§ 38. Глобальные компьютерные сети

Определения и обозначения

Глобальная компьютерная сеть — сеть, объединяющая компьютеры и локальные сети, расположенные на больших расстояниях. Она нужна, чтобы устройства в разных зданиях, городах и странах могли обмениваться данными. Благодаря такому объединению пользователь может обратиться к удалённому компьютеру или сервису.

Интернет — глобальная система взаимосвязанных компьютерных сетей, обменивающихся данными по общим правилам. Его можно представить как сеть сетей: отдельные части соединяются между собой и совместно обеспечивают передачу информации. Это позволяет пользоваться множеством ресурсов, не подключаясь к каждому из них напрямую.

Протокол передачи данных — набор правил, по которым устройства обмениваются сообщениями и обрабатывают их. В протоколе определяются, например, формат данных и действия при их отправке или получении. Общие правила нужны, чтобы компьютеры могли понимать друг друга независимо от изготовителя.

IP-адрес — числовой адрес устройства в сети, используемый для его идентификации и доставки данных. По нему сетевые устройства определяют, куда направить информацию. Адрес устройства не равен адресу сайта: за ресурсом могут стоять серверы, доступные по сетевым адресам.

Как это устроено

Глобальные сети соединяют удалённые локальные сети и отдельные устройства, потому что пользователям нужно обращаться к ресурсам за пределами своей территории. Для этого разные сети связывают каналами связи и сетевыми устройствами. Единому центру управления не требуется контролировать каждое соединение: сети могут принадлежать разным организациям, но взаимодействовать по общим правилам. Такая организация позволяет расширять Интернет, подключая новые сети.

Когда отправитель передаёт большой объём информации, данные могут разбиваться на небольшие части — пакеты. Пакет содержит часть сообщения и служебные сведения, необходимые для его передачи. По пути пакеты проходят через промежуточные устройства, которые выбирают дальнейшее направление. На стороне получателя части собираются обратно, поэтому отправителю не нужно устанавливать отдельное прямое соединение через каждую сеть.

Устройства разных типов и производителей не могут надёжно обмениваться данными, если каждое действует по своим правилам. Протоколы задают общий порядок действий: как представить информацию, передать её и обработать при получении. Благодаря этому компьютеру не нужно знать, как именно устроено оборудование другого производителя. Достаточно, чтобы обе стороны и промежуточные устройства поддерживали подходящие протоколы.

Для доставки данных сети нужно понимать, к какому устройству они направлены, поэтому используется IP-адрес. Сетевые устройства анализируют адрес назначения и передают пакет дальше по подходящему маршруту. Адрес ресурса, например веб-страницы, выполняет другую задачу: он помогает пользователю указать, к какой информации обратиться. Чтобы найти сервер, связанный с таким адресом, сеть может использовать дополнительные механизмы сопоставления имён и адресов.

Обычно домашний компьютер получает доступ к Интернету через провайдера — организацию, которая подключает пользователя к сети. Провайдер связывает свою сеть с другими сетями и обеспечивает передачу данных дальше. Сервер, на котором размещён нужный ресурс, может находиться в другом городе или стране. Поэтому подключение к Интернету не означает, что все сайты и файлы хранятся на компьютере пользователя или на одном общем компьютере.

Сравнение локальной и глобальной компьютерных сетей

Чтобы определить тип сети, сначала оцените территорию, которую она охватывает, а затем посмотрите, какие устройства она соединяет. Масштаб важнее названия или способа подключения: беспроводная сеть в одном кабинете всё равно локальная. Интернет относится к глобальным сетям, потому что объединяет множество удалённых сетей.

Разбор задач

Сеть кабинета информатики

Условие. Нужно определить, является ли сеть кабинета информатики локальной или глобальной. Известно, что к ней подключены компьютеры, расположенные в одном кабинете. При классификации учитываем прежде всего охватываемую территорию.

1. Определяем границы сети: устройства находятся в пределах одного кабинета.
2. Сравниваем масштаб с признаками глобальной сети, которая соединяет удалённые устройства или локальные сети.
3. Делаем вывод по территории, а не по наличию Интернета или беспроводного соединения.

Ответ. Это локальная сеть, поскольку она объединяет устройства на небольшой ограниченной территории. Подключение кабинета к Интернету не превращает его внутреннюю сеть в глобальную.

Сообщение удалённому серверу

Условие. Компьютер отправляет сообщение на удалённый сервер. Нужно объяснить, зачем при этом нужны протокол и IP-адрес. Важно различить правила обмена и указание получателя.

1. Определяем назначение протокола: он задаёт, как представить и передать сообщение, а также как его обработать.
2. Определяем назначение IP-адреса: он обозначает устройство, которому направляются данные.
3. Разделяем роли: адрес отвечает на вопрос «куда отправлять», а протокол — «как обмениваться».

Ответ. Протокол нужен, чтобы компьютер и сервер одинаково понимали порядок обмена. IP-адрес помогает направить данные к нужному устройству; один не заменяет другой.

Пакеты и маршруты

Условие. Данные от домашнего компьютера к серверу проходят через несколько сетей. Нужно объяснить, почему их можно передавать пакетами и почему маршрут не обязан быть общим для всех частей сообщения. Сеть состоит из промежуточных устройств, которые пересылают данные дальше.

1. Сообщение разбивают на пакеты, чтобы передавать его небольшими частями через сеть.
2. Промежуточные устройства определяют, куда переслать каждый пакет, исходя из доступных маршрутов.
3. Поскольку состояние сети меняется, для разных пакетов могут выбраться разные пути; получатель затем собирает сообщение.

Ответ. Пакетная передача позволяет пересылать части сообщения через множество сетей, не прокладывая для всего сообщения один неизменный путь. Пакеты могут прибыть в разном порядке, поэтому приёмнику требуется восстановить исходные данные.

Типичные ошибки

Считать Интернет и Всемирную паутину одним и тем же — ошибка: Интернет является инфраструктурой взаимосвязанных сетей, а веб — один из способов пользоваться её ресурсами. Такое смешение возникает, потому что многие пользователи чаще всего выходят в Интернет именно через браузер. Проверьте себя: вспомните, что электронная почта и передача файлов тоже могут использовать Интернет, но не являются веб-страницами.

Путать протокол с адресом — значит смешивать правила обмена и указание получателя. Это легко сделать, потому что и протокол, и адрес нужны для передачи данных. Проверьте назначение каждого: IP-адрес указывает на устройство, а протокол определяет, как устройства взаимодействуют.

Полагать, что у глобальной сети обязательно есть один владелец или центр управления, неверно. Такое представление возникает из-за привычки видеть Интернет как единое целое, хотя он состоит из сетей разных организаций. Чтобы проверить себя, спросите, могут ли отдельные сети соединяться и обмениваться данными, сохраняя собственное управление: могут.

Считать, что все пакеты обязательно идут одним маршрутом и прибывают в порядке отправки, тоже неправильно. Маршруты зависят от состояния сети, поэтому разные пакеты могут проходить через разные промежуточные устройства. Проверка проста: различайте порядок отправки и порядок получения — приёмник может собрать сообщение из пакетов, пришедших не по порядку.

Связь с другими темами

Перед изучением глобальных сетей полезно понимать, как компьютеры обмениваются данными и какую роль в этом играют локальные сети. Эти знания помогают увидеть, как из небольших сетей складывается система, охватывающая большие расстояния. Далее тема связана с сетевыми протоколами и адресацией: они объясняют, как устройства находят друг друга и согласуют обмен. Эти принципы используются веб-сервисами и учитываются при изучении информационной безопасности.

Что запомнить

• Глобальная сеть объединяет устройства и сети, удалённые друг от друга.
• Интернет — крупнейший пример глобальной компьютерной сети.
• Обмен данными возможен благодаря общим протоколам.
• IP-адрес используется для идентификации устройства и доставки данных.
• Данные могут передаваться по сети пакетами.
• Всемирная паутина — сервис Интернета, а не сам Интернет.