По какой характеристике нет разделения компьютерных сетей

5.2. Классификация компьютерных сетей

По территориальному признаку компьютерные сети можно разделить на три основных класса:

Локальные сети (Local Area Network)— сети, организованные в пределах существенно ограниченной территории (комната, этаж, здание, соседние здания). Размер локальной сети не превышает нескольких километров.

Глобальные сети (Wide Area Network)— сети, которые простираются на расстояния от десятков до десятков тысяч километров и могут объединять сотни локальных сетей. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи километров, и они интегрированы с сетями масштаба страны.

Региональные сети (Metropolitan Area Network)— сети, расположенные на обширном участке местности. Региональная сеть может соединять компьютеры внутри города (их часто называют городские сети или сети мегаполисов), экономической зоны или отдельно взятой страны. Размер региональных сетей — сотни километров, обычно они связывают локальные сети в масштабах города с возможностью выхода в глобальные.

Указанные выше сети различаются следующими параметрами:

1. Методами передачи данных. В локальных сетях, как правило, используются методы, не требующие предварительной установки соединения — данные просто передаются в канал связи без подтверждения готовности их принять. Глобальные сети ориентированы на соединение, т.е. еще до начала передачи данных между компьютерами сети устанавливается соединение, которое подтверждается обменом компьютеров между собой специальными сигналами.

2. Скоростью передачи данных. Локальные сети обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами, глобальные сети работают на относительно низких скоростях, а региональные занимают промежуточное положение.

3. Разнообразием услуг. В локальных сетях существует широкий набор услуг, таких как файловые службы, услуги печати, услуги баз данных и т.д. Глобальные сети предоставляют в основном услуги, связанные с поиском информации, почтой и обменом файлами;

4. Масштабируемостью(возможностью расширения при сохранении качества). Локальные сети обладают плохой масштабируемостью. Глобальным сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались для неограниченного числа пользователей.

В современном мире большую популярность приобрели корпоративные компьютерные сети, которые могут содержать различные сочетания всех выше перечисленных признаков и представляют собой сложный комплекс технических, системных и программных средств, функционирующих в рамках отдельных предприятий или корпораций. Территориальный признак в них не имеет никакого значения.

Корпоративная сеть— это, как правило, закрытая компьютерная сеть, в состав которой могут входить сегменты локальных сетей малых, средних и крупных отделений корпорации, объединенные с центральным офисом региональными и глобальными компьютерными сетями с использованием сетевых технологий глобальных компьютерных сетей.

5.3. Локальные компьютерные сети

Главная отличительная особенность локальных сетей — единый для всех компьютеров высокоскоростной канал передачи данных и малая вероятность возникновения ошибок в коммуникационном оборудовании.

С помощью персональных компьютеров, работающих в локальной сети, выполняются следующие задачи:

разделение файлов— одновременная работа различных пользователей с одним и тем же файлом, который хранится на центральном файл-сервере;

передача файлов— быстрое копирование файлов с одного компьютера на другой;

доступ к информации и файлам— запуск прикладных программ с любой рабочей станции компьютерной сети;

разделение прикладных программ— применение различными пользователями одной и той же копии программы;

одновременный ввод данныхв прикладные программы несколькими пользователями;

разделение принтера и другого оборудования— совместное использование принтера или других устройств пользователями на различных рабочих станциях;

работа с электронной почтой— рассылка пользователям служебных записок, докладов, сообщений и т.п.

Архитектура компьютерной сети на физическом уровне определяет топологию— описание физических соединений (геометрическую схему) в локальной сети, указывающее, какие пары узлов могут связываться между собой.

Архитектура компьютерной сети на логическом уровне определяет структуру взаимодействия пользователей, компьютеров и ресурсов сети. Именно на этом уровне руководитель определяет, кто из пользователей или групп пользователей имеет право доступа к тем или иным ресурсам компьютерной сети (компьютерам, сетевым устройствам, файлам и т.д.) и где находятся эти ресурсы.

На логическом уровне локальные сети могут быть одноранговые и с выделенным сервером.

Одноранговая компьютерная сеть — это сеть, в которой все компьютеры равноправны и могут выступать в роли как пользователей (клиентов) ресурсов, так и их поставщиков (серверов), предоставляя другим узлам право доступа ко всем или к некоторым из имеющихся в их распоряжении локальным ресурсам (файлам, принтерам, программам). Компьютеры одноранговой сети могут объединяться в рабочую группу, которой присваивается уникальное имя. Понятие «рабочая группа» является чисто логическим и никак не привязано к физическому расположению компьютеров и тем функциям, которые они выполняют. Доступ к ресурсам в одноранговой сети осуществляется на уровне ресурсов.

Для эффективного администрирования компьютерных сетей используются сети с выделенным сервером. Существует много серверов компьютерной сети, например, сервер печати, сервер баз данных, сервер приложений, файл-сервер и т.д. В отличие от них, выделенный сервер осуществляет управление сетью (или ее частью) и на нем, в частности, находятся базы данных, содержащие учетные записи пользователей сети и определяющие политику их доступа к ресурсам сети. В компьютерных сетях с выделенным сервером рабочие станции подключаются к выделенным серверам, а серверы в свою очередь группируются вдомены— группы компьютеров и периферийных устройств, с общей системой безопасности.

Доменная организация сети позволяет:

1. Упростить централизованное управление сетью;

2. Облегчить создание сетей методом объединения существующих сетевых фрагментов;

3. Обеспечить пользователям однократную регистрацию в сети для доступа ко всем серверам и ресурсам информационной системы независимо от места регистрации.

1.3 Классификация сетей

Информационные сети можно классифицировать по различным признакам (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 — Классификация информационных сетей

Уровень развития архитектуры ИС. По этому признаку классификации все ИС можно разделить на две большие группы:

коммуникационные сети, т. е. такие, в которых применяемые средства рассчитаны на обеспечение связи и осуществление обмена информацией между территориально разделенными пользователями и абонентскими системами;
информационно-вычислительные сети (ИВС), предоставляющие по запросам отдельных пользователей и систем те или иные информационные, вычислительные ресурсы и услуги.

Как правило, в ИС второй группы используется в качестве основы та или иная базовая коммуникационная сеть, через которую обеспечивается связь машин, выполняющих обработку информации. В этом отношении можно считать, что архитектура ИВС по уровню выше, чем архитектура коммуникационных ИС.

Уровень развития ИС определяет особенности сетевой архитектуры. К ним относятся: применяемые в ИС методы распределения информации и установления связей между взаимодействующими системами; виды, предоставляемых услуг; способы управления процессами; наличие средств защиты и обеспечения целостности данных и сохранности ресурсов; возможности организации связи с другими сетями и осуществления межсетевых переходов.

Различают следующие виды услуг, предоставляемых теми или иными ИС: телефон, телеграф, телерадиовещание, телеобработка, передача данных, передача файлов.

По способу управления процессами. В зависимости от вида средств, методов и алгоритмов управления можно выделить ИС с централизованным и распределенным управлением. При этом могут осуществляться как жесткие (фиксированные) алгоритмы управления ИС, так и гибкие (адаптивные) алгоритмы, учитывающие многочисленные факторы — внутренние и внешние по отношению к ИС.

По наличию средств защиты обеспечения целостности данных и сохранности ресурсов: ИС с системой защиты и ИС без системы защиты.

По возможности организации связи с другими сетями и осуществления межсетевых переходов. Если сеть может быть соединена с другими, то она называется открытой, если не может или не должна соединяться, то закрытой. Часто некоторые ИС целиком или только отдельные их части делаются специально закрытыми, чтобы ограничить доступ некоторой категории пользователей и тем самым защитить ее ресурсы.

Еще особенность сетевой архитектуры, которая учитывается при классификации ИС — это свойство однородности или неоднородности. Однородными считаются ИС, узлы которых состоят из однотипного оборудования и выполняют одинаковый набор функций, в противном случае сеть является неоднородной.

По основному целевому прикладному назначению ИС. По функционально-целевому и прикладному назначению существующие ИС можно разделить на две группы: общего пользования и специального назначения.

ИС общего пользования предназначены для разнообразных сфер применения независимо от конкретного содержания данных, которые эти ИС получают, передают, хранят и перерабатывают, а так — же независимо от содержания решаемых задач. Применяемые средства, структура и функциональные возможности таких ИС оказываются одинаковыми для многих случаев применения и обеспечивают широкие диапазоны услуг.

При использовании ИС специального назначения отметим следующие основные разновидности их: для автоматизированных систем управления (ИС АСУ); для систем автоматизированного проектирования (ИС САПР); автоматизированных систем научно-технической информации (ИС АСНТИ); для автоматизации процессов обучения (ИС АПО); бытового назначения (ИС БН).

Разделение по территориальному признаку. Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. Деление сетей по степени территориальной распределенности: глобальные (WAN), городские (MAN), локальные (LAN)

К локальным сетям — Local Area Networks (LAN) — относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети — Wide Area Networks (WAN) — объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.

Городские сети (или сети мегаполисов) — Metropolitan Area Networks (MAN) — являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города — мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными.

Сети мегаполисов являются общественными сетями, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построение собственной (частной) сети в пределах города.

Классификация по масштабу производственного подразделения. Еще одним популярным способом классификации сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

Сети отделов — это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Эти сотрудники решают некоторые общие задачи, например, ведут бухгалтерский учет или занимаются маркетингом. Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети. В этих сетях локализуется большая часть трафика предприятия. Сети отделов обычно создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии — Ethernet, Token Ring. Для такой сети характерен один или, максимум, два типа операционных систем. Чаще всего — это сеть с выделенным сервером, например NetWare, хотя небольшое количество пользователей делает возможным использование одноранговых сетевых ОС.

Задачи управления сетью на уровне отдела относительно просты: добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция новых узлов и установка новых версий программного обеспечения. Существует и другой тип сетей, близкий к сетям отделов, — сети рабочих групп. К таким сетям относят совсем небольшие сети, включающие до 10-20 компьютеров. Характеристики сетей рабочих групп практически не отличаются от описанных выше характеристик сетей отделов. Такие свойства, как простота сети и однородность, здесь проявляются в наибольшей степени, в то время как сети отделов могут приближаться в некоторых случаях к следующему по масштабу типу сетей — сетям кампусов.

Главными особенностями сетей кампусов являются следующие. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторьм файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.

Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения. Типы компьютеров, сетевых операционных систем, сетевого аппаратного обеспечения могут отличаться в каждом отделе. Отсюда вытекают сложности управления сетями кампусов. Администраторы должны быть в этом случае более квалифицированными, а средства оперативного управления сетью — более совершенными.

Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия, Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов — сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь.

Непременным атрибутом такой сложной и крупномасштабной сети является высокая степень гетерогенности — нельзя удовлетворить потребности тысяч пользователей с помощью однотипных программных и аппаратных средств. В корпоративной сети обязательно будут использоваться различные типы компьютеров — от мэйнфреймов до персоналок, несколько типов операционных систем и множество различных приложений. Неоднородные части корпоративной сети должны работать как единое целое, предоставляя пользователям по возможности прозрачный доступ ко всем необходимым ресурсам.

При переходе от более простого типа сетей к более сложному — от сетей отдела к корпоративной сети — сеть должна быть все более надежной и отказоустойчивой, при этом требования к ее производительности также существенно возрастают. По мере увеличения масштабов сети увеличиваются и ее функциональные возможности. По сети циркулирует все возрастающее количество данных, и сеть должна обеспечивать их безопасность и защищенность наряду с доступностью. Соединения, обеспечивающие взаимодействие, должны быть более прозрачными. При каждом переходе на следующий уровень сложности компьютерное оборудование сети становится все более разнообразным, а географические расстояния увеличиваются, делая достижение целей более сложным; более проблемным и дорогостоящим становится управление такими соединениями.

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей

По территориальной распространенностисети могут быть локальными, глобальными, и региональными.

Локальная сеть (LAN – Local Area Network) – сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации.
Региональнаясеть (MAN – Metropolitan Area Network) – сеть в пределах города или области.
Глобальнаясеть (WAN – Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств.

низкоскоростные сети – до 10 Мбит/с;
среднескоростные сети – до 100 Мбит/с;
высокоскоростные сети – свыше 100 Мбит/с.

проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные);
беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне.

Необходимость дополнительной ОС для сервера.
Более высокая сложность установки и модернизации сети.
Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера

Основные характеристики сетей

Скорость передачи данныхпо каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени – секунду. Единица измерения – бит в секунду. Часто используется единица измерения скорости — бод. Бод — число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах. Пропускная способность канала связи. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду. Достоверность передачи информацииоценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак. Этот показатель должен лежать в пределах 10 -6 –10 -7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков. Надежность каналов связикоммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Единица измерения надежности – час. Как минимум, несколько тысяч часов. Время реакции сети– время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах. Объем информации, передаваемой по сети, называется трафиком.

Сети для начинающего IT-специалиста. Обязательная база

Примерно 80% из нас, кто заканчивает университет с какой-либо IT-специальностью, в итоге не становится программистом. Многие устраиваются в техническую поддержку, системными администраторами, мастерами по наладке компьютерных устройств, консультантами-продавцами цифровой техники, менеджерами в it-сферу и так далее.

Эта статья как раз для таких 80%, кто только закончил университет с какой-либо IT-специальностью и уже начал мониторить вакансии, например, на должность системного администратора или его помощника, либо выездного инженера в аутсорсинговую фирму, либо в техническую поддержку 1-й/2-й линии.

А также для самостоятельного изучения или для обучения новых сотрудников.

За время своей трудовой деятельности в сфере IT я столкнулся с такой проблемой, что в университетах не дают самую основную базу касательно сетей. С этим я столкнулся сначала сам, когда, после окончания университета, ходил по собеседованиям в 2016 году и не мог ответить на простые (как мне сейчас кажется) вопросы. Тогда мне конечно показалось, что это я прохалтурил и не доучил в университете. Но как оказалось дело в образовательной программе. Так как сейчас, я также сталкиваюсь с данным пробелом знаний, когда обучаю новых сотрудников.

И что тогда, мне пришлось изучить множество статей в интернете, прежде чем я понял базовые моменты, и что сейчас, задавая молодым специалистам темы для изучения, они с трудом находят и усваивают необходимое. Это происходит по причине того, что в Интернете огромное количество статей и все они разрозненны по темам, либо написаны слишком сложным языком. Плюс большинство информации в начале своих статей содержат в основном просто научные определения, а дальше сразу сложные технологии использования. В итоге получается много того, что для начинающего пока совсем непонятно.

Именно поэтому я решил собрать основные темы в одну статью и объяснить их как можно проще «на пальцах».

Сразу предупреждаю, что никакой углубленной информации в статье не будет, только исключительно самая база и самое основное.

Темы, которые рассмотрены:

Глобальные и локальные сети
Белые и серые IP-адреса
NAT
DHCP-сервер и подсети
Устройства маршрутизации сети (маршрутизатор, коммутатор, свитч, хаб)
Основные команды анализа сети
Транспортные протоколы UDP и TCP

1. Глобальные и Локальные сети

Вся интернет сеть подразделяется на глобальную (WAN) и локальную (LAN).

Все пользовательские устройства в рамках одной квартиры или офиса или даже здания (компьютеры, смартфоны, принтеры/МФУ, телевизоры и т.д.) подключаются к роутеру, который объединяет их в локальную сеть.

Участники одной локальной сети могут обмениваться данными между своими устройствами без подключения к интернет провайдеру. А вот чтобы выйти в сеть (например, выйти в поисковик Яндекс или Google, зайти в VK, Instagram, YouTube или AmoCRM) необходим доступ к глобальной сети.

Выход в глобальную сеть обеспечивает интернет провайдер, за что мы и платим ему абонентскую плату. Провайдер устанавливает на своих роутерах уровень скорости для каждого подключения в соответствии с тарифом. Провайдер прокидывает нам витую пару или оптику до нашего роутера (нашей локальной сети) и после этого любое устройства нашей локальной сети может выходить в глобальную сеть.

Для аналогии, сети, можно сравнить с дорогами.
Например, дороги вашего города N это локальная сеть. Эти дороги соединяют вас с магазинами, учреждениями, парками и другими местами вашего города.
Чтобы попасть в другой город N вам необходимо выехать на федеральную трассу и проехать некоторое количество километров. То есть выйти в глобальную сеть.

Для более наглядного представления, что такое глобальная и локальная сеть я нарисовал схематичный рисунок.

2. Белые и серые IP-адреса

Каждое устройство в сети имеет свой уникальный IP-адрес. Он нужен для того, чтобы устройства сети понимали куда необходимо направить запрос и ответ.
Это также как и наши дома и квартиры имеют свой точный адрес (индекс, город, улица, № дома, № квартиры).

В рамках вашей локальной сети (квартиры, офиса или здания) есть свой диапазон уникальных адресов. Я думаю многие замечали, что ip-адрес компьютера, например, начинается с цифр 192.168.X.X

Так вот это локальный адрес вашего устройства.

Существуют разрешенные диапазоны локальных сетей:

Думаю из представленной таблицы сразу становится понятно почему самый распространенный диапазон это 192.168.X.X

Чтобы узнать, например, ip-адрес своего компьютера (на базе ос windows), наберите в терминале команду ipconfig

Как видите, ip-адрес моего компьютера в моей домашней локальной сети 192.168.88.251

Для выхода в глобальные сети, ваш локальный ip-адрес подменяется роутером на глобальный, который вам выдал провайдер. Глобальные ip-адреса не попадают под диапазоны из таблички выше.

Так вот локальные ip-адреса — это серые ip-адреса, а глобальные — это белые.

Для большего понимания рассмотрите схему ниже. На ней я подписал каждое устройство своим ip-адресом.

На схеме видно, что провайдер выпускает нас в глобальные сети (в интернет) с белого ip-адреса 91.132.25.108

Для нашего роутера провайдер выдал серый ip-адрес 172.17.135.11
И в нашей локальной сети все устройства соответственно тоже имеют серые ip-адреса 192.168.Х.Х

Узнать под каким ip-адресом вы выходите в глобальную сеть можно на сайте 2ip.ru

Но из всего этого стоит помнить один очень важный фактор!
В настоящее время обострилась проблема нехватки белых ip-адресов, так как число сетевых устройств давно превысило количество доступных ip. И по этой причине интернет провайдеры выдают пользователям серые ip-адреса (в рамках локальной сети провайдера, например в пределах нескольких многоквартирных домов) и выпускают в глобальную сеть под одним общим белым ip-адресом.

Чтобы узнать серый ip-адрес выдает вам провайдер или белый, можно зайти к себе на роутер и посмотреть там, какой ip-адрес получает ваш роутер от провайдера.

Например я на своем домашнем роутере вижу серый ip-адрес 172.17.132.2 (см. диапазаон локальных адресов). Для подключения белого ip-адреса провайдеры обычно предоставляют доп. услугу с абон. платой.

На самом деле, для домашнего интернета это совсем не критично. А вот для офисов компаний рекомендуется покупать у провайдера именно белый ip-адрес, так как использование серого ip-адреса влечет за собой проблемы с работой ip-телефонии, а также не будет возможности настроить удаленное подключение по VPN. То есть серый ip-адрес не позволит вам вывести в интернет ваш настроенный сервер и не позволит настроить удаленное подключение на сервер из другой сети.

3. NAT

В предыдущем разделе я отметил, что “в настоящее время обострилась проблема нехватки белых ip-адресов” и поэтому распространенная схема подключения у интернет провайдеров сейчас, это подключать множество клиентов серыми ip-адресами, а в глобальный интернет выпускать их под одним общим белым ip.

Но так было не всегда, изначально всем выдавались белые ip-адреса, и вскоре, чтобы избежать проблему дефицита белых ip-адресов, как раз и был придуман NAT (Network Address Translation) — механизм преобразования ip-адресов.

NAT работает на всех роутерах и позволяет нам из локальной сети выходить в глобальную.

Для лучшего понимания разберем два примера:

1. Первый случай: у вас куплен белый ip-адрес 91.105.8.10 и в локальной сети подключено несколько устройств.

Каждое локальное устройство имеет свой серый ip-адрес. Но выход в интернет возможен только с белого ip-адреса.

Следовательно когда, например, ПК1 с ip-адресом 192.168.1.3 решил зайти в поисковик Яндекса, то роутер, выпуская запрос ПК1 в глобальную сеть, подключает механизм NAT, который преобразует ip-адрес ПК1 в белый глобальный ip-адрес 91.105.8.10

Также и в обратную сторону, когда роутер получит от сервера Яндекса ответ, он с помощью механизма NAT направит этот ответ на ip-адрес 192.168.1.3, по которому подключен ПК1.

2. Второй случай: у вас также в локальной сети подключено несколько устройств, но вы не покупали белый ip-адрес у интернет провайдера.

В этом случае локальный адрес ПК1(192.168.1.3) сначала преобразуется NAT‘ом вашего роутера и превращается в серый ip-адрес 172.17.115.3, который вам выдал интернет-провайдер, а далее ваш серый ip-адрес преобразуется NAT’ом роутера провайдера в белый ip-адрес 91.105.108.10, и только после этого осуществляется выход в интернет (глобальную сеть).

То есть, в этом случае получается, что ваши устройства находятся за двойным NAT’ом.

Такая схема имеет более высокую степень безопасности ваших устройств, но также и имеет ряд больших минусов. Например, нестабильная sip-регистрация VoIP оборудования или односторонняя слышимость при звонках по ip-телефонии.

Более подробно о работе механизма NAT, о его плюсах и минусах, о выделении портов, о сокетах и о видах NAT я напишу отдельную статью.

4. DHCP — сервер и подсети

Чтобы подключить устройство, например, компьютер к интернету вы обычно просто подключаете провод (витую пару) в компьютер и далее в свободный порт на роутере, после чего компьютер автоматически получает ip-адрес и появляется выход в интернет.

Также и с Wi-Fi, например со смартфона или ноутбука, вы подключаетесь к нужной вам сети, вводите пароль, устройство получает ip-адрес и у вас появляется интернет.

А что позволяет устройству получить локальный ip-адрес автоматически?
Эту функцию выполняет DHCP-сервер.

Каждый роутер оснащен DHCP-сервером. IP-адреса, полученные автоматически являются динамическими ip-адресами.

Потому что, при каждом новом подключении или перезагрузки роутера, DHCP-сервер тоже перезагружается и может выдать устройствам разные ip-адреса.

То есть, например, сейчас у вашего компьютера ip-адрес 192.168.1.10, после перезагрузки роутера ip-адрес компьютера может стать 192.168.1.35

Чтобы ip-адрес не менялся, его можно задать статически. Это можно сделать, как на компьютере в настройках сети, так и на самом роутере.

А также, DHCP-сервер на роутере вообще можно отключить и задавать ip-адреса вручную.

Можно настроить несколько DHCP-серверов на одном роутере. Тогда локальная сеть разделится на подсети.

Например, компьютеры подключим к нулевой подсети в диапазон 192.168.0.2-192.168.0.255, принтеры к первой подсети в диапазон 192.168.1.2-192.168.1.255, а Wi-Fi будем раздавать на пятую подсеть с диапазоном 192.168.5.2-192.168.5.255 (см. схему ниже)

Обычно, разграничение по подсетям производить нет необходимости. Это делают, когда в компании большое количество устройств, подключаемых к сети и при настройке сетевой безопасности.

Но такая схема в компаниях встречается довольно часто.
Поэтому обязательно нужно знать очень важный момент.

Внимание!
Если вам необходимо с ПК зайти на web-интерфейс, например, принтера или ip-телефона и при этом ваш ПК находится в другой подсети, то подключиться не получится.

Для понимания разберем пример:

Допустим вы работаете за ПК1 с локальным ip-адресом 10.10.5.2 и хотите зайти на web-интерфейс ip-телефона с локальным ip-адресом 192.168.1.3, то подключиться не получится. Так как устройства находятся в разных подсетях. К ip-телефона, находящиеся в подсети 192.168.1.X, можно подключиться только с ПК3 (192.168.1.5).

Также и к МФУ (172.17.17.10) вы сможете подключиться только с ПК4 (172.17.17.12).

Поэтому, когда подключаетесь удаленно к пользователю на ПК, чтобы зайти на web-интерфейс ip-телефона, то обязательно сначала сверяйте их локальные ip-адреса, чтобы убедиться, что оба устройства подключены к одной подсети.

5. Устройства маршрутизации сети (маршрутизатор, коммутатор, свитч, хаб)

Как ни странно, но есть такой факт, что новички в IT (иногда и уже действующие сис.админы) не знают или путают такие понятия как маршрутизатор, коммутатор, свитч, сетевой шлюз и хаб.

Я думаю, причина такой путаницы возникла из-за того, что наплодили синонимов и жаргонизмов в названиях сетевого оборудования и это теперь вводит в заблуждение многих начинающих инженеров.

а) Роутер, маршрутизатор и сетевой шлюз

Все знают что такое роутер. Что это именно то устройство, которое раздает в помещении интернет, подключенный от интернет провайдера.

Так вот маршрутизатор и сетевой шлюз это и есть роутер.

Данное оборудование является основным устройством в организации сети. В инженерной среде наиболее используемое название это “маршрутизатор”.

Кстати маршрутизатором может быть не только приставка, но и системный блок компьютера, если установить туда еще одну сетевую карту и накатить, например, RouterOS Mikrotik. Далее разрулить сеть на множество устройств с помощью свитча.

б) Что такое Свитч и чем он отличается от Коммутатора и Хаба

Свитч и Коммутатор это тоже синонимы. А вот хаб немного другое устройство. О нем в следующем пункте (в).

Коммутатор (свитч) служит для разветвления локальной сети. Как тройник или сетевой фильтр, куда мы подключаем свои устройства, чтобы запитать их электричеством от одной розетки.

Коммутатор не умеет маршрутизировать сеть как роутер. Он не выдаст вашему устройству ip-адрес и без помощи роутера не сможет выпустить вас в интернет.

У стандартного маршрутизатора обычно 4-5 портов для подключения устройств. Соответственно, если ваши устройства подключаются проводами и их больше чем портов на роутере, то вам необходим свитч. Можно к одному порту роутера подключить свитч на 24 порта и спокойно организовать локальную сеть на 24 устройства.

А если у вас завалялся еще один роутер, то можно в его web-интерфейсе включить режим коммутатора и тоже использовать как свитч.

в) Хаб

Хаб выполняет те же функции, что и коммутатор. Но его технология распределения сильно деревянная и уже устарела.

Хаб раздает приходящие от роутера пакеты всем подключенным устройствам без разбора, а устройства уже сами должны разбираться их это пакет или нет.

А коммутатор имеет MAC таблицу и поэтому распределяет приходящие пакеты на одно конкретное устройство, которое и запрашивало этот пакет. Следовательно передача данных коммутатором быстрее и эффективнее.

В настоящее время уже редко где встретишь использование хаба, но всё таки они попадаются, нужно быть к этому готовым и обязательно рекомендовать пользователю замену хаба на свитч.

6. Основные команды для анализа сети

а) Команда Ping

Чтобы понять активен ли ip-адрес или само устройство, можно его “пропинговать”.
Для этого в командной строке пишем команду ping “ip-адрес”.

Здесь мы “пинганули” dns сервер google и, как видим, сервер активен (отклик на пинги есть и равен 83 мс).

Если адресат недоступен или данный ip-адрес не существует, то мы увидим такую картину:

То есть ответа на пинги не получаем.

Но Ping намного полезней использовать с ключами:
-t -”пинговать” непрерывно (для остановки нажимаем комбинацию Ctrl+С)
-а -отображать имя “пингуемого” узла (сайта/устройства/сервера)

Соответственно ключ “-а” нам показал, что имя пингуемого узла “dns.google”.
А благодаря ключу “-t” ping шел без остановки, я остановил его, нажав Ctrl+C.

При непрерывном пинге можно увидеть адекватно ли ведет себя пингуемый узел и примерное качество работы интернет канала.

Как видим из скриншота, периодически возникают задержки приема пакета аж до 418 мс, это довольно критичное значение, так как скачок с 83 мс до 418 мс отразился бы на видеосвязи торможением/зависанием изображения или в ip-телефонии деградацией качества голоса.

В моем случае, скорей всего штормит мой домашний Интернет.
Но чтобы более детально установить причину, это нужно запускать dump. А это тема для целой статьи.

Внимание! Иногда на роутерах отключена отправка ICMP пакетов (кто-то отключает специально, а где-то не включена по умолчанию), в таком случае на «пинги» такой узел отвечать не будет, хотя сам будет активен и нормально функционировать в сети.

Еще одна возможность “пинга” это узнать какой ip-адрес скрывается за доменом сайта. А именно, на каком сервере установлен хост сайта.

Для этого просто вместо ip-адреса пишем сайт:

Как видите, у хабра ip-адрес 178.248.237.68

б) Трассировка

Иногда очень важно увидеть каким путем идет пакет до определенного устройства.
Возможно где-то есть пробоина и пакет не доходит до адресата. Так вот утилита трассировки помогает определить на каком этапе этот пакет застревает.

На ОС Windows эта утилита вызывается командой “tracert” ip-адрес или домен:

Здесь мы увидели через какие узлы проходит наш запрос, прежде чем дойдет до сервера ya.ru

На ОС Linux эта утилита вызывается командой traceroute.

Утилитой трассировки также и обладают некоторые устройства, маршрутизаторы или голосовые VoIP шлюзы.

в) Утилита whois

Данная утилита позволяет узнать всю информацию об ip-адресе или о регистраторе домена.

Например, проверим ip-адрес 145.255.1.71. Для этого ввожу в терминале команду whois 145.255.1.71

Получили информацию о провайдере ip-адреса, страну, город, адрес, диапазон и т.д.

Я пользуюсь ей только на Linux. Утилита качается и устанавливается легко из стандартного репозитория операционной системы.

Но также читал, что и на Windows есть подобное решение.

7. Транспортные протоколы TCP и UDP

Все передачи запросов и прием ответов между устройствами в сети осуществляются с помощью транспортных протоколов TCP и UDP.

TCP протокол гарантированно осуществляет доставку запроса и целостность его передачи. Он заранее проверяет доступность узла перед отправкой пакета. А если по пути целостность пакета будет нарушена, то TCP дополнит недостающие составляющие.

В общем, это протокол, который сделает все, чтобы ваш запрос корректно дошел до адресата.

Поэтому TCP самый распространенный транспортный протокол. Он используется когда пользователь серфит интернет, лазает по сайтам, сервисам, соц. сетям и т.д.

UDP протокол не имеет такой гарантированной передачи данных, как TCP. Он не проверяет доступность конечного узла перед отправкой и не восполняет пакет в случае его деградации. Если какой-то пакет или несколько пакетов по пути утеряны, то сообщение дойдет до адресата в таком неполном виде.

Зачем тогда нужен UDP?

Дело в том, что данный транспортный протокол имеет огромное преимущество перед TCP в скорости передачи данных. Поэтому UDP широко используется для пересылки голосовых и видео пакетов в реальном времени. А именно, в ip-телефонии и видео звонках.
К примеру, любой звонок через WhatsApp или Viber использует транспортный протокол UDP. Также и при видео звонках, например, через Skype или те же мессенджеры WhatsApp и Viber.

Именно потому что UDP не гарантирует абсолютную передачу данных и целостность передаваемого пакета, зачастую возникают проблемы при звонках через интернет.
Это прерывание голоса, запаздывание, эхо или робоголос.

Данная проблема возникает из-за нагруженного интернет канала, двойного NATа или радиоканала.

Хорошо бы конечно в таких случаях использовать TCP, но увы, для передачи голоса необходима мгновенная передача целостных пакетов, а для этой задачи идеально подходит UDP.

Чтобы не возникало проблем с использованием UDP протокола, нужно просто организовать качественный интернет канал. А также настроить на роутере выделенную полосу для UDP, чтобы нагрузка с других устройств, которые используют TCP не мешала работе транспортного протокола UDP.

На этом всё.

Я не стал нагромождать статью и копипастить сюда научные определения всех используемых терминов, кому это необходимо, просто загуглите.

Я постарался собрать воедино 7 самых важных, на мой взгляд, моментов, знание которых, помогут юному “айтишнику” пройти первые этапы собеседования на “айтишные” должности или хотя бы просто дать понять работодателю, что вы явно знаете больше, чем рядовой юзер.

Изучайте, конспектируйте. Надеюсь, что статья многим принесет пользу.