Компьютерная сеть
Поймёте, какие устройства образуют сеть и зачем между ними организуют передачу данных.
Учебные материалы — 11 класс
Информатика учебные материалы для 11 класса
Теория, примеры, видеоуроки, презентации, практические и интерактивные задания по программе информатики для обучающихся 11 класса.
Информатика - 11 класс
Раздел 1. Цифровая грамотность
Сетевые информационные технологии и основы социальной информатики: принципы построения компьютерных сетей, сетевые протоколы, адресация в Интернете и система доменных имен, веб-технологии и интернет-сервисы, информационная безопасность, защита персональных данных, резервное копирование, цифровая экономика и информационная культура.
8 уроков в разделе
01 Урок 1 Компьютерные сети. Принципы построения и аппаратные компоненты компьютерных сетей Открыть урок Свернуть урок
Урок 1. Компьютерные сети. Принципы построения и аппаратные компоненты компьютерных сетей
Этот урок начинается с самых основ. Даже если вы давно не изучали информатику, последовательно пройдите все разделы и не пропускайте определения. Вы разберётесь, что именно называется компьютерной сетью, зачем устройства объединяют в сеть, чем локальная сеть отличается от глобальной, какую роль выполняют сетевой адаптер, коммутатор, маршрутизатор и точка доступа, а также проследите путь данных от вашего устройства до другого узла сети.
45 минут основной работы
Что вы изучите
Виды сетей
Научитесь различать персональные, локальные и глобальные сети по масштабу и назначению.
Каналы связи
Разберёте проводные и беспроводные способы передачи данных.
Сетевое оборудование
Узнаете назначение сетевой карты, коммутатора, маршрутизатора, точки доступа и модема.
Архитектура сети
Сравните одноранговую модель и модель «клиент — сервер».
Топология
Поймёте, что такое структура соединений и почему в локальных сетях широко используется схема «звезда».
Начнём с обычной домашней ситуации
Представьте квартиру, в которой есть ноутбук, смартфон, телевизор, принтер и домашний маршрутизатор. Ноутбук соединён с маршрутизатором по Wi-Fi, смартфон — тоже по Wi-Fi, а телевизор может быть подключён кабелем. Все эти устройства способны обмениваться данными и получать доступ к общим ресурсам.
Если вы отправляете документ с ноутбука на сетевой принтер, данные не «перепрыгивают» непосредственно из одной программы в другую. Они проходят через сетевой интерфейс устройства, передаются по каналу связи и попадают к оборудованию, которое направляет их к нужному получателю.
Если вы открываете сайт, путь становится длиннее. Ваш компьютер сначала взаимодействует с домашней сетью, затем маршрутизатор передаёт данные в сеть провайдера, а далее информация проходит через другие сети до сервера, на котором размещён нужный ресурс.
Главная идея
Сеть — это не просто несколько устройств, находящихся рядом. Между ними должны существовать средства связи и правила, позволяющие передавать данные от отправителя к получателю.
Полезно сразу различать: устройство, канал передачи данных и сетевое оборудование — это разные составляющие сети. Например, ноутбук является конечным устройством, Wi-Fi — способом передачи, а маршрутизатор — сетевым устройством, которое помогает направлять данные.
Что такое компьютерная сеть
Компьютерная сеть
Совокупность двух или более компьютеров и других цифровых устройств, соединённых каналами передачи данных и способных обмениваться информацией по установленным правилам.
Почему в определении говорится не только о компьютерах
Современная сеть объединяет значительно больше устройств, чем настольные компьютеры. Узлами сети могут быть смартфоны, планшеты, серверы, телевизоры, камеры наблюдения, сетевые принтеры, датчики, системы управления оборудованием и другие цифровые устройства.
Что даёт объединение устройств в сеть
- обмен файлами и другими данными;
- совместное использование принтеров и других устройств;
- доступ к общим хранилищам и базам данных;
- доступ к программам и информационным системам;
- совместную работу пользователей;
- удалённое управление устройствами;
- доступ к другим сетям, в том числе к Интернету.
Важно понимать: сеть создаётся не ради самого соединения. Её назначение — обеспечить обмен данными и совместное использование ресурсов.
Основные элементы компьютерной сети
Чтобы понять устройство сети, удобно разделить её составляющие на три группы: конечные устройства, каналы связи и промежуточное сетевое оборудование.
Конечные устройства
Компьютеры, смартфоны, серверы, сетевые принтеры, камеры и другие устройства, которые создают, получают или обрабатывают данные.
Каналы связи
Среда, по которой передаётся сигнал: медный кабель, оптоволокно или беспроводная радиосвязь.
Сетевое оборудование
Устройства, которые соединяют части сети и помогают передавать данные: коммутаторы, маршрутизаторы, точки доступа и другое оборудование.
Узел сети
Устройство, подключённое к компьютерной сети и участвующее в обмене данными. В зависимости от контекста узлом может называться компьютер, сервер, маршрутизатор, принтер или другое сетевое устройство.
Для чего создаются компьютерные сети
| Задача | Пример | Что передаётся | Практическая польза |
|---|---|---|---|
| Обмен данными | Отправка файла с одного компьютера на другой | Файлы, сообщения, команды | Пользователи быстро получают нужную информацию |
| Общий доступ к устройствам | Несколько компьютеров используют один сетевой принтер | Задания на печать | Не требуется отдельный принтер для каждого компьютера |
| Общие информационные ресурсы | Обучающиеся работают с электронной образовательной системой | Страницы, файлы, результаты заданий | Информация хранится централизованно и доступна пользователям сети |
| Совместная работа | Несколько пользователей работают с общим документом | Изменения документа | Можно выполнять общий проект удалённо |
| Удалённое управление | Администратор настраивает сервер из другого помещения | Команды управления | Не нужно физически находиться рядом с устройством |
Классификация сетей по территории
Сети можно классифицировать по разным признакам. Один из самых понятных — территория, на которой расположены соединённые устройства.
Персональная сеть
Объединяет устройства одного пользователя на небольшом расстоянии. Например, смартфон, беспроводные наушники и ноутбук.
Локальная сеть
Обычно охватывает помещение, квартиру, офис, школу или несколько близко расположенных зданий.
Глобальная сеть
Связывает устройства и локальные сети, расположенные на значительных расстояниях. Самый известный пример — Интернет.
Запомните: Интернет — это не «очень большая локальная сеть». Это глобальная система взаимосвязанных сетей. Домашняя или школьная LAN может быть подключена к Интернету, но остаётся самостоятельной локальной сетью.
Проводные и беспроводные сети
Проводное соединение
Сигнал передаётся по физическому кабелю. В локальных сетях часто используется кабель на основе витой пары, а для высокоскоростных линий — оптоволокно.
- стабильное соединение;
- высокая скорость передачи;
- меньшая зависимость от радиопомех;
- необходимость прокладки кабеля.
Беспроводное соединение
Данные передаются с использованием электромагнитных волн. Типичный пример локального беспроводного соединения — Wi-Fi.
- удобное подключение мобильных устройств;
- не требуется кабель до каждого устройства;
- сигнал зависит от расстояния и препятствий;
- важно правильно настраивать защиту беспроводной сети.
Не путайте Wi-Fi и Интернет. Wi-Fi — технология беспроводного соединения устройств в сети. Интернет — глобальная сеть. Устройство может быть подключено к Wi-Fi, но не иметь доступа к Интернету, если маршрутизатор не подключён к внешней сети.
Сетевой адаптер
Сетевой адаптер
Аппаратный компонент, обеспечивающий подключение устройства к компьютерной сети. Его также называют сетевым интерфейсом или сетевой картой.
Чтобы компьютер мог передавать и принимать данные по сети, ему нужен соответствующий сетевой интерфейс. В современных устройствах сетевые адаптеры обычно встроены.
Какие адаптеры встречаются чаще всего
- Ethernet-адаптер — используется для проводного подключения;
- Wi-Fi-адаптер — используется для беспроводного подключения;
- некоторые устройства имеют оба варианта одновременно.
Сетевой адаптер взаимодействует с операционной системой и преобразует данные в форму, пригодную для передачи по конкретному каналу связи.
Коммутатор: соединение устройств внутри локальной сети
Коммутатор
Сетевое устройство, предназначенное прежде всего для соединения узлов одной локальной сети и передачи данных к нужному устройству внутри этой сети.
Представьте компьютерный класс. В нём находится двадцать компьютеров. Каждый компьютер можно соединить кабелем с коммутатором. Получится структура, в которой все рабочие станции подключены к центральному сетевому устройству.
Когда один компьютер отправляет данные другому, коммутатор помогает направить их по нужному соединению. Он не просто является «разветвителем проводов», а анализирует служебную информацию сетевого обмена и принимает решение о передаче.
Где можно встретить коммутатор
- в школьной локальной сети;
- в офисной сети;
- в серверной;
- в сети предприятия;
- в домашней сети, где функции небольшого коммутатора часто встроены в маршрутизатор.
Маршрутизатор: соединение разных сетей
Маршрутизатор
Сетевое устройство, предназначенное для передачи данных между различными сетями и выбора дальнейшего направления передачи.
Домашний маршрутизатор связывает домашнюю локальную сеть с сетью интернет-провайдера. Со стороны квартиры к нему могут быть подключены ноутбуки, телефоны, телевизоры и другие устройства, а со стороны провайдера — внешний канал связи.
Название связано со словом «маршрут». Когда данные должны попасть не к соседнему устройству внутри той же сети, а в другую сеть, требуется определить, куда передать их дальше.
Почему домашнее устройство называют Wi-Fi-роутером
Обычный домашний аппарат часто совмещает сразу несколько функций: маршрутизатора, беспроводной точки доступа и небольшого Ethernet-коммутатора. Поэтому внешне это одно устройство, хотя логически оно выполняет несколько разных задач.
Коммутатор и маршрутизатор — не одно и то же
| Признак | Коммутатор | Маршрутизатор | Простой пример |
|---|---|---|---|
| Основная задача | Соединять устройства внутри локальной сети | Связывать разные сети | Коммутатор — внутри класса; маршрутизатор — между сетью класса и внешней сетью |
| Где используется | LAN | На границе сетей и между сетями | Домашний роутер соединяет домашнюю сеть с сетью провайдера |
| Количество подключений | Часто имеет много Ethernet-портов | Может иметь несколько интерфейсов для разных сетей | Оборудование может совмещать обе функции |
| Что важно запомнить | Передача внутри локального сегмента | Передача из одной сети в другую | Это разные логические задачи |
Точка доступа, модем и другое оборудование
Точка доступа
Позволяет беспроводным устройствам подключаться к локальной сети по Wi-Fi. В домашнем маршрутизаторе точка доступа обычно встроена.
Модем
Используется для преобразования сигналов при подключении через определённый тип линии связи. В некоторых устройствах функции модема и маршрутизатора объединены.
Повторитель
Принимает сигнал и передаёт его дальше, помогая увеличить расстояние, на котором может работать соединение.
Сервер
Предоставляет другим устройствам сетевые ресурсы или услуги: файлы, страницы сайта, базы данных, приложения и другое.
Клиент
Устройство или программа, обращающиеся к серверу и использующие предоставляемый им ресурс или услугу.
Шлюз
Устройство или программный компонент, обеспечивающий взаимодействие сетей или систем.
Одноранговая сеть и модель «клиент — сервер»
Одноранговая сеть
Компьютеры могут непосредственно предоставлять друг другу свои ресурсы. Отдельный постоянно выделенный сервер для всех функций необязателен.
- подходит для небольших сетей;
- может быть сравнительно простой в организации;
- управление ресурсами распределено между устройствами;
- при увеличении сети администрирование усложняется.
Клиент — сервер
Специализированный сервер предоставляет ресурсы или услуги, а клиентские устройства обращаются к нему с запросами.
- централизованное хранение данных;
- удобнее централизованное управление;
- можно разделять права доступа;
- подходит для крупных информационных систем.
Пример: браузер на вашем компьютере выступает клиентом, когда обращается к веб-серверу. Сервер получает запрос и возвращает данные.
Топология компьютерной сети
Топология сети
Способ организации связей между узлами компьютерной сети. Топология показывает, какие устройства соединены между собой и как организована структура этих соединений.
Звезда
Каждое конечное устройство соединяется с центральным устройством, например коммутатором. Такая схема широко применяется в современных локальных сетях.
Шина
Устройства используют общую линию передачи. Такая структура исторически применялась в локальных сетях, но сегодня встречается значительно реже.
Кольцо
Узлы образуют замкнутую последовательность связей. Каждый узел связан с соседними элементами структуры.
Ячеистая структура
Между узлами существует несколько возможных связей. Такая избыточность может повышать устойчивость сети к отдельным отказам.
Почему «звезда» удобна для локальной сети
Если каждый компьютер подключён отдельным кабелем к коммутатору, повреждение одного кабеля обычно приводит к отключению только соответствующего устройства, а не всей сети. Кроме того, такую сеть удобно расширять: новое устройство подключается к свободному порту коммутатора.
Но у схемы есть и центральная точка зависимости: если основной коммутатор перестанет работать, подключённые через него устройства потеряют возможность обмениваться данными друг с другом.
Как данные проходят через сеть: пошаговый пример
Рассмотрим ситуацию: ноутбук подключён к домашнему Wi-Fi, а пользователь открывает страницу сайта, сервер которого находится в другой сети.
1. Программа создаёт запрос Браузер формирует данные, которые нужно передать удалённому серверу.
2. Сетевой адаптер Wi-Fi-адаптер ноутбука обеспечивает передачу данных в беспроводную сеть.
3. Маршрутизатор Домашний маршрутизатор получает данные и передаёт их в сторону сети провайдера.
4. Другие сети Данные проходят через сетевое оборудование на пути к сети, где расположен сервер.
5. Сервер Сервер получает запрос, обрабатывает его и формирует ответ, который возвращается пользователю.
Что здесь пока упрощено
Реальный сетевой обмен значительно сложнее. Данные делятся на части, снабжаются служебной информацией, используются адреса и сетевые протоколы, промежуточные устройства принимают решения о передаче. Эти механизмы будут разбираться в следующих уроках.
На данном этапе важно понять принцип: путь данных состоит из последовательности взаимодействий между конечными устройствами, каналами связи и промежуточным сетевым оборудованием.
Учебная схема: компьютерные сети
Рассмотрите схему целиком. Она объединяет основные понятия этого урока: виды сетей, проводные и беспроводные соединения, домашнюю локальную сеть, сетевое оборудование, топологию «звезда», движение данных и модель «клиент — сервер».
Как работать со схемой
- Найдите блоки PAN, LAN и WAN и объясните различие между ними.
- Сравните проводное и беспроводное соединение.
- Найдите сетевой адаптер, коммутатор, маршрутизатор, точку доступа и модем.
- Проследите домашнюю сеть от ноутбука или смартфона до маршрутизатора.
- Рассмотрите топологию «звезда» и найдите центральное устройство.
- Проследите путь данных от клиентского компьютера через сеть к серверу.
- Объясните своими словами, чем функция коммутатора отличается от функции маршрутизатора.
Скорость передачи и задержка
Скорость передачи данных
Количество данных, которое может быть передано за единицу времени. Обычно скорость сетевого соединения указывается в битах в секунду и производных единицах: кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.
Задержка
Время, необходимое данным для прохождения между узлами сети. Высокая скорость канала сама по себе не означает, что задержка обязательно будет малой.
Пример
Соединение со скоростью 100 Мбит/с означает, что теоретически за одну секунду канал способен передать до 100 миллионов бит. На практике фактическая полезная скорость может быть меньше из-за особенностей оборудования, протоколов, загрузки сети и других факторов.
Почему задержка важна
При загрузке большого файла особенно важна пропускная способность. Во время видеосвязи, онлайн-игры или удалённого управления заметное влияние оказывает также задержка: если ответ приходит слишком поздно, пользователь ощущает «торможение» даже при достаточно быстром канале.
Единицы измерения: скорость сетевого соединения обычно указывается в битах в секунду, а размер файлов часто измеряется в байтах. 1 байт = 8 бит. Поэтому 100 Мбит/с и 100 Мбайт/с — не одно и то же.
Типичные ошибки
- «Интернет и Wi-Fi — одно и то же». Wi-Fi является технологией беспроводного подключения, а Интернет — глобальной сетью сетей.
- «Маршрутизатор нужен только для Wi-Fi». Главная логическая функция маршрутизатора — передача данных между сетями.
- «Коммутатор и маршрутизатор выполняют одну задачу». Коммутатор прежде всего связывает устройства внутри локальной сети, маршрутизатор — разные сети.
- «Сервер обязательно представляет собой огромный компьютер». Сервер — это прежде всего роль системы, предоставляющей ресурс или услугу.
- «Если два компьютера стоят рядом, это уже сеть». Необходимо организовать канал передачи данных и взаимодействие устройств по определённым правилам.
- «Чем больше число Мбит/с, тем всегда быстрее работает любая программа». На работу сетевого приложения влияют также задержка, загрузка сети, производительность сервера и другие факторы.
Практические задания
Задание 1. Определите элементы домашней сети
Дома к одному маршрутизатору подключены смартфон, ноутбук и телевизор. Ноутбук подключён кабелем, остальные устройства — по Wi-Fi. Назовите конечные устройства, каналы связи и сетевое оборудование.
Показать решение
Ответ: смартфон, ноутбук и телевизор — конечные устройства. Каналы связи представлены проводным Ethernet-соединением и беспроводным Wi-Fi-соединением. Маршрутизатор — сетевое оборудование.
Задание 2. Локальная или глобальная сеть
В школе 40 компьютеров соединены между собой и подключены к школьному серверу. К какому типу сети по территориальному признаку относится такая сеть?
Показать решение
Ответ: это локальная сеть — LAN. Она объединяет устройства на ограниченной территории организации.
Задание 3. Коммутатор или маршрутизатор
Нужно соединить 16 компьютеров одного кабинета проводной сетью. Какое устройство прежде всего потребуется?
Показать решение
Ответ: коммутатор. Он предназначен для объединения устройств внутри локальной сети.
Задание 4. Разберите ошибочное утверждение
Ученик говорит: «На телефоне есть Wi-Fi, значит Интернет обязательно будет работать». Объясните, почему утверждение неверно.
Показать решение
Ответ: Wi-Fi обеспечивает беспроводное соединение с локальной сетью или точкой доступа. Если эта сеть не имеет подключения к Интернету, телефон останется подключённым по Wi-Fi, но интернет-ресурсы будут недоступны.
Задание 5. Определите архитектуру
В информационной системе все обучающиеся открывают свои материалы через браузер, а данные хранятся на центральном сервере. Какая модель взаимодействия используется?
Показать решение
Ответ: используется модель «клиент — сервер». Браузеры пользователей выступают клиентами, а центральная система предоставляет данные как сервер.
Задание 6. Найдите центральный элемент
Десять компьютеров подключены отдельными кабелями к одному коммутатору. Как называется такая топология?
Показать решение
Ответ: это топология «звезда». При повреждении кабеля обычно потеряет сетевое соединение только соответствующий компьютер.
Задание 7. Сравните единицы скорости
Почему нельзя считать одинаковыми значения 100 Мбит/с и 100 Мбайт/с?
Показать решение
Ответ: бит и байт — разные единицы. В одном байте восемь бит. Поэтому 100 Мбайт/с соответствуют 800 Мбит/с.
Разберите домашнюю сеть самостоятельно
Это упражнение желательно выполнить не по памяти, а на примере сети, которой вы реально пользуетесь.
- Назовите устройства, которые подключаются к вашей локальной сети.
- Определите, какие из них используют Wi-Fi, а какие — проводное соединение.
- Найдите устройство, выполняющее функции маршрутизатора.
- Проверьте, есть ли на маршрутизаторе Ethernet-порты.
- Определите, откуда приходит внешний канал связи.
- Попробуйте мысленно проследить путь: смартфон → точка доступа → маршрутизатор → сеть провайдера → Интернет.
Не изменяйте настройки маршрутизатора, если не знаете их назначения. Для выполнения задания достаточно определить элементы сети и понять их функции.
Видео по теме
Сначала посмотрите основное видео. После просмотра попробуйте самостоятельно назвать три обязательные составляющие сети и объяснить различие между локальной и глобальной сетью.
Основное видео. Обратите внимание на назначение компьютерных сетей, классификацию сетей и основные варианты организации сетевого взаимодействия.
Открыть основное видео на RutubeДополнительные материалы
После основного урока используйте дополнительные материалы для повторения терминов и более глубокого изучения устройства компьютерных сетей.
Перед открытием повторите
- что называется компьютерной сетью;
- чем LAN отличается от WAN;
- для чего нужен сетевой адаптер;
- чем коммутатор отличается от маршрутизатора;
- что означает модель «клиент — сервер»;
- что называется топологией сети.
Интерактивная самопроверка
Ответьте на все вопросы по порядку. После каждого ответа обязательно прочитайте пояснение.
Вопросы для самопроверки
01 Что называется компьютерной сетью?
Ответ: компьютерная сеть — совокупность устройств, соединённых каналами передачи данных и способных обмениваться информацией по установленным правилам.
02 Для чего устройства объединяют в компьютерную сеть?
Ответ: для обмена данными, совместного использования ресурсов, совместной работы и доступа к другим сетям.
03 Какие три основные группы компонентов можно выделить в сети?
Ответ: конечные устройства, каналы связи и промежуточное сетевое оборудование.
04 Чем локальная сеть отличается от глобальной?
Ответ: локальная сеть действует на ограниченной территории, а глобальная объединяет сети и устройства на больших расстояниях.
05 Какова основная задача сетевого адаптера?
Ответ: обеспечить подключение устройства к сети и участвовать в передаче и приёме данных.
06 Чем коммутатор отличается от маршрутизатора?
Ответ: коммутатор соединяет устройства внутри локальной сети, а маршрутизатор обеспечивает передачу данных между разными сетями.
07 Почему Wi-Fi нельзя считать синонимом Интернета?
Ответ: Wi-Fi — технология беспроводной связи, а Интернет — глобальная сеть взаимосвязанных сетей.
08 Что называется топологией сети?
Ответ: топология — способ организации связей между узлами сети.
09 Что означает модель «клиент — сервер»?
Ответ: сервер предоставляет ресурс или услугу, а клиент обращается к серверу и использует их.
10 Почему 100 Мбит/с и 100 Мбайт/с — разные скорости?
Ответ: один байт состоит из восьми бит, поэтому эти значения обозначают различное количество данных.
Главное по уроку
Компьютерная сеть объединяет устройства для передачи данных и совместного использования ресурсов. Для работы сети необходимы конечные устройства, каналы связи, сетевое оборудование и установленные правила взаимодействия.
По масштабу различают персональные, локальные и глобальные сети. Домашняя или школьная сеть обычно относится к локальным сетям, а Интернет представляет собой глобальную систему взаимосвязанных сетей.
Соединение может быть проводным или беспроводным. Wi-Fi — технология беспроводной связи и не является синонимом Интернета.
Сетевой адаптер обеспечивает подключение конкретного устройства к сети. Коммутатор используется прежде всего для соединения устройств внутри локальной сети. Маршрутизатор связывает разные сети и направляет данные между ними. Точка доступа обеспечивает беспроводное подключение.
В модели «клиент — сервер» сервер предоставляет ресурс или услугу, а клиент обращается к нему. В одноранговой сети устройства могут непосредственно предоставлять ресурсы друг другу.
Топология описывает структуру соединений между узлами. В современных локальных сетях широко используется топология «звезда».
Скорость передачи данных обычно измеряется в битах в секунду. При оценке качества сетевого соединения нужно учитывать не только скорость передачи, но и задержку.
В следующем уроке устройство сети будет рассмотрено глубже: вы перейдёте к сетевым протоколам, принципам передачи данных, Интернету и адресации устройств.
02 Урок 2 Сетевые протоколы. Сеть Интернет. Адресация в сети Интернет. Система доменных имён Открыть урок Свернуть урок
Урок 2. Сетевые протоколы. Сеть Интернет. Адресация в сети Интернет. Система доменных имён
В предыдущем уроке вы познакомились с устройством компьютерной сети и назначением сетевого оборудования. Теперь нужно понять, каким образом миллиарды устройств могут обмениваться данными и находить друг друга. Вы последовательно разберёте понятие сетевого протокола, пакетную передачу данных, основные функции протоколов TCP/IP, устройство IP-адреса, различия IPv4 и IPv6, назначение системы DNS, структуру доменного имени и URL. Все понятия объясняются с начала, поэтому урок подходит и для повторения после длительного перерыва.
45 минут основной работы
Что вы изучите
Сетевой протокол
Поймёте, зачем устройствам нужны общие правила обмена данными.
Пакетная передача
Узнаете, почему большой поток данных передаётся по сети отдельными частями.
TCP/IP
Разберёте назначение IP, TCP, UDP, DNS, HTTP и HTTPS.
IP-адрес
Научитесь читать IPv4-адрес и понимать его назначение.
DNS
Поймёте, как доменное имя сайта преобразуется в адрес сетевого узла.
URL
Научитесь различать протокол, доменное имя, путь, параметры и другие части интернет-адреса.
Почему одного физического соединения недостаточно
Представьте двух людей, соединённых телефонной линией. Техническая возможность передавать звук существует, но для общения этого недостаточно: собеседники должны пользоваться понятным друг другу языком и соблюдать определённый порядок общения.
Аналогичная ситуация возникает в компьютерной сети. Кабель, Wi-Fi, маршрутизатор и сетевой адаптер позволяют физически передавать сигналы, однако компьютерам ещё необходимо договориться о том, как оформлять данные, как указывать отправителя и получателя, как сообщать об ошибках и как понимать назначение полученного сообщения.
Эти правила задаются сетевыми протоколами.
Сетевой протокол
Набор правил, соглашений и форматов, определяющих порядок обмена данными между устройствами или программами в компьютерной сети.
Главная мысль: протокол — это не кабель, не программа и не отдельный компьютер. Это установленный набор правил взаимодействия.
Простой пример протокола
Предположим, два устройства должны передавать друг другу короткие сообщения. Можно договориться о следующем порядке:
- сначала отправитель указывает адрес получателя;
- затем сообщает длину передаваемых данных;
- после этого передаёт сами данные;
- получатель проверяет, всё ли получено;
- при успешном приёме отправляет подтверждение.
Если оба устройства используют одинаковые правила, обмен состоится. Если одно устройство ожидает сначала адрес, а другое начинает с данных, получатель не сможет правильно истолковать сообщение.
Реальные сетевые протоколы
Настоящие протоколы значительно сложнее, но их смысл тот же: определить формат данных, порядок действий и реакцию устройств на различные ситуации.
Почему данные передаются пакетами
При работе сети большой файл или сообщение обычно не занимает канал связи целиком на всё время передачи. Поток данных разбивается на сравнительно небольшие части.
Пакет данных
Оформленная по правилам протокола часть передаваемых данных, снабжённая служебной информацией, необходимой для доставки и обработки.
Исходные данные Например, файл, изображение или веб-страница.
Разбиение Данные делятся на части подходящего размера.
Оформление Добавляются адресная и другая служебная информация.
Передача Пакеты проходят через сетевые узлы.
Сборка Получатель обрабатывает части и восстанавливает данные.
Зачем это удобно
Пакетная передача позволяет одной физической сети обслуживать одновременно множество пользователей. Между пакетами одного пользователя могут передаваться пакеты других пользователей.
Кроме того, промежуточные маршрутизаторы могут пересылать отдельные пакеты по сети, не дожидаясь передачи всего файла целиком.
Семейство протоколов TCP/IP
Интернет использует целую систему взаимосвязанных протоколов. Часто её называют стеком или семейством TCP/IP.
| Протокол | Основная функция | Простой смысл | Где встречается |
|---|---|---|---|
| IP | Адресация и передача пакетов между сетями | Помогает определить, куда направлять пакет | Основа передачи данных в Интернете |
| TCP | Надёжная передача потока данных | Контролирует порядок и получение данных | Веб, передача файлов и множество приложений |
| UDP | Передача отдельных датаграмм без механизмов TCP | Меньше служебных действий, но нет гарантии доставки самого UDP | Потоковое мультимедиа, игры, DNS и другие задачи |
| DNS | Преобразование доменных имён в сетевые адреса | Помогает найти IP-адрес по понятному человеку имени | Открытие сайтов и работа многих интернет-сервисов |
| HTTP | Обмен веб-ресурсами | Определяет взаимодействие веб-клиента и веб-сервера | Всемирная паутина |
| HTTPS | HTTP поверх защищённого соединения | Обеспечивает защищённый обмен между браузером и сайтом | Современные веб-сайты и интернет-сервисы |
Не нужно считать, что один протокол заменяет другой. Во время одной операции могут последовательно использоваться несколько протоколов, каждый из которых решает свою задачу.
IP: адресация и доставка пакетов
IP — Internet Protocol
Сетевой протокол, одной из основных задач которого является адресация узлов и передача пакетов между сетями.
Чтобы маршрутизаторы могли направлять пакет к нужному месту назначения, пакет должен содержать адресную информацию. Для этого используется IP-адрес.
IP не означает, что каждый пакет обязательно будет доставлен. Его задача — предоставить механизм адресации и продвижения пакетов через сеть. Дополнительные функции надёжности при необходимости обеспечиваются другими протоколами, например TCP.
IPv4-адрес
IPv4-адрес
32-битный адрес, используемый протоколом IPv4. Для удобства человека его обычно записывают как четыре десятичных числа от 0 до 255, разделённые точками.
192.168.1.25
Почему четыре числа
32 бита делятся на четыре группы по 8 бит. Каждая такая группа называется октетом. Восемь бит позволяют получить 256 различных комбинаций — от 0 до 255.
Поэтому корректно записанный IPv4-адрес состоит из четырёх числовых частей, и каждая часть должна находиться в диапазоне от 0 до 255.
Проверим примеры
- 192.168.1.25 — форма записи корректна;
- 8.8.8.8 — форма записи корректна;
- 172.16.0.5 — форма записи корректна;
- 256.10.1.4 — некорректно: число 256 превышает 255;
- 192.168.1 — некорректно для обычной полной записи IPv4: отсутствует один октет.
Локальные и публичные IPv4-адреса
В домашней или школьной сети многие устройства получают адреса, которые предназначены для использования внутри локальных сетей. Такие адреса не маршрутизируются как обычные глобальные адреса непосредственно через публичный Интернет.
Основные диапазоны частных IPv4-адресов
- 10.0.0.0 – 10.255.255.255;
- 172.16.0.0 – 172.31.255.255;
- 192.168.0.0 – 192.168.255.255.
Поэтому адрес вида 192.168.1.20 часто можно увидеть у компьютера, телефона или другого устройства внутри домашней сети.
Важно: IP-адрес, который устройство имеет внутри домашней сети, и публичный адрес, под которым соединение видно во внешней сети, могут быть разными.
Почему появилась IPv6
IPv4
Использует адрес длиной 32 бита.
- четыре десятичных числа;
- пример: 203.0.113.25;
- ограниченное адресное пространство;
- широко используется и сегодня.
IPv6
Использует адрес длиной 128 бит и предоставляет значительно больше возможных адресов.
- записывается группами шестнадцатеричных символов;
- группы разделяются двоеточиями;
- имеет значительно более крупное адресное пространство;
- разработан в том числе для решения проблемы нехватки IPv4-адресов.
Пример формы IPv6-адреса:
2001:db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
2001:db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
Для первого знакомства достаточно понимать различие: IPv4 — 32 бита, IPv6 — 128 бит. Подробные правила сокращённой записи IPv6 в этом уроке не требуются.
TCP: когда важна надёжная передача
TCP — Transmission Control Protocol
Транспортный протокол, обеспечивающий надёжную упорядоченную передачу потока данных между приложениями.
При передаче файла важно получить все необходимые части данных и собрать их в правильном порядке. TCP предоставляет механизмы, позволяющие контролировать передачу.
Упрощённо TCP помогает:
- установить логическое соединение между сторонами;
- контролировать порядок данных;
- обнаруживать отсутствие ожидаемых данных;
- организовывать повторную передачу при необходимости;
- регулировать скорость обмена между сторонами.
Это не означает, что TCP сам определяет физический путь пакета через Интернет. Маршрутизация относится к другим механизмам, прежде всего IP.
TCP и UDP
TCP
Используется там, где приложению важно получить надёжный упорядоченный поток данных.
- устанавливается соединение;
- контролируется доставка;
- сохраняется порядок потока;
- имеется дополнительная служебная нагрузка.
UDP
Передаёт отдельные сообщения — датаграммы — без механизмов установления соединения и надёжности, характерных для TCP.
- меньше служебных действий;
- нет встроенной гарантии доставки;
- нет встроенного восстановления порядка как у TCP;
- подходит для задач, где приложение использует иной способ контроля или важна оперативность.
Нельзя говорить, что TCP «хороший», а UDP «плохой». Это инструменты для разных задач.
Зачем нужна система доменных имён
Человеку неудобно запоминать числовые IP-адреса всех сайтов и сервисов. Нам намного проще работать с осмысленными именами.
Например, пользователю легче запомнить доменное имя сайта, чем цифровой адрес сервера. Однако для сетевой доставки всё равно требуется адресная информация.
Связать удобные человеку имена с сетевыми адресами помогает система DNS.
DNS — Domain Name System
Распределённая система доменных имён, которая позволяет получать связанную с доменным именем информацию, в частности IP-адрес узла.
Как работает DNS: упрощённая последовательность
Рассмотрим ситуацию, когда пользователь вводит адрес сайта в браузере.
1. Имя сайта Пользователь вводит доменное имя.
2. DNS-запрос Система пытается определить адрес, связанный с именем.
3. DNS-система Используются DNS-серверы и ранее сохранённые результаты запросов.
4. IP-адрес Клиент получает адрес нужного сетевого узла.
5. Соединение Приложение может обратиться к нужному серверу.
Почему DNS называют распределённой системой
Не существует одного-единственного DNS-сервера, который самостоятельно хранит все сведения обо всех доменах мира. Информация распределена между множеством серверов и организована иерархически.
Что такое кэширование DNS
Результат запроса может временно сохраняться. Если тот же адрес потребуется повторно, системе не всегда нужно заново выполнять всю последовательность поиска. Это сокращает задержку и уменьшает нагрузку на DNS-инфраструктуру.
Иерархия доменных имён
school.example.ru
Доменное имя читается как иерархия справа налево. Части имени разделены точками.
Домен верхнего уровня
В примере school.example.ru часть ru относится к домену верхнего уровня.
Домен следующего уровня
Часть example находится внутри зоны ru. В учебном примере сочетание example.ru можно рассматривать как доменное имя второго уровня.
Поддомен
Часть school может обозначать поддомен внутри example.ru.
Запомните направление: в обычной записи наиболее общий уровень находится справа, а более конкретные части добавляются слева.
Доменное имя и IP-адрес — это не одно и то же
| Признак | IP-адрес | Доменное имя | Что важно помнить |
|---|---|---|---|
| Назначение | Используется сетевыми протоколами для адресации | Удобное для человека имя ресурса или узла | DNS помогает установить соответствие |
| Пример формы | 203.0.113.25 | example.org | Форматы принципиально различаются |
| Может ли измениться | Да | Домен может быть перенаправлен на другой адрес | Имя и конкретный IP не обязаны быть навсегда связаны |
| Может ли один IP обслуживать несколько доменов | Да | Несколько имён могут указывать на инфраструктуру с одним адресом | Связь не обязательно один к одному |
Что такое URL
URL — Uniform Resource Locator
Адрес ресурса, указывающий способ обращения к нему и его расположение. URL может содержать несколько логических частей.
https://example.org/course/lesson.html?id=25#practice
| Фрагмент | Название | Что означает | Пример |
|---|---|---|---|
| https | Схема / протокол | Определяет способ обращения к ресурсу | https:// |
| example.org | Имя узла | Доменное имя сервера | example.org |
| /course/lesson.html | Путь | Указывает расположение ресурса внутри структуры сайта | /course/lesson.html |
| ?id=25 | Строка запроса | Передаёт дополнительные параметры серверу | id=25 |
| #practice | Фрагмент | Указывает определённое место внутри ресурса | practice |
Что происходит после ввода адреса сайта
В реальности происходит множество операций. Для первого понимания достаточно следующей упрощённой цепочки.
URL Браузер разбирает введённый адрес.
DNS Определяется IP-адрес сервера по доменному имени.
Сеть Пакеты направляются к нужному узлу.
Сервер Получает запрос и обрабатывает его.
Ответ Данные возвращаются браузеру для дальнейшей обработки.
В следующем уроке эта последовательность будет продолжена: отдельно разберём веб-сайт, веб-страницу и взаимодействие браузера с веб-сервером.
Учебная схема: протоколы, IP-адресация и DNS
На схеме будут объединены основные понятия урока: пакетная передача данных, роль TCP и IP, структура IPv4-адреса, преобразование доменного имени через DNS и путь от URL к веб-серверу.
Как работать со схемой
- Найдите протокол IP и объясните его основную функцию.
- Найдите TCP и сформулируйте, чем его задача отличается от задачи IP.
- Разберите IPv4-адрес на четыре октета.
- Проследите путь доменного имени через DNS до получения IP-адреса.
- Найдите части URL: протокол, домен, путь, параметры и фрагмент.
- Объясните всю цепочку от ввода адреса в браузере до обращения к серверу.
Типичные ошибки
- «Протокол — это программа». Протокол прежде всего является набором правил. Программы реализуют эти правила.
- «IP и TCP выполняют одинаковую работу». IP отвечает прежде всего за адресацию и передачу пакетов между сетями, а TCP предоставляет механизмы надёжной упорядоченной передачи.
- «Любое число можно поставить в IPv4-адрес». Каждый из четырёх октетов обычной десятичной записи находится в диапазоне от 0 до 255.
- «DNS — это один огромный сервер». DNS представляет собой распределённую иерархическую систему.
- «Доменное имя и IP-адрес — одно и то же». Доменное имя удобно человеку, а IP используется для сетевой адресации. DNS связывает эти понятия.
- «Один домен навсегда связан только с одним IP». Сетевые конфигурации могут изменяться; одному имени могут соответствовать разные адреса, а один адрес может использоваться для обслуживания нескольких доменов.
- «URL — это только название сайта». URL может включать схему, имя узла, путь, параметры запроса и фрагмент.
- «UDP — неправильная версия TCP». UDP — самостоятельный транспортный протокол, рассчитанный на другой способ обмена.
Практические задания
Задание 1. Найдите корректный IPv4-адрес
Выберите корректную запись: 192.168.1.15; 192.168.350.4; 10.20.30; 300.1.2.3.
Показать решение
Ответ: 192.168.1.15. Запись состоит из четырёх чисел, и каждое число находится в диапазоне 0–255.
Задание 2. Определите частный адрес
Какой из адресов относится к диапазону, часто используемому в локальных сетях: 192.168.10.25 или 8.8.8.8?
Показать решение
Ответ: 192.168.10.25 входит в диапазон 192.168.0.0–192.168.255.255, предназначенный для частных сетей.
Задание 3. TCP или IP
Какой протокол связан прежде всего с сетевой адресацией и продвижением пакетов между сетями — TCP или IP?
Показать решение
Ответ: IP. TCP решает другую задачу — обеспечивает механизмы надёжной упорядоченной передачи потока данных.
Задание 4. Зачем нужен DNS
Пользователь ввёл в браузере доменное имя. Почему компьютеру может потребоваться DNS?
Показать решение
Ответ: DNS позволяет получить информацию, связанную с доменным именем, в частности IP-адрес узла, необходимый для сетевого обращения.
Задание 5. Разберите доменное имя
Рассмотрите имя student.school.example.ru. Назовите домен верхнего уровня.
Показать решение
Ответ: домен верхнего уровня — ru. Иерархию доменного имени читают справа налево.
Задание 6. Разберите URL
Дан адрес: https://example.org/catalog/book.html?id=17#info. Назовите схему, домен, путь, параметры и фрагмент.
Показать решение
Ответ: схема — https; домен — example.org; путь — /catalog/book.html; строка запроса — id=17; фрагмент — info.
Задание 7. Расставьте действия по порядку
Расположите в логическом порядке: получение IP-адреса через DNS; ввод доменного имени; обращение к серверу.
Показать решение
Ответ: 1) пользователь вводит доменное имя; 2) система получает необходимую адресную информацию через DNS; 3) клиент обращается к нужному серверу.
Задание 8. Сравните IPv4 и IPv6
Какое главное различие в длине адреса нужно запомнить?
Показать решение
Ответ: IPv4 использует 32-битные адреса, IPv6 — 128-битные.
Мини-практикум: разберите адрес страницы
Возьмите адрес любой безопасной открытой веб-страницы, которой вы обычно пользуетесь, и попробуйте разобрать его самостоятельно.
- Найдите начало адреса: http или https.
- Определите доменное имя.
- Если после домена есть символ «/», найдите путь к ресурсу.
- Если присутствует символ «?», посмотрите, какие параметры находятся после него.
- Если есть символ «#», определите имя фрагмента.
- Попробуйте объяснить, какая часть URL понятна человеку, а какая используется программой для более точного обращения к ресурсу.
Не вводите неизвестные адреса и не переходите по подозрительным ссылкам. Для упражнения используйте уже знакомый официальный или учебный сайт.
Видео по теме
Основное видео подробно рассматривает DNS и путь запроса в сети. Дополнительный школьный видеоурок помогает повторить IP-адресацию, доменные имена и URL.
Основное видео. Для этого урока особенно важны фрагменты о сетевых протоколах, DNS, доменных именах, DNS-серверах и последовательности действий после ввода имени сайта в браузере.
Открыть основное видео на RutubeДополнительный учебный ресурс
Если после урока некоторые понятия остались неясными, используйте дополнительный материал по этой же теме и затем снова вернитесь к заданиям самопроверки.
Перед открытием повторите
- определение сетевого протокола;
- назначение IP и TCP;
- структуру IPv4-адреса;
- назначение DNS;
- иерархию доменного имени;
- основные части URL.
Интерактивная самопроверка
Ответьте на вопросы последовательно. После каждого ответа прочитайте пояснение, даже если выбрали правильный вариант.
Вопросы для самопроверки
01 Что называется сетевым протоколом?
Ответ: набор правил, соглашений и форматов, определяющих порядок обмена данными между сетевыми устройствами или программами.
02 Почему данные удобно передавать отдельными пакетами?
Ответ: пакетная передача позволяет сети одновременно обслуживать множество потоков данных и передавать отдельные части через промежуточные сетевые узлы.
03 Какова основная роль IP?
Ответ: IP обеспечивает сетевую адресацию и передачу пакетов между сетями.
04 Какова основная роль TCP?
Ответ: TCP обеспечивает механизмы надёжной упорядоченной передачи потока данных между приложениями.
05 Как устроена обычная запись IPv4-адреса?
Ответ: IPv4-адрес содержит 32 бита и обычно записывается как четыре числа от 0 до 255, разделённые точками.
06 Чем IPv6 принципиально отличается от IPv4 по размеру адреса?
Ответ: IPv4 использует адрес длиной 32 бита, IPv6 — 128 бит.
07 Для чего используется DNS?
Ответ: DNS связывает доменные имена с сетевой информацией, в частности позволяет получить IP-адрес узла по доменному имени.
08 Почему DNS называют распределённой системой?
Ответ: сведения о доменных именах распределены между множеством DNS-серверов и организованы иерархически, а не хранятся на одном центральном сервере.
09 В каком направлении удобно читать иерархию доменного имени?
Ответ: справа налево: справа находится более общий уровень, а слева располагаются более конкретные части имени.
10 Что такое URL?
Ответ: URL — адрес ресурса, который может включать схему обращения, имя узла, путь к ресурсу, параметры запроса и фрагмент.
Главное по уроку
Сетевой протокол — это набор правил и форматов, по которым устройства и программы обмениваются данными.
Для передачи по компьютерным сетям данные обычно делятся на пакеты. Пакеты снабжаются служебной информацией, необходимой для передачи и обработки.
Интернет использует целое семейство протоколов TCP/IP. IP отвечает прежде всего за адресацию и продвижение пакетов между сетями. TCP предоставляет механизмы надёжной упорядоченной передачи потока данных.
IPv4-адрес имеет длину 32 бита и обычно записывается четырьмя десятичными числами от 0 до 255. IPv6 использует 128-битные адреса и обеспечивает значительно большее адресное пространство.
DNS — распределённая иерархическая система доменных имён. Она позволяет связать удобное человеку доменное имя с сетевой адресной информацией, необходимой компьютеру.
Доменное имя имеет иерархическую структуру. Более общий уровень располагается справа, а более конкретные части — левее.
URL является адресом конкретного ресурса и может включать схему, доменное имя, путь, параметры запроса и фрагмент.
Когда пользователь вводит адрес сайта, браузеру требуется разобрать URL, определить сетевой адрес сервера, установить сетевое взаимодействие и передать запрос. В следующем уроке подробно рассматриваются веб-сайты, веб-страницы и взаимодействие браузера с веб-сервером.