Основы компьютерных сетей
Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и сетевого оборудования, соединённых каналами связи для обмена информацией и совместного использования ресурсов.
Классификация сетей
| Критерий | Тип сети | Характеристики | Пример |
|---|---|---|---|
| По масштабу | PAN (Personal Area Network) | До 10 м, персональные устройства | Bluetooth-наушники и телефон |
| LAN (Local Area Network) | До 1 км, здание или кампус | Домашняя сеть, сеть в школе | |
| MAN (Metropolitan Area Network) | Город, до 50 км | Сеть провайдера в городе | |
| WAN (Wide Area Network) | Страна, континент, планета | Интернет | |
| По топологии | «Шина» (Bus) | Все узлы на одном кабеле, простота, но низкая надёжность | Старые Ethernet сети 10BASE2 |
| «Звезда» (Star) | Центральный узел (коммутатор), высокая надёжность | Современные Ethernet сети | |
| «Кольцо» (Ring) | Данные идут по кругу, равноправие узлов | Token Ring, FDDI |
🎯 Ключевые характеристики сетей
Сетевое оборудование
Концентратор (Hub)
Устройство физического уровня, передаёт данные на все порты. Устарел.
Коммутатор (Switch)
Устройство канального уровня, передаёт данные только нужному получателю (по MAC-адресу).
Маршрутизатор (Router)
Устройство сетевого уровня, соединяет разные сети, работает с IP-адресами.
Мост (Bridge)
Соединяет сегменты сети на канальном уровне, фильтрует трафик.
📝 Пример для ЕГЭ: В домашней сети обычно используется топология «звезда» с маршрутизатором в центре. Компьютеры, ноутбуки и смартфоны подключаются к нему по Wi-Fi или кабелю (LAN). Маршрутизатор выполняет роль шлюза в интернет (WAN).
Эталонная модель OSI
Модель OSI (Open Systems Interconnection) – эталонная модель взаимодействия открытых систем, разработанная ISO в 1984 году. Описывает 7 уровней, каждый из которых выполняет определённые функции.
Декапсуляция: обратный процесс на стороне получателя.
7 уровней модели OSI
Сверху вниз: от приложения к физической среде передачи.
Прикладной (Application)
Интерфейс для сетевых приложений. Протоколы: HTTP, FTP, SMTP, DNS.
Представительский (Presentation)
Преобразование данных (кодирование, шифрование, сжатие). Протоколы: SSL, TLS.
Сеансовый (Session)
Установление, управление и завершение сеансов связи. Протоколы: RPC, SIP.
Транспортный (Transport)
Обеспечение надёжной или ненадёжной доставки данных. Протоколы: TCP, UDP.
Сетевой (Network)
Маршрутизация, логическая адресация (IP-адреса). Протоколы: IP, ICMP, OSPF.
Канальный (Data Link)
Обеспечение доступа к среде передачи, физическая адресация (MAC-адреса). Протоколы: Ethernet, PPP.
Физический (Physical)
Передача битов по физической среде (кабели, радиоволны). Определяет разъёмы, уровни сигналов.
📊 Пример инкапсуляции в модели OSI
Данные для отправки: "Привет, мир!"
Процесс инкапсуляции:
- Уровень 7: Данные "Привет, мир!"
- Уровень 6: [Заголовок представления] + "Привет, мир!"
- Уровень 5: [Заголовок сеанса] + [Заголовок представления] + "Привет, мир!"
- Уровень 4: [Заголовок транспорта (TCP)] + [Заголовок сеанса] + [Заголовок представления] + "Привет, мир!"
- Уровень 3: [Заголовок сети (IP)] + [Заголовок транспорта] + [Заголовок сеанса] + [Заголовок представления] + "Привет, мир!"
- Уровень 2: [Заголовок канала (Ethernet)] + [Заголовок сети] + [Заголовок транспорта] + [Заголовок сеанса] + [Заголовок представления] + "Привет, мир!" + [Контрольная сумма]
- Уровень 1: Преобразование в электрические/оптические/радиосигналы
Стек протоколов TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – набор сетевых протоколов, на котором основан современный Интернет. Состоит из 4 уровней (в упрощённой модели).
| Уровень TCP/IP | Соответствие OSI | Основные протоколы | Единица данных |
|---|---|---|---|
| Прикладной (Application) | Прикладной, Представительский, Сеансовый | HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS, DHCP | Данные (Data) |
| Транспортный (Transport) | Транспортный | TCP, UDP | Сегмент (TCP), Дейтаграмма (UDP) |
| Сетевой (Internet) | Сетевой | IP (IPv4, IPv6), ICMP, ARP | Пакет (Packet) |
| Канальный (Network Access) | Канальный, Физический | Ethernet, Wi-Fi (802.11), PPP | Кадр (Frame) |
TCP (Transmission Control Protocol)
Надёжный, с установлением соединения.
- Гарантирует доставку данных
- Обеспечивает контроль потока
- Упорядочивает пакеты
- Использует подтверждения (ACK)
- Примеры: веб-страницы (HTTP), электронная почта (SMTP), передача файлов (FTP)
1. Клиент → Сервер: SYN
2. Сервер → Клиент: SYN-ACK
3. Клиент → Сервер: ACK
UDP (User Datagram Protocol)
Ненадёжный, без установления соединения.
- Не гарантирует доставку
- Быстрее, меньше накладных расходов
- Нет контроля потока и упорядочивания
- Не использует подтверждения
- Примеры: видеостриминг, VoIP, DNS-запросы, онлайн-игры
Заголовок (8 байт) = Порт отправителя (2) + Порт получателя (2) + Длина (2) + Контрольная сумма (2)
+ Данные
💡 Совет для ЕГЭ: Для решения задач важно помнить: TCP используется, когда важна надёжность и целостность данных (передача файлов, веб-страницы). UDP используется, когда важна скорость, а потеря некоторых пакетов допустима (видеозвонки, онлайн-игры).
IP-адресация и маски подсетей
IP-адрес (Internet Protocol address) – уникальный числовой идентификатор устройства в компьютерной сети, работающей по протоколу IP.
Каждый октет: от 0 до 255 (2⁸ = 256 значений)
Пример: 192.168.1.1
Всего возможных IPv4-адресов: 2³² ≈ 4,3 миллиарда
Классы IPv4-адресов (устаревшая классификация)
| Класс | Диапазон первого октета | Маска по умолчанию | Назначение | Пример |
|---|---|---|---|---|
| A | 1 – 126 | 255.0.0.0 или /8 | Крупные сети | 10.0.0.1 |
| B | 128 – 191 | 255.255.0.0 или /16 | Сети среднего размера | 172.16.0.1 |
| C | 192 – 223 | 255.255.255.0 или /24 | Малые сети (LAN) | 192.168.1.1 |
| D | 224 – 239 | Нет маски | Групповая рассылка (multicast) | 224.0.0.1 |
| E | 240 – 255 | Нет маски | Экспериментальные | 240.0.0.1 |
где YY – длина маски подсети в битах (от 0 до 32).
Пример: 192.168.1.0/24 означает маску 255.255.255.0
Количество адресов в подсети = 2^(32 - YY)
🧮 Интерактивный тренажёр расчёта подсетей
Рассчитайте параметры подсети на основе IP-адреса и маски.
Введите данные:
IP-адрес хоста:
Маска подсети (в формате /XX или XXX.XXX.XXX.XXX):
Результат:
Результат появится здесь после расчёта...
🔢 Калькулятор маски подсети
Определите маску подсети по количеству требуемых адресов.
Специальные IPv4-адреса
Адрес сети
Все биты хостовой части = 0. Пример: 192.168.1.0/24. Нельзя назначать узлам.
Широковещательный (Broadcast)
Все биты хостовой части = 1. Пример: 192.168.1.255/24. Пакет для всех узлов подсети.
Private (частные)
Не маршрутизируются в Интернет: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16.
Loopback
127.0.0.0/8 (обычно 127.0.0.1) – тестирование сетевого стека на локальной машине.
Ключевые сетевые протоколы
Сетевой протокол – набор правил и соглашений, определяющий формат и порядок обмена сообщениями между сетевыми устройствами.
| Протокол | Уровень (TCP/IP) | Порт по умолчанию | Назначение |
|---|---|---|---|
| HTTP HyperText Transfer Protocol |
Прикладной | 80 | Передача веб-страниц (незащищённый) |
| HTTPS HTTP Secure |
Прикладной | 443 | Защищённая передача веб-страниц (SSL/TLS) |
| FTP File Transfer Protocol |
Прикладной | 21 (управление) 20 (данные) |
Передача файлов между компьютерами |
| SMTP Simple Mail Transfer Protocol |
Прикладной | 25 | Отправка электронной почты |
| POP3/IMAP | Прикладной | 110 (POP3) 143 (IMAP) |
Получение электронной почты с сервера |
| DNS Domain Name System |
Прикладной | 53 (UDP/TCP) | Преобразование доменных имён в IP-адреса |
| DHCP Dynamic Host Configuration Protocol |
Прикладной | 67 (сервер) 68 (клиент) |
Автоматическая настройка сетевых параметров |
| ICMP Internet Control Message Protocol |
Сетевой | Нет портов | Диагностика сети (ping, traceroute) |
| ARP Address Resolution Protocol |
Канальный/Сетевой | Нет портов | Определение MAC-адреса по IP-адресу |
🎯 Работа DNS на примере
Когда вы в браузере вводите ukogo.ru:
- Браузер проверяет кэш DNS на своём компьютере.
- Если не найдено → запрос к DNS-серверу провайдера (или публичному, вроде 8.8.8.8).
- DNS-сервер, если не знает ответ, запрашивает корневые серверы (root-servers).
- Корневой сервер указывает на сервер домена .ru.
- Сервер .ru указывает на authoritative DNS-сервер для ukogo.ru.
- Этот сервер возвращает IP-адрес сайта ukogo.ru (например, 192.0.2.1).
- Браузер получает IP-адрес и устанавливает TCP-соединение с портом 443 (HTTPS).
- Начинается загрузка веб-страницы.
💡 Совет для ЕГЭ: Запомните ключевые порты: HTTP (80), HTTPS (443), DNS (53), FTP (21), SMTP (25). В задачах часто спрашивают, какой протокол используется для конкретной задачи (просмотр сайта, отправка почты, передача файла).
Интерактивные задания по компьютерным сетям
Закрепите теорию на практике. Решите задания, проверьте ответы и получите объяснения.
Определите класс IP-адреса
Условие: «Для IP-адреса 172.16.254.1 с маской 255.255.0.0 определите: класс адреса, адрес сети, широковещательный адрес, количество хостов в подсети.»
Какой класс у этого адреса?
Дополнительно: Адрес сети: 172.16.0.0. Широковещательный адрес: 172.16.255.255. Количество хостов: 2¹⁶ - 2 = 65534.
Выберите протокол транспортного уровня
Условие: «Для онлайн-видеотрансляции (стриминга), где важна минимальная задержка, а потеря части пакетов допустима, какой протокол транспортного уровня следует использовать?»
Какой протокол лучше подходит?
Рассчитайте маску подсети
Условие: «В компании необходимо разбить сеть 192.168.1.0/24 на 6 подсетей с максимально возможным количеством хостов в каждой. Какой будет маска для новых подсетей в формате /XX?»
Выберите правильный ответ:
Количество хостов в каждой подсети: 2^(32-27) - 2 = 2⁵ - 2 = 32 - 2 = 30 хостов.
Тест на определение уровня подготовки
Пройдите тест из 10 вопросов, чтобы оценить свой текущий уровень по теме «Компьютерные сети» и получить персональные рекомендации.
Вопросы соответствуют формату ЕГЭ 2026 года по информатике.