కంప్యూటర్ నెట్‌వర్క్‌లు – LAN, WAN (Networks)

రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కంప్యూటర్లను కలిపి, సమాచారాన్ని, ప్రింటర్ వంటి వనరులను పంచుకునేలా చేయడాన్ని కంప్యూటర్ నెట్‌వర్క్ (Computer Network) అంటారు. నెట్‌వర్క్ ఎంత ప్రాంతాన్ని కవర్ చేస్తుందో దాన్ని బట్టి రకాలు ఉంటాయి.

• PAN (Personal Area Network): మన చుట్టూ కొద్ది మీటర్ల పరిధి. ఉదా: మొబైల్‌ను బ్లూటూత్ హెడ్‌ఫోన్‌తో కలపడం.
• LAN (Local Area Network): ఒకే భవనం, పాఠశాల, ఆఫీసు లేదా కంప్యూటర్ ల్యాబ్ లాంటి చిన్న ప్రాంతం. వేగం ఎక్కువ, ఖర్చు తక్కువ.
• CAN (Campus Area Network): కళాశాల లేదా విశ్వవిద్యాలయ ప్రాంగణం – అనేక LAN ల కలయిక.
• MAN (Metropolitan Area Network): ఒక నగరం పరిధి. ఉదా: కేబుల్ టీవీ నెట్‌వర్క్, నగరంలోని బ్యాంక్ శాఖల నెట్‌వర్క్.
• WAN (Wide Area Network): దేశాలు, ఖండాల వరకు విస్తరించే పెద్ద నెట్‌వర్క్.
• ఇంటర్నెట్ (Internet) ప్రపంచంలో అతిపెద్ద WAN.
• ATM నెట్‌వర్క్, రైల్వే రిజర్వేషన్ వ్యవస్థ కూడా WAN కు ఉదాహరణలు.
• WLAN: వైర్‌లెస్ LAN – Wi-Fi ద్వారా పనిచేసే LAN.

పరిధి క్రమం (చిన్నది నుండి పెద్దది) PAN < LAN < CAN < MAN < WAN.

క్లయింట్–సర్వర్ & పీర్-టు-పీర్

• క్లయింట్–సర్వర్ (Client–Server):
  1. సేవలు అందించే శక్తివంతమైన కంప్యూటర్ సర్వర్
  2. సేవలు అడిగేవి క్లయింట్లు.
• పీర్-టు-పీర్ (Peer-to-Peer): అన్ని కంప్యూటర్లు సమాన హోదాలో ఉంటాయి, ప్రత్యేక సర్వర్ ఉండదు.

కంప్యూటర్లు ఒకదానికొకటి ఏ ఆకారంలో కలిసి ఉన్నాయో చెప్పే అమరికను టోపాలజీ (Topology) అంటారు. ప్రతి టోపాలజీకి కొన్ని లాభనష్టాలు ఉంటాయి.

• బస్ టోపాలజీ (Bus): అన్ని కంప్యూటర్లు ఒకే ప్రధాన కేబుల్ (backbone) కు కలుస్తాయి.
• చవక, తక్కువ కేబుల్ చాలు.
• ప్రధాన కేబుల్ తెగితే మొత్తం నెట్‌వర్క్ ఆగిపోతుంది.
• స్టార్ టోపాలజీ (Star): అన్ని కంప్యూటర్లు మధ్యలో ఉన్న హబ్ లేదా స్విచ్‌కు కలుస్తాయి.
• ఇప్పుడు ఎక్కువగా వాడే టోపాలజీ. ఒక కంప్యూటర్ చెడిపోయినా మిగతావి పనిచేస్తాయి.
• మధ్య పరికరం (హబ్/స్విచ్) చెడిపోతే నెట్‌వర్క్ ఆగుతుంది.
• రింగ్ టోపాలజీ (Ring):
  1. కంప్యూటర్లు వృత్తాకారంగా కలుస్తాయి
  2. సమాచారం ఒకే దిశలో తిరుగుతుంది.
• మెష్ టోపాలజీ (Mesh): ప్రతి కంప్యూటర్ మిగతా అన్నింటికీ నేరుగా కలుస్తుంది.
• చాలా నమ్మకమైనది, కానీ ఖర్చు ఎక్కువ.
• n కంప్యూటర్లకు కావలసిన లింకులు = n(n–1)/2.
• ట్రీ టోపాలజీ (Tree): స్టార్ టోపాలజీలను బస్‌తో కలిపిన చెట్టు ఆకారం.
• హైబ్రిడ్ టోపాలజీ (Hybrid): రెండు లేదా ఎక్కువ టోపాలజీల కలయిక.

నెట్‌వర్క్‌ను ఏర్పాటు చేయడానికి, నడపడానికి కొన్ని ప్రత్యేక పరికరాలు కావాలి. ఏ పరికరం ఏ పని చేస్తుందో పరీక్షల్లో తరచూ అడుగుతారు.

• NIC (Network Interface Card): కంప్యూటర్‌ను నెట్‌వర్క్‌కు కలిపే కార్డు. దీనికి ప్రత్యేక MAC అడ్రస్ ఉంటుంది.
• మోడెమ్ (Modem): Modulator + Demodulator. కంప్యూటర్ డిజిటల్ సంకేతాలను ఫోన్/కేబుల్ లైన్‌కు అనుకూలమైన అనలాగ్ సంకేతాలుగా మార్చి, తిరిగి డిజిటల్‌గా మారుస్తుంది.
• హబ్ (Hub): వచ్చిన సమాచారాన్ని కలిసి ఉన్న అన్ని కంప్యూటర్లకు పంపుతుంది. తెలివి తక్కువ పరికరం.
• స్విచ్ (Switch): సమాచారాన్ని కేవలం కావలసిన కంప్యూటర్‌కే పంపుతుంది. హబ్ కంటే తెలివైనది, వేగవంతమైనది.
• రిపీటర్ (Repeater): బలహీనపడిన సిగ్నల్‌ను బలపరిచి దూరం పెంచుతుంది.
• బ్రిడ్జ్ (Bridge): రెండు LAN లను కలుపుతుంది.
• రౌటర్ (Router):
  1. వేర్వేరు నెట్‌వర్క్‌లను కలుపుతుంది
  2. డేటా ప్యాకెట్లకు ఉత్తమ దారి (path) ఎంచుకుంటుంది. ఇంటి Wi-Fi రౌటర్ కూడా ఇదే.
• గేట్‌వే (Gateway):
  1. వేర్వేరు ప్రోటోకాల్స్ ఉన్న నెట్‌వర్క్‌లను కలిపే పరికరం
  2. నెట్‌వర్క్ ప్రవేశ ద్వారం.
• ఫైర్‌వాల్ (Firewall): అనుమతి లేని ట్రాఫిక్‌ను అడ్డుకునే భద్రతా వ్యవస్థ.
• యాక్సెస్ పాయింట్ (Access Point): వైర్‌లెస్ పరికరాలను నెట్‌వర్క్‌కు కలుపుతుంది.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా హబ్ = అందరికీ చెప్పేది (broadcast). స్విచ్ = ఒక్కరికే చెప్పేది. రౌటర్ = నెట్‌వర్క్‌ల మధ్య దారి చూపేది.

నెట్‌వర్క్‌లో సమాచారం ఎలా వెళ్తుందో అర్థం చేసుకోవడానికి వేసిన నమూనాను OSI మోడల్ (Open Systems Interconnection) అంటారు. దీన్ని ISO (International Organization for Standardization) రూపొందించింది. ఇందులో 7 పొరలు (layers) ఉంటాయి.

• పైనుండి కిందికి 7 పొరలు:
  1. 7. అప్లికేషన్ (Application)
  2. 6. ప్రెజెంటేషన్ (Presentation)
  3. 5. సెషన్ (Session)
  4. 4. ట్రాన్స్‌పోర్ట్ (Transport)
  5. 3. నెట్‌వర్క్ (Network)
  6. 2. డేటా లింక్ (Data Link)
  7. 1. ఫిజికల్ (Physical)
• ఫిజికల్ పొర: కేబుల్స్, సిగ్నల్స్, బిట్స్ (0, 1).
• డేటా లింక్ పొర:
  1. ఫ్రేమ్స్, MAC అడ్రస్
  2. స్విచ్ ఇక్కడ పనిచేస్తుంది.
• నెట్‌వర్క్ పొర:
  1. IP అడ్రస్, రూటింగ్
  2. రౌటర్ ఇక్కడ పనిచేస్తుంది.
• ట్రాన్స్‌పోర్ట్ పొర:
  1. TCP, UDP
  2. డేటా సరిగా చేరేలా చూస్తుంది.
• అప్లికేషన్ పొర:
  1. HTTP, FTP, SMTP వంటివి
  2. వినియోగదారుకు దగ్గరగా ఉన్న పొర.
• TCP/IP మోడల్:
  1. ఇంటర్నెట్ నిజంగా ఉపయోగించే మోడల్
  2. 4 పొరలు – Application, Transport, Internet, Network Access.

గుర్తుంచుకునే చిట్కా కింది నుండి పైకి: 'Please Do Not Throw Sausage Pizza Away' (Physical, Data link, Network, Transport, Session, Presentation, Application).

సమాచారం ఒక చోట నుండి మరో చోటికి వెళ్లే మార్గాన్ని ట్రాన్స్‌మిషన్ మీడియా (Transmission Media) అంటారు. ఇది వైర్‌తో ఉంటే గైడెడ్, గాలిలో వెళ్తే అన్‌గైడెడ్.

• గైడెడ్ మీడియా (Wired):
  1. ట్విస్టెడ్ పెయిర్ (Twisted Pair): ఫోన్, LAN కేబుల్స్ (Ethernet). చవక.
  2. కోయాక్సియల్ కేబుల్ (Coaxial): కేబుల్ టీవీలో వాడతారు.
  3. ఆప్టికల్ ఫైబర్ (Optical Fibre): కాంతి సంకేతాలతో సమాచారం పంపుతుంది. అత్యంత వేగం, అత్యధిక బ్యాండ్‌విడ్త్, ఎక్కువ దూరం, హాకింగ్ కష్టం.
• అన్‌గైడెడ్ మీడియా (Wireless): రేడియో తరంగాలు, మైక్రోవేవ్, ఇన్‌ఫ్రారెడ్, బ్లూటూత్, Wi-Fi, ఉపగ్రహం (Satellite).
• ట్రాన్స్‌మిషన్ మోడ్‌లు:
  1. సింప్లెక్స్ (Simplex): ఒకే దిశ. ఉదా: రేడియో, టీవీ ప్రసారం, కీబోర్డ్ నుండి కంప్యూటర్‌కు.
  2. హాఫ్ డ్యూప్లెక్స్ (Half Duplex): రెండు దిశలు, కానీ ఒకసారి ఒక వైపే. ఉదా: వాకీ-టాకీ.
  3. ఫుల్ డ్యూప్లెక్స్ (Full Duplex): ఒకేసారి రెండు దిశలు. ఉదా: ఫోన్ సంభాషణ.
• బ్యాండ్‌విడ్త్ (Bandwidth):
  1. ఒక సెకనులో పంపగలిగే డేటా సామర్థ్యం
  2. bps (bits per second), Kbps, Mbps, Gbps లో కొలుస్తారు.

నెట్‌వర్క్‌లో ప్రతి పరికరాన్ని గుర్తించడానికి ప్రత్యేక చిరునామాలు ఉంటాయి. ఇంటి చిరునామా లాగే కంప్యూటర్‌కు IP అడ్రస్, పరికరానికి MAC అడ్రస్ ఉంటాయి.

• IP అడ్రస్ (Internet Protocol Address): నెట్‌వర్క్‌లో పరికరం యొక్క తార్కిక (logical) చిరునామా.
• IPv4:
  1. 32 బిట్లు
  2. నాలుగు సంఖ్యలు చుక్కలతో (ఉదా: 192.168.1.1)
  3. ప్రతి సంఖ్య 0 నుండి 255.
• IPv6:
  1. 128 బిట్లు
  2. IPv4 అడ్రస్‌లు సరిపోక వచ్చింది
  3. హెక్సాడెసిమల్‌లో రాస్తారు.
• IPv4 క్లాసులు:
  1. క్లాస్ A: మొదటి సంఖ్య 1–126 (పెద్ద నెట్‌వర్క్‌లు)
  2. క్లాస్ B: 128–191
  3. క్లాస్ C: 192–223 (చిన్న నెట్‌వర్క్‌లు)
  4. క్లాస్ D: 224–239 (మల్టీకాస్ట్)
  5. క్లాస్ E: 240–255 (ప్రయోగాలకు రిజర్వ్)
• 127.0.0.1: లూప్‌బ్యాక్ అడ్రస్ (localhost) – కంప్యూటర్ తనను తానే సంప్రదించడానికి.
• MAC అడ్రస్ (Media Access Control):
  1. NIC కు తయారీ సమయంలో ఇచ్చే 48 బిట్ల భౌతిక (physical) చిరునామా
  2. సాధారణంగా మార్చరు.
• DNS (Domain Name System): google.com లాంటి పేర్లను IP అడ్రస్‌లుగా మార్చే ఇంటర్నెట్ ఫోన్‌బుక్.
• DHCP: పరికరాలకు IP అడ్రస్‌ను ఆటోమేటిక్‌గా కేటాయిస్తుంది.
• సబ్‌నెట్ మాస్క్ (Subnet Mask): IP అడ్రస్‌లోని నెట్‌వర్క్ భాగాన్ని, హోస్ట్ భాగాన్ని వేరు చేస్తుంది.