспроводные устройства. Дальность действия PAN обычно достигает 10 метров. [17] Проводная персональная сеть обычно состоит из соединений USB и FireWire, а такие технологии, как Bluetooth и инфракрасная связь, обычно образуют беспроводную персональную сеть.

Локальная сеть. Локальная сеть (LAN) – это сеть, которая соединяет компьютеры и устройства в ограниченной географической зоне, например в доме, школе, офисном здании или группе близко расположенных зданий. Каждый компьютер или устройство в сети является узлом. Проводные локальные сети, скорее всего, основаны на технологии Ethernet. Более новые стандарты, такие как ITU-T G.hn, также позволяют создавать проводные локальные сети с использованием существующей проводки, такой как коаксиальные кабели, телефонные линии и линии электропередач. [18]

Определяющими характеристиками локальной сети, в отличие от глобальной сети (WAN), являются более высокая скорость передачи данных, ограниченный географический диапазон и отсутствие зависимости от выделенных линий для обеспечения подключения. Текущие технологии Ethernet или другие технологии локальных сетей IEEE 802.3 работают со скоростью передачи данных до 100 Гбит/с, стандартизованной IEEE в 2010 году. [19] В настоящее время разрабатывается Ethernet со скоростью 400 Гбит/с.

Локальную сеть можно подключить к глобальной сети с помощью маршрутизатора.

Домашняя сеть. Домашняя сеть (HAN) — это жилая локальная сеть, используемая для связи между цифровыми устройствами, обычно развернутыми дома, обычно небольшим количеством персональных компьютеров и аксессуаров, таких как принтеры и мобильные вычислительные устройства. Важной функцией является совместное использование доступа в Интернет, часто широкополосного доступа через поставщика кабельного телевидения или цифровой абонентской линии (DSL).

Сеть хранения данных. Сеть хранения данных (SAN) – это выделенная сеть, обеспечивающая доступ к консолидированному хранилищу данных на уровне блоков. Сети SAN в основном используются для того, чтобы сделать устройства хранения, такие как дисковые массивы, ленточные библиотеки и оптические музыкальные автоматы, доступными для серверов, чтобы они выглядели как локально подключенные устройства для операционной системы. SAN обычно имеет свою собственную сеть устройств хранения, которые, как правило, недоступны через локальную сеть для других устройств. Стоимость и сложность сетей хранения данных снизились в начале 2000-х годов до уровней, позволяющих более широкое внедрение как в корпоративных средах, так и в средах малого и среднего бизнеса.

Сеть кампуса. Сеть кампуса (CAN) состоит из соединения локальных сетей в пределах ограниченной географической области. Сетевое оборудование (коммутаторы, маршрутизаторы) и средства передачи (оптоволокно, медные заводы, кабели категории 5 и т. д.) почти полностью принадлежат арендатору/владельцу кампуса (предприятию, университету, правительству и т. д.).

Например, сеть университетского городка, скорее всего, будет соединять различные здания кампуса, соединяя академические колледжи или факультеты, библиотеку и студенческие общежития.

Магистральная сеть. Магистральная сеть является частью инфраструктуры компьютерной сети, которая обеспечивает путь для обмена информацией между различными локальными сетями или подсетями. Магистраль может связать воедино различные сети в одном и том же здании, в разных зданиях или на большой территории.

Например, крупная компания может внедрить магистральную сеть, чтобы соединить отделы, расположенные по всему миру. Оборудование, связывающее сети подразделений, составляет основу сети. При проектировании магистрали сети критически важными факторами, которые необходимо учитывать, являются производительность сети и ее перегрузка. Обычно пропускная способность магистральной сети больше, чем у отдельных сетей, подключенных к ней.

Другим примером магистральной сети является магистраль Интернета, представляющая собой набор глобальных сетей (WAN) и основных маршрутизаторов, которые связывают воедино все сети, подключенные к Интернету.

Городская сеть. Городская сеть (MAN) — это крупная компьютерная сеть, обычно охватывающая город или большой кампус

Глобальная вычислительная сеть. Глобальная вычислительная сеть (WAN) – это компьютерная сеть, охватывающая большую географическую территорию, например город, страну, или даже межконтинентальные расстояния. WAN использует канал связи, который сочетает в себе множество типов носителей, таких как телефонные линии, кабели и радиоволны. WAN часто использует средства передачи, предоставляемые обычными операторами связи, такими как телефонные компании. Технологии WAN обычно функционируют на трех нижних уровнях эталонной модели OSI: физическом уровне, уровне канала передачи данных и сетевом уровне.

Частная сеть предприятия. Частная сеть предприятия – это сеть, которую строит одна организация для соединения своих офисов (например,, производственные площадки, главные офисы, удаленные офисы, магазины), чтобы они могли совместно использовать компьютерные ресурсы.

Виртуальная частная сеть. Виртуальная частная сеть (VPN) представляет собой оверлейную сеть, в которой некоторые связи между узлами передаются через открытые соединения или виртуальные каналы в какой-либо более крупной сети (например, в Интернете), а не по физическим проводам. В этом случае говорят, что протоколы канального уровня виртуальной сети туннелируются через более крупную сеть. Одним из распространенных приложений является безопасная связь через общедоступный Интернет, но VPN не обязательно должна иметь явные функции безопасности, такие как аутентификация или шифрование контента. Например, виртуальные частные сети можно использовать для разделения трафика разных сообществ пользователей в базовой сети с надежными функциями безопасности.

VPN может иметь максимальную производительность или иметь определенное соглашение об уровне обслуживания (SLA) между клиентом VPN и поставщиком услуг VPN. Как правило, VPN имеет более сложную топологию, чем точка-точка.

Глобальная вычислительная сеть. Глобальная вычислительная сеть (GAN) – это сеть, используемая для поддержки мобильных устройств в произвольном количестве беспроводных локальных сетей, зон покрытия спутников и т. д. Ключевой проблемой мобильной связи является передача пользовательских сообщений из одного локального покрытия. область к следующей. В проекте IEEE 802 это включает последовательность наземных беспроводных локальных сетей. [20]

Интранет

Интранет – это набор сетей, находящихся под контролем одного административного объекта. Интранет использует протокол IP и инструменты на основе IP, такие как веб-браузеры и приложения для передачи файлов. Административный объект ограничивает использование интрасети авторизованными пользователями. Чаще всего интранет — это внутренняя локальная сеть организации. Большая интрасеть обычно имеет по крайней мере один веб-сервер для предоставления пользователям организационной информации. Интранет — это также все, что находится за маршрутизатором в локальной сети.

Экстранет

Экстранет — это сеть, которая также находится под административным контролем одной организации, но поддерживает ограниченное подключение к определенной внешней сети. Например, организация может предоставить доступ к некоторым аспектам своей интрасети для обмена данными со своими деловыми партнерами или клиентами. Этим другим объектам не обязательно доверять с точки зрения безопасности. Сетевое подключение к экстрасети часто, но не всегда, реализуется через технологию WAN.

Даркнет

Даркнет – это оверлейная сеть, обычно работающая в Интернете и доступная только через специализированное программное обеспечение. Даркнет — это анонимная сеть, в которой соединения устанавливаются только между доверенными узлами, иногда называемыми «друзьями» (F2F) [21], с использованием нестандартных протоколов и портов.

Даркнеты отличаются от других распределенных одноранговых сетей тем, что совместное использование является анонимным (то есть IP-адреса не публикуются публично), поэтому пользователи могут общаться, не опасаясь вмешательства правительства или корпорации. [22]

Лицензия

Информация, люди и технологии, созданные Википедией при содействии Барта Пурсела, находятся под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License, если не указано иное.

Компонентами компьютерной сети называются физические устройства, программное обеспечение, среды и т. д., которые вместе необходимы для успешного создания соединения между вычислительными устройствами.

Прежде чем разбираться в компонентах компьютерной сети, давайте сначала разберемся, что такое компьютерная сеть.

Компьютерная сеть — это соединение двух или более вычислительных устройств для связи друг с другом и обмена данными. Этими вычислительными устройствами могут быть устройства IoT, смартфоны, планшеты, ноутбуки и т. д., а их подключение осуществляется с помощью какой-либо среды, такой как беспроводная или проводная.
Что касается программного обеспечения, приложения, которые мы используем в нашей повседневной жизни, такие как браузер, WhatsApp, электронная почта и т. д., — это все программное обеспечение, которое использует компьютерные сети в фоновом режиме для обмена данными с другими компьютерами. Аппаратное и программное обеспечение работают вместе, обеспечивая успешную связь между компьютерами и образуя компьютерную сеть.

Пример. В современном мире Интернет стал очень популярным. Это становится очень важным для общения. Итак, ИНТЕРНЕТ (Международная сеть) — это не что иное, как большие масштабы вычислительных устройств, которые подключены для обмена данными между собой. Это может быть лучшим примером компьютерной сети.

Есть такой термин, как сеть и работа в сети –

Сеть – это соединение вычислительных устройств, соединенных через среду для обмена данными.
Сетью мы можем назвать это, когда между сетевыми устройствами происходит связь с использованием набора протоколов.

Компоненты компьютерной сети

Компоненты компьютерной сети — это части (аппаратные устройства, программное обеспечение или среда) вычислительных устройств, которые помогают формировать компьютерную сеть. Есть 3 различных компонента компьютерной сети –

Они подразделяются на отдельные компоненты, которые мы рассмотрим далее в этой статье. Во-первых, давайте разберемся с основами этих трех компонентов —

Для создания компьютерной сети это расширенный набор основных компонентов. И они связаны с оборудованием. И с помощью этого можно построить компьютерную сеть. Теперь, после создания соединения, совместное использование ресурсов может происходить эффективно с использованием программных компонентов, которые мы называем протоколами.

Таким образом, термин "протоколы" – это не что иное, как набор правил, с которыми должен согласиться каждый узел в сети для успешной передачи данных.

И в реальном мире компьютерная сеть имеет множество протоколов, которые используются для передачи данных в сети, таких как модель TCP/IP.

Это основные вещи, связанные с компьютерными сетями. А теперь Компоненты, которые участвуют в компьютерной сети –

1. Узел

Узел — это вычислительное устройство, подключенное для обмена данными по сети. Узлы могут быть любым устройством, которое получает и передает данные по сети для успешной связи. Пример — ноутбук, смартфон, маршрутизаторы и т. д. Узлы также делятся на 2 типа —

<р>1. Конечные узлы.
2. Промежуточные узлы.

Конечные узлы

Конечные узлы — это те узлы, которые являются либо начальной точкой связи, либо конечной точкой связи. Если два устройства A и B хотят установить связь друг с другом, то устройство, которое инициирует соединение, и другое устройство который получает соединение, является конечным узлом. Эти устройства взаимодействуют друг с другом с помощью промежуточных узлов.

Пример. Доступ к Интернету. Таким образом, устройство, с которого мы запрашиваем веб-сайт, является конечным узлом, а сервер, отвечающий веб-страницей, является конечным узлом.
Конечные узлы —

Промежуточные узлы

Эти узлы действуют как посредник для передачи сообщений или данных от одного узла к другому. Их также называют узлами маршрутизации. Другими словами, мы можем сказать, что промежуточные узлы — это узлы, расположенные между конечными узлами.

Пример. Если вы заходите на веб-страницу в Интернете, ваше устройство и сервер считаются конечными узлами, а маршрутизаторы, от которых идет трафик, — промежуточными узлами

Промежуточные узлы —

Есть 2 разных узла, и повторитель получает сигнал от одного узла, копирует сигнал с исходной частотой и отправляет его следующему узлу.

HUB — это не что иное, как многопортовый повторитель. Это точно ведет себя как повторитель. Но разница только в том, что он копирует данные, полученные с одного порта, и копирует их на все порты, которые с ним связаны.

Существует два типа HUB –

Я. Активный концентратор — имеет собственный блок питания. И может более точно копировать сигнал на другие узлы, с которыми он связан.

II. Пассивный концентратор. У него нет собственного источника питания, поэтому он не может повторять сигнал, он просто ретранслирует сигналы.

Мост. Это интеллектуальное устройство, которое может анализировать данные, которые оно получает в сигнале, и может определить, к какому компьютеру принадлежат данные. Он фильтрует данные на основе MAC-адресов. Это двухпортовое устройство, которое используется для подключения 2 локальных сетей (локальной сети).

Существует два типа моста —

<р>1. Прозрачный мост — это простой мост, который просто передает данные из одной локальной сети в другую.
2. Мост исходной маршрутизации — передает данные, определяя путь пакета данных, по которому следует следовать, чтобы пакет достиг пункта назначения.

Switch. Это не что иное, как многопортовый мост. Коммутаторы — очень умные устройства. У него есть что-то под названием Buffer, которое представляет собой не что иное, как временную память. А также иметь некоторую вычислительную мощность, которая доступна в настоящее время.
Он фильтрует данные на основе MAC-адресов и помогает маршрутизировать пакет до узла назначения.

На приведенном выше рисунке видно, что несколько локальных сетей подключены с помощью коммутатора, и потоки пакетов (данных) между ними обрабатываются коммутатором.

Маршрутизаторы. Это самые интеллектуальные устройства, широко используемые в настоящее время. Он считывает данные о том, к какому сетевому расположению он принадлежит. А затем передает данные на основе IP-адреса.
Он соединяет несколько локальных и глобальных сетей. Это помогает этим маршрутизаторам маршрутизировать пакет в сети. Он направляет пакет к месту назначения и достигает этого с помощью таблиц маршрутизации. И он содержит все сведения о ближайших маршрутизаторах, которые помогают в передаче пакета, чтобы он мог достичь пункта назначения.

Браутеры — это комбинация мостов и маршрутизаторов. Поскольку маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели TCP/IP, а мост работает на канальном уровне модели TCP/IP. Таким образом, маршрутизаторы работают на обоих этих уровнях и могут выполнять задачи обоих устройств.

2. СМИ

Он называется средой, через которую сигнал передается между узлами. Его также можно назвать связующим звеном между узлами. Медиа — это магистраль, которая позволяет соединять узлы. Он подразделяется на два разных типа –

Проводной носитель
Беспроводной носитель

Проводной медиа-

Он имеет физический провод, который обеспечивает связь между узлами. Его также называют управляемой средой. Для передачи сигналов использовались различные типы проводных сетей.

Кабель с витой парой — изобретен для телефонных линий. А раньше большинство компьютерных сетей строились на самой телефонной сети, и это делалось с помощью модемов. Кабели «витая пара» очень тонкие, дешевые и легко рвутся. В нем несколько скрученных проводов.

Это в основном предназначено для небольших расстояний. Обычно на расстоянии менее 100 метров.

Кабель с экранированной витой парой — это усовершенствованный кабель с витой парой, который использовался в основном для передачи данных по телефонным линиям. Скрученные провода защищены алюминиевым экраном, что помогает избежать потери данных и помогает при передаче данных на большие расстояния. Хотя он также не способен обрабатывать данные большого размера и не может покрывать большое расстояние. Он может работать на расстоянии до 100 метров.

Коаксиальный кабель. Он имеет один провод с очень высокой пропускной способностью. У него есть проводник, обернутый изоляцией, который, в свою очередь, покрыт проволочной сеткой, защищающей от электрических помех. Коаксиальный кабель позволяет вести одновременно много каналов, что устраняет необходимость в тысячах отдельных проводов. Большинство компаний кабельного телевидения используют коаксиальный кабель для доставки многих каналов подписных телевизионных программ в жилые дома. Коаксиальный кабель также популярен в локальных сетях, которые интернет-провайдер также использует для подключения к Интернету. Это дороже, а также может преодолевать расстояние почти в 1 километр.

Оптико-волоконный кабель. Оптоволоконный кабель или OFC имеет более высокую пропускную способность и может передавать большие объемы данных. Он использовал световой луч для передачи данных от источника к месту назначения. Это в основном используется в настоящее время. Интернет-кабели, которые идут к морю, имеют оптоволоконный кабель. У него очень мало магнитных помех. Это очень дорого и может варьироваться от 1 км до 10 км в длину.

Беспроводные медиа –

В беспроводной среде данные передаются без физического провода. Можно сказать, что данные передаются по воздуху. Его также называют неуправляемым носителем. Различные типы беспроводных носителей, которые мы использовали:

Инфракрасный — это тип электромагнитного сигнала, который в основном используется в удаленных системах, таких как телевизоры, кондиционеры и т. д. Они охватывают небольшой диапазон, и сигнал прерывается, если между ними возникает какое-либо препятствие. Это означает, что он не может проникать через стены. Он содержит инфракрасный передатчик и приемник.

Микроволновая печь (радиочастота) — это также беспроводная среда передачи, которая используется для передачи сигналов от одного узла к другому. Он использует сигнал радиоволн для передачи сигнала. Он широко используется во многих местах, таких как проверка Fastag. Радиочастота также используется мобильными вышками для связи. Его диапазон может варьироваться от 10 км до 100 км в зависимости от частоты.

Радио (WiFi) – Wi-Fi означает точность беспроводной передачи данных. Он в основном используется для совместного использования интернет-соединения. Он также использовал радиоволны в виде сигнала, который используется для передачи данных. Это канал связи на короткие расстояния, используемый в здании или кампусе.

Спутник. Спутниковая связь использует искусственные спутники для обеспечения связи между различными точками на Земле. Спутниковая связь играет жизненно важную роль в глобальной телекоммуникационной системе. Спутниковая связь состоит из двух основных компонентов: наземного передатчика и приемника и спутника, который вращается вокруг Земли из космоса. Связь устанавливается от отправителя к получателю с помощью спутника.

3. Услуги

Компьютерные сети предлагают множество Сервисов, которые мы активно используем в повседневной жизни. Сервисы Like –

Электронная почта
Хранилище
Общий доступ к файлам
Обмен мгновенными сообщениями
Онлайн-игры
Видеоконференция
Всемирная паутина

Заключение

Сегодня компьютерные сети используются чаще всего. В основном все становится цифровым, и для выполнения этих операций на компьютере требуется компьютерная сеть.

И основой компьютерных сетей является компонент компьютерной сети, который строит эти компьютерные сети. Как и маршрутизаторы, носители и т. д., без этого невозможно построить компьютерную сеть.

Из этого введения в работу с сетями вы узнаете, как работают компьютерные сети, какая архитектура используется для проектирования сетей и как обеспечить их безопасность.

Что такое компьютерная сеть?

Компьютерная сеть состоит из двух или более компьютеров, соединенных между собой кабелями (проводными) или WiFi (беспроводными) с целью передачи, обмена или совместного использования данных и ресурсов. Вы строите компьютерную сеть, используя оборудование (например, маршрутизаторы, коммутаторы, точки доступа и кабели) и программное обеспечение (например, операционные системы или бизнес-приложения).

Географическое расположение часто определяет компьютерную сеть. Например, LAN (локальная сеть) соединяет компьютеры в определенном физическом пространстве, например, в офисном здании, тогда как WAN (глобальная сеть) может соединять компьютеры на разных континентах. Интернет — крупнейший пример глобальной сети, соединяющей миллиарды компьютеров по всему миру.

Вы можете дополнительно определить компьютерную сеть по протоколам, которые она использует для связи, физическому расположению ее компонентов, способу управления трафиком и ее назначению.

Компьютерные сети позволяют общаться в любых деловых, развлекательных и исследовательских целях. Интернет, онлайн-поиск, электронная почта, обмен аудио и видео, онлайн-торговля, прямые трансляции и социальные сети — все это существует благодаря компьютерным сетям.

Типы компьютерных сетей

По мере развития сетевых потребностей менялись и типы компьютерных сетей, отвечающие этим потребностям. Вот наиболее распространенные и широко используемые типы компьютерных сетей:

Локальная сеть (локальная сеть). Локальная сеть соединяет компьютеры на относительно небольшом расстоянии, позволяя им обмениваться данными, файлами и ресурсами. Например, локальная сеть может соединять все компьютеры в офисном здании, школе или больнице. Как правило, локальные сети находятся в частной собственности и под управлением.

WLAN (беспроводная локальная сеть). WLAN похожа на локальную сеть, но соединения между устройствами в сети осуществляются по беспроводной сети.

WAN (глобальная сеть). Как видно из названия, глобальная сеть соединяет компьютеры на большой территории, например, из региона в регион или даже из одного континента в другой. Интернет — это крупнейшая глобальная сеть, соединяющая миллиарды компьютеров по всему миру. Обычно для управления глобальной сетью используются модели коллективного или распределенного владения.

MAN (городская сеть): MAN обычно больше, чем LAN, но меньше, чем WAN. Города и государственные учреждения обычно владеют и управляют MAN.

PAN (персональная сеть): PAN обслуживает одного человека.Например, если у вас есть iPhone и Mac, вполне вероятно, что вы настроили сеть PAN, которая позволяет обмениваться и синхронизировать контент — текстовые сообщения, электронные письма, фотографии и многое другое — на обоих устройствах.

SAN (сеть хранения данных). SAN – это специализированная сеть, предоставляющая доступ к хранилищу на уровне блоков — общей сети или облачному хранилищу, которое для пользователя выглядит и работает как накопитель, физически подключенный к компьютеру. (Дополнительную информацию о том, как SAN работает с блочным хранилищем, см. в разделе «Блочное хранилище: полное руководство».)

CAN (сеть кампуса). CAN также известен как корпоративная сеть. CAN больше, чем LAN, но меньше, чем WAN. CAN обслуживают такие объекты, как колледжи, университеты и бизнес-кампусы.

VPN (виртуальная частная сеть). VPN – это безопасное двухточечное соединение между двумя конечными точками сети (см. раздел "Узлы" ниже). VPN устанавливает зашифрованный канал, который сохраняет личность пользователя и учетные данные для доступа, а также любые передаваемые данные, недоступные для хакеров.

Важные термины и понятия

Ниже приведены некоторые общие термины, которые следует знать при обсуждении компьютерных сетей:

IP-адрес: IP-адрес — это уникальный номер, присваиваемый каждому устройству, подключенному к сети, которая использует для связи Интернет-протокол. Каждый IP-адрес идентифицирует хост-сеть устройства и местоположение устройства в хост-сети. Когда одно устройство отправляет данные другому, данные включают «заголовок», который включает IP-адрес отправляющего устройства и IP-адрес устройства-получателя.

Узлы. Узел — это точка подключения внутри сети, которая может получать, отправлять, создавать или хранить данные. Каждый узел требует, чтобы вы предоставили некоторую форму идентификации для получения доступа, например IP-адрес. Несколько примеров узлов включают компьютеры, принтеры, модемы, мосты и коммутаторы. Узел — это, по сути, любое сетевое устройство, которое может распознавать, обрабатывать и передавать информацию любому другому сетевому узлу.

Маршрутизаторы. Маршрутизатор — это физическое или виртуальное устройство, которое отправляет информацию, содержащуюся в пакетах данных, между сетями. Маршрутизаторы анализируют данные в пакетах, чтобы определить наилучший способ доставки информации к конечному получателю. Маршрутизаторы пересылают пакеты данных до тех пор, пока они не достигнут узла назначения.

Коммутаторы. Коммутатор — это устройство, которое соединяет другие устройства и управляет обменом данными между узлами в сети, обеспечивая доставку пакетов данных к конечному пункту назначения. В то время как маршрутизатор отправляет информацию между сетями, коммутатор отправляет информацию между узлами в одной сети. При обсуждении компьютерных сетей «коммутация» относится к тому, как данные передаются между устройствами в сети. Три основных типа переключения следующие:

Коммутация каналов, которая устанавливает выделенный канал связи между узлами в сети. Этот выделенный путь гарантирует, что во время передачи будет доступна вся полоса пропускания, что означает, что никакой другой трафик не может проходить по этому пути.

Коммутация пакетов предполагает разбиение данных на независимые компоненты, называемые пакетами, которые из-за своего небольшого размера предъявляют меньшие требования к сети. Пакеты перемещаются по сети к конечному пункту назначения.

Переключение сообщений отправляет сообщение полностью с исходного узла, перемещаясь от коммутатора к коммутатору, пока не достигнет узла назначения.

Порты: порт определяет конкретное соединение между сетевыми устройствами. Каждый порт идентифицируется номером. Если вы считаете IP-адрес сопоставимым с адресом отеля, то порты — это номера люксов или комнат в этом отеле. Компьютеры используют номера портов, чтобы определить, какое приложение, служба или процесс должны получать определенные сообщения.

Типы сетевых кабелей. Наиболее распространенными типами сетевых кабелей являются витая пара Ethernet, коаксиальный и оптоволоконный кабель. Выбор типа кабеля зависит от размера сети, расположения сетевых элементов и физического расстояния между устройствами.

Примеры компьютерных сетей

Проводное или беспроводное соединение двух или более компьютеров с целью обмена данными и ресурсами образует компьютерную сеть. Сегодня почти каждое цифровое устройство принадлежит к компьютерной сети.

В офисе вы и ваши коллеги можете совместно использовать принтер или систему группового обмена сообщениями. Вычислительная сеть, которая позволяет это, вероятно, представляет собой локальную сеть или локальную сеть, которая позволяет вашему отделу совместно использовать ресурсы.

Городские власти могут управлять общегородской сетью камер наблюдения, которые отслеживают транспортный поток и происшествия. Эта сеть будет частью MAN или городской сети, которая позволит городским службам экстренной помощи реагировать на дорожно-транспортные происшествия, советовать водителям альтернативные маршруты движения и даже отправлять дорожные билеты водителям, проезжающим на красный свет.

The Weather Company работала над созданием одноранговой ячеистой сети, которая позволяет мобильным устройствам напрямую взаимодействовать с другими мобильными устройствами, не требуя подключения к Wi-Fi или сотовой связи. Проект Mesh Network Alerts позволяет доставлять жизненно важную информацию о погоде миллиардам людей даже без подключения к Интернету.

Компьютерные сети и Интернет

Поставщики интернет-услуг (ISP) и поставщики сетевых услуг (NSP) предоставляют инфраструктуру, позволяющую передавать пакеты данных или информации через Интернет. Каждый бит информации, отправленной через Интернет, не поступает на каждое устройство, подключенное к Интернету. Это комбинация протоколов и инфраструктуры, которая точно указывает, куда направить информацию.

Как они работают?

Компьютерные сети соединяют такие узлы, как компьютеры, маршрутизаторы и коммутаторы, с помощью кабелей, оптоволокна или беспроводных сигналов. Эти соединения позволяют устройствам в сети взаимодействовать и обмениваться информацией и ресурсами.

Сети следуют протоколам, которые определяют способ отправки и получения сообщений. Эти протоколы позволяют устройствам обмениваться данными. Каждое устройство в сети использует интернет-протокол или IP-адрес, строку цифр, которая однозначно идентифицирует устройство и позволяет другим устройствам распознавать его.

Маршрутизаторы – это виртуальные или физические устройства, облегчающие обмен данными между различными сетями. Маршрутизаторы анализируют информацию, чтобы определить наилучший способ доставки данных к конечному пункту назначения. Коммутаторы соединяют устройства и управляют связью между узлами внутри сети, гарантируя, что пакеты информации, перемещающиеся по сети, достигают конечного пункта назначения.

Архитектура

Архитектура компьютерной сети определяет физическую и логическую структуру компьютерной сети. В нем описывается, как компьютеры организованы в сети и какие задачи возлагаются на эти компьютеры. Компоненты сетевой архитектуры включают аппаратное и программное обеспечение, средства передачи (проводные или беспроводные), топологию сети и протоколы связи.

Основные типы сетевой архитектуры

В сети клиент/сервер центральный сервер или группа серверов управляет ресурсами и предоставляет услуги клиентским устройствам в сети. Клиенты в сети общаются с другими клиентами через сервер. В отличие от модели P2P, клиенты в архитектуре клиент/сервер не делятся своими ресурсами. Этот тип архитектуры иногда называют многоуровневой моделью, поскольку он разработан с несколькими уровнями или ярусами.

Топология сети

Топология сети — это то, как устроены узлы и каналы в сети. Сетевой узел — это устройство, которое может отправлять, получать, хранить или пересылать данные. Сетевой канал соединяет узлы и может быть как кабельным, так и беспроводным.

Понимание типов топологии обеспечивает основу для построения успешной сети. Существует несколько топологий, но наиболее распространенными являются шина, кольцо, звезда и сетка:

При топологии шинной сети каждый сетевой узел напрямую подключен к основному кабелю.

В кольцевой топологии узлы соединены в петлю, поэтому каждое устройство имеет ровно двух соседей. Соседние пары соединяются напрямую; несмежные пары связаны косвенно через несколько узлов.

В топологии звездообразной сети все узлы подключены к одному центральному концентратору, и каждый узел косвенно подключен через этот концентратор.

сетчатая топология определяется перекрывающимися соединениями между узлами. Вы можете создать полносвязную топологию, в которой каждый узел в сети соединен со всеми остальными узлами. Вы также можете создать топологию частичной сетки, в которой только некоторые узлы соединены друг с другом, а некоторые связаны с узлами, с которыми они обмениваются наибольшим количеством данных. Полноячеистая топология может быть дорогостоящей и трудоемкой для выполнения, поэтому ее часто используют для сетей, требующих высокой избыточности. Частичная сетка обеспечивает меньшую избыточность, но является более экономичной и простой в реализации.

Безопасность

Безопасность компьютерной сети защищает целостность информации, содержащейся в сети, и контролирует доступ к этой информации. Политики сетевой безопасности уравновешивают необходимость предоставления услуг пользователям с необходимостью контроля доступа к информации.

Существует множество точек входа в сеть. Эти точки входа включают аппаратное и программное обеспечение, из которых состоит сама сеть, а также устройства, используемые для доступа к сети, такие как компьютеры, смартфоны и планшеты. Из-за этих точек входа сетевая безопасность требует использования нескольких методов защиты. Средства защиты могут включать брандмауэры — устройства, которые отслеживают сетевой трафик и предотвращают доступ к частям сети на основе правил безопасности.

Процессы аутентификации пользователей с помощью идентификаторов пользователей и паролей обеспечивают еще один уровень безопасности.Безопасность включает в себя изоляцию сетевых данных, чтобы доступ к служебной или личной информации был сложнее, чем к менее важной информации. Другие меры сетевой безопасности включают обеспечение регулярного обновления и исправления аппаратного и программного обеспечения, информирование пользователей сети об их роли в процессах безопасности и информирование о внешних угрозах, осуществляемых хакерами и другими злоумышленниками. Сетевые угрозы постоянно развиваются, что делает сетевую безопасность бесконечным процессом.

Использование общедоступного облака также требует обновления процедур безопасности для обеспечения постоянной безопасности и доступа. Для безопасного облака требуется безопасная базовая сеть.

Ознакомьтесь с пятью основными соображениями (PDF, 298 КБ) по обеспечению безопасности общедоступного облака.

Ячеистые сети

Как отмечалось выше, ячеистая сеть — это тип топологии, в котором узлы компьютерной сети подключаются к как можно большему количеству других узлов. В этой топологии узлы взаимодействуют друг с другом, чтобы эффективно направлять данные к месту назначения. Эта топология обеспечивает большую отказоустойчивость, поскольку в случае отказа одного узла существует множество других узлов, которые могут передавать данные. Ячеистые сети самонастраиваются и самоорганизуются в поисках самого быстрого и надежного пути для отправки информации.

Тип ячеистых сетей

Существует два типа ячеистых сетей — полная и частичная:

В полной ячеистой топологии каждый сетевой узел соединяется со всеми остальными сетевыми узлами, обеспечивая высочайший уровень отказоустойчивости. Однако его выполнение обходится дороже. В топологии с частичной сеткой подключаются только некоторые узлы, обычно те, которые чаще всего обмениваются данными.
беспроводная ячеистая сеть может состоять из десятков и сотен узлов. Этот тип сети подключается к пользователям через точки доступа, разбросанные по большой территории.

Балансировщики нагрузки и сети

Балансировщики нагрузки эффективно распределяют задачи, рабочие нагрузки и сетевой трафик между доступными серверами. Думайте о балансировщиках нагрузки как об управлении воздушным движением в аэропорту. Балансировщик нагрузки отслеживает весь трафик, поступающий в сеть, и направляет его на маршрутизатор или сервер, которые лучше всего подходят для управления им. Цели балансировки нагрузки – избежать перегрузки ресурсов, оптимизировать доступные ресурсы, сократить время отклика и максимально увеличить пропускную способность.

Полный обзор балансировщиков нагрузки см. в разделе Балансировка нагрузки: полное руководство.

Сети доставки контента

Сеть доставки контента (CDN) – это сеть с распределенными серверами, которая доставляет пользователям временно сохраненные или кэшированные копии контента веб-сайта в зависимости от их географического положения. CDN хранит этот контент в распределенных местах и предоставляет его пользователям, чтобы сократить расстояние между посетителями вашего сайта и сервером вашего сайта. Кэширование контента ближе к вашим конечным пользователям позволяет вам быстрее обслуживать контент и помогает веб-сайтам лучше охватить глобальную аудиторию. Сети CDN защищают от всплесков трафика, сокращают задержки, снижают потребление полосы пропускания, ускоряют время загрузки и уменьшают влияние взломов и атак, создавая слой между конечным пользователем и инфраструктурой вашего веб-сайта.

Прямые трансляции мультимедиа, мультимедиа по запросу, игровые компании, создатели приложений, сайты электронной коммерции — по мере роста цифрового потребления все больше владельцев контента обращаются к CDN, чтобы лучше обслуживать потребителей контента.

Компьютерные сетевые решения и IBM

Компьютерные сетевые решения помогают предприятиям увеличить трафик, сделать пользователей счастливыми, защитить сеть и упростить предоставление услуг. Лучшее решение для компьютерной сети, как правило, представляет собой уникальную конфигурацию, основанную на вашем конкретном типе бизнеса и потребностях.

Сети доставки контента (CDN), балансировщики нагрузки и сетевая безопасность — все это упомянуто выше — это примеры технологий, которые могут помочь компаниям создавать оптимальные компьютерные сетевые решения. IBM предлагает дополнительные сетевые решения, в том числе:

— это устройства, которые дают вам улучшенный контроль над сетевым трафиком, позволяют повысить производительность вашей сети и повысить ее безопасность. Управляйте своими физическими и виртуальными сетями для маршрутизации нескольких VLAN, для брандмауэров, VPN, формирования трафика и многого другого. обеспечивает безопасность и ускоряет передачу данных между частной инфраструктурой, мультиоблачными средами и IBM Cloud. — это возможности безопасности и производительности, предназначенные для защиты общедоступного веб-контента и приложений до того, как они попадут в облако. Получите защиту от DDoS, глобальную балансировку нагрузки и набор функций безопасности, надежности и производительности, предназначенных для защиты общедоступного веб-контента и приложений до того, как они попадут в облако.

Сетевые сервисы в IBM Cloud предоставляют вам сетевые решения для повышения трафика, обеспечения удовлетворенности ваших пользователей и легкого предоставления ресурсов по мере необходимости.

Развить сетевые навыки и получить профессиональную сертификацию IBM, пройдя курсы в рамках программы Cloud Site Reliability Engineers (SRE) Professional.