Компьютерные сети
Принципы построения, аппаратные компоненты, сетевые протоколы и адресация в Интернете
Что нужно понять за урок
1. Как устроена компьютерная сеть
Компьютерная сеть — система устройств, которые обмениваются данными по каналам связи по согласованным правилам.
Пакетная передача
Сообщение делится на пакеты. Каждый пакет содержит служебную информацию: адреса отправителя и получателя, номер части и данные. Пакеты могут идти разными маршрутами, а у получателя снова собираются в сообщение.
Локальная и глобальная сети
Клиент и сервер
2. Аппаратные компоненты
| Компонент | Назначение | На что ориентируется |
|---|---|---|
| Сетевая карта | Подключает устройство к проводной или беспроводной сети. | Имеет аппаратный MAC-адрес (Media Access Control address — адрес управления доступом к среде) интерфейса. |
| Коммутатор (switch) | Соединяет устройства одной локальной сети и направляет кадр к нужному порту. | MAC-адрес. |
| Маршрутизатор (router) | Соединяет разные IP-сети и выбирает дальнейшее направление пакета. | IP-адрес и таблица маршрутизации. |
| Точка доступа | Подключает беспроводные устройства к локальной сети. | Wi‑Fi и параметры локальной сети. |
| Модем / терминал | Согласует передачу данных с линией провайдера: кабельной, оптической или мобильной. | Тип физического канала. |
3. Протоколы: правила на разных уровнях
Для объяснения Интернета удобно использовать сокращённую модель TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol — протокол управления передачей / межсетевой протокол). Каждый уровень решает свою задачу и передаёт результат соседнему.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol — протокол передачи гипертекста) и HTTPS (Hypertext Transfer Protocol Secure — защищённый протокол передачи гипертекста) — веб; DNS — имена; SMTP (Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол передачи почты) и IMAP (Internet Message Access Protocol — протокол доступа к интернет-сообщениям) — почта.TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей) — надёжный поток с подтверждениями; UDP (User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — короткие сообщения без такой гарантии.IP — адресация и доставка пакетов между сетями.| Протокол | Главная задача | Пример |
|---|---|---|
| DNS | Получить IP-адрес по доменному имени. | example.org → 93.184.216.34 |
| HTTPS | Передать веб-запрос и ответ в защищённом соединении. | Загрузка страницы. |
| TCP | Обеспечить порядок, контроль доставки и повтор потерянных частей. | Передача HTML-файла (HyperText Markup Language — язык гипертекстовой разметки). |
| IP | Доставить пакет от исходной сети к сети назначения. | Проход через маршрутизаторы. |
4. Адресация в Интернете
IPv4 и IPv6
IPv4 (Internet Protocol version 4 — межсетевой протокол версии 4) использует 32-битные адреса, обычно записанные четырьмя десятичными числами от 0 до 255: 192.168.1.25. IPv6 (Internet Protocol version 6 — межсетевой протокол версии 6) использует 128-битные адреса в шестнадцатеричной записи, например 2001:db8::25.
Адрес сети и узла
Запись вида адрес/число называется CIDR-нотацией (Classless Inter-Domain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация). Число после косой черты показывает, сколько первых битов IPv4-адреса относятся к адресу сети. Всего в IPv4 32 бита; оставшиеся биты позволяют получить диапазон адресов внутри этой сети.
| Запись сети | Что фиксировано | Полный диапазон адресов сети |
|---|---|---|
10.0.0.0/8 | Первые 8 бит, то есть число 10 | 10.0.0.0 — 10.255.255.255 |
172.16.0.0/12 | Первые 12 бит: весь первый октет и первые 4 бита второго | 172.16.0.0 — 172.31.255.255 |
192.168.0.0/16 | Первые 16 бит, то есть числа 192.168 | 192.168.0.0 — 192.168.255.255 |
192.168.10.0/24 | Первые 24 бита, то есть числа 192.168.10 | 192.168.10.0 — 192.168.10.255 |
Таким образом, префикс /24 означает, что первые 24 бита задают сеть, а оставшиеся 8 бит изменяются и задают адреса внутри неё.
сеть: 192.168.10.0
часть узла: 37
В обычной сети /24 адрес с последним октетом 0 обозначает сеть, 255 — широковещательную рассылку; адреса 1–254 можно назначать узлам.
Частный и публичный адрес
Частные IPv4-адреса используются внутри локальных сетей и напрямую через Интернет не маршрутизируются. К ним относятся три диапазона из таблицы: от 10.0.0.0 до 10.255.255.255, от 172.16.0.0 до 172.31.255.255 и от 192.168.0.0 до 192.168.255.255. Домашний маршрутизатор обычно преобразует адреса локальных устройств в публичный адрес — это NAT (Network Address Translation — преобразование сетевых адресов).
Доменное имя и URL (Uniform Resource Locator — единообразный указатель ресурса) — не одно и то же
└ схема ┘└── доменное имя ──┘ порт └ путь ┘└запрос┘
DNS помогает получить IP по имени school.example.org. Остальные части URL сообщают браузеру, по какому протоколу, к какому ресурсу и с какими параметрами обращаться.
5. Что происходит после ввода адреса сайта
6. Короткая практика
192.168.12.46/24. Назовите адрес его сети.192.168.12.0.https://docs.example.net/help/index.html: укажите схему, доменное имя и путь.https; доменное имя — docs.example.net; путь — /help/index.html.7. Проверь себя
1. Что связывает разные IP-сети?
2. Какой протокол сопоставляет имя и IP?
3. Какой адрес является частным?
4. Что означает /24 в IPv4?
5. Для чего обычно применяют TCP?
6. Что является полным URL?
Итог урока
Чтобы данные дошли до нужной программы, требуется сразу несколько видов правил и адресов:
| В локальном сегменте | кадры, MAC-адреса, коммутатор |
|---|---|
| Между сетями | IP-пакеты, IP-адреса, маршрутизатор |
| Между программами | TCP/UDP и номера портов |
| Для пользователя | доменные имена, URL и прикладные протоколы |