Раздел описывает принципы передачи данных между вычислительными системами: от физических каналов связи и кадров локальной сети до маршрутизации, транспортных соединений и прикладных протоколов.
Материалы раздела формируют основу для понимания работы интернета, распределённых приложений, облачной инфраструктуры, контейнерных сетей, балансировки нагрузки и сетевой безопасности.
Основные направления
Временные заметки
Нужно будет декомпозировать
Основные заметки
- Основы сетевого взаимодействия — узлы, интерфейсы, каналы связи, пакеты, кадры, адреса, порты, сокеты, пропускная способность и задержка.
- Сетевые модели — уровни моделей OSI и TCP/IP, инкапсуляция данных и распределение ответственности между протоколами.
- Физическая передача данных — проводные и беспроводные среды, сетевые адаптеры, сигналы, скорость передачи, помехи и ограничения каналов связи.
- Канальный уровень — Ethernet, MAC-адреса, кадры, ARP, коммутаторы, таблицы MAC-адресов, VLAN, STP и агрегация каналов.
- Сетевая адресация — IPv4, IPv6, публичные и частные адреса, маски подсетей, CIDR, подсети и планирование адресного пространства.
- Маршрутизация — таблицы маршрутизации, шлюзы, статические и динамические маршруты, выбор пути и взаимодействие между сетями.
- Трансляция адресов — NAT, SNAT, DNAT, PAT и предоставление доступа между частными и публичными сетями.
- Диагностические протоколы — ICMP, проверка доступности, определение пути следования пакетов и выявление сетевых ошибок.
- Транспортные протоколы — TCP, UDP, порты, установление соединения, надёжность доставки, управление потоком, повторная передача и завершение соединения.
- Сокеты — программный интерфейс сетевого взаимодействия, адреса сокетов, состояния соединений и передача данных между приложениями.
- Система доменных имён — DNS, иерархия доменов, типы записей, рекурсивные и авторитетные серверы, кеширование и разрешение имён.
- Автоматическая конфигурация сети — DHCP, выдача сетевых параметров, аренда адресов и взаимодействие клиента с сервером.
- Прикладные протоколы — HTTP, HTTPS, SSH, FTP, SFTP, SMTP, IMAP, NTP и другие протоколы взаимодействия приложений.
- Шифрование сетевого взаимодействия — TLS, сертификаты, центры сертификации, проверка подлинности узлов и защита передаваемых данных.
- Прокси-серверы — прямые и обратные прокси, маршрутизация запросов, кеширование, фильтрация и сокрытие внутренней инфраструктуры.
- Балансировка нагрузки — распределение соединений и запросов, алгоритмы балансировки, отказоустойчивость и различия между уровнями L4 и L7.
- Сетевые службы — DNS-серверы, DHCP-серверы, VPN-шлюзы, reverse proxy, load balancer и другие инфраструктурные компоненты.
- Межсетевое экранирование — firewall, фильтрация пакетов, stateful inspection, сетевые политики и контроль входящего и исходящего трафика.
- Виртуальные частные сети — VPN, туннелирование, удалённый доступ, соединение сетей и защита трафика через недоверенные каналы.
- Беспроводные сети — Wi-Fi, точки доступа, стандарты беспроводной связи, аутентификация и защита беспроводных соединений.
- Виртуальные и контейнерные сети — виртуальные интерфейсы, bridges, network namespaces, overlay-сети и сетевое взаимодействие контейнеров.
- Облачные сети — виртуальные сети, подсети, таблицы маршрутизации, security groups, сетевые шлюзы и балансировщики облачных платформ.
- Сетевая безопасность — сегментация, фильтрация, шифрование, Zero Trust, IDS, IPS, защита от сетевых атак и управление границами доверия.
- Наблюдаемость и диагностика сети — анализ пакетов, сетевые метрики, журналы соединений, проверка маршрутов, DNS, портов и состояний TCP.
- Производительность сети — latency, bandwidth, throughput, packet loss, jitter, MTU, фрагментация, congestion и ограничения сетевого пути.
Основные вопросы раздела
Материалы раздела должны помогать отвечать на следующие вопросы:
- Как данные передаются от одного приложения к другому?
- Какие преобразования происходят с данными на разных сетевых уровнях?
- Чем MAC-адрес отличается от IP-адреса?
- Как узел определяет, куда передать пакет?
- Как рассчитываются подсети и выбирается маршрут?
- Чем TCP отличается от UDP?
- Что происходит при установлении и завершении TCP-соединения?
- Как доменное имя преобразуется в IP-адрес?
- Как TLS защищает передаваемые данные?
- Чем proxy отличается от reverse proxy и load balancer?
- Как firewall принимает решение о пропуске пакета?
- Как контейнеры и виртуальные машины взаимодействуют через сеть?
- Как определить, находится ли неисправность на уровне DNS, маршрутизации, TCP, TLS или приложения?
- Какие показатели позволяют оценить производительность и состояние сети?
- Как сетевые решения влияют на доступность, безопасность и производительность системы?
Границы раздела
Раздел посвящён устройству сетевого взаимодействия и работе сетевых протоколов.
Управление сетевыми интерфейсами и таблицами маршрутизации конкретной операционной системы рассматривается в разделе операционных систем. Настройка облачных, контейнерных и Kubernetes-сетей относится к разделу инфраструктуры и платформ. Прикладная обработка HTTP-запросов и устройство API рассматриваются в разделе прикладных систем и интерфейсов. Методы защиты приложений и управления доступом относятся к разделу безопасности.