Вычислительные или компьютерные сети стали логичным этапом развития информационных технологий. Но с тем, как они устроены, всё ещё знакомы далеко не все пользователи. Когда-то на информатике вы, возможно, изучали теоретическую часть о локальных компьютерных сетях — давайте расширим имеющиеся знания и научимся применять их на практике.

Кратко о компьютерных сетях

Компьютерная (или же вычислительная) сеть позволяет соединить несколько различных устройств в одну систему, внутри которой может происходить обмен данными. Главными элементами таких сетей являются компьютеры, но в них также могут участвовать и принтеры, сетевое оборудование, серверы, хранилища, телевизоры, телефоны и другие устройства. Все эти устройства называются оконечными узлами. Но в сети также присутствуют и промежуточные элементы — это различные маршрутизаторы, роутеры, модемы, точки беспроводного доступа, коммутаторы. Всё это соединяется между собой с помощью так называемой сетевой среды. Сетевая среда — это оптоволоконные кабели, радиоволны Wi-Fi, витые пары, с помощью которых все устройства подключаются к сети и взаимодействуют между собой.

Элементы компьютерной сети

Из этих трёх типов элементов состоит любая компьютерная сеть

Компьютерные сети бывают локальными (LAN) и глобальными (WAN). В чём между ними ключевая разница? Первые располагаются на ограниченной территории (обычно не выходя за пределы одного здания), а вторые могут распространяться на куда большую площадь — расстояние между узлами может составлять сотни и тысячи километров. Нас как пользователей сейчас больше интересуют локальные компьютерные сети — именно их мы разворачиваем дома, ими пользуемся на работе или на учёбе.

Стоит отметить, что различия между локальными и глобальными компьютерными сетями потихоньку стираются. Это связано с улучшением и тех, и других. Возможно, в ближайшем будущем между ними уже не будет значительной разницы.

Дополнительно можно выделить городские компьютерные сети — MAN (Metropolitan Area Network). Они отличаются от WAN, прежде всего, площадью покрытия и занимают, как нетрудно догадаться, один город. MAN предоставляет услуги кабельного телевещания, телефонии, а также является точкой опоры для провайдеров.

Локальные компьютерные сети

Локальные компьютерные сети (LAN — Local Area Network) сейчас распространены повсеместно. Ими пользуются дома, на работе, в магазинах, в офисных и торговых центрах. Даже если вы далеки от IT, вам стоит иметь представление о том, что это такое и как это можно настроить.

Основные характеристики локальных сетей

Локальная сеть подходит для использования на ограниченной территории — например, в квартире, офисе или целом здании, но не более. Она обеспечивает быструю (до 100 Мбит/с) передачу данных между узлами сети. Это позволяет пользователю локалки, например, использовать удалённый диск со скоростью, сравнимой с использованием HDD на своём компьютере.

В локальных сетях используются высококачественные линии связи. Наиболее распространены сейчас медные витые пары и оптоволоконные кабели. Это даёт возможность отказаться от подтверждения получения пакета, модуляции и некоторых других методов, которые снижают скорость передачи и усложняют использование сети.

Локальная сеть предполагает совместное использование каналов. Это означает, что одним и тем же каналом связи могут пользоваться разные узлы сети. Более подробно на последовательности передачи данных мы остановимся в разделе, посвящённом топологии сети.

Вообще каналы передачи данных предполагают наличие как минимум двух каналов связи — один работает на приём, другой — на отправку. Раньше это осуществлялось подключением двух физических проводов. Но с приходом витых медных пар и оптоволокна, которые способны как отдавать, так и принимать сигнал, такой подход стал менее популярен.

Всё вышеперечисленное даёт локальной сети ряд преимуществ:

  • быструю передачу данных;
  • относительную простоту настройки;
  • низкая сложность методов передачи;
  • возможность использования дорогой сетевой среды.

Но у локальной сети есть и минус — слабая масштабируемость. Вместе с увеличением количества узлов и протяжённости линий резко снижается скорость передачи данных.

Таблица: отличия локальных сетей от глобальных

ПоказательЛокальная сетьГлобальная сеть
Площадь покрытияНебольшая, обычно в пределах одного зданияОгромная — может покрывать площадь страны, одного или нескольких континентов
Прокладка линий связиПроизводится отдельно для каждой локальной сетиИспользует уже существующие линии — телеграфные и телефонные
Используемый кабельОтносительно дорогостоящие материалы: коаксиальный и оптоволоконный кабельИз-за экономических соображений обычно выбирают наименее дорогие материалы
Сложность методов передачиНизкаяВысокая, широко распространены:
  • модуляция,
  • асинхронные методы,
  • сложные методы контрольного суммирования,
  • квитирование,
  • повторные передачи искажённых кадров.
Время прохождения пакета данныхОбычно не более 5 милисекундОбычно около 1–2 секунд
МасштабируемостьНизкая. Локальные сети способны обеспечивать хорошую пропускную способность только при соблюдении ограничений по площади покрытия и количеству узлов.Высокая. Глобальная сеть изначально проектируется для возможности дальнейшего увеличения или уменьшения без потерь скорости. Глобальная сеть может работать с произвольными топологиями.
ФункционалШирокий. Локальная сеть используется для передачи данных и их хранения, печати документов, услуг без данных.Узкая. Глобальная сеть в основном предоставляет почтовые услуги, а иногда — ограниченные файловые.

Виды локальных сетей

Локальные сети обычно делят на две большие категории — одноранговые и иерархические (то есть созданные на базе серверов).

Одноранговая локалка подразумевает «равноправие» всех оконечных узлов. Это означает, что пользователь каждого компьютера, подключённого к сети, может получать доступ ко всем открытым файлам и папкам и самостоятельно решать, какие файлы и папки открывать на своём компьютере. В домашних условиях одноранговая система — самая предпочтительная. Её недостаток — низкий уровень безопасности, поэтому в офисах её лучше не использовать.

Иерархическая локальная сеть обязательно имеет в своей структуре сервер, который занимается:

  • администрированием сети;
  • подключением периферийных устройств (например, сетевых принтеров);
  • хранением основной информации сети;
  • разработкой маршрутов передачи данных внутри сети.

В иерархической сети администратор определяет, какие файлы и папки «расшарить», кто из клиентов будет иметь к ним доступ и так далее. В корпоративных условиях локалка на базе сервера — оптимальный вариант.

Топология локальных сетей

Топология — это то, как и в каком порядке устройства сети связываются между собой и передают данные. Рассмотрим возможные виды физической топологии, указав плюсы и минусы каждого:

  • шинная. Эта физическая топология появилась раньше всех. Она работает по следующему принципу — к одному длинному кабелю с помощью трансиверов подсоединяются все устройства сети. На его концах устанавливают терминаторы с сопротивлением 50 Ом, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Любой сигнал или пакет данных, отправленный одним из компьютеров сети, направляется на все остальные. Только после приёма пакета элемент сети проверяет, ему ли адресовано «сообщение». Если да, то продолжает обработку. А если нет — отбрасывает и заканчивает работу с этим пакетом. Сейчас такую топологию почти не применяют из-за низкой отказоустойчивости. Любое повреждение основного кабеля приводило к полной неисправности всей сети;
    Шинная топология

    До сих пор широко известна шутка про уборщицу, которая одной шваброй может положить всю сеть — это именно про шинную локалку

  • кольцевая. Каждый компьютер подключается к двум соседним, и в итоге должно получиться замкнутое кольцо. При такой топологии компьютер передаёт данные в одну сторону, а принимает с другой. Это означает, что пакет данных, который направлен, например, из первого компьютера кольца к четвёртому, должен пройти ещё промежуточные узлы в виде второго и третьего. А если второй компьютер захочет что-то отправить первому, то пакету данных придётся совершить полный круг — и подойти к первому элементу узла с другой стороны. Минусы очевидны — низкая отказоустойчивость, низкая скорость работы, частые ошибки. Здесь, как и при шинной топологии, при поломке кабеля на одном участке сеть приходит в негодность;
    Кольцевая топология

    Обычно компьютеры в кольцевой сети соединяли сразу двумя кабелями — один был основным, а другой — резервным

  • «звезда» или звёздная топология. Все элементы сети подключаются к центральному, который играет роль ретранслятора. Многие локальные сети сейчас работают именно с такой топологией, используя в качестве центра «звезды» коммутатор. Главным плюсом здесь является высокая отказоустойчивость при лёгкой установке. Даже если один из элементов сетевой среды выйдет из строя, то вся сеть продолжит работать. Доступ к ней потеряет только то устройство, у которого разорвалось соединение с ретранслятором. Однако если сломается центральное звено, то упадёт и вся сеть;
    Звёздная топология

    Такой тип сети настраивается проще всего, а потому часто используется в качестве домашней локалки

  • полносвязная. Эта топология — самая отказоустойчивая. Каждый элемент сети напрямую связывается со всеми остальными. Чтобы обрушить сеть, нужно вывести из строя все кабели. Главный минус — высокая стоимость такого подключения;
    Полносвязная топология

    Полносвязная сеть — самая надёжная, но и самая дорогая

  • неполносвязная. Такая топология представляет собой упрощённую и «удешевлённую» версию полносвязной. Вместо того, чтобы соединять все ПК со всеми, мы пропустим несколько кабелей таким образом, чтобы у всех оконечных элементов был доступ (пусть и через несколько узлов) друг к другу. В результате мы получаем всё ещё высокую отказоустойчивость, достигаемую за счёт меньших затрат;
  • смешанная или древовидная. Эта топология наиболее распространена в крупных компаниях. Она представляет собой древовидную структуру — очень разветвлённая и состоящая из отдельных «ветвей» или площадок. Обрыв связи ограничит доступ только нескольким или даже одному элементу сети, не затронув всю локалку целиком. Такая система очень гибкая — она позволяет настраивать каждую площадку нужным образом, основываясь на других топологиях.
    Смешанная топология

    Смешанная топология использует уже рассмотренные методы соединения

Элементы локальной сети

Теперь рассмотрим наиболее распространённые элементы, которые можно подключить к локальной сети:

  • ПК. В сетевой терминологии подключённый компьютер называют рабочей станцией. Он может быть:
    • сервером, то есть руководить обслуживанием сети. Стоит иметь в виду, что фактически сервер — это программное обеспечение установленное на компьютере. Однако для удобства так стали называть и сами ПК, на которых стоят серверные программы. В крупных локалках рекомендуется выделять отдельные ПК под серверы баз данных и файловые серверы, поскольку скорость передачи данных ограничивается вычислительной мощностью компьютера-сервера. По этой же причине сервер оснащают как можно большим объёмом дисковой и оперативной памяти. Этот ПК, как правило, работает безостановочно, чтобы у клиентов был доступ к информации и сети в любое время. Сервер обычно имеет статичный адрес в сети;
    • клиентом, то есть пользоваться услугами сети, но не иметь доступа к её администрированию. Эти ПК часто имеют динамические адреса, хотя могут обладать и прописанными статическими, как и серверы. Клиенты обращаются к серверу для получения файлов и «общения» с другими компьютерами;
  • телефон. IP-телефония уже широко используется в колл-центрах, службах поддержки и крупных компаниях. Она дешевле традиционной и обеспечивает достаточно стабильный сигнал. В домашних условиях такой приём пока используется редко;
  • телевизор. С развитием Smart TV телевизоры стали полноценными участниками локальной сети. Они могут с её помощью подключаться к интернету или получать доступ к локальным хранилищам, например, фильмов;
  • принтер. Если вы работали в офисе, то наверняка уже сталкивались с сетевым принтером. Каждый элемент сети способен отправить ему документ на печать.

Все рассмотренные выше элементы — оконечные. Не будем забывать и о промежуточных узлах. Ими могут быть:

  • концентраторы. Эти элементы получают информацию от оконечных узлов сети, а затем передают её всем остальным ПК. При этом концентратор «не знает», какому клиенту адресован запрос, а потому направляет пакет данных сразу всем. Компьютеры уже при получении данных определяют, обрабатывать пакет или нет. Концентраторы лучше не использовать в больших локальных сетях, отдавая предпочтение свитчам;
  • свитчи (коммутаторы). Такой элемент способен определить, кому перенаправить пакет данных, а потому способны сэкономить много трафика, направляя запрос прицельно его адресату;
  • репитеры (повторители). Эти элементы нужны для больших площадей — они позволяют восстановить ослабившийся сигнал и продолжить его передачу с новой силой;
  • хабы. Это те же репитеры, только позволяющие обслуживать сразу несколько компьютеров сети;
  • маршрутизаторы наиболее часто используются в домашних локальных сетях. Эти устройства занимаются «прокладкой маршрута» для пакетов данных — они находят получателя среди узлов и переправляют пакет ему. Их ещё часто называют роутерами.

Сетевую среду же образуют кабели и беспроводное соединение (радиоволны). Первые обычно представлены медными витыми парами. Они позволяют добиться неплохой скорости, и к тому же недороги. Нередко можно встретить и оптоволокно — оно позволяет добиться максимальной скорости соединения благодаря световым импульсам.

Медная витая пара Ethernet

Медная витая пара — самый популярный способ проводного соединения

Создаём локальную сеть

Для создания небольшой локальной сети вам потребуются:

  • два и более устройств, которые вы хотите соединить между собой;
  • кабель (витая пара);
  • роутер (если вы хотите соединить более двух устройств).

Для начала убедимся, что все компьютеры состоят в одной рабочей группе. Для этого откройте «Панель управления» — «Система и безопасность» — «Система». Вы увидите информацию о компьютере, где также будет указана рабочая группа. По умолчанию во всех версиях Windows это WORKGROUP. Если же вы меняли этот параметр, то выберите общую для локальной сети рабочую группу.

Рабочая группа Windows

Если названия рабочих групп не совпадают, то компьютеры друг друга не увидят — исправьте рабочую группу, нажав «Изменить параметры»

Если у вас два устройства, вы можете просто соединить их между собой кабелем. На этом настройка будет завершена — вы сможете видеть другой компьютер в «Проводнике», получать доступ к расшаренным папкам.

Если у вас более двух устройств, то подключать лучше через роутер (то есть по звёздной топологии). Соедините каждый компьютер с маршрутизатором любым удобным способом — можно с помощью кабеля, а можно через Wi-Fi. Теперь любой компьютер сети будет видеть остальные подключённые элементы.

Видео: как сделать небольшую локальную сеть

С помощью локальной сети можно настроить удобное использование устройств в доме или офисе. Ознакомившись с базовыми понятиями, терминами и принципом работы, вы сможете настроить собственную небольшую локалку под свои нужды.