Цели урока:
1. Понять, что такое компьютерная сеть и зачем она нужна.
2. Узнать ключевые исторические вехи развития сетей.
3. Усвоить основные термины и понятия (данные, пакеты, узлы, хосты, среда передачи).
4. Познакомиться с различными типами сетей по масштабу (PAN, LAN, CAN, MAN, WAN, Internet).
5. Осознать роль сетей в современном мире.
1. Теоретическая часть:
1.1. Что такое компьютерная сеть?
Определение:
Компьютерная сеть — это совокупность двух или более вычислительных устройств (компьютеры, серверы, принтеры, телефоны, камеры, маршрутизаторы, коммутаторы и т.д.), соединенных между собой с помощью каналов связи (проводных или беспроводных) с целью обмена информацией и совместного использования ресурсов.
Аналогия: Представьте дорожную сеть. Дороги (каналы связи) соединяют города и дома (устройства), позволяя людям (данным) перемещаться между ними для общения, доставки товаров (ресурсов) и т.д.
Основная цель: Обеспечение связи и совместного использования ресурсов (файлы, принтеры, интернет-канал, приложения).
1.2. Краткая история развития (ключевые вехи):
- 1960-е:
ARPANET:
Первая практическая пакетная сеть, созданная Агентством перспективных исследовательских проектов (ARPA) Министерства обороны США. Предшественник Интернета. Ключевая идея - пакетная коммутация.
- 1970-е:
Ethernet:
Роберт Меткалф разрабатывает технологию локальных сетей (LAN) в Xerox PARC. Стандартизован IEEE в 1980-х (IEEE 802.3). Доминирующая технология проводных LAN.
- 1980-е:
TCP/IP становится стандартом:
Протоколы TCP/IP принимаются в качестве основного стека для ARPANET (1983). Рождение современного Интернета. Появление DNS (Domain Name System).
- 1990-е:
Всемирная паутина (WWW):
Тим Бернерс-Ли изобретает WWW (HTTP, HTML, URL). Коммерциализация Интернета. Взрывной рост.
- 2000-е:
Мобильность и беспроводные технологии:
Широкое распространение Wi-Fi (IEEE 802.11), мобильного интернета (3G, затем 4G/LTE). Социальные сети, облачные вычисления.
- 2010-е - настоящее время:
Интернет вещей (IoT), 5G, виртуализация сетей (SDN, NFV):
Массовая автоматизация, повышенные требования к безопасности и скорости.
1.3. Ключевые термины и понятия:
Данные (Data): Информация, представленная в формализованном виде, пригодном для обработки, передачи и хранения (текст, числа, изображения, звук, видео).
Пакет (Packet): Блок данных определенного формата, передаваемый по сети. Данные разбиваются на пакеты для эффективной передачи. Пакет обычно содержит: Заголовок (адреса отправителя/получателя, контрольная сумма, служебная информация), Полезная нагрузка (сами данные), Трейлер (часто контрольная сумма для проверки целостности).
Узел (Node): Любое устройство, подключенное к сети и способное передавать, принимать или маршрутизировать данные (компьютеры, серверы, принтеры, маршрутизаторы, коммутаторы, телефоны, камеры IoT).
Хост (Host): Конечное устройство в сети, которое является источником или получателем информации (компьютеры, серверы, принтеры, IP-телефоны, пользовательские устройства). Хост всегда имеет IP-адрес. Все хосты - узлы, но не все узлы - хосты (например, коммутатор L2 - узел, но не хост).
Среда передачи (Transmission Media): Физический канал, по которому передаются сигналы между устройствами.
Проводные (Guided): Витая пара (UTP/STP - медные кабели Ethernet), коаксиальный кабель (исторически), оптоволокно (Single-mode / Multi-mode - свет).
Беспроводные (Unguided): Радиоволны (Wi-Fi, Bluetooth, сотовые сети), инфракрасное излучение (редко), микроволны.
1.4. Типы сетей по масштабу (Географическому охвату):
PAN (Personal Area Network - Персональная сеть): Очень маленькая сеть вокруг одного человека (до 10 метров). Примеры: Bluetooth-гарнитура и телефон, беспроводная мышь и ноутбук.
LAN (Local Area Network - Локальная сеть): Сеть, охватывающая относительно небольшую территорию (здание, офис, дом, этаж, кампус). Характеризуется высокой скоростью передачи данных и, как правило, принадлежит одной организации. Примеры: домашняя Wi-Fi сеть, офисная сеть, сеть компьютерного класса. Основное оборудование: коммутаторы (L2/L3), точки доступа Wi-Fi.
CAN (Campus Area Network - Кампусная сеть): Сеть, объединяющая несколько близко расположенных зданий (например, университетский кампус, промышленная зона). По сути, это совокупность связанных между собой LAN. Использует более мощное оборудование, чем LAN.
MAN (Metropolitan Area Network - Городская сеть): Сеть, покрывающая территорию крупного города или региона. Часто используется провайдерами для предоставления услуг (Интернет, телефония) предприятиям и иногда частным лицам. Примеры: сети городских провайдеров, сети кабельного телевидения. Технологии: Ethernet MAN, WiMAX (исторически), DWDM по оптоволокну.
WAN (Wide Area Network - Глобальная сеть): Сеть, охватывающая огромные географические территории (страны, континенты, весь мир). Использует инфраструктуру телекоммуникационных операторов. Характеризуется сравнительно низкой скоростью (по сравнению с LAN) и арендой каналов. Примеры: Интернет, корпоративные сети между филиалами в разных городах/странах. Оборудование: маршрутизаторы, WAN-коммутаторы, каналы связи (оптоволокно, спутник, выделенные линии).
Internet (Интернет): Глобальная всемирная сеть сетей, использующая стек протоколов TCP/IP для связи миллиардов устройств по всему миру. Это самая большая WAN.
1.5. Роль сетей в современном мире:
- Коммуникация (электронная почта, мессенджеры, видеоконференции, VoIP-телефония).
- Совместный доступ к информации и ресурсам (файловые серверы, базы данных, облачные хранилища, принтеры).
- Доступ в Интернет (веб-серфинг, социальные сети, онлайн-торговля).
- Развлечения (стриминг видео/музыки, онлайн-игры).
- Образование (дистанционное обучение, онлайн-курсы).
- Бизнес (управление предприятием, CRM/ERP-системы, электронный документооборот, видеонаблюдение, IoT).
Вывод:
Сети являются критической инфраструктурой современного общества и экономики.
Практическая отработка 1 Урока (Cisco Packet Tracer):
Цель: Создать простейшую LAN сеть из двух компьютеров и коммутатора, проверить связность.
Настройте IP-адреса на компьютерах (пока упрощенно, без шлюза и DNS):
Повторите для Pабочего места №2: IP Address: 192.168.1.2, Subnet Mask: 255.255.255.0.
Проверьте связность с помощью команды ping:
Наблюдайте за результатом. Должны быть получены ответы (Reply from...).
Повторите ping с Pабочего места №2 на Pабочее место №1 (ping 192.168.1.1).
Вывод:
Вы создали базовую локальную сеть (LAN) и убедились, что устройства в ней могут обмениваться данными (пакетами).
Вопросы для самопроверки:
1. Дайте определение компьютерной сети.
2. Что такое пакет? Зачем данные разбивают на пакеты?
3. Чем узел (node) отличается от хоста (host)? Приведите примеры.
4. Перечислите 3 типа проводных сред передачи данных.
5. В чем основное различие между LAN и WAN? Приведите примеры каждой.
6. Какой тип сети (PAN, LAN, CAN, MAN, WAN) описывает:
Сеть в вашей квартире?
Сеть, соединяющую офисы банка в Москве, Санкт-Петербурге и Владивостоке?
Сеть университета, объединяющую учебные корпуса, общежития и библиотеку?
Соединение вашего смартфона с беспроводными наушниками?
7. Почему ARPANET считается предшественником Интернета?
8. Какая технология является доминирующей для проводных локальных сетей?