Желі құрылымы: тораптар, коммутаторлар, маршрутизаторлар
Сен мектепте бір принтерге бүкіл сынып компьютерден баса алатыныңды байқадың ба? Немесе үйдегі Wi-Fi роутер арқылы телефон мен ноутбук бір мезгілде интернетке шығатынын? Мұның бәрі — компьютерлік желі дегеннің іс жүзіндегі көрінісі. Бүгін біз дәл осы желінің «ішіне» үңіліп, оны құрайтын бөлшектерді — тораптарды, коммутаторларды, маршрутизаторларды — реттіп үйренеміз. Бұл білім кез келген IT мамандығының іргетасы: желісіз бірде-бір заманауи қызмет (банк, дүкен, мектеп журналы) жұмыс істемейді.
Елестетіп көр: сенде курстық жұмыс дайын, оны мұғалімге беру керек. Желі болмаса не істер едің? Дискіге жазып, қолмен апарар едің немесе қағазға басып шығарар едің. Ыңғайсыз емес пе? Дәл осы қолайсыздықты жою үшін компьютерлерді бір-бірімен байланыстыруды ойлап тапты.
Компьютерлік желі (Computer Network) — бір-бірімен мәлімет алмасу арналарымен байланысқан компьютерлер тобы. Желіге қосылған компьютерлер дискіні, файлды, принтерді, дерекқорды бірігіп пайдалана алады.
Бірақ бір ғана «желі» деген сөзбен бәрін түсіндіру жеткіліксіз — үйдегі екі телефонның арасындағы байланыс пен бүкіл әлемді қамтитын Интернетті бір деңгейде қарауға болмайды. Сондықтан желілерді қамтылатын АУМАҚ көлеміне қарай бөледі:
| Желі түрі | Қысқаша аты | Қамту аумағы |
|---|---|---|
| Дербес желі | PAN | Бір адамның құрылғылары арасында (телефон ↔ құлаққап) |
| Жергілікті желі | LAN | ~1–2 км, бір ұйым (мектеп, кеңсе) |
| Корпоративтік желі | — | Бірнеше көрші ғимарат |
| Өңірлік (мегаполис) желі | MAN | Ірі қала немесе аймақ |
| Ғаламдық (ауқымды) желі | WAN | Әртүрлі қалалар мен елдер |
Кестені оқығанда байқайсың: PAN-нан WAN-ға қарай аумақ үлкейе береді. Ең танымал WAN мысалы — Интернеттің өзі, себебі ол бүкіл әлемдегі елдер мен қалаларды біріктіреді. Қызығы — тарихи жағынан бірінші ғаламдық желі пайда болды, тек содан кейін ғана шағын жергілікті желілер (LAN) кеңінен тарады.
Сен браузерде сайтты ашқанда, шын мәнінде компьютерің басқа бір компьютерге («мен осы бетті көргім келеді» деп) сұрау жібереді. Желідегі жұмыс дәл осылай — клиент-сервер архитектурасы бойынша ұйымдастырылады: клиент серверге сұрау салады, сервер оны алып, орындап, жауап қайтарады.
Сервер — ресурстарды ортақ пайдалануды қамтамасыз ететін компьютер (файлдық сервер, басып шығару сервері, пошта сервері және т.б.).
Байқасаң, желідегі бір компьютердің өзі әртүрлі рөл атқара алады. Егер компьютер ақпарат пен қызметті алу үшін басқа компьютермен байланысса — ол жұмыс станциясы. Ал егер компьютер ақпарат пен қызметті беру үшін қолданылса — ол сервер. Яғни «сервер» — құрылғының аты емес, оның атқаратын қызметінің аты.
Ал енді басқа жағдайды елестет: бір мекеменің филиалдары әртүрлі қалаларда орналасқан, бірақ олардың бәрі бір ортақ жергілікті желідегідей қауіпсіз жұмыс істегісі келеді. Ашық Интернет арқылы деректерді жай ғана жіберу қауіпті — жолда біреу тыңдап қалуы мүмкін. Осы мәселені шешу үшін виртуалды жеке желі (VPN, Virtual Private Network) қолданылады.
VPN — жергілікті желілерді ғаламдық желі (мыс. Интернет) арқылы қауіпсіз «туннель» көмегімен біріктіру тәсілі. Кәсіпорынның әртүрлі қалалардағы филиалдары VPN-туннель арқылы бір ортақ жеке желідей жұмыс істей алады.
Желі жұмыс істеуі үшін үш шарт орындалуы керек: біріншіден, компьютерлер арасында физикалық қосылым (желілік интерфейс) болуы керек; екіншіден, олар «бір тілде сөйлесуі» керек, яғни ортақ ережелерді сақтауы керек; үшіншіден, бір компьютердің екіншісіне не істей алатыны белгілі болуы керек.
Хаттама (протокол) — желіге қосылған екі немесе одан да көп құрылғы арасында байланыс құруға және деректер алмасуға мүмкіндік беретін ережелер мен әрекеттер жиынтығы.
«Ережелер жиынтығы» деген қандай нәрсе? Мысалы, екі адам телефонмен сөйлескенде де жасырын хаттама бар: біреуі «алло» дейді, екіншісі жауап береді, содан кейін ғана әңгіме басталады. Компьютерлер де дәл солай — алдымен «байланыс орнатамын ба?» деп «сұрайды», келіседі, содан кейін ғана нақты деректі жібереді.
Ал деректің өзі желі арқылы бір үлкен масса болып емес, кішкентай «топтамалармен» жүреді.
Пакет — байланыс арнасы бойынша берілуге арналған, белгілі форматтағы деректер блогы (фрагмент).
Желіге қосылған кез келген құрылғы — компьютер, телефон, принтер, тіпті Wi-Fi адаптер — торап (node) деп аталады. Әрбір торап желімен байланысу үшін желілік адаптермен (Network Interface Card, NIC) жабдықталады, ал әр адаптердің өндіруші орнатқан, ешқашан қайталанбайтын өз коды болады.
MAC-адрес — желілік адаптер өндірушісімен орнатылатын, дәл осы адаптерді анықтайтын ұзындығы 6 байт сандық код. Мысалы:
00:E0:18:C3:11:89. Бір Ethernet желісінде бірдей MAC-адресі бар екі адаптер бола алмайды.
Мектептің ауласында хабаршы бар делік. Егер ол әр оқушыға жеке-жеке хабар жеткізудің орнына, дауыс зорайтқышпен бүкіл аулаға бірден айтып жіберсе — бәрі естиді, тіпті хабар кімге керек болмаса да. Дәл осылай жұмыс істейтін желілік құрылғы бар.
Концентратор (hub) — желілік құрылғыларды сегменттерге біріктіретін, бір портқа келген пакетті БАРЛЫҚ басқа порттарға тарататын құрылғы.
Бұл — өте қарапайым, бірақ ысырапшыл тәсіл: желі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым бос-текке тарайтын деректер көбейеді. Сондықтан ойлап тапқандар «хабаршыны ақылдандыруды» шешті — тек керек адресатқа ғана хабар жеткізетін етіп.
Коммутатор (switch) — сыртқы түрі концентратордан ерекшеленбейді, бірақ деректі барлық компьютерге емес, тек сол деректі СҰРАҒАН компьютерге ғана жібереді. Ол коммутациялық кесте (қай торап қай портқа қосылғанын білдіретін кесте) сақтайды.
Коммутатор қосылған сәтте оның кестесі бос болады — ол алдымен тек «тыңдап» тұрады, әр компьютерден пакет келген сайын «бұл адрес мына портта екен» деп кестеге жазып отырады. Уақыт өте келе коммутатор бүкіл желінің «картасын» біледі де, деректі тек керек портқа ғана бағыттайды.
Ал енді желі бір ғимаратта емес, екі бөлек қаладағы ғимаратты байланыстыру керек болса ше? Мұнда коммутатордың күші жетпейді — оған «үлкен» құрылғы қажет.
Маршрутизатор (router, бағдарлауыш) — желі топологиясы мен ережелерге сүйеніп, пакеттерді желінің қай бөлігіне жіберу керектігін шешетін құрылғы. Әдетте жергілікті желіні (LAN) ғаламдық желімен (WAN) байланыстырады.
Ал желіден тыс, мысалы қашықтағы компьютермен телефон желісі арқылы байланысу керек болса, тағы бір құрылғы көмекке келеді:
Модем — қашықтағы компьютерлермен байланыс үшін цифрлық сигналды аналогқа (модуляция) және аналогты кері цифрлыққа (демодуляция) түрлендіретін құрылғы.
| Құрылғы | Негізгі қызметі |
|---|---|
| Концентратор (hub) | Келген пакетті барлық порттарға таратады |
| Коммутатор (switch) | Пакетті тек керек портқа жібереді, коммутациялық кестені пайдаланады |
| Маршрутизатор (router) | Желілерді біріктіреді (LAN ↔ WAN), пакеттің оңтайлы жолын анықтайды |
| Модем | Цифрлық және аналог сигналдарды өзара түрлендіреді |
- Компьютерлік желі — ресурстарды бірігіп пайдалану үшін байланысқан компьютерлер тобы.
- Желілер аумақ көлемі бойынша PAN → LAN → корпоративтік → MAN → WAN болып өседі.
- Желідегі жұмыс клиент-сервер архитектурасымен ұйымдастырылады; VPN — қашықтағы желілерді қауіпсіз біріктіру тәсілі.
- Желі торабы, хаттама (протокол) және пакет — деректің желі бойынша жүру негіздері.
- Концентратор бәріне таратады, коммутатор тек керекке жібереді, маршрутизатор желілерді байланыстырады, модем сигналды түрлендіреді.