§ 37. Локальная компьютерная сеть

Определения и обозначения

Локальная компьютерная сеть (LAN) — сеть устройств, расположенных на ограниченной территории и соединённых для обмена данными. К ней могут относиться компьютеры, телефоны, принтеры и сетевые накопители. LAN нужна, чтобы устройства могли обращаться к общим ресурсам, а не работать изолированно.

Узел сети — любое подключённое к сети устройство, которое может отправлять или получать данные. Например, ноутбук становится узлом, когда подключается к домашнему Wi-Fi. Это понятие помогает описывать участников сети независимо от их назначения.

Топология — схема, по которой соединены узлы сети. При топологии «звезда» устройства подключены к центральному коммутатору или точке доступа. Такая схема удобна тем, что неисправность одного отдельного соединения обычно не отключает остальные устройства.

Коммутатор — устройство, которое соединяет узлы локальной сети и передаёт данные нужному получателю. Маршрутизатор соединяет разные сети и выбирает путь для передачи данных между ними. Эти устройства решают разные задачи, поэтому одно не всегда может заменить другое.

Сервер — компьютер или программа, предоставляющие ресурсы и услуги другим устройствам, которые называют клиентами. Например, сервер может хранить общий файл, а клиент — запрашивать его. Такое разделение упрощает централизованное управление ресурсами.

Как это устроено

Сеть начинается с физического или беспроводного соединения устройств. В кабельной сети сигнал проходит по Ethernet-кабелю, а в Wi-Fi данные передаются радиоволнами. Выбор среды зависит от условий: кабель обычно обеспечивает устойчивое соединение, а беспроводной вариант позволяет свободно перемещать устройства.

Чтобы устройство могло обмениваться данными, ему необходим сетевой адрес. IP-адрес позволяет определить, куда направлять информацию, подобно адресу получателя на письме. Если два устройства имеют корректные адреса в одной сети, они могут обращаться друг к другу напрямую или через сетевое оборудование.

При отправке файла данные обычно разбиваются на небольшие части — пакеты. В каждом пакете указываются сведения, необходимые для доставки и сборки сообщения у получателя. Разбиение помогает передавать большие объёмы информации по общему каналу и повторять передачу отдельных частей, если они потерялись.

В топологии «звезда» центральным узлом часто служит коммутатор. Он получает кадр данных и пересылает его в порт, ведущий к нужному устройству, поэтому лишний трафик не обязательно проходит через все компьютеры. Если центральный коммутатор выходит из строя, связь между подключёнными к нему узлами может прекратиться, зато поломка одного кабеля обычно затрагивает только его конечное устройство.

Маршрутизатор нужен, когда данные должны покинуть локальную сеть или прийти из другой сети. Например, при открытии сайта запрос проходит от компьютера к маршрутизатору, а затем направляется в интернет. Дома маршрутизатор часто объединяет несколько функций: подключает устройства по Wi-Fi, связывает локальную сеть с интернетом и может раздавать адреса.

В одноранговой сети компьютеры могут обмениваться файлами напрямую и самостоятельно предоставлять ресурсы. Это удобно для небольшой группы, которой не требуется единый центр управления. В сети с сервером общие файлы и правила доступа находятся под централизованным контролем, поэтому администраторам проще создавать учётные записи и защищать данные.

Скорость канала обычно измеряют в битах в секунду, а размер файла — в байтах. Поскольку один байт содержит восемь битов, перед расчётом времени передачи единицы нужно привести к одному виду. На практике передача может занять больше времени, чем показывает простая оценка: часть канала используется для служебных данных, а помехи и нагрузка снижают скорость.

Сравнение способов организации локальной сети

Сравнивайте варианты по тому, где хранятся общие ресурсы и насколько централизованно нужно управлять доступом. Для небольшой домашней группы может хватить однорангового обмена, а при большом числе пользователей удобнее серверная организация. При этом конкретная сеть может сочетать разные решения.

Разбор задач

Задача: компьютер передаёт файл размером 24 Мбайт по каналу со скоростью 8 Мбит/с. Оцените минимальное время передачи, если считать, что весь канал доступен для файла и служебными данными можно пренебречь. В условии размер дан в байтах, а скорость — в битах в секунду, поэтому сразу делить 24 на 8 нельзя. Сначала приведём величины к одинаковым единицам.

1. Переведём размер файла в мегабиты: в одном байте 8 бит, значит 24 Мбайт × 8 = 192 Мбит.
2. Разделим объём данных на скорость канала: 192 Мбит ÷ 8 Мбит/с = 24 с.
3. Проверим единицы: мегабиты сокращаются, остаются секунды. Полученный результат — теоретическая оценка, а не гарантия такой скорости в реальной сети.

Ответ: минимальное время передачи составляет 24 секунды при заданных упрощённых условиях. В реальности файл может передаваться дольше из-за служебных данных, нагрузки на сеть и нестабильности беспроводного сигнала. Если бы размер был указан в мегабитах, умножать его на восемь не потребовалось бы.

Типичные ошибки

• Путать локальную сеть с интернетом. Так делают, потому что домашний маршрутизатор часто одновременно подключает устройства друг к другу и выводит их в интернет. Проверьте себя: локальная сеть может работать для обмена файлами и без доступа к интернету.

• Считать, что коммутатор и маршрутизатор выполняют одну и ту же функцию. Оба устройства передают данные, но коммутатор связывает узлы внутри сети, а маршрутизатор соединяет разные сети. Чтобы проверить ответ, спросите, должны ли данные остаться в локальной сети или перейти, например, в интернет.

• Сравнивать скорость в битах в секунду с размером файла в байтах без перевода единиц. Ошибка возникает из-за похожих приставок «мега» и разных единиц измерения. Перед вычислением переведите байты в биты или скорость в байты в секунду.

• Считать, что Wi-Fi и локальная сеть — синонимы. Wi-Fi описывает беспроводной способ подключения, а локальная сеть — объединение устройств и их взаимодействие. Проверьте себя: одна LAN может включать и Wi-Fi-устройства, и компьютеры, подключённые кабелем.

Связь с другими темами

Локальная сеть связана с темой передачи информации: данные кодируются, разбиваются на пакеты и доставляются адресату. Понятия IP-адреса и маршрутизатора помогают перейти от LAN к изучению интернета и других сетей. Расчёт времени передачи опирается на соотношение объёма данных и пропускной способности канала, а защита общих ресурсов связана с информационной безопасностью.

Что запомнить

• Локальная сеть объединяет устройства на ограниченной территории и даёт им возможность обмениваться данными и ресурсами.
• Топология описывает схему соединения узлов; распространённый вариант — «звезда» с центральным коммутатором.
• Коммутатор соединяет устройства внутри сети, а маршрутизатор передаёт данные между разными сетями.
• Сервер предоставляет ресурсы клиентам; в одноранговой сети устройства могут обмениваться ими напрямую.
• Перед расчётами скорости передачи приводите размер данных и пропускную способность к одинаковым единицам: 1 байт = 8 бит.