Информатика 11. Компьютерные сети и адресация в Интернете

Компьютеры объединяют в сети, чтобы они могли обмениваться данными и совместно использовать ресурсы: файлы, программы, принтеры, серверы и подключение к Интернету. Передача данных в сети напоминает доставку посылки: необходимо знать адрес получателя, выбрать маршрут и соблюдать единые правила оформления и передачи.

Что такое компьютерная сеть

Компьютерная сеть — система устройств, соединённых каналами связи и обменивающихся данными по согласованным правилам.

Устройство, подключённое к сети, называют узлом. Узлами могут быть компьютеры, смартфоны, сетевые принтеры, камеры, маршрутизаторы и серверы. Данные передаются по проводным каналам, например по витой паре или оптоволокну, либо по беспроводным каналам, например Wi‑Fi.

Интернет нельзя считать одним огромным компьютером. Это сеть сетей, части которой принадлежат разным организациям, но взаимодействуют благодаря общим протоколам.

Аппаратные компоненты сети

Домашний «роутер» обычно совмещает функции маршрутизатора, коммутатора и точки доступа. Иногда в него также встроен модем.

Зачем нужны сетевые протоколы

Сетевой протокол — набор правил, определяющих формат и порядок обмена данными между устройствами.

Одного протокола недостаточно для решения всех задач, поэтому протоколы работают совместно, каждый на своём уровне.

TCP контролирует доставку, порядок частей сообщения и повторную передачу потерянных данных. UDP не устанавливает такое надёжное соединение, зато создаёт меньшую задержку. Выбор зависит от задачи: для загрузки файла важна точность, а для прямой трансляции иногда важнее своевременность.

IP-адресация

Чтобы доставить пакет данных нужному узлу, используется IP-адрес — числовой адрес сетевого интерфейса в IP-сети.

Адрес IPv4 состоит из 32 бит и обычно записывается четырьмя десятичными числами от 0 до 255, разделёнными точками, например 192.168.1.25. Количество IPv4-адресов ограничено, поэтому разработан протокол IPv6 с адресами длиной 128 бит, например 2001:db8::25.

• Публичный адрес используется для обмена данными через Интернет.
• Частный адрес используется внутри локальной сети и не маршрутизируется напрямую в Интернете.
• Статический адрес закреплён за подключением постоянно.
• Динамический адрес выдаётся на определённое время и позднее может измениться.

IP-адрес относится к сетевому подключению, а не обязательно навсегда к самому устройству. Ноутбук может получить разные адреса дома, в школе и при подключении через мобильную сеть.

Доменные имена и DNS

Людям неудобно запоминать числовые IP-адреса. Поэтому используется доменное имя — символьное имя сетевого ресурса, например example.org.

DNS — распределённая система доменных имён, которая сопоставляет доменные имена с IP-адресами и другими служебными данными. Когда пользователь вводит адрес сайта, компьютер обращается к DNS, получает нужный IP-адрес и затем устанавливает соединение с сервером.

В имени school.example.org части образуют иерархию справа налево:

• org — домен верхнего уровня;
• example — домен второго уровня;
• school — поддомен.

Доменное имя и URL — не одно и то же. В адресе https://example.org/course/page.html:

• https — протокол;
• example.org — доменное имя;
• /course/page.html — путь к ресурсу.

Как открывается веб-страница

Упрощённая последовательность выглядит так:

адрес в браузере → запрос к DNS → IP-адрес сервера → соединение → HTTP(S)-запрос → ответ сервера

Передаваемые данные делятся на части — пакеты. Маршрутизаторы последовательно направляют пакеты через несколько сетей. Разные пакеты одного сообщения могут пройти разными маршрутами, а устройство получателя собирает из них исходные данные.

Главное

• Компьютерная сеть объединяет устройства для обмена данными и совместного использования ресурсов.
• Коммутатор соединяет узлы локальной сети, а маршрутизатор связывает разные сети.
• Протоколы задают единые правила обмена данными; в Интернете используется семейство протоколов TCP/IP.
• IP-адрес нужен для доставки пакетов в сети.
• DNS связывает удобные для человека доменные имена с IP-адресами.
• Интернет представляет собой множество взаимодействующих сетей.

Вопросы и задания

1. Основные понятия

1. Что называют компьютерной сетью?
2. Чем коммутатор отличается от маршрутизатора?
3. Для чего нужен сетевой протокол?
4. Почему одного протокола недостаточно для работы Интернета?
5. Какую задачу решает DNS?

2. Устройство и функция

Сопоставьте устройства и действия:

1. коммутатор;
2. маршрутизатор;
3. точка доступа;
4. сетевой адаптер.

А. Подключает конкретное устройство к сети.
Б. Обеспечивает беспроводное подключение к локальной сети.
В. Передаёт данные между разными сетями.
Г. Соединяет устройства внутри локальной сети.

3. Разбор адреса

Для адреса https://school.example.ru/materials/networks.html укажите протокол, доменное имя, домен верхнего уровня и путь к ресурсу.

4. Путь запроса

Расположите действия в правильном порядке:

• браузер отправляет HTTP(S)-запрос;
• DNS возвращает IP-адрес;
• пользователь вводит адрес сайта;
• сервер отправляет ответ;
• браузер обращается к DNS.

5. Объяснение ситуации

Компьютер подключён к локальной сети и может обращаться к школьному серверу, но сайты в Интернете не открываются. Назовите не менее двух возможных причин, связанных с компонентами и службами сети.