Глобальная компьютерная сеть Internet
3.7. Глобальная компьютерная сеть INTERNET
История создания Internet
Около 20 лет назад Министерство Обороны США создало сеть, которая явилась прародительницей Internet – она называлась ARPAnet. ARPAnet создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, в частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям и способных в критических условиях продолжать нормальное функционирование. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер мог связаться как равный с равным с любым другим компьютером.
Передача данных в сети была организована на основе протокола Internet (IP). Протокол IP - это свод правил по работе сети. Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети.
Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети, такие как Ethernet и др. На большинстве рабочих станций ЛВС была установлена Операционная Система UNIX, которая имела возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). Появились организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие протокол IP. Возникла потребность: подключения ЛВС к ARPAnet.
Одной из сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (NSF) США. В конце 80-х NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях. Однако попытка использовать для организации связи коммуникации ARPAnet потерпела крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. В результате NSF построил собственную сеть, основанную на IP технологии. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Kbps. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло использовать множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Поток сообщений в сети нарастал и в конечном итоге перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии.
В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и управляющие суперкомпьютеры.
Потребности пользователей Internet продолжают расти. Большинство высших учебных заведений США и Западной Европы уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и начальные школы. Пользователи сети прекрасно понимают преимущества, которые дает Internet. Вся это приводит к непрерывному росту сети, развитию технологий и системы безопасности сети.
Основы устройства и функционирования Internet
Рекомендуемые материалы
Это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый этап в развитии информационной революции конца 20 столетия. Сеть позволяет решить следующие проблемы:
· практически неограниченные возможности передачи и распространения информации;
· удаленный доступ к огромным массивам накопленных информационных ресурсов;
· общение между пользователями компьютерных сетей в различных странах мира.
Число пользователей INTERNET в мире строго подсчитать невозможно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколько десятков миллионов человек. По одной из методик подсчета количество хост-компьютеров, подключенных к INTERNET, в январе 1996 года превысило 9,5 млн., и этот показатель в последнее время ежегодно удваивался. Число пользователей в России, работающих в режиме on-line, превысило стотысячный рубеж, число хост-компьютеров составляет несколько десятков тысяч.
INTERNET представляет собой всемирное объединение взаимосвязанных компьютерных сетей. Использование общих протоколов семейства TCP/IP и единого адресного пространства позволяет говорить об INTERNET как о единой глобальной “метасети”, или “сети сетей”. При работе на компьютере, имеющем подключение к INTERNET, можно установит связь с любым другим подключенным к Сети компьютером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного прикладного сервиса INTERNET (WWW, FTP, E-mail и др.).
Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети получает доступ к глобальной сети INTERNET благодаря установлению соединения (постоянного или сеансового) с компьютером сервис-провайдера - организации, сеть которой имеет постоянное подключение к INTERNET и представляет услуги другим организациям и отдельным пользователям. Региональный сервис-провайдер, работающий с конечными пользователями, подключается, в свою очередь, к более крупному сервис-провайдеру – сети национального масштаба, имеющей узлы в различных городах страны или даже в нескольких странах. Национальные сети получают доступ в глобальный INTERNET благодаря подключению к международным сервис-провайдерам – сетям входящим в мировую магистральную инфраструктуру INTERNET. Кроме того, региональные и национальные сервис-провайдеры, как правило, устанавливают соединения между собой и организуют обмен трафиком между своими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.
Темпы развития INTERNET в той или иной стране во многом определяются развитием национальной инфраструктуры IP-сетей (компьютерных сетей, построенных на основе протоколов TCP/IP), включающей магистральные каналы передачи данных внутри страны, внешние каналы связи с зарубежными сетями и узлы в различных регионах страны. Степень развитости этой инфраструктуры, характеристики каналов передачи данных, наличие достаточного количества местных сервис-провайдеров определяют условия работы конечных пользователей INTERNET и оказывают существенное влияние на качество предоставляемых услуг.
Пользователь, получивший полный доступ в INTERNET, становится равноправным членом этого мирового сообщества и, вообще говоря, может не интересоваться тем, какие региональные и национальные сервис-провайдеры предоставляют этот доступ.
Internet – организация с полностью добровольным участием. Высшая власть принадлежит ISOC (Internet Society). ISOC - общество с добровольным членством. Его цель - способствовать глобальному обмену информацией через Internet. ISOC назначает совет старейшин, который отвечает за техническую политику, поддержку и управление Internet.
Совет старейшин представляет собой группу приглашенных добровольцев, называемую IAB (Совет по архитектуре Internet.). IAB регулярно собирается, чтобы утвердить стандарты и распределить ресурсы, такие, например, как сетевые адреса.
Пользователи Internet высказывают свои замечания и предложения на встречах IETF (Оперативного инженерного отряда Internet). IETF - это добровольная организация; которая регулярно собирается, чтобы обсудить текущие эксплуатационные и технические проблемы. Для решения важных проблем IETF создаются рабочие группы. По результатам исследования рабочая группа обычно выпускает доклад.
За Internet никто централизовано не платит: каждая сеть или пользователь платит за свою часть. Так, например, NSF платит за содержание NSFNET, а NASA платит за Научную Сеть NASA (NASA Science Internet). Организации платят за подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба и т.д.
Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Такой центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы.
Архитектура сетевых протоколов TCP/IP, на базе которых построена Internet, предназначена специально для объединенной сети. Сеть может состоять из совершенно разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут выступать самые разные локальные сети (Token Ring, Ethernet, пакетные радиосети и т.п.), различные национальные, региональные и специализированные сети (например, HELPnet), а также другие глобальные сети, такие, например, как Sprint. К этим сетям могут подключаться машины совершенно разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу связи.
Доступ в Internet, как уже упоминалось выше, получают через поставщиков услуг (сервис-провайдеров). Поставщики эти продают различные виды услуг, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Персональный доступ в Internet, особенно в России, пока что достаточно дорогое удовольствие, однако многие организации, особенно институты, уже имеют доступ в Internet. В этом случае пользователю не надо будет платить денег из своего кармана, не надо будет иметь дело с поставщиками услуг и т.д.
Имеются возможности получить доступ в Internet не через прямых распространителей, т.е. без лишних затрат. Одна из таких возможностей – служба, называемая Freenet, т.е. бесплатная сеть. Это информационная система, основанная соответствующим сообществом, и обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.
Уровни сети Internet
Пересылка битов в Internet происходит на физическом уровне схемы ISO OSI. Попытка дать краткое и доступное описание затруднительна. Потребуется введение большого количества специальных терминов, понятий, описаний процессов на физическом уровне и т.д. Для понимания работы сети это необязательно. Можно считать, что просто имеется канал, по которому из конца в конец перекачиваются биты.
Организации блочной, символьной передачи, обеспечение надежной пересылки происходит на других уровнях модели ISO OSI. Функции канального уровня в Internet распределены по другим уровням, но не выше транспортного. В этом смысле Internet не совсем соответствует стандарту ISO. Канальный уровень Internet занимается только разбиением потока битов на символы и кадры и передачей полученных данных на следующий уровень.
Сеть Internet состоит, в основном, из выделенных телефонных линий. Однако модель телефонной сети не отражает адекватно ее структуру и работу. Телефонная сеть – это сеть с коммутацией каналов, т.е. на все время сеанса связи имеется физическое соединение с абонентом. При этом пользователю выделяется часть сети, которая для других уже не доступна. Это приводит к нерациональному использованию линий сети. Internet является сетью с коммутацией пакетов, что принципиально отличается от сети с коммутацией каналов.
Наглядным примером сети с коммутацией пакетов является почта. Модель почты достаточно точно отражает суть работы и структуры Internet, и ею часто пользуются. Компьютерные сети, которые в концептуальном плане наследуют принцип организации почтовой связи, называются дейтаграммными сетями.
Протокол Internet (IP)
Internet аккуратно передает данные в различные точки, разбросанные по всему миру. Забота об этом возложена на сетевой ровень в эталонной модели ISO OSI.
Различные части Internet соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются узлами. Узлы – аналоги почтовых отделений, где принимается решение, как перемещать пакеты по сети, точно так же, как в почтовом узле намечается дальнейший путь почтового конверта. Каждый узел не имеет непосредственных прямых связей со всеми остальными узлами.
Для работы такой системы требуется, чтобы каждый узел знал об имеющихся связях и о том, на какой из ближайших узлов оптимально следует передать адресованный пакет. В Internet узлы выясняют, куда следует пакет данных, решают, куда его дальше отправить и отправляют. Такой процесс называется маршрутизацией.
Для осуществления маршрутизации составляются таблицы маршрутизации. В Internet составление и модификация таблиц маршрутизации определяются соответствующими протоколами: ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First). Узлы, занимающиеся маршрутизацией, называются маршрутизаторами.
В Internet имеется набор правил по обращению с пакетами. Протокол Internet (IP) берет на себя заботы по адресации и по подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с данными по пути их следования. Суть работы протокола IP аналогична правилам обработки почтового конверта. В начало каждого пакета помещается заголовок, несущий информацию об адресате сети. Чтобы определить, куда и как доставить пакет данных, этой информации достаточно.
Адрес в Internet состоит из 4 байт. При записи байты отделяются друг от друга точками: 111.22.345.99 или 3.33.33.3 . По сути адрес состоит из нескольких частей. Начало адреса говорит о том, частью какой из сетей является отправитель. Правый конец адреса говорит о том, какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Internet имеет в этой схеме уникальный адрес, аналогично обычному почтовому индексу. Существует несколько типов адресов Internet, которые по-разному делят адрес на поля номера сети и номера узла, и от типа такого деления зависит количество возможных различных сетей и машин в таких сетях.
Пересылаемая по сетям IP информация делится на части, раскладываемые в отдельные пакеты. Длина информации внутри одного пакета обычно составляет от 1 до 1500 байт. При таком подходе всем пользователям предоставляются примерно равные права. Поэтому, чем больше пользователей одновременно пользуется сетью, тем медленнее она работает с каждым пользователем.
Протокола IP вполне достаточно для работы в Internet. Данные, помещенные в оболочку IP, содержат всю необходимую информацию для передачи их с компьютера пользователя получателю. Однако при пересылке информации с использованием протокола IP имеет место ряд проблем, которые необходимо решать:
· большинство сообщений превышает длину в 1500 символов, т.е. допустимый размер одного пакета;
· пакеты в сообщении могут следовать в последовательности, отличной от их исходного порядка;
· возможны ошибки в передаче пакетов.
Следующие уровни сети Internet должны обеспечить пересылку больших массивов информации и устранить ошибки, которые возникают в процессе передачи.
Для этого создается программное обеспечение, которое понимает язык команд, выдает сообщения об ошибках, подсказки, использует для адресации сетевых компьютеров при общении с пользователем обычные имена, а не числа и т.д., т.е. повышает уровень удобства работы в сети. В модели ISO OSI над этим работают уровни выше транспортного, т.е. сеансовый, представления данных и прикладной.
Приложения Internet – это составляющие части программного обеспечения. Их создают на основе сервиса TCP или UDP. Приложения позволяют пользователю достаточно просто справиться с возникшей проблемой, не вдаваясь в подробности технического устройства сети, протоколов и т.п.
Существует несколько стандартных приложений, или служб Internet: удаленный доступ (telnet), передача файлов, электронная почта (E-mail) и т.д., которые далее будут рассмотрены подробнее. Наряду с ними используются и другие, нестандартные приложения.
Службы Internet
В этом разделе будут рассмотрены самые популярные службы Internet. Эти приложения поддерживаются стандартом. Статистические данные показывают частоту использования того или иного протокола Internet, т.е. в некотором смысле, его популярность.
Удаленный доступ (telnet)
Удаленный доступ – работа на удаленном компьютере в режиме, когда компьютер пользователя эмулирует терминал удаленного компьютера, т.е. на своем рабочем месте можно делать то же, что и с обычного терминала удаленной машины. Находясь, например, в России, можно работать на суперкомпьютере в США так, как если бы он стоял рядом.
Начать сеанс удаленного доступа можно, подав соответствующую команду и указав имя машины, с которой хотят работать. Сеанс обеспечивается совместной работой программного обеспечения удаленного компьютера и компьютера пользователя. Они устанавливают TCP-связь и общаются через TCP и UDP пакеты.
Для пользования службой telnet необходимо иметь доступ в Internet класса не ниже dial-up.
Электронная почта (E-mail)
Одна из самых популярных на сегодняшний день Internet-служб. По разным оценки в мире насчитывается более 50 миллионов пользователей электронной почты. В то же время, мировой трафик электронной почты занимает только около 5% всего сетевого.
Популярность E-mail в России объясняется как тем, что большинство подключений имеют класс dial-up(с модема), так и тем, что E-mail доступна при любом виде доступа к Internet.
E-mail (Electronic mail) – электронный аналог обычной почты. С ее помощью можно посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, автоматически отвечать на письма корреспондентов, используя их адреса, рассылать копии писем нескольким получателям, переправлять полученное письмо по другому адресу, включать в письма файлы разных типов, вести подобие дискуссий с группой корреспондентов и т.д. Можете посылать почту через шлюза в сопредельные сети.
Служба E-mail позволяет получить доступ к услугам других служб, например ftp, Whois, WWW и т.п. Существует множество серверов, поддерживающих такие услуги. В адрес такой службы посылается E-mail, содержащий команды этой службы, а в ответ по E-mail приходит необходимый файл. В таком режиме возможно использование почти всего набора команд службы ftp.
E-mail дает возможность проводить телеконференции и дискуссии. Для этого используется специальное программное обеспечение – рефлекторы почты, установленное на некоторых узловых машинах сети. Рефлектор почты по получении электронных писем рассылает их копии всем подписчикам.
Доски объявлений (USENET news)
Эта служба дает возможность читать и посылать сообщения в открытые дискуссионные группы. По сути она представляет собой сетевой вариант досок объявлений (BBS: Bulletin Board System), изначально работавших на машинах с модемным доступом. Сообщения адресуются широкой публике, а не конкретному адресату и могут иметь совершенно разный характер.
Узлы сети, занимающиеся обслуживанием системы новостей, по получении пакета новостей рассылают его своим соседям, так что получается широковещание, обеспечивающее быструю рассылку новостей по всей сети.
После установки клиентской программы службы Usenet на компьютере пользователя создается список дискуссионных групп, в которых он хочет участвовать и чьи бюллетени новостей он будет получать постоянно.
Поиск данных и программ (Archie)
Эта служба регулярно собирает с анонимных ftp-серверов информацию о содержащихся там файлах. Она позволяет производить поиск по названиям файлов и директорий и по описательным файлам, а именно по словам, там содержащимся. Искать можно по имени, по шаблону, по смысловым словам, которые могут содержаться в описании файла или программы.
Доступ к Archie осуществляется через особые Archie-серверы, Использование службы Archie требует наличие Internet-доступа класса dial-up. Help также доступен по электронной почте.
Служба Gopher
Служба Gopher интегрирует практически все возможности Internet. Она позволяет в удобной форме пользоваться всеми услугами, предоставляемыми сетью. Организована оболочка в виде множества вложенных на разную глубину меню, так что остается только выбрать нужный пункт и нажать ввод. В такой форме имеется доступ к сеансам telnet, ftp, и E-mail и т.д.
Gopher-серверы получили широкое распространение. Их трафик составляет около 2% от общего трафика в сети. С одного сервера можно войти в другие.
Gopher должен быть установлен непосредственно на рабочем компьютере пользователя и он сугубо интерактивен, при этом доступ в Internet должен быть не хуже доступа по вызову.
13 - Биомы островов - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
Всемирная паутина World Wide Web (WWW)
Гипертекст представляет из себя текст со вставленными в него командами разметки, организующим ссылки на связанные места данного текста, других документов, рисунки, файлы и т.д. При просмотре гипертекста в программе- броузере, которая обрабатывает ссылки и выполняет соответствующие действия, в тексте видны выделенные подсветкой слова. Если навести на них курсор и нажать на клавишу ввода или на кнопку мыши, то высветится содержимое ссылки.
В WWW по ссылкам можно попасть в текст другого документа, выполнить какое-нибудь действие или программу и т.д. Cсылаться можно на данные на других машинах в любом месте сети, тогда при активации этой ссылки эти данные автоматически передадутся на исходную машину и вы увидите на экране текст, данные, картинку, а если провести в жизнь идею мультимедиа, то и звук услышите, музыку, речь. В рамках службы WWW можно получать доступ ко всем другим службам: telnet, E-mail, ftp, Gopher, Archie, USENET и т.п.
По возможностям WWW напоминает Gopher, однако это принципиально другая служба. В Gopher имеется жесткая структура меню. В WWW документ, может иметь гипертекстовую структуру любой степени сложности. Пользователь может сам организовать структуры типа меню в гипертексте.
Имея редактор гипертекстов, который поддерживает язык HTML, можно создать любую структуру рабочей среды, включая документацию, файлы, данные, рисунки, программное обеспечение и т.д. Создание гипертекстовых редакторов с дружественным интерфейсом является одной из основных проблем WWW.
Работать с WWW имеет смысл лишь на быстрых линиях. Использование WWW на медленных линиях – слишком дорогое удовольствие. К тому же, WWW требует доступа в сеть в режиме on-line.
