§ 38. Глобальные компьютерные сети

Определения и обозначения

Глобальная компьютерная сеть — сеть, объединяющая компьютеры и локальные сети, расположенные на больших расстояниях. В отличие от локальной сети, ограниченной одной территорией, она связывает удалённые узлы через специальные каналы и промежуточное оборудование. Это нужно для обмена данными между городами, странами и континентами.

Интернет — всемирная система взаимосвязанных компьютерных сетей, работающих по общим протоколам. Он не является одним компьютером или одной сетью, а состоит из множества сетей разных организаций. Благодаря этому пользователи получают доступ к сайтам, почте, файлам и другим сетевым сервисам.

Протокол передачи данных — набор правил, по которым устройства обмениваются информацией в сети. Протокол определяет, как оформлять сообщения, в каком порядке их отправлять и что делать при ошибке. Общие правила позволяют взаимодействовать компьютерам с разными операционными системами и оборудованием.

IP-адрес — числовой адрес устройства в сети, используемый для его идентификации и доставки данных. По нему сетевое оборудование понимает, какому узлу предназначен пакет. Пользователь обычно работает не с числовым адресом, а с более понятным доменным именем.

Как это устроено

Глобальная сеть строится из множества локальных сетей, соединённых каналами связи. Каналом может быть оптоволоконная линия, радиосвязь или другой способ передачи сигналов, а сетевые устройства соединяют отдельные участки в единую систему. Такое устройство позволяет обмениваться данными даже тогда, когда отправитель и получатель находятся далеко друг от друга и подключены к разным провайдерам.

Большое сообщение передают не целиком, а разбивают на небольшие пакеты. Это уменьшает задержки: канал по очереди используют разные пользователи, и один длинный поток не блокирует его надолго. Кроме того, при повреждении можно повторить передачу только потерянного пакета, а не всего сообщения.

Пакеты направляют маршрутизаторы — устройства, соединяющие разные сети. Получив пакет, маршрутизатор читает адрес назначения и выбирает следующий узел по таблице маршрутов. Путь не обязательно заранее задан полностью: он может изменяться из-за нагрузки, неисправностей или изменения состояния сети.

Согласованность обмена обеспечивают протоколы. Они задают общий формат данных, правила установления связи, порядок передачи и способы обнаружения ошибок, поэтому компьютеры с разными системами могут понимать друг друга. Протокол не является физическим каналом: канал переносит сигналы, а протокол определяет смысл и порядок действий при обмене.

Доменное имя удобно человеку, но оборудование использует IP-адрес. Когда пользователь вводит адрес сайта, компьютер обращается к системе DNS, которая находит для имени соответствующий IP-адрес, иногда используя сохранённую ранее запись. Затем браузер устанавливает соединение с найденным узлом, отправляет запрос, а сервер возвращает веб-страницу и связанные с ней данные.

Адресация устройств и ресурсов в Интернете

Таблицу удобно читать слева направо: сначала определить объект, затем его запись и назначение. Доменное имя не заменяет IP-адрес на уровне доставки, а DNS связывает эти две формы обращения к ресурсу.

Разбор задач

Задача 1. Глобальная и локальная сеть

Нужно объяснить различие между сетями, не сводя его только к количеству компьютеров. Сравним территорию, назначение и способ соединения устройств. Тогда станет ясно, почему сеть из нескольких кабинетов может оставаться локальной, а глобальная сеть объединяет удалённые участки.

1. Определим охват локальной сети: обычно это одна комната, здание или близкая территория.
2. Определим охват глобальной сети: она соединяет сети и узлы, разделённые большими расстояниями.
3. Укажем способ связи: для глобального соединения нужны каналы операторов и маршрутизаторы между сетями.

Ответ: локальная сеть работает в ограниченной области, а глобальная связывает удалённые сети через промежуточную инфраструктуру. Главное различие — территориальный охват и способ объединения, а не простое число компьютеров.

Задача 2. Поиск IP-адреса сайта

Пользователь вводит доменное имя сайта, например example.org. Компьютеру нужно получить числовой адрес сервера, потому что именно он используется для сетевой доставки. Проследим путь от имени до найденного адреса.

1. Браузер проверяет, нет ли нужного соответствия в локальном кэше или сохранённых данных.
2. Если записи нет, компьютер отправляет DNS-запрос DNS-серверу.
3. DNS-система находит IP-адрес, возвращает его компьютеру, и браузер обращается к этому адресу.

Ответ: доменное имя преобразуется в IP-адрес с помощью DNS. Пользователь запоминает имя, а сетевые устройства используют полученный числовой адрес.

Задача 3. Передача сообщения между разными сетями

Сообщение отправляется с одного компьютера на другой, подключённый к другой сети. Между ними могут находиться несколько маршрутизаторов. Нужно объяснить, почему получатель в итоге получает исходное сообщение, хотя оно передаётся отдельными частями.

1. Отправитель разбивает сообщение на пакеты и добавляет к ним служебные сведения, включая адрес назначения.
2. Маршрутизаторы по очереди выбирают следующие узлы, поэтому пакеты могут пройти разными маршрутами.
3. Получатель проверяет пакеты, при необходимости запрашивает повторную передачу потерянных частей и собирает сообщение.

Ответ: данные проходят через цепочку сетевых узлов в виде пакетов, а у получателя восстанавливаются в исходный порядок. Маршрутизаторы обеспечивают переход между сетями и могут менять путь передачи.

Типичные ошибки

Интернет и Всемирная паутина — одно и то же. Так думают, потому что веб-сайты — самый заметный сервис Интернета. Проверка проста: Интернет является инфраструктурой сетей, а веб — только одним из сервисов, наряду с электронной почтой и передачей файлов.

Доменное имя и IP-адрес — одинаковые обозначения. Ошибка возникает из-за того, что оба могут вести к одному ресурсу. Проверьте себя: имя состоит из удобных слов, а IP-адрес является числовым сетевым адресом, который используется при доставке.

Пакет всегда идёт по одному заранее заданному маршруту. Такое представление появляется, если мысленно сравнивать сеть с одной дорогой между двумя пунктами. На деле маршрутизаторы могут выбирать путь по состоянию сети, поэтому разные пакеты способны двигаться неодинаково.

Протокол считают физическим каналом связи. Эти понятия смешивают, потому что оба связаны с передачей данных. Канал переносит сигналы, а протокол задаёт правила их оформления, обмена и проверки.

Связь с другими темами

До изучения глобальных сетей нужно знать назначение компьютерной сети, сетевого устройства и канала связи. Эти понятия помогают понять, из каких частей складывается передача данных. Без них трудно отличить физическое соединение от правил сетевого обмена.

Тема опирается на представления об информации, её кодировании и передаче между компьютерами. Пакет является закодированной частью сообщения, которая переносится по каналу. Поэтому сетевые процессы связаны с общими способами представления данных.

Знания о глобальных сетях пригодятся при изучении сетевых сервисов, веб-технологий, кибербезопасности и поиска информации. Они помогают понимать работу сайтов, адресов и маршрутов. Также эти знания нужны для осознанной оценки угроз и способов защиты в Интернете.

Что запомнить

• Глобальная сеть объединяет устройства и сети, удалённые друг от друга.
• Интернет состоит из множества взаимосвязанных сетей.
• Обмен данными в сети подчиняется протоколам.
• Данные могут передаваться пакетами через несколько маршрутизаторов.
• IP-адрес используется для сетевой идентификации устройства.
• DNS помогает сопоставить доменное имя с IP-адресом.