Підручник з комп’ютерних мереж: Остаточний посібник

computer networking tutorial

Комп’ютерні мережі: остаточний посібник з основ комп’ютерних мереж та концепцій мереж

Комп’ютери та Інтернет за останні кілька десятиліть дуже змінили цей світ та наш спосіб життя.

Кілька десятиліть тому, коли ми хотіли зателефонувати комусь на міжміський магістраль, тоді нам довелося пройти серію нудних процедур, щоб це здійснити.

Тим часом це було б дуже дорого як з точки зору часу, так і з точки зору грошей. Однак за певний час все змінилося, оскільки зараз впроваджуються передові технології. Сьогодні нам просто потрібно доторкнутися до маленької кнопки і за частку секунди ми зможемо зателефонувати, надіслати текстове чи відеоповідомлення дуже легко за допомогою смартфонів, Інтернету та комп’ютерів.

Основним фактором, що лежить в основі цієї передової технології, є не хто інший, як Комп’ютерні мережі. Це сукупність вузлів, з'єднаних медіа-посиланням. Вузлом може бути будь-який пристрій, такий як модем, принтер або комп'ютер, який повинен мати можливість надсилати або отримувати дані, що генеруються іншими вузлами по мережі.

Список навчальних посібників із серії комп’ютерних мереж:

Нижче наведено список усіх навчальних посібників мережі з цієї серії для довідки.

Почнемо з першого підручника з цієї серії.

Що ви дізнаєтесь:

• Вступ до комп’ютерних мереж
  • Основна модель спілкування
  • Потреба в комп'ютерних мережах
  • Використання комп’ютерних мереж
  • Типи топологій мережі
    • # 1) Топологія шини:
    • # 2) Топологія кільця:
    • # 3) Топологія STAR:
    • # 4) Топологія MESH:
    • # 5) Топологія дерева:
  • Режими передачі в комп'ютерних мережах
    • # 1) Симплексний режим:
    • # 2) Напівдуплексний режим:
    • # 3) Повнодуплексний режим:
  • Середовища передачі в комп’ютерних мережах
    • # 1) Коаксіальний кабель:
    • # 2) Кабель витої пари:
    • # 3) Волоконно-оптичний кабель:
  • Медіа бездротового зв'язку
    • # 1) радіохвилі:
    • # 2) Мікрохвилі:
    • # 3) Інфрачервоні хвилі:
  • Висновок
  • Рекомендована література

Вступ до комп’ютерних мереж

Комп’ютерна мережа - це в основному цифрова телекомунікаційна мережа, яка дозволяє вузлам розподіляти ресурси. Комп’ютерна мережа повинна бути набором із двох або більше двох комп’ютерів, принтерів та вузлів, які передаватимуть або прийматимуть дані за допомогою дротових носіїв, таких як мідний кабель або оптичний кабель, або бездротові носії, як WiFi.

КращийПрикладкомп’ютерної мережі - це Інтернет.

Комп’ютерна мережа не означає систему, яка має єдиний блок управління, зв’язаний з іншими системами, які поводяться як її раби.

Більше того, він повинен мати можливість відповідати певним критеріям, як зазначено нижче:

• Продуктивність
• Надійність
• Безпека

Давайте обговоримо ці три детально.

# 1) Продуктивність:

Продуктивність мережі можна обчислити, вимірявши час проходження та час відгуку, який визначається наступним чином:

• Час проходження: Це час, необхідний даним для пересування від однієї вихідної точки до іншої точки призначення.
• Час реакції: Це час, який минув між запитом та відповіддю.

# 2) Надійність:

Надійність перевіряється вимірюванням відмов мережі. Чим більше число відмов, тим меншою буде надійність.

# 3) Безпека:

Безпека визначається як захист наших даних від небажаних користувачів.

Коли дані протікають у мережі, вони проходять через різні мережеві рівні. Отже, дані можуть витікати небажаними користувачами, якщо їх відстежити. Таким чином, безпека даних є найважливішою частиною комп’ютерних мереж.

Хороша мережа - це та, яка є надійно захищеною, ефективною та простою у доступі, завдяки чому можна легко обмінюватися даними в одній і тій же мережі без будь-яких лазівок.

Основна модель спілкування

Компоненти передачі даних:

• Повідомлення: Це інформація, яку потрібно доставити.
• Відправник: Відправник - це особа, яка надсилає повідомлення.
• Приймач: Одержувач - це особа, якій надсилається повідомлення.
• Середній: Це носій, через який надсилається повідомлення. Наприклад , Модем.
• Протокол: Це набір правил, що регулюють передачу даних.

Інші аспекти комп’ютерних мереж:

Він підтримує всі типи даних та повідомлень, які можуть бути у формі голосу, відео чи тексту.

Це дуже швидко і займає лише частку секунди для передачі даних. Це високозахищений засіб спілкування, дуже неохоче за вартістю та надзвичайно ефективний, а отже, до нього також легко отримати доступ.

Потреба в комп'ютерних мережах

Нижче перераховані різні потреби:

• Зв'язок між одним ПК з іншим ПК.
• Обмін даними між різними користувачами однієї платформи.
• Обмін дорогим програмним забезпеченням та базою даних.
• Обмін інформацією закінчено VAN .
• Використовується для спільного використання апаратних пристроїв, а також програмного забезпечення, таких як принтери, модеми, концентратори тощо.

Використання комп’ютерних мереж

Давайте подивимось на деякі приклади комп’ютерних мереж як у нашому повсякденному житті, так і в комерційних цілях, і ми також побачимо, як це принесе революцію в цих сферах.

# 1) Спільне використання ресурсів : єдиною метою є зробити все програмне та апаратне обладнання, особливо, принтери та комутатори доступними для всіх у мережі, незалежно від фізичного місцезнаходження відправника чи одержувача.

# 2) Модель сервер-клієнт : Уявіть модель, в якій дані фірми зберігаються на якомусь розумному комп’ютері, який надійно захищений брандмауерами і знаходиться в офісі компанії. Тепер співробітник фірми повинен отримати віддалений доступ до даних за допомогою простого робочого столу.

У цій моделі робочим столом працівника буде Клієнт, а комп'ютером, що знаходиться в офісі, буде Сервер.

# 3) Засіб спілкування : Комп’ютерна мережа забезпечує надійне налаштування середовища спілкування серед співробітників в офісі.

Майже кожна компанія (яка має два або більше комп'ютерів) буде використовувати функцію електронної пошти (електронної пошти), яку всі співробітники, як правило, використовують для великої торгівлі щоденним спілкуванням.

# 4) Електронна комерція: На сьогоднішній день покупки в Інтернеті, сидячи в затишку нашого будинку, в тренді.

Робити справи зі споживачами через Інтернет дуже зручно, і це також економить час. Авіакомпанії, книжкові магазини, Інтернет-магазини, бронювання готелів, Інтернет-торгівля та постачальники музики вважають, що споживачам подобається легкість покупок вдома.

Найпопулярніші форми електронної комерції перелічені на малюнку нижче:

Типи топологій мережі

Різні типи мережевих топологій пояснюються нижче з графічним зображенням для Вашого легкого розуміння.

# 1) Топологія шини:

У цій топології кожен мережевий пристрій підключений до одного кабелю, і він передає дані лише в одному напрямку.

Переваги:

• Економічно ефективним
• Може використовуватися в невеликих мережах.
• Це легко зрозуміти.
• Порівняно з іншими топологіями потрібно менше кабелю.

Недоліки:

• Якщо кабель несправний, то вся мережа вийде з ладу.
• Повільна робота.
• Кабель має обмежену довжину.

# 2) Топологія кільця:

У цій топології кожен комп'ютер з'єднаний з іншим комп'ютером у вигляді кільця, причому останній комп'ютер підключений до першого.

Кожен пристрій матиме двох сусідів. Потік даних у цій топології є односпрямованим, але може бути двонаправленим, використовуючи подвійне з'єднання між кожним вузлом, яке називається топологією подвійного кільця.

Як вибрати перемикач в селену

У топології подвійного кільця два кільця працюють в основному та захисному каналі, так що якщо одне посилання виходить з ладу, то дані будуть проходити через інше посилання і підтримуватиме мережу живою, забезпечуючи тим самим архітектуру самовідновлення.

Переваги:

• Простота установки та розширення.
• Може бути легко використаний для передачі величезних даних про дорожній рух.

Недоліки:

• Несправність одного вузла вплине на всю мережу.
• У топології кільця усунення несправностей складно.

# 3) Топологія STAR:

У цьому типі топології всі вузли підключені до одного мережевого пристрою за допомогою кабелю.

Мережевим пристроєм може бути концентратор, комутатор або маршрутизатор, який буде центральним вузлом, а всі інші вузли будуть підключені до цього центрального вузла. Кожен вузол має свій власний виділений зв’язок із центральним вузлом. Центральний вузол може поводитися як ретранслятор і може використовуватися з OFC, кабелем із скрученим дротом тощо.

Переваги:

• Модернізацію центрального вузла можна зробити легко.
• Якщо один вузол вийде з ладу, це не вплине на всю мережу, і мережа працюватиме безперебійно.
• Усунення несправностей легко.
• Простий в експлуатації.

Недоліки:

• Висока вартість.
• Якщо центральний вузол стає несправним, тоді вся мережа буде перервана, оскільки всі вузли залежать від центрального.
• Продуктивність мережі заснована на продуктивності та пропускній здатності центрального вузла.

# 4) Топологія MESH:

Кожен вузол з'єднаний з іншим топологією точка-точка, і кожен вузол з'єднаний між собою.

Існує два способи передачі даних через топологію сітки. Один - маршрутизація, а інший - затоплення. У техніці маршрутизації вузли слідують логіці маршрутизації відповідно до мережі, необхідної для спрямування даних від джерела до пункту призначення, використовуючи найкоротший шлях.

У техніці розливу однакові дані передаються на всі вузли мережі, отже, логіка маршрутизації не потрібна. Мережа є надійною на випадок затоплення, і важко втратити будь-які дані, однак це призводить до небажаного навантаження на мережу.

Переваги :

• Це міцно.
• Несправність можна легко виявити.
• Дуже безпечно

Недоліки :

• Дуже дорого.
• Встановлення та конфігурація важкі.

# 5) Топологія дерева:

Він має кореневий вузол, і всі підвузли з'єднані з кореневим вузлом у вигляді дерева, тим самим створюючи ієрархію. Зазвичай він має три рівні ієрархії, і його можна розширити відповідно до потреб мережі.

Переваги :

• Виявлення несправностей є простим.
• Може розширювати мережу, коли це потрібно відповідно до вимог.
• Простота обслуговування.

Недоліки :

• Висока вартість.
• При використанні для глобальної мережі важко підтримувати.

Режими передачі в комп'ютерних мережах

Це метод передачі даних між двома вузлами, підключеними по мережі.

Існує три типи режимів передачі, які пояснюються нижче:

# 1) Симплексний режим:

У цьому режимі дані можуть надсилатися лише в одному напрямку. Отже, режим спілкування є односпрямованим. Тут ми можемо просто надсилати дані, і ми не можемо розраховувати на отримання будь-якої відповіді на них.

реалізація бінарного дерева пошуку в Java

Приклад : Динаміки, процесор, монітор, телевізійне мовлення тощо.

# 2) Напівдуплексний режим:

Напівдуплексний режим означає, що дані можуть передаватися в обох напрямках на одній несучій частоті, але не одночасно.

Приклад : Рація - при цьому повідомлення може надсилатися в обох напрямках, але лише по одному.

# 3) Повнодуплексний режим:

Повний дуплекс означає, що дані можуть надсилатися одночасно в обох напрямках.

Приклад : Телефон - в якому обидва користувачі можуть одночасно розмовляти та слухати.

Середовища передачі в комп’ютерних мережах

Носій передачі - це носій, за допомогою якого ми будемо обмінюватися даними у формі голосу / повідомлення / відео між джерелом та пунктом призначення.

Перший рівень рівня OSI, тобто фізичний рівень, відіграє важливу роль, забезпечуючи передавальний носій для відправки даних від відправника до одержувача або обміну даними з однієї точки в іншу. Ми будемо далі детально вивчати це про це.

Залежно від таких факторів, як тип мережі, вартість та простота монтажу, умови навколишнього середовища, потреба бізнесу та відстань між відправником та одержувачем, ми вирішимо, яке середовище передачі буде підходящим для обміну даними.

Типи передавальних носіїв:

# 1) Коаксіальний кабель:

Коаксіальний кабель - це, в основному, два провідники, паралельні один одному. Мідь в основному використовується в коаксіальному кабелі як центральний провідник, і вона може бути у вигляді суцільного дроту. Він оточений установкою з ПВХ, в якій щит має зовнішню металеву обгортку.

Зовнішня частина використовується як захист від шуму, а також як провідник, який завершує весь контур. Зовнішня частина - це пластикова кришка, яка використовується для захисту загального кабелю.

Він використовувався в аналогових системах зв'язку, де одна кабельна мережа може передавати 10K голосові сигнали. Провайдери кабельного телебачення також широко використовують коаксіальний кабель у всій телевізійній мережі.

# 2) Кабель витої пари:

Це найпопулярніше дротове середовище передачі і використовується дуже широко. Це дешево і простіше в монтажі, ніж коаксіальні кабелі.

Він складається з двох провідників (зазвичай використовується мідь), кожен із яких має власну пластикову ізоляцію і скручений один з одним. Один заземлений, а другий використовується для передачі сигналів від відправника до одержувача. Окремі пари використовуються для відправлення та отримання.

Існує два типи кабелів із крученою парою, тобто неекрановані кручені пари та екрановані кабелі з крученою парою. У телекомунікаційних системах широко використовується роз'ємний кабель RJ 45, який є комбінацією з 4 пар кабелів.

Він використовується в мережах зв’язку та наземних телефонних з’єднаннях, оскільки має пропускну здатність з високою пропускною здатністю та забезпечує високу швидкість передачі даних та передачі голосу.

# 3) Волоконно-оптичний кабель:

ДО волоконно-оптичний кабель складається з серцевини, оточеної прозорим облицювальним матеріалом з меншим показником відбиття. Він використовує властивості світла для переміщення сигналів між ними. Таким чином, світло утримується в ядрі за допомогою методу повного внутрішнього відбиття, що змушує волокно діяти як хвилевід.

У багаторежимному волокні існує кілька шляхів розповсюдження, і волокна, що використовуються, мають ширший діаметр серцевини. Цей тип волокна здебільшого використовується в будівельних розчинах.

Тоді як в одномодових волокнах існує одна траєкторія поширення, а діаметр серцевини, який використовується, порівняно менший. Цей тип волокна використовується в широкосмугових мережах.

Оптичне волокно - це гнучке і прозоре волокно, яке складається з кремнеземного скла або пластику. Оптичні волокна передають сигнали у формі світла між двома кінцями волокна, отже, вони дозволяють передавати на більші відстані та з більшою пропускною здатністю, ніж коаксіальні та кручені пари або електричні кабелі.

При цьому замість металевих проводів використовуються волокна, отже, сигнал буде рухатися з дуже меншими втратами сигналів від відправника до приймача, а також захищений від електромагнітних перешкод. Таким чином, його ефективність і надійність дуже високі, а також він дуже малий.

Через вищезазначені властивості волоконно-оптичних кабелів вони переважно переважніші за електричні дроти для зв'язку на великі відстані. Єдиним недоліком OFC є висока вартість монтажу, а його обслуговування також дуже складно.

Медіа бездротового зв'язку

До цього часу ми вивчали дротові режими зв'язку, в яких ми використовували провідники або керовані носії для зв'язку для передачі сигналів від джерела до пункту призначення, і ми використовували скло або мідний дріт як фізичний носій для цілей зв'язку.

Носій, який передає електромагнітні сигнали без використання будь-якого фізичного середовища, називається носієм бездротового зв'язку або некерованим носієм передачі. Сигнали транслюються в ефірі і доступні кожному, хто має можливість його приймати.

Частота, що використовується для бездротового зв'язку, становить від 3 кГц до 900 ТГц.

Ми можемо класифікувати бездротовий зв'язок за 3 способами, як зазначено нижче:

# 1) радіохвилі:

Сигнали, що мають передавальну частоту від 3 кГц до 1 ГГц, називаються радіохвилями.

Вони всеспрямовані, оскільки, коли антена передає сигнали, вона буде посилати її у всіх напрямках, а це означає, що відправляюча та приймаюча антени не повинні бути вирівняні між собою. Якщо хтось надсилає радіохвильові сигнали, то будь-яка антена, що має властивості прийому, може його приймати.

Його недоліком є ​​те, що, оскільки сигнали передаються через радіохвилі, їх може перехопити будь-хто, отже, він не підходить для надсилання секретних важливих даних, але може використовуватися для цілей, коли є лише один відправник і багато приймачів.

Приклад: Він використовується в AM, FM-радіо, телебаченні та пейджинговій передачі.

# 2) Мікрохвилі:

Сигнали, що мають частоту передачі в діапазоні від 1 ГГц до 300 ГГц, називаються мікрохвилями.

Це односпрямовані хвилі, що означає, що коли сигнал передається між відправником та приймальною антеною, тоді обидва повинні бути вирівняні. Мікрохвилі мають менше проблем з перешкодами, ніж радіохвильовий зв’язок, оскільки і відправник, і приймальна антена розташовані одна на одній з обох кінців.

Поширення в мікрохвильовій печі є режимом прямої видимості зв'язку, і вежі з встановленими антенами повинні знаходитись у прямій видимості, отже, висота вежі повинна бути дуже високою для належного зв'язку. Два типи антен використовуються для мікрохвильового зв'язку, тобто Параболічна страва та Ріг .

Мікрохвилі корисні в одній до одній комунікаційній системі завдяки своїм односпрямованим властивостям. Таким чином, він дуже широко використовується в супутниковому та бездротовому зв'язку.

Він також може бути використаний для телекомунікацій на великі відстані, оскільки мікрохвильові печі можуть передавати 1000 голосових даних за той же проміжок часу.

Існує два типи мікрохвильового зв'язку:

1. Наземна мікрохвильовка
2. Супутникова мікрохвильова піч

Єдиним недоліком мікрохвильовки є те, що вона дуже дорога.

# 3) Інфрачервоні хвилі:

Сигнали, що мають передавальну частоту від 300 ГГц до 400 ТГц, називаються інфрачервоними хвилями.

Він може бути використаний для зв'язку на короткі відстані, оскільки інфрачервоний діапазон з високими частотами не може проникнути в кімнати і тим самим запобігає перешкодам між одним пристроєм та іншим.

Приклад : Використання інфрачервоного пульта дистанційного керування сусідами.

Висновок

За допомогою цього підручника ми вивчили основні компоненти комп’ютерних мереж та їх значення в сучасному цифровому світі.

Тут також були пояснені різні типи носіїв, топологія та режими передачі, що використовуються для підключення різних типів вузлів у мережі. Ми також бачили, як комп'ютерні мережі використовуються для побудови мереж, міжміських мереж та всесвітньої мережі, тобто Інтернету.

НАСТУПНИЙ підручник

Рекомендована література

• 7 шарів моделі OSI (повний посібник)
• Модель TCP / IP з різними шарами
• Повне керівництво по брандмауеру: Як побудувати безпечну мережеву систему
• Все про маршрутизатори: типи маршрутизаторів, таблиця маршрутизації та IP-маршрутизація
• Все про комутатори рівня 2 та рівня 3 у мережевій системі
• Посібник із маски підмережі (підмережі) та калькулятора підмережі IP
• LAN проти WAN проти MAN: Точна різниця між типами мережі
• Що таке широкосмугова мережа (WAN): приклади мережі WAN у реальному часі