Вопрос 1: Понятия lan, wan. Взаимодействие. Примеры топологий

LAN (Local Area Network) — это локальная сеть, которая охватывает ограниченную территорию (например, дом, офис, кампус). Она характеризуется высокой скоростью передачи данных (от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с и выше) и относительно низкой задержкой. LAN обычно принадлежит одной организации и обслуживается ею.

WAN (Wide Area Network) — это глобальная сеть, соединяющая множество LAN на больших расстояниях. Например, Интернет — это WAN. WAN использует более сложную маршрутизацию, более высокие задержки и может использовать разные каналы связи (оптоволокно, спутники, DSL и т. д.).

Взаимодействие lan и wan

Часто локальные сети подключаются к глобальной через маршрутизаторы. Например, офисная LAN подключается к интернету (WAN) с помощью маршрутизатора, который выполняет функции NAT, DHCP и межсетевого экрана. Взаимодействие происходит по стандартным протоколам: IP, TCP/UDP, BGP и др.

Примеры топологий: Физические топологии:

• Шина (bus) — все устройства подключены к одному кабелю. Недостаток — сбой кабеля выведет из строя всю сеть.

• Звезда (star) — все устройства подключены к одному коммутатору или концентратору. Преимущество — удобство управления и диагностики. Минус — зависимость от центрального устройства.

• Кольцо (ring) — устройства соединены по кругу. Преимущество — упорядоченная передача данных, но при разрыве — вся сеть недоступна.

• Ячеистая (mesh) — каждое устройство соединено со многими другими. Высокая надёжность, но дорогая в реализации.

Логические топологии:

• Это способ логической организации трафика в сети, например:

  • Ethernet логически — шина, физически — звезда.

  • Token Ring логически — кольцо, физически — звезда.

Вопрос 2: Перечислите способы организации связи на физическом уровне. Сравните их, покажите достоинства и недостатки.

Физический уровень (1 уровень модели OSI) отвечает за фактическую передачу битов по физической среде — электрическим импульсам, радиоволнам или световому сигналу. Способы организации связи на этом уровне можно классифицировать по следующим признакам:

1. По типу среды передачи:

а) МЕДНЫЙ КАБЕЛЬ (витая пара, коаксиал)

• Преимущества:

  • Дешёвый и доступный;

  • Простота установки и обслуживания;

  • Подходит для большинства LAN.

• Недостатки:

  • Ограниченная длина и скорость;

  • Подвержен электромагнитным помехам.

б) ОПТОВОЛОКНО

• Преимущества:

  • Высокая пропускная способность (до терабитов в секунду);

  • Большие расстояния (до десятков километров без усиления);

  • Устойчив к помехам.

• Недостатки:

  • Дорогая установка и обслуживание;

  • Хрупкость кабеля.

в) БЕСПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ (Wi-Fi, Bluetooth, радиоканалы, спутниковая связь)

• Преимущества:

  • Подвижность и удобство подключения;

  • Быстрая организация сети.

• Недостатки:

  • Ограниченная зона действия;

  • Подвержена помехам и снижению скорости при перегрузке.

2. По способу передачи сигнала:

а) ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА

• Несколько битов передаются одновременно по отдельным проводникам.

• Плюсы: высокая скорость на коротких расстояниях.

• Минусы: шум, синхронизация и дороговизна.

б) ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА

• Биты передаются по одному по одной линии.

• Плюсы: дешевле, надёжнее на длинные расстояния.

• Минусы: ниже скорость (по сравнению с параллельной).

3. По направлению передачи:

• Simplex – передача только в одну сторону (например, телевидение).

• Half-duplex – передача в обе стороны, но по очереди (например, рации).

• Full-duplex – одновременная двусторонняя передача (например, телефония, Ethernet).

Вопрос 3: Приведите примеры физической и логической топологий. Поясните отличия. Покажите достоинства и недостатки различных топологий.

Физическая топология — это фактическое расположение и соединение кабелей, устройств и оборудования в сети.

Логическая топология — это способ передачи данных между устройствами, независимо от физического расположения.

Примеры физической топологии:

1. Шина (Bus)

• Все устройства подключены к одному кабелю.

• + Простота, минимальные затраты.

• – Один сбой нарушает всю сеть, трудности масштабирования.

2. Звезда (Star)

• Все устройства соединены с центральным узлом (коммутатором/хабом).

• + Удобство управления, устойчивость (если выйти из строя только одно устройство — сеть продолжит работать).

• – Центральная точка — точка отказа.

3. Кольцо (Ring)

• Устройства соединены по кругу.

• + Последовательная передача, нет конфликтов коллизий.

• – Разрыв в одном месте = отказ всей сети.

4. Ячеистая (Mesh)

• Каждый узел соединён с каждым.

• + Высокая отказоустойчивость и надёжность.

• – Очень дорогая реализация, сложность в управлении.

Примеры логической топологии:

1. Логическая шина (например, Ethernet в режиме хаба)

• Все устройства "слышат" каждую передачу.

• Использует механизм CSMA/CD (прослушивание канала).

2. Логическая звезда (современные Ethernet-сети с коммутаторами)

• Каждое соединение индивидуальное.

• Коммутатор передаёт данные напрямую адресату.

3. Логическое кольцо (например, Token Ring)

• Передача данных идёт по строго определённому пути (в виде "токена").

Ключевые отличия:

• Физическая топология — как проведены кабели.

• Логическая топология — как данные передаются по сети.

Например, сеть может быть физически в виде звезды (все подключены к коммутатору), но логически — в виде шины, если используется хаб и данные передаются всем.

Вопрос 4: 4 основных критерия качества сетевой инфраструктуры

Для оценки качества сетевой инфраструктуры принято выделять четыре ключевых критерия, которые влияют как на производительность, так и на надёжность работы сети:

1. Пропускная способность (Bandwidth)

Это максимальный объём данных, который может быть передан по сети за определённое время, обычно измеряется в битах в секунду (bps, Mbps, Gbps и т.д.).

• Важно для: видеопотоков, VoIP, онлайн-конференций.

• Проблемы при недостатке: буферизация, замирания видео, обрывы связи.

2. Задержка (Latency)

Время, которое требуется для передачи пакета от источника до назначения.

• Измеряется в: миллисекундах (мс).

• Критично для: игр, голосовой связи, финансовых операций.

• Низкая задержка означает более отзывчивую сеть.

3. Надёжность (Reliability)

Отражает устойчивость сети к сбоям, отказам устройств или перегрузкам. Надёжность обеспечивается дублированием путей, резервированием питания, использованием защищённых протоколов.

• Проявляется в: времени безотказной работы, скорости восстановления, устойчивости к потерям пакетов.

4. Масштабируемость (Scalability)

Способность сети расширяться и развиваться без полной перестройки. Это касается как физических компонентов (добавление коммутаторов, маршрутизаторов), так и логических (новые маршруты, VLAN и т.д.).

• Хорошо масштабируемая сеть может адаптироваться к росту компании, увеличению трафика и числу устройств.

Вопрос 5: Модель TCP/IP. Назначение уровней. Концепция вложенных заголовков. Примеры протоколов каждого уровня

Модель TCP/IP — это прикладная сетевая модель, лежащая в основе Интернета. Она состоит из четырёх уровней, каждый из которых отвечает за определённые задачи в процессе передачи данных.

1. Прикладной уровень (Application Layer)

Назначение: Обеспечивает взаимодействие с прикладными программами пользователя и передачу данных.

• Примеры протоколов:

  • HTTP, HTTPS – веб-доступ;

  • FTP – передача файлов;

  • SMTP, POP3 – электронная почта;

  • DNS – преобразование доменов в IP-адреса.

2. Транспортный уровень (Transport Layer)

Назначение: Отвечает за надежную передачу данных между приложениями на разных устройствах.

• Примеры протоколов:

  • TCP – надёжный, с подтверждениями и контролем потерь (для веба, электронной почты и пр.).

  • UDP – быстрый, но без гарантии доставки (для видео, VoIP, онлайн-игр).

3. Сетевой уровень (Internet Layer)

Назначение: Определяет маршрутизацию данных между узлами в разных сетях.

• Примеры протоколов:

  • IP (IPv4/IPv6) – адресация и маршрутизация;

  • ICMP – сообщения об ошибках (например, при пинге);

  • ARP – сопоставление IP и MAC-адресов.

4. Канальный/сетевой интерфейс (Network Access Layer / Link Layer)

Назначение: Отвечает за физическую передачу данных по среде передачи (например, кабелю, Wi-Fi).

• Примеры протоколов:

  • Ethernet, Wi-Fi (802.11), PPP, DSL.

Концепция вложенных заголовков (Encapsulation)

Каждый уровень модели добавляет свой заголовок к данным:

• Приложение формирует сообщение → TCP добавляет свой заголовок → IP добавляет адресацию → Ethernet добавляет MAC-адреса.

• Это называется инкапсуляцией.

• При получении пакета на стороне приёмника происходит деинкапсуляция — заголовки "снимаются" в обратном порядке.

Это как посылка в коробке, потом в мешке, потом в грузовике — каждый уровень отвечает за свой "слой упаковки".