Компьютерные сети: виды, топологии, IP-адрес и диагностика

Компьютерная сеть — это узлы (компьютеры, телефоны, серверы, принтеры), соединенные каналами связи и сетевым оборудованием, которые обмениваются данными по общим правилам — протоколам. Ниже разберем, какими бывают сети по масштабу и топологии, как данные проходят через уровни модели TCP/IP, как узел по IP-адресу, маске и шлюзу решает, куда отправить пакет, и как по шагам найти причину, если связи нет.

Код и вывод команд проверены 23 сентября 2026 года: Python 3.14 и контейнер Ubuntu 24.04. Адреса в вашей сети будут другими.

Мини-словарь: кто есть кто в сети

Эти термины часто путают, а от них зависит понимание всего остального:

Домашний «роутер» обычно совмещает маршрутизатор, коммутатор и точку доступа в одной коробке, в офисе это отдельные устройства.

Виды компьютерных сетей по масштабу

Границы между видами условные: их задают не метры, а владелец сети и технологии.

Отдельно стоит WLAN — это беспроводная локальная сеть (обычно Wi-Fi), то есть разновидность LAN, а не еще один масштаб. Не путайте WLAN (Wireless LAN) и WAN (Wide Area Network): это разные понятия, отличающиеся одной буквой.

Сеть банка с филиалами в разных городах — это несколько LAN, связанных через WAN (каналы оператора или туннели через интернет).

Топологии: как соединены узлы

Физическая топология — как проложены кабели и радиоканалы, логическая — как движутся данные. Они могут не совпадать.

Важная поправка к распространенному объяснению: в центре «звезды» стоит коммутатор, а не сервер. Сервер — просто один из узлов на лучах, и его отказ не останавливает передачу данных между остальными компьютерами.

По ролям узлов сети бывают одноранговые (каждый компьютер и клиент, и сервер) и клиент-серверные (выделенные серверы обслуживают клиентов). Это деление про роли программ, а не про кабели.

Как данные идут по сети: модели OSI и TCP/IP

Передачу делят на уровни: каждый решает свою задачу и пользуется услугами уровня ниже. Модель OSI из семи уровней — учебная и справочная, в ней удобно называть проблемы («проблема на втором уровне»). Реально работающий стек интернета описывает модель TCP/IP из четырех уровней.

Соответствие уровней в таблице упрощенное: протоколы не всегда укладываются в один уровень OSI, а TLS, например, по-разному относят к разным уровням. Для диагностики этой модели хватает.

Пример цепочки: вы открываете сайт. Браузер формирует HTTP-запрос (прикладной уровень), TCP доставляет его на порт 443 сервера (транспортный), IP ведет пакет через цепочку маршрутизаторов (сетевой), а Ethernet или Wi-Fi передают кадр до ближайшего устройства (канальный).

IP-адрес, маска и шлюз

Чтобы узел мог работать в IP-сети, ему нужны три параметра (обычно их выдает DHCP-сервер, чаще всего — домашний роутер):

• IP-адрес — адрес узла. В IPv4 это 32 бита, записанные четырьмя числами от 0 до 255: 192.168.1.37.
• Маска подсети — какая часть адреса обозначает сеть, а какая — узел. 255.255.255.0 то же самое, что префикс /24: первые 24 бита — номер сети.
• Шлюз по умолчанию — адрес маршрутизатора в той же сети, через который уходят пакеты в другие сети.

Для локальных сетей выделены частные диапазоны: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16. Из интернета напрямую они недоступны, наружу такие узлы выходят через трансляцию адресов (NAT) на роутере. Кроме IPv4 используется IPv6 с 128-битными адресами, но логика «адрес + префикс + шлюз» там та же.

Главное решение, которое узел принимает для каждого пакета: получатель в моей сети или нет. Если в моей — отправить напрямую, если нет — отправить шлюзу. Вот как это вычисляется модулем ipaddress из стандартной библиотеки Python:

import ipaddress

def plan(host_cidr, gateway, targets):
    iface = ipaddress.ip_interface(host_cidr)      # адрес узла + длина префикса
    net = iface.network
    gw = ipaddress.ip_address(gateway)
    print(f"Узел {iface.ip}, маска {iface.netmask}, сеть {net}")
    if gw not in net:
        print(f"  Ошибка: шлюз {gw} вне сети {net}, наружу узел не выйдет")
        return
    for dst in targets:
        if ipaddress.ip_address(dst) in net:
            print(f"  {dst:>14} -> своя сеть, отправка напрямую")
        else:
            print(f"  {dst:>14} -> чужая сеть, отправка через шлюз {gw}")

targets = ["192.168.1.200", "192.168.2.10", "203.0.113.10"]
plan("192.168.1.37/24", "192.168.1.1", targets)   # правильная настройка
plan("192.168.1.37/25", "192.168.1.1", targets)   # маска /25 вместо /24
plan("192.168.1.37/24", "192.168.0.1", targets)   # шлюз из другой сети

Результат запуска на Python 3.14:

Узел 192.168.1.37, маска 255.255.255.0, сеть 192.168.1.0/24
   192.168.1.200 -> своя сеть, отправка напрямую
    192.168.2.10 -> чужая сеть, отправка через шлюз 192.168.1.1
    203.0.113.10 -> чужая сеть, отправка через шлюз 192.168.1.1
Узел 192.168.1.37, маска 255.255.255.128, сеть 192.168.1.0/25
   192.168.1.200 -> чужая сеть, отправка через шлюз 192.168.1.1
    192.168.2.10 -> чужая сеть, отправка через шлюз 192.168.1.1
    203.0.113.10 -> чужая сеть, отправка через шлюз 192.168.1.1
Узел 192.168.1.37, маска 255.255.255.0, сеть 192.168.1.0/24
  Ошибка: шлюз 192.168.0.1 вне сети 192.168.1.0/24, наружу узел не выйдет

Что показывают три сценария:

• При маске /24 сеть — это 192.168.1.0—192.168.1.255: сосед .200 доступен напрямую, все остальное идет через шлюз.
• Маска /25 делит ту же сеть пополам (.0—.127), и узел .37 считает соседа .200 чужим. Пакеты к нему уходят шлюзу, связь становится лишним кругом через роутер или пропадает совсем — зависит от настроек маршрутизатора.
• Шлюз из другой сети недостижим: узел не может отправить ему кадр напрямую, поэтому локальная сеть работает, а интернет — нет.

Адрес 203.0.113.10 взят из диапазона, зарезервированного для документации, поэтому в примере он ни с кем реальным не пересечется.

Типичная ошибка: адрес узла вместо адреса сети

import ipaddress
print(ipaddress.ip_network("192.168.1.37/24"))

Результат:

ValueError: 192.168.1.37/24 has host bits set

ip_network ждет адрес сети (с нулевой узловой частью), а .37 — это адрес узла. Исправление: для настроек конкретного узла берите ip_interface("192.168.1.37/24").network, а если нужен именно объект сети — ip_network("192.168.1.37/24", strict=False). Оба варианта вернут 192.168.1.0/24.

Как посмотреть сетевые настройки своего компьютера

В Linux ping без -c шлет запросы бесконечно, до Ctrl+C; в Windows по умолчанию отправляет четыре. Некоторые утилиты (traceroute, dig, nc) в минимальных сборках Linux нужно доставить из пакетов.

Вывод ip -4 addr и ip route в контейнере Ubuntu 24.04 (строки сокращены):

2: eth0@if741: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 ...
    inet 172.17.0.10/16 brd 172.17.255.255 scope global eth0
default via 172.17.0.1 dev eth0
172.17.0.0/16 dev eth0 proto kernel scope link src 172.17.0.10

Читается так: адрес узла 172.17.0.10, префикс /16, шлюз по умолчанию 172.17.0.1, а вся сеть 172.17.0.0/16 доступна напрямую через интерфейс eth0.

Диагностика: ping, traceroute и что они на самом деле проверяют

ping отправляет ICMP-запрос и ждет ответ. Он проверяет, что узел достижим по IP и отвечает на ICMP, но не проверяет, что работает нужный сервис. Верно и обратное: многие серверы и фаерволы блокируют ICMP, поэтому отсутствие ответа на ping еще не значит, что узел выключен.

PING 172.17.0.1 (172.17.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 172.17.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.038 ms
64 bytes from 172.17.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.143 ms

--- 172.17.0.1 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1020ms

Главное в выводе: packet loss (доля потерянных пакетов) и time (время туда и обратно). В проводной LAN это обычно доли миллисекунды или единицы миллисекунд, до серверов в других странах — десятки и сотни, в зависимости от расстояния и загрузки каналов.

traceroute (в Windows — tracert) показывает маршрутизаторы по пути. Утилита шлет пакеты с растущим TTL, и каждый маршрутизатор, на котором TTL обнулился, сообщает о себе. Строка * * * значит, что этот узел не ответил, а не обязательно обрыв:

traceroute to 1.1.1.1 (1.1.1.1), 5 hops max, 60 byte packets
 1  172.17.0.1  0.017 ms  0.009 ms  0.003 ms
 2  * * *
 3  * * *

Первый шаг — шлюз контейнера, дальше узлы виртуальной сети на пробы не отвечают. В Linux и macOS traceroute по умолчанию шлет UDP-пакеты, а Windows tracert — ICMP, поэтому результаты с разных систем могут отличаться.

Порядок проверки, если «нет интернета»

Идите снизу вверх по уровням, каждый шаг сужает зону поиска:

1. Есть ли подключение: кабель, Wi-Fi, индикатор на интерфейсе (ip addr: статус UP).
2. Есть ли корректный адрес, маска и шлюз (ipconfig /all или ip addr и ip route).
3. Отвечает ли шлюз: ping <адрес шлюза>.
4. Идут ли пакеты за пределы сети: ping по IP-адресу внешнего узла, traceroute до него.
5. Работает ли DNS: nslookup example.com.
6. Открыт ли нужный порт сервиса: nc -vz <узел> 443 или Test-NetConnection.

Последние две строки — реальные ответы утилит в Ubuntu 24.04: ping: nonexistent-host.invalid: Name or service not known и nc: connect to 127.0.0.1 port 8080 (tcp) failed: Connection refused.

Про безопасность: все команды выше только читают состояние и ничего не меняют. Не отключайте фаервол «для проверки» и не сканируйте порты чужих узлов без разрешения владельца — в корпоративной сети это воспринимается как атака.

Выводы

• Компьютерная сеть — узлы, каналы и оборудование, которые обмениваются данными по протоколам; коммутатор связывает устройства внутри сети, маршрутизатор — разные сети.
• По масштабу выделяют PAN, LAN, MAN и WAN; WLAN — беспроводная LAN, а не отдельный масштаб. Большинство современных LAN построены звездой или деревом вокруг коммутаторов.
• OSI — справочная модель из семи уровней, TCP/IP — рабочий стек интернета из четырех.
• По IP-адресу и маске узел решает, отправить пакет напрямую или шлюзу; ошибка в маске или шлюзе ломает связь частично или полностью.
• Диагностику ведите снизу вверх: интерфейс, адрес, шлюз, внешний IP, DNS, порт. Ping и traceroute проверяют достижимость по IP, но не работу сервиса.

Где применяется / связь с практикой

Адресация и маршрутизация нужны не только сетевым инженерам: разработчик выясняет, почему контейнер не видит базу, тестировщик — почему API отвечает по IP, но не по имени.

FAQ

Чем интернет отличается от локальной сети?
Локальная сеть объединяет устройства одной организации или квартиры, интернет — это глобальная сеть, связывающая сети множества независимых операторов. Домашняя LAN выходит в интернет через роутер провайдера.

Нужен ли IPv6, если все работает на IPv4?
Адресов IPv4 не хватает на все устройства, поэтому операторы переходят на IPv6, и у многих провайдеров он уже включен. Узел может работать сразу с обоими протоколами.

Можно ли узнать внешний IP-адрес командой ipconfig или ip addr?
Обычно нет: они показывают адрес узла в локальной сети (часто частный, вида 192.168.x.x). Внешний адрес принадлежит роутеру или оборудованию провайдера после NAT, его видят сервисы в интернете.