Компью́терная сеть, система, состоящая из компьютеров и компьютерных устройств (принт-серверов, серверных веб-камер и др.), которые взаимодействуют по единым правилам, определённым сетевыми протоколами. Предназначена для совместного пользования различными сервисами (электронной почтой, поисковыми системами и др.), информационными ресурсами, программами (например, программами серверов приложений) и аппаратными средствами (магнитными дисками, принтерами и др.).

Основы построения и функционирования

Для объединения компьютеров и компьютерных устройств в компьютерную сеть применяются аппаратные средства (сетевые адаптеры, установленные на компьютерах, коммутаторы, маршрутизаторы, кабели и др.) и программные средства, которые реализуют правила взаимодействия её программных и аппаратных компонентов, определённые сетевыми протоколами. Сетевые протоколы соответствуют действующим в компьютерной сети сетевым технологиям (комплексу программно-аппаратно реализованных методов, определяющих её функционирование). По назначению программные и аппаратные составляющие компьютерной сети условно разделяют на 3 уровня: верхний – прикладные программы (серверы и клиенты электронной почты, веб-серверы и браузеры и др.); средний – программные средства, реализующие сетевые протоколы; нижний – сетевые аппаратные средства. Компьютеры и компьютерные устройства в составе компьютерной сети имеют уникальные (в её пределах) сетевые адреса (принадлежащие единому сетевому адресному пространству) и называются её узлами. Формат и интерпретация сетевого адреса определяются применяемым сетевым протоколом [например, если применяется IP-протокол, то узлы получают IP-адреса]. Взаимодействие между узлами осуществляется путём обмена сообщениями, разбитыми на небольшие блоки определённого формата (сетевые пакеты). Разбивку на пакеты, их сжатие (при необходимости) и др. осуществляют программы, реализующие сетевые протоколы. Оптические или электрические сигналы, соответствующие значениям битов в составе сетевых пакетов, передаются по медным или оптоволоконным кабелям, а также средствами беспроводной связи (например, радиосигналами). Проводные и беспроводные среды передачи сигналов компьютерной сети называют сетевой средой передачи. Её свойства определяют скорость прохождения сигналов и допустимые расстояния их эффективной передачи. По размеру охватываемой территории различают компьютерные сети: локальные (англ. Local Area Network – LAN); охватывающие территории регионов, стран и др. (англ. Wide Area NetWork – WAN); глобальные (англ. global network) и др. Самой крупной глобальной сетью является Интернет.

Эффективность функционирования компьютерной сети во многом определяется применяемыми сетевыми протоколами. Компьютерные сети, построенные с использованием аппаратных и программных средств разных производителей, успешно взаимодействуют, если они соответствуют стандарту – т. н. базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model – OSI; 1978), – разработанному Международной организацией по стандартизации (ISO). См. также TCP/IP.

Сетевые архитектуры

Сетевая архитектура определяет функциональное назначение узлов компьютерной сети и методы их взаимодействия. Выбор сетевой архитектуры при создании компьютерной сети определяется требованиями к её быстродействию, надёжности и др. Наиболее распространены сетевые архитектуры «клиент – сервер» (англ. client/server network) и «точка – точка» (англ. peer-to-peer – P2P). В компьютерной сети с архитектурой «клиент – сервер» узлы разделены по функциональному назначению на клиенты и серверы. Клиенты отправляют запросы только серверам и не принимают запросы. Серверы обрабатывают запросы и отправляют клиентам то, что было запрошено (веб-страницу, сообщение электронной почты и др.). Серверы могут отправлять запросы друг другу (например, при поиске файла). В компьютерных сетях с архитектурой «точка – точка», называемых также пиринговыми, реализован принцип ролевой эквивалентности узлов (каждый узел является одновременно и сервером и клиентом). С ростом числа узлов пиринговой компьютерной сети растут её эффективность и надёжность. Такая сеть сохраняет работоспособность даже при небольшом числе функционирующих узлов. Архитектуру «точка – точка» имеют, например, т. н. файлообменные сети (служащие для быстрого и надёжного обмена файлами). Пиринговые сети эффективны также для распределённых вычислений, применяемых при решении сложных задач, которое даже на суперкомпьютере выполнялось бы недопустимо долго. В гибридных компьютерных сетях, сочетающих быстродействие клиент-серверных и надёжность пиринговых, реализованы элементы обеих архитектур.

Топологии компьютерных сетей

Топология определяет конфигурацию связей между узлами компьютерной сети. Различают топологии: «точка – точка», «шина» (англ. bus), «звезда» (англ. star), «кольцо» (англ. ring) и «решётка» (англ. mesh). В компьютерной сети с топологией «точка – точка» каждые два узла соединены между собой непосредственно. Топология «шина» характеризуется тем, что все узлы компьютерной сети имеют общее соединение (при этом каждый узел получает не только сетевые пакеты, адресованные ему, но и сетевые пакеты, адресованные другим узлам). В сети с топологией «звезда» все узлы взаимодействуют через один общий узел (центр звезды), который может быть пассивным (не сортирующим проходящие через него пакеты) или активным (направляющим каждому узлу адресованные только ему пакеты). В компьютерной сети, имеющей топологию «кольцо», узлы соединены в кольцо (при этом через каждый узел проходят пакеты, направляемые из всех узлов, между которыми он расположен).Топология «решётка» отличается тем, что каждый узел способен самостоятельно взаимодействовать с любым другим узлом. Топологии «шина», «звезда» или «кольцо» обычно имеют локальные компьютерной сети (LAN). Другие топологии применяются в компьютерной сети со значительной территориальной распределённостью (WAN).

Проблемы и тенденции развития

На современном этапе развития компьютерных сетей необходимость разработки новых и совершенствования существующих сетевых технологий определена интенсивным ростом разнообразных сетевых сервисов (образовательных, торговых, развлекательных и др.), реализация которых требует значительного увеличения пропускной способности, надёжности и безопасности компьютерной сети. При этом непрерывно растёт число сетевых узлов, представленных мобильными компьютерами (смартфонами, ноутбуками, коммуникаторами и др.), что требует поиска новых и развития действующих беспроводных сетевых технологий. Актуален комплекс проблем информационной безопасности сетевых технологий [включая защиту от несанкционированного доступа к информационным ресурсам, программным и аппаратным средствам; от вредоносных воздействий (например, компьютерных вирусов, спама) и др.]. Часть проблем информационной безопасности и эффективности применения сетевых технологий связана с недостаточно квалифицированным администрированием многих компьютерных сетей и неосмотрительным поведением сетевых пользователей.