Краткий экскурс в теорию сетей
Краткий экскурс в теорию сетей
Современный Интернет — весьма сложная и высокотехнологичная система, позволяющая пользователю общаться с людьми, находящимися в любой точке земного шара, быстро и комфортно отыскивать любую необходимую информацию, публиковать для всеобщего сведения данные, которые он хотел бы сообщить всему миру. С помощью Интернета можно найти себе подходящую работу и расширить круг знакомств, обсудить интересующие вас темы и просто приятно провести время. Даже если вы уже имеете опыт работы во Всемирной сети и умеете обращаться с соответствующим программным обеспечением, теоретические вопросы, освещенные в рамках данной главы, наверняка будут вам полезны, поскольку эта глава содержит необходимый комплекс терминов и понятий, которыми мы будем оперировать в последующих разделах.
Как появился Интернет
В конце далеких семидесятых годов Министерство обороны США задалось идеей создать электронную сеть, с помощью которой компьютеры военных штабов и командных пунктов могли бы успешно обмениваться информацией. Сеть была спроектирована, исходя из принципа малой надежности, то есть таким образом, что продолжала бы исправно перекачивать информацию между компьютерами, даже когда отдельные ее участки могли неожиданно исчезнуть. Исследования, проведенные в рамках этого проекта, были профинансированы Управлением перспективных научных разработок США(Advanced Research Project Agency, ARPA), и в 1968 году такая система была создана. В честь «спонсоров», вложивших весьма внушительный капитал в развитие первой в мире полнофункциональной вычислительной сети, ей дали краткое и звучное название ARPAnet.
Возникновение данной электронной сети осталось бы не замеченным, или этот факт забылся бы со временем, если бы не несколько концептуальных особенностей, заложенных в ее проект. Во-первых, все компьютеры, входящие в сеть, общались между собой «на равных», то есть в ARPAnet не существовало структуры «главный компьютер — подчиненный компьютер». Во-вторых, в качестве основного сетевого протокола ARPAnet был принят межсетевой протокол IP.
ПРИМЕЧАНИЕ Сетевым протоколом называется согласованный и утвержденный стандарт, содержащий описание правил приема и передачи между двумя компьютерами команд, текста, графики, иных данных и служащий для синхронизации работы нескольких вычислительных машин в сети.
Другими словами, межсетевой протокол — это некий «свод законов для компьютеров», набор правил, позволяющий нескольким машинам обмениваться данными посредством сетевых коммуникаций. Именно протокол IP стал впоследствии главным протоколом Всемирной сети Интернет.
Межсетевой протокол IP (Internet Protocol) является универсальным кроссплатформенным стандартом, позволяющим объединять в сеть разнородные вычислительные машины, работающие под управлением различных операционных систем. Важно лишь, чтобы все эти системы поддерживали протокол IP. В начале восьмидесятых годов Национальный научный фонд США (NationalScience Foundation) создал пять локальных сетей, соединив в единый комплекс их центральные компьютеры — сетевые рабочие станции. Эти системы, как и ARPAnet, использовали протокол обмена данными IP. Согласно заложенной в данный проект идее планировалось объединить большинство американских исследовательских центров в глобальную информационную систему, создав свое- образную «сеть сетей» (Internetwork, сокращенно — Internet). Эта система должна была содержать самую свежую, постоянно обновляющуюся информацию о научных исследованиях изыскательских учреждений США. По замыслу Национального научного фонда, появление такой сети позволило бы большинству исследовательских институтов Америки иметь быстрый доступ к самым со- временным разработкам ученых. А вот получилось из этой идеи совсем не то, что планировали ее авторы.
Рекомендуемые материалы
Многочисленные коммерческие организации, имеющие к науке отношение весьма далекое, в духе времени стали создавать собственные локальные сети, связывавшие между собой, например, отдел продаж, приемную совета директоров и бухгалтерию. Это было очень удобно: информация передавалась через коммуникационные линии мгновенно и практически никогда не терялась. Ученые же встали перед сложной проблемой: соединять в сеть университеты, находящиеся в разных штатах, было слишком разорительно — чересчур много специального кабеля пришлось бы проложить под землей (к тому времени обычные телефонные линии уже не обеспечивали должной скорости передачи данных). Пришлось, умерив гордыню, идти к коммерсантам с предложением соединить между собой ближайшие, расположенные в соседних домах локальные сети, связав проводом сетевые станции подсетей двух фирм. При такой схеме информация могла бы передаваться от одного компьютера к другому через ближайших соседей. Коммерсанты с радостью согласились — не могли же они упустить уникальную возможность обмениваться документами и биржевыми котировками с партнерами в других городах, причем по цене платы за электроэнергию! Связь быстро была установлена. Кто-то соединил кабелем компьютер, расположенный в США, с сетевой станцией в Канаде, к которой, в свою очередь, стали подключаться местные локальные сети, С появлением специализированных спутников открылась возможность ретранслировать информационный сигнал через океан, благодаря чему вскоре была налажена связь с одним из европейских университетов, с которым соединилась пара сотен местных локальных систем...
Международная организация по стандартизации (Organizationfor International Standardization, ISO) стала разрабатывать сетевой протокол, который позволил бы «увязать» между собой все компьютеры в разных частях света. Однако пока ISO в рождала новый стандарт, пользователи прекрасно договорились между собой сами и установили на своих машинах программное обеспечение, поддерживающее IP. На этом протоколе Интернет работает до сих пор.
К концу восьмидесятых годов совершенствование настольных персональных компьютеров и их удешевление привело к тому, что частные пользователи получили возможность осуществлять связь с Интернетом по коммутируемым телефонным каналам посредством модемов — устройств, преобразующих цифровой поток информации от компьютера в аналоговый звуковой сигнал и выдающих его в обычную телефонную линию. На другом конце модем принимающего компьютера трансформирует звуковой сигнал снова в цифровой. Каждый модем является как приемником, так и передатчиком информации.
ПРИМЕЧАНИЕ Единица измерения скорости связи между двумя компьютерами bps (bitper second) определяется количеством бит передаваемой информации в секунду.
Неуклонный рост подключающихся к Интернету частных пользователей и корпоративных сетей не мог не отразиться на работоспособности системы в целом. Фирма Merit Network Inc., получившая в 1987 году право на управление и контроль за аппаратными средствами Интернета, попросту заменила часть коммутационных линий и сетевых станций на более современные, что позволило повысить суммарный трафик Сети более чем в20 раз.
ПРИМЕЧАНИЕ Трафиком называется общий суммарный поток информации через один— сетевой компьютер.
Сетевой узел — это включенная в Интернет машина, которая объединяет несколько локальных сетей, использующих один сетевой протокол.
Совершенствование и развитие Всемирной сети происходит непрерывно, причем осуществляют его, как правило, сами владельцы локальных сетей, составляющих Интернет.
Сейчас подключиться к Интернету может каждый, с любого компьютера, на котором установлено необходимое программное обеспечение и который соединен через модем с коммутируемой телефонной линией, из офиса какой-либо организации и даже из собственного дома. Причем пользователю совершенно не обязательно знать, как устроена Сеть, как она работает. Он просто включает компьютер и пользуется Интернетом.
Система адресации в Интернете
DNS — доменная система имен
Domain Name System (DNS), что переводится на русский язык как «доменная система имен», позволяет значительно облегчить пользователям процесс работы в Интернете тем, что им уже не нужно запоминать цифровые адреса хостов, с которыми общаются их компьютеры. Вот только компьютеру-то как раз много легче работать с набором цифр, что он, собственно, и делает, получая по введенному оператором доменному имени уже знакомый нам IP-адрес удаленной машины. Как это происходит?
В 80е годы, когда Интернет был крохотной электронной сетью с ограниченным числом пользователей, главные сетевые станции рассылали подключенным к Сети машинам так называемый хост-файл, содержащий базу данных, по которой сам пользователь мог выбрать своему любимому компьютеру имя, никем другим не используемое. Если бы этот подход использовался до сих пор, все ваше рабочее время в Интернете ушло бы только на «перекачивание» хост-файла, который потом все равно не поместился бы на жестком диске. А если бы винчестера и хватило, то, наверное, не хватило бы фантазии, чтобы придумать никем не используемое до сих пор имя. Следующие пять лет ушли бы на регистрацию вашего имени в Интернете — ведь обновленную базу данных следует еще обработать. Слава Богу, DNS обходится без подобных сложностей, избавляя нас от необходимости копировать и обрабатывать многотомные базы данных.
Механизм функционирования DNS совсем не сложен. Зачем изобретать велосипед, когда можно применить уже двести лет известный человечеству алгоритм, используемый при обмене корреспонденцией через обычную почту? Создатели DNS именно так и поступили, взяв за основу технологию пересылки традиционных почтовых отправлений.
Сначала письмо согласно указанному на конверте адресу поступает в самую крупную административную зону, включающую конечный адрес получателя —страну. Давайте возьмем в качестве примера Россию. Двух стран с одинаковыми названиями на свете не существует, поэтому письмо не заблудится по дороге.
В мире имеются два Санкт-Петербурга, один из них расположен немного севернее Москвы, другой находится на территории США, в штате Флорида. Однако в данном случае русским почтальонам повезло — в России Санкт-Петербург только один. Итак, далее письмо поступает в более мелкую административную зону — город.
Предположим, что затем наше письмо должно проследовать куда-нибудь на улицу Ленина. В каждом уважающем себя городе России есть своя улица Ленина, но в Санкт-Петербурге второй такой улицы вы не найдете при всем желании. Итак, письмо достигает еще более мелкой зоны — улицы. На любой улице любого города есть дом номер 3. Вот только в нашем примере двух домов с одинаковым номером не существует. Письмо достигает следующей зоны — дома.
В любом доме есть первая квартира, и ни в одном — две таковых. Следовательно, почтальон опустит письмо именно в тот почтовый ящик, в который нужно. Корреспонденция достигает адресата. Таким образом, путь нашего письма к конечному получателю можно описать следующей строкой: «Квартира 1. Дом № 3.Улица Ленина. Санкт-Петербург. Россия». Скажите, а чем хуже строка виртуального адреса: myhost.mydomain.spb.ru? Да ничем — это практически одно и то же. Такое обозначение принято называть URL (Uniform Resource Locator),что можно перевести на русский язык, как «универсальный определитель местонахождения ресурса». Соответственно, строка вызова размещенной по этому адресу web-страницы будет выглядеть как http://www.myhost.mydomain.spb.ru, где http обозначает протокол передачи гипертекстового документа (Hyper TextTransfer Protocol), a www (World Wide Web — Всемирная паутина) — есть указание на то, что передаваемые данные являются стандартным сервисом Интернета, то есть web-страницами. В некоторых случаях элемент www в записи URL можно опустить.
Бесплатная лекция: "Белки плазмы крови" также доступна.
Таким образом, мы видим, что адрес того или иного ресурса Всемирной сети, записанный в стандарте DNS, дробится на несколько составляющих, отделенных друг от друга точкой. Эти элементы носят название «доменов».
ПРИМЕЧАНИЕ Домен — это некий логический уровень Интернета, то есть группа сетевых ресурсов, имеющая собственное имя и управляемая своей сетевой станцией.
Очевидно, что основная составляющая адреса DNS — это так называемый «домен первого уровня», охватывающий, как правило, некую глобальную географическую зону, например территорию отдельного государства. Примечательно, что собственный территориальный домен США «US» при записи URL обычно опускается, поскольку сам Интернет был некогда американской национальной сетью. Вместо этого несколько учреждений, расположенных в США, владеют определенным количеством «выделенных» доменов первого уровня, трактующихся особо.
Доменам второго уровня (локальная сеть банка, университета, городская муниципальная служба или отдельный сервер, предоставляющий пользователям доступ к какому-либо ресурсу) назначается произвольное имя. Домены третьего уровня являются составляющей частью домена второго уровня, они могут использовать любые имена, не задействованные в рамках вышестоящего домена. Всероссийской зоной RU управляет Российский научно-исследовательский институт развития общественных сетей (РосНИИРОС), официальный сайт которого можно отыскать по адресу http://www.ripn.net. Общемировыми доменами управляет организация Internic (http://www.internic.com). Процедура регистрации нового домена второго уровня выглядит достаточно просто: с помощью любой специализированной программы или предназначенного для выполнения подобных задач web-сервера вам следует проверить, свободен ли требуемый домен, и в случае положительного ответа посетить сайт владельцев выбранной вами зоны, на котором необходимо заполнить соответствующую интерактивную форму. После отправки формы останется только уплатить указанный в инструкции регистрационный взнос, и домен — ваш. Естественно, для оформления домена на свое имя вы должны располагать собственным web-сервером с фиксированным IP-адресом, в противном случае регистрация не состоится. Для того чтобы зарезервировать для себя домен третьего уровня, необходимо просто отправить запрос владельцу вышестоящего домена и оговорить с ним условия регистрации.
Рассказывая о технологии адресации данных на основе алгоритма DNS, я предлагаю воспользоваться уже предложенным выше примером передачи информационного пакета по адресу http://myhost.mydomain.spb.ru. Итак, мы видим, что электронный пакет информации, поступая в домен первого уровня .ru, русскую зону Интернета, управляемую своей сетевой станцией, перебрасывается в одну из входящих в нее зон — домен второго уровня .spb, что в нашем примере означает Санкт-Петербург. С этого момента домену .ru становится глубоко безразлична дальнейшая судьба пакета, ее последующей маршрутизацией занимается теперь домен .spb. Домен .spb, избавившись от пакета данных путем передачи его во входящую в Санкт-Петербургскую зону локальную сеть mydomain, тоже забывает о его существовании. А вот управляющий компьютер сети mydomain получает на свою кремниевую голову следующую проблему: отыскать в подотчетной ему сети машину, на которой расположен web-сервер с именем myhost, чтобы передать этот пакет ей и больше никогда о нем не вспоминать. Получив информацию, компьютер, управляющий доменом четвертого уровня myhost, просто отправляет ее соответствующей серверной программе. Вот, собственно, и все.
Как видим, при подобном подходе какому-либо домену нет необходимости спрашивать чьего-либо соизволения присвоить входящему в его сеть компьютеру или другой сети определенное имя. Все, что от него требуется, — это проследить, чтобы внутри него самого имена не совпадали, и оставить соответствующую запись на соответствующей странице соответствующего участка всемирной базы данных, которая хранится на сервере американской государственной организации SRI International (город Мэнло-Парк, Калифорния). Искать нужный компьютер в Интернете пользовательским машинам помогают DNS-серверы — программы, которые при обращении к ним выискивают нужный IP-адрес по введенному URL. О технологии поиска рассказывать подробно я не буду, отмечу только, что для повышения скорости этого процесса многие DNS-серверы некоторое время сохраняют на винчестере полученный по запросу адрес, на случай, если вскоре кто-нибудь сделает аналогичный запрос.
