ПЕРЕДАЧА И КОММУТАЦИЯ ДАННЫХ
В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

базовые фундаментальные знания и практика

Модуль 1. Введение в сетевые технологии

Курс начинается с погружения в основные понятия и этапы становления компьютерных сетей как фундаментальной части цифровой инфраструктуры. Изучаются эволюция сетевых технологий, ключевые вехи в развитии протоколов и аппаратного обеспечения, влияние глобализации и стандартизации на формирование современных подходов к передаче данных. Рассматриваются различные типы сетей — локальные (LAN), глобальные (WAN), персональные (PAN) — их особенности, границы применения и топологии. Особое внимание уделяется принципам построения распределённых систем, включая взаимодействие узлов, согласование состояний и обеспечение надёжности. Анализируется роль облачных технологий и виртуализации в построении масштабируемых и гибких сетей. Освещаются базовые архитектурные модели, включая OSI и TCP/IP, а также их применение в современных инфраструктурах. Формируется понимание того, как исторические решения повлияли на современные стандарты взаимодействия между устройствами и системами.

Модуль 2. Модели сетевого взаимодействия

В модуле подробно рассматриваются эталонная модель OSI и прикладной стек TCP/IP как две ключевые концепции, определяющие структуру и логику сетевого взаимодействия. Изучается уровневая организация передачи данных, включая функции каждого уровня: от физической передачи битов до взаимодействия приложений. Особое внимание уделяется процессу инкапсуляции и деинкапсуляции, при котором данные последовательно оборачиваются в заголовки и перемещаются между уровнями. Разбирается логика взаимодействия между слоями, понятия вертикального и горизонтального обмена, а также принципы абстракции, на которых строится модульная модель. Проводится сравнительный анализ OSI и TCP/IP, включая различия в количестве уровней, реализации протоколов и применимости в реальных сетях. Уточняется, какие уровни в TCP/IP объединяют функции нескольких уровней OSI и как это влияет на разработку и диагностику. Освоение данных моделей формирует фундаментальное понимание принципов работы сетей, необходимое для дальнейшего изучения протоколов и настройки оборудования.

Модуль 3. Физический уровень: передача сигналов и среды передачи

В модуле проводится детальный разбор принципов физической передачи данных, лежащих в основе работы любых сетевых технологий. Изучаются виды сигналов — аналоговые и цифровые, их параметры, включая амплитуду, частоту, фазу и длительность импульсов, а также ключевые характеристики канала: затухание, помехоустойчивость, пропускная способность и интерференция. Рассматриваются методы модуляции и кодирования сигнала, обеспечивающие надёжную передачу информации в различных средах. Освещаются основные типы кабелей: коаксиальный, витая пара (UTP/STP), оптоволоконные линии, их физические свойства, особенности монтажа и применения. Даётся обзор структурированных кабельных систем, включающих патч-панели, кроссы и стандарты разводки. Анализируются задачи и принципы работы медиаконвертеров при переходе между разными средами, а также технологии беспроводной передачи, включая радиоканалы, Wi-Fi и инфракрасные соединения. Особое внимание уделяется критериям выбора среды передачи в зависимости от задач, расстояний, скорости и качества связи.

Модуль 4. Топологии и сетевое оборудование

В модуле рассматриваются основные схемы построения сетей, включая топологии «звезда», «кольцо», «шина», «дерево» и ячеистую структуру (mesh). Проводится анализ их характеристик — устойчивости к отказам, сложности реализации, стоимости обслуживания и масштабируемости. Изучаются сетевые устройства начального уровня: концентраторы (hub) и повторители (repeater), их функции по усилению сигнала и передаче данных на физическом уровне. Подробно разбираются коммутаторы (switch), обеспечивающие фильтрацию и коммутацию кадров на канальном уровне, а также мосты (bridge), разделяющие широковещательные домены. Особое внимание уделяется работе маршрутизаторов (router), реализующих IP-маршрутизацию, и точек доступа (access point), обеспечивающих интеграцию беспроводных устройств в локальную сеть. Анализируется влияние выбора оборудования на топологию, производительность, надёжность и возможности масштабирования сети. Рассматриваются принципы построения отказоустойчивой инфраструктуры, резервирование каналов и пути оптимизации трафика с учётом нагрузки.

Модуль 5. Канальный уровень и технология Ethernet

В модуле рассматриваются принципы канального уровня модели OSI, обеспечивающего надёжную передачу кадров между узлами внутри одной сети. Изучаются методы коммутации — по каналам и по пакетам, а также логика построения и обработки Ethernet-кадров, включая формат заголовков, поля MAC-адресов и контрольную сумму. Раскрываются особенности логической адресации на уровне MAC и механизмы фильтрации трафика на коммутаторах. Подробно анализируется технология Ethernet, включая различия между полудуплексным и полнодуплексным режимами, обработку коллизий в сегментах, использующих метод CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), а также механизмы управления потоком (flow control). Рассматриваются стандарты и спецификации IEEE 802.3, включая поколения Ethernet — 10BASE-T, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G и более высокие скорости. Освещаются современные технологии, такие как энергоэффективный Ethernet (EEE), а также применение модульных сменных интерфейсов (SFP, QSFP) в профессиональных решениях. Особое внимание уделяется связи между физическими параметрами канала и логикой работы коммутаторов.

Модуль 6. Коммутация и построение логических сетей

Модуль охватывает алгоритмы коммутации и архитектуру сетей второго уровня, включая принципы работы прозрачного моста, который использует таблицы MAC-адресов для фильтрации и переадресации кадров. Рассматриваются особенности стекирования сетевого оборудования, позволяющего объединять несколько коммутаторов в единый логический блок с централизованным управлением. Изучаются функции встроенного программного обеспечения коммутаторов, включая интерфейсы конфигурации, обновление прошивок и средства мониторинга. Подробно анализируются принципы построения сетей на основе трёхуровневой иерархии: ядро, распределение и доступ. Освещается организация виртуальных локальных сетей (VLAN) для логической сегментации широковещательных доменов, настройка VLAN по стандарту IEEE 802.1Q и маркировка трафика с использованием тегов. Особое внимание уделяется протоколу Spanning Tree (STP), его роли в предотвращении петель, обеспечении отказоустойчивости и стабильной коммутации. Раскрываются подходы к маршрутизации на уровне канала в пределах VLAN и поддержанию логически разделённой, но физически объединённой сетевой инфраструктуры.

Модуль 7. IP-адресация и сетевой уровень

Модуль посвящён принципам функционирования сетевого уровня, отвечающего за маршрутизацию и логическую адресацию в IP-сетях. Подробно разбираются механизмы IP-адресации, включая классовую схему (A, B, C) и бесклассовую систему (CIDR), особенности применения масок переменной длины (VLSM) и методы супергруппировки для агрегирования маршрутов. Освещаются подходы к подсетированию, позволяющие эффективно использовать адресное пространство и организовать структурированную топологию. Рассматриваются правила формирования и конфигурирования адресов как для IPv4, так и для IPv6, включая синтаксис, иерархию и особенности записи. Проводится классификация типов IP-адресов: глобальные, локальные, уникальные локальные, мультикаст, link-local, и анализируются их применимость в различных сетевых сценариях. Особое внимание уделяется построению адресных планов, учитывающих масштаб организации, резервирование, сегментацию и рост инфраструктуры. Осваиваются навыки проектирования адресных схем, обеспечивающих масштабируемость, безопасность и управляемость сетевой среды.