Как устроена локальная сеть: одноранговая, с сервером, топологии

Когда вы отправляете документ на принтер в соседней комнате или открываете папку с семейными фотографиями на другом компьютере, вы пользуетесь локальной сетью. Идея у неё простая: устройства должны понимать, как найти друг друга, передать данные и не мешать другим. Но за этой простотой стоят договорённости об адресах, схемах соединения и роли каждого устройства. Ниже — из чего состоит локальная сеть, какие схемы бывают, чем отличается сеть с сервером от одноранговой, что делают коммутатор и роутер и как ответить на вопрос об этом на уроке информатики.

Из чего состоит локальная сеть

Разберём по порядку от устройства до выхода в интернет.

Часть	Что делает
Сетевая карта (адаптер)	Есть в каждом устройстве; преобразует данные в сигналы и обратно, имеет уникальный MAC-адрес
Кабель «витая пара»	Провод из восьми жил, свитых парами; с разъёмом RJ-45; передаёт сигнал на расстояние до ста метров
Коммутатор (свитч)	Соединяет устройства и пересылает данные только тому порту, где находится получатель
Маршрутизатор (роутер)	Связывает локальную сеть с другими сетями и с интернетом, раздаёт адреса
Точка доступа Wi-Fi	Подключает устройства по радио; часто встроена в роутер
Сервер	Компьютер, который хранит файлы, базы данных, принтеры и отвечает на запросы других
Клиенты	Компьютеры, телефоны, принтеры: пользователи ресурсов сети
Протоколы	Правила общения: как разбить данные на пакеты, адресовать и проверять доставку

Как работает локальная сеть

1. Файл делится на части. Компьютер А хочет отправить файл компьютеру Б. Данные разрезают на небольшие пакеты, как письмо на страницы.
2. К каждому пакету добавляют адрес. Указывают, кто отправитель и кто получатель, чтобы пакет нашёл дорогу.
3. Сетевая карта отправляет сигнал. По кабелю или по радио пакет уходит к коммутатору.
4. Коммутатор смотрит адрес. Он хранит таблицу: какой MAC-адрес находится на каком порту. Пакет отправляется на порт компьютера Б, остальные его не получают.
5. Компьютер Б принимает пакеты. Сетевая карта проверяет, что пакет адресован ей, а система собирает пакеты в файл и проверяет целостность.
6. Если нужен интернет. Пакет уходит на маршрутизатор: он знает, что адрес получателя вне локальной сети, и отправляет пакет провайдеру. Как устроена сеть за пределами вашей квартиры, рассказано в статье как работает интернет.

Одноранговая сеть и сеть с выделенным сервером

Одноранговая. В ней все компьютеры равноправны: каждый может делиться своими папками и принтером и брать чужие. Отдельного главного компьютера нет. Такую сеть быстро собрать дома или в маленьком офисе на несколько устройств. Но у неё нет общего управления: права и пароли настраивают на каждом компьютере, резервные копии тоже делают отдельно, а если компьютер с нужным файлом выключен, доступа к нему нет.

С выделенным сервером. Здесь есть специальный компьютер, который хранит общие файлы, учётные записи пользователей и базы данных. Клиенты обращаются к нему. Доступ выдаётся по правам, резервное копирование одно, программы установлены централизованно. Недостаток: сервер надо приобрести и обслуживать, и если он выйдет из строя, остановятся все. Что такое сервер, объясняет статья что такое сервер.

Что сравниваем	Одноранговая сеть	Сеть с выделенным сервером
Управление	У каждого компьютера своё	Централизованное, на сервере
Число устройств	Обычно до десятка	Десятки и сотни
Стоимость	Ниже, не нужен сервер	Выше: сервер и его обслуживание
Безопасность	Слабее, настраивается вручную	Выше: единая политика доступа
Надёжность	Зависит от каждого компьютера	Зависит от сервера, но его можно резервировать
Где встречается	Дом, маленький офис	Организации, школы, предприятия

Топологии: как соединены устройства

Топология — схема, по которой соединены устройства.

Топология	Как выглядит	Плюсы	Минусы
Звезда	Все устройства подключены к центральному коммутатору	Обрыв одного кабеля не останавливает остальных; просто искать неисправность	Всё зависит от центра
Шина	Все устройства подключены к одному общему кабелю	Мало кабеля	Обрыв магистрали выводит сеть из строя; устарела
Кольцо	Устройства соединены по кругу	Организованная передача	Обрыв разрывает кольцо; сегодня почти не встречается
Дерево	Несколько звёзд, соединённых между собой	Удобно расширять	Верхний узел критичен
Ячеистая (mesh)	Устройства связаны со многими соседями	Несколько путей, надёжная	Много соединений, дороже

В современных сетях доминирует звезда: в центре стоит коммутатор, к нему идут кабели от каждого компьютера. Часто топологии смешивают: звёзды соединяют в дерево.

Wi-Fi, IP и адреса

Wi-Fi — способ подключить устройства без кабеля: данные идут радиоволнами в диапазонах 2,4 и 5 гигагерц. Точка доступа создаёт сеть с именем и паролем, а устройства подключаются. Wi-Fi удобен, но пропускная способность делится на всех подключённых, сигнал слабеет из-за стен, а соседи создают помехи. Выбор роутера описан в статье какой роутер выбрать, а о парольной защите — в статье как узнать пароль от Wi-Fi.

Чтобы пакеты находили адресата, у каждого устройства есть два адреса. MAC-адрес зашит в сетевую карту и идентифицирует устройство внутри сети. IP-адрес выдаётся в конкретной сети и позволяет доставлять данные между сетями. В домах выдаёт их роутер по протоколу DHCP: он присваивает адреса всем, кто подключился. Кроме адреса, устройство получает маску сети и адрес шлюза, то есть роутера, через который идёт выход наружу.

Интересные факты

• Почему кабель называют витой парой. Жилы попарно скручены, и помехи, наводимые на них извне, компенсируют друг друга. Чем плотнее скрутка, тем меньше шума.
• Почему хаб уступил место коммутатору. Хаб рассылал данные всем подряд, и устройства мешали друг другу. Коммутатор доставляет пакет только нужному, поэтому сеть работает быстрее и надёжнее.
• Почему проверку связи называют пингом. Команда ping отправляет маленький пакет и ждёт ответа: если ответ пришёл, соединение есть, и видно время отклика.
• Почему один компьютер иногда «выбивает» сеть. Два устройства с одинаковым IP-адресом создают конфликт: сеть путается, кому доставлять пакеты.

Как ответить на уроке

1. Локальная сеть объединяет компьютеры в пределах здания или небольшой территории.
2. Цель: общий доступ к файлам, принтерам, программам и интернету.
3. Виды: одноранговая (все равноправны) и с выделенным сервером (управляет один компьютер).
4. Топологии: звезда, шина, кольцо; сегодня чаще всего звезда с коммутатором.
5. Оборудование: сетевая карта, кабель или Wi-Fi, коммутатор, маршрутизатор.
6. Данные передаются пакетами с адресами отправителя и получателя.

Вопросы для самопроверки. Чем сеть с сервером лучше одноранговой? Централизованное управление и безопасность. Что будет, если в шине оборвать кабель? Сеть разделится или остановится. Зачем нужен роутер? Соединяет локальную сеть с интернетом и выдаёт адреса.

Почему сеть не работает и на что смотреть

• Нет соединения. Проверьте кабель и индикаторы порта, отошёл разъём, перегнут кабель.
• Медленно. Слабый Wi-Fi, много устройств, старый кабель, перегруженный канал.
• Пропадает связь. Перегрев роутера, сбои питания, помехи от соседей.
• Не видно других компьютеров. Разные сети, запрет в настройках доступа, отключено сетевое обнаружение.
• Конфликт адресов. Два устройства с одним IP; помогает автоматическая выдача адресов.
• Небезопасно. Пароль по умолчанию, открытая сеть, устаревшая прошивка.

Домашнюю сеть настраивают самостоятельно по инструкции. Если же нужно проложить кабели по офису, поставить коммутатор, настроить сервер, доступы и безопасность на десятки рабочих мест, это работа для специалиста: например, можно обратиться за монтажом локальной сети. Как соединены между собой части компьютера, объясняет статья об устройстве компьютера.