Краткое руководство о том, как работает ваша домашняя сеть

Использовать домашнюю сеть так же просто, как ввести пароль и открыть приложение Netflix для просмотра фильма, но ваша сеть и все, что необходимо для ее бесперебойной работы, вероятно, являются самыми сложными и уникальными устройствами, которыми вы владеете.

Домашние сети существуют для того, чтобы цифровые устройства могли общаться друг с другом и с другими устройствами в мире через глобальную сеть, называемую Интернетом. Хотя вам не нужно точно понимать, как работает ваша домашняя сеть, чтобы наслаждаться ею, проведя некоторое время под капотом, вы сможете оценить технологию и упростить устранение возникающих проблем.

Ваша домашняя сеть — это мини-Интернет

Интернет — это сокращение от «интерсети», глобальной сети подключенных локальных сетей (локальных сетей), которая включает веб-серверы, потоковые и облачные сервисы, игровые серверы и многое другое.

Ваша домашняя сеть — это то же самое, но меньше и ограничено вашим домом. Если вы хотите узнать больше о том, чем ваша домашняя сеть похожа на мини-интернет, ознакомьтесь с Кому принадлежит Интернет? Объяснение веб-архитектуры за простое объяснение сложной машины, которой является Интернет.

Ваша домашняя сеть говорит на особом языке

Помимо физического сходства с Интернетом в целом, еще одним важным аспектом, по которому ваша домашняя сеть и Интернет являются одинаковыми, является «язык», на котором они говорят. Сегодня универсальным сетевым протоколом является TCP/IP (протокол управления передачей/Интернет-протокол), и он является ключом к передаче данных туда, куда они должны.

В сети TCP/IP все данные, отправляемые по сети, разбиваются на «пакеты». Представьте, что вы превращаете картинку в пазл из тысяч кусочков. Затем возьмите каждый кусочек и положите его в конверт по отдельности. На конверте напишите адрес отправителя и получателя. Также включите в каждый конверт информацию, описывающую, куда идет каждая часть для восстановления исходного изображения.

Теперь отправьте адресату тысячи конвертов, и он со своей стороны перестроит его. Не имеет значения, если конверты приходят не в порядке, но если они пропадут, вы получите письма с просьбой предоставить новые копии недостающих частей.

Базовая топография домашней сети

Ниже мы подробно объясним работу каждого сетевого компонента, но чтобы помочь вам сориентироваться, давайте набросаем, как сегодня выглядит типичная домашняя сеть.

Ваша сеть состоит из нескольких ключевых компонентов:

• Модем подключает вас к WAN (интернету)
• Маршрутизатор управляет трафиком между устройствами в локальной сети и между этими устройствами и глобальной сетью.
• Сетевые аппаратные соединения, обычно кабели Ethernet или радиопередатчики и приемники Wi-Fi.
• Клиентские устройства, такие как компьютеры или смартфоны Android и iOS.
• Серверные устройства, которые также могут быть такими устройствами, как компьютеры и смартфоны.
• Дополнительные сетевые удлинители, которые помогают расширить физическое пространство вашей сети в вашем доме. Примеры включают точки беспроводного доступа, удлинители Powerline и повторители Wi-Fi.

Существует множество различных способов построения домашней сети, но большинство из этих компонентов присутствует в каждой домашней сети. Другие компоненты могут заменить некоторые из них. Например, если вы просто хотите объединить группу компьютеров в сеть, вы можете использовать коммутатор Ethernet или сетевой концентратор. Тем не менее, этот базовый набросок охватывает 99% того, что там есть.

Теперь, когда мы нарисовали грубые контуры домашней сети, мы углубимся в каждый ее основной компонент.

Модем позволяет вам общаться в Интернете

До появления современного широкополосного Интернета доступ в Интернет осуществлялся через модем (модулятор/демодулятор), который отправлял и принимал аудиосигналы высокого или низкого тона по медным голосовым линиям, представляющим двоичный код.

Эти модемы с коммутируемым доступом сейчас почти устарели и не обеспечивают большой пропускной способности, хотя они все еще используются в нескольких редких случаях, когда ничто другое невозможно. В наши дни слово модем используется для обозначения практически любого устройства, которое преобразует один вид сетевого сигнала в другой, даже если оба сигнала фактически цифровые.

Одним из примеров цифро-цифрового преобразования является обычный оптоволоконный модем, который принимает оптические сигналы и передает электрические импульсы по кабелям Ethernet. Модемы DSL используют тот же медный провод, что и телефонные линии, но используют другой диапазон частот, чем голосовые вызовы, поэтому вы можете подключаться к Интернету и одновременно совершать звонки. Сотовые модемы подключаются к вышкам сотовой связи посредством радиоволн — спутниковые модемы передают информацию на орбиту и с нее и так далее.

В некоторых сетях модем представляет собой отдельное устройство, а в других он объединен с вашим беспроводным маршрутизатором, который и станет нашей следующей остановкой в ​​этом путешествии по домашней сети.

Маршрутизатор находится в центре вашей сети

Маршрутизатор является сердцем любой домашней сети и выполняет широкий спектр основных задач:

• Маршрутизация сетевого трафика между устройствами, между Ethernet и LAN, а также между внутренней и внешней сетями.
• Обнаружение и маршрутизация сервера DNS (служба доменных имен).
• Внутренне похож на компьютер с ЦП, ОЗУ и ОС. Некоторые маршрутизаторы могут запускать приложения.
• Назначает и управляет IP-адресами в локальной сети, используя DHCP (протокол динамической конфигурации хоста).

Маршрутизаторы — это нечто большее, чем эти основные функции, но это основной список функций маршрутизатора. Маршрутизация между различными типами сетей (оптоволоконная глобальная сеть, Ethernet, Wi-Fi и т. д.) — это то, что делает маршрутизатор маршрутизатором, отличая его от сетевых коммутаторов и концентраторов.

Маршрутизатор назначает IP-адреса внутренним сетевым устройствам, следя за тем, чтобы не было конфликтов. Он отслеживает, какое устройство делает какой запрос устройств в Интернете в таблице, известной как NAT (таблица сетевых адресов), поскольку серверы в Интернете могут видеть только сам маршрутизатор и его «общедоступный» IP-адрес.

Некоторые маршрутизаторы высокого класса могут запускать пользовательские приложения, которые действуют как сетевое хранилище или серверы потоковой передачи. Даже если ваш маршрутизатор не поддерживает эту функцию, у вас может быть возможность установить специальную стороннюю прошивку, чтобы добавить эти функции.

Ваши локальные серверы

Сервер — это устройство в сети, которое предлагает такие услуги, как контент или сетевые приложения. Когда вы посещаете веб-сайт или загружаете файл из Интернета, этот контент размещается на сервере где-то в мире. Когда вы используете облачные приложения, такие как Google Docs, это программное обеспечение и данные хранятся на сервере.

В вашей локальной сети есть как минимум один сервер, и это ваш маршрутизатор. У каждого маршрутизатора есть базовый веб-сервер, который действует как интерфейс для изменения настроек. Когда вы подключаетесь к маршрутизатору и вводите его IP-адрес в браузере, вы попадаете на веб-сайт, размещенный на самом маршрутизаторе.

Если у вас есть принтер Wi-Fi, это также сервер печати, который обрабатывает запросы на печать. У многих людей есть NAS (сетевые устройства хранения данных) или медиа-серверы (например, Plex), работающие в их сети. Некоторые вещи, которые вы, возможно, не считаете серверами, также подходят. Ваша IP-камера также является сервером. Это сервер потокового видео!

Сетевые периферийные устройства

Традиционно периферийные устройства, такие как сканеры и принтеры, подключаются непосредственно к конкретному компьютеру. Однако в современном домашнем хозяйстве гораздо чаще бывает много разных компьютеров, которым требуется доступ к этим типам устройств. Вы можете совместно использовать принтер в локальной сети вместо того, чтобы все использовали один и тот же компьютер, когда им нужно что-то напечатать.

Использование функции общего доступа к печати в операционной системе компьютера позволяет использовать обычный принтер, подключенный к компьютеру, в качестве общего принтера. Тем не менее, в наши дни легко просто купить принтер, сканер или многофункциональное устройство (МФУ) с Wi-Fi или Ethernet и использовать его как автономный общий ресурс в сети.

Сетевые клиенты в вашем доме

Помимо локальных серверов в вашей домашней сети, другие устройства, обычно называемые клиентами, извлекают информацию с удаленных и локальных серверов. Примеры клиентов локальной сети включают в себя:

• Компьютеры, консоли и мобильные устройства.
• Устройства Интернета вещей (IoT), такие как умные холодильники и роботы-пылесосы.

Все, что получает данные от серверного устройства, является клиентом, хотя любое устройство может быть и тем, и другим одновременно.

Компьютеры, консоли и мобильные устройства

Проводные и беспроводные соединения

На протяжении многих лет существовало несколько различных стандартов подключения к сетям, но сегодня почти в каждой домашней сети вы найдете только два типа подключения: Ethernet и Wi-Fi.

Не перепутайте провода: Ethernet

Ethernet — это стандарт проводного соединения, который передает данные TCP/IP в домашних сетях. Разъем (RJ45) немного похож на увеличенное соединение телефонной линии (RJ11) и содержит несколько медных проводов, которые различаются в зависимости от категории сетевого кабеля Ethernet, который вы используете.

Кабели Ethernet подразделяются на разные категории, которые предлагают разные максимальные скорости. Например, сетевые кабели категории 6 рассчитаны на 10 Гбит/с, а кабели категории 5e рассчитаны на гигабитные скорости. Важно, чтобы типы кабелей соответствовали скорости, на которую рассчитаны ваши порты LAN. Подключение кабеля со скоростью 1 Гбит/с к порту со скоростью 100 Мбит/с не повредит, но в противном случае ваша скорость будет ограничена максимальной скоростью, которую может выдержать кабель!

Предполагая, что вы выбрали правильные кабели Ethernet, адаптеры и маршрутизатор, вы будете наслаждаться высокоскоростным, сверхнадежным сетевым подключением с малой задержкой, если вы не возражаете против установки Ethernet-соединений по всему дому.

Провода? Куда мы идем, нам не нужны провода: Wi-Fi

Хотя Ethernet, несомненно, является золотым стандартом, когда речь идет о чистой производительности сети, он не так уж и удобен. Когда дело доходит до мобильных устройств, это совершенно непрактично! Вот почему у нас есть Wi-Fi (Wireless Fidelity), позволяющий беспроводным устройствам подключаться к сети без сверления отверстий в стенах или подключения их каждый раз, когда нам нужны сетевые функции.

Wi-Fi использует радиоволны для отправки цифровых импульсов информации. В Wi-Fi используются две полосы частот: 2,4 ГГц и 5 ГГц. Низкочастотный диапазон не может передавать данные на высоких скоростях, но у него большой радиус действия и способность проникать сквозь стену. Высокочастотный 5Ghz Wi-Fi является сверхбыстрым, но его легко блокировать такими объектами, как стены.

Большинство современных маршрутизаторов Wi-Fi являются «двухдиапазонными», что означает, что они предлагают соединения в обоих частотных диапазонах. Wi-Fi делится на поколения. В прошлом эти поколения имели бы пронумерованные имена, отражающие название стандарта связи для этого поколения Wi-Fi. Например, 802.11g, 802.11n и 802.11ac. Эти имена были изменены на простые числа, чтобы сделать их более удобными для пользователя. Так что теперь 802.11ac — это просто Wi-Fi 6, а последний 802.11ax — это Wi-Fi 6.

Старые устройства Wi-Fi могут не подключаться к новым маршрутизаторам, особенно если устройство поддерживает только Wi-Fi 2,4 ГГц, а рассматриваемый маршрутизатор предлагает только 5 ГГц.

Расширение охвата вашей сети

С таким количеством устройств, как существующих, так и перспективных, для подключения к вашей домашней сети, вы, вероятно, захотите убедиться, что сеть простирается до каждого уголка вашего дома. Это легче сказать, чем сделать со всем, что может блокировать беспроводной сигнал, или с расходами и усилиями по прокладке Ethernet по всему дому.

Хорошей новостью является то, что на рынке есть много продуктов, которые помогут вам увеличить площадь вашей сети, чтобы в вашем доме не было мест, которые не могут быть подключены.

Wi-Fi повторители и удлинители

Повторитель Wi-Fi — это устройство, которое подключается к границе существующей сети Wi-Fi до того, как сигнал Wi-Fi начнет пропадать. Он прослушивает пакеты, входящие и исходящие из базовой сети Wi-Fi, а затем просто повторяет их. Это медленное решение, но простой способ расширить Wi-Fi до определенных точек без изменения сети.

Удлинители PowerLine

Эта система посылает сетевые сигналы через существующую электрическую проводку в вашем доме. Это так же просто, как подключить адаптер PowerLine рядом с маршрутизатором и в комнате, где вы хотите расширить свою сеть.

Вместо того, чтобы расширять зону покрытия вашего обычного маршрутизатора, беспроводные ячеистые маршрутизаторы полностью заменяют ваш существующий маршрутизатор. Думайте о них как об одном большом распределенном маршрутизаторе. Первичный ячеистый блок подключается к вашему модему, а затем каждый вспомогательный блок имеет к нему выделенное беспроводное или проводное соединение.

Одна большая сетевая семья

Технология в вашей домашней сети может быть невероятно сложной, но со временем эта технология стала умнее и намного проще в использовании. Никто не знает, каким будет будущее домашних сетей. Тем не менее, это может выглядеть совсем иначе благодаря развитию таких технологий, как сотовые сети 5G миллиметрового диапазона, которые стирают грань между локальными и глобальными сетями.