Интернет технологии

ВВЕДЕНИЕ

   Трудно  назвать другую сферу человеческой деятельности, которая развивалась  бы столь стремительно и порождала  такое разнообразие подходов к изучению материала, как информатизация и  компьютеризация общества. История  развития информационной технологии поучительна  и быстрым изменением наших концептуальных представлений о роли тех или  иных методов, технологических средств, людей, занятых в этой сфере. Еще  несколько  лет назад бесспорным казался лозунг «Программирование  – вторая грамотность», под которым  подразумевалось умение каждого  образованного человека создать  и программировать алгоритмы  в своей предметной области на языках FORTRAN, BASIC и т.п. В современных реалиях наиболее актуальным для большинства людей стало не программирование (в старом смысле слова), а умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества (термины «Word», «Excel», « Internet» стали такими же обыденными, как «телефон» или «шахматы») убеждает в том, что культура общения с компьютером становится частью общей культуры человека.

1. СРЕДСТВА КОММУНИКАЦИЙ И МИРОВЫЕ СЕТИ

1. Компьютерные  коммуникации в современном мире

   Если локальные  сети дают возможность организовывать совместное использование ресурсов, а также общение нескольких десятков или сотен пользователей, расположенных  сравнительно недалеко друг от друга  (не далее двух километров), то на больших расстояниях компьютеры связываются друг с другом через телекоммуникационные сети. Телекоммуникационная сеть (или глобальная сеть) – это система каналов передачи данных и средств коммутации (переключения), обеспечивающих соединение пользовательских коммуникационных систем и обмен данными между ними.

   Каналами  передачи данных в телекоммуникационных сетях служат оптоволоконные, спутниковые, телефонные, радио- и прочие линии  связи. Они связывают в единую систему множество компьютеров (как  изолированных, так и в составе  локальных сетей) с различными операционными  системами и прикладными программами, которые функционируют на разных аппаратных платформах. Однако эта  система остается единой благодаря  существующим протоколам (стандартам, соглашениям) обмена информацией, - эти  протоколы образуют основу любой  телекоммуникационной сети, и их придерживаются все пользователи.

   В телекоммуникационных сетях разнообразное программное  обеспечение, в котором часто  используются идеи технологии «клиент-сервер». В любой сети имеются специальные  узлы связи на базе мощных компьютеров, обеспечивающих надежную круглосуточную передачу информации, ее хранение и  одновременную работу с этой информацией  многих пользователей. Такие компьютеры называются сетевыми серверами или  хост-компьютерами. Все компьютерные узлы связи работающие в сети, связаны  между собой и, помимо этого, обеспечивают связь с другими телекоммуникационными  сетями через так называемые «шлюзы» - системы, которые организуют обмен  данными между несовместимыми по используемым протоколам сетями.

   Стандартным устройством, с помощью которого ваш компьютер может быть подключен  к мировой сети, является модем (модулятор  демодулятор) – небольшое электронное  устройство, встроенное в ПК или  размещено в отдельном корпусе. Модем подключается к компьютеру и обычной телефонной розетке. Единственная функция модема – преобразователь  дискретный (цифровой) сигнал, с которым работает ПК, в аналоговый сигнал, передаваемый по телефонной линии (и наоборот). Для работы с модемом применяется специальное программное обеспечение.  В качестве канала связи может использоваться либо обычная (коммутируемая, т.е. переключаемая), либо специально выделенная телефонная линия.

      В настоящее время действуют сотни  различных компьютерных телекоммуникационных сетей. Они создаются для пользователей  с определенной профессиональной ориентацией, административными обязанностями  или же просто для людей, которые  нуждаются в оперативном доступе  к большим информационным ресурсам. С этой точки зрения, телекоммуникационные сети можно классифицировать по группам  персональных интересов пользователей: академические, коммерческие, специализированные (для фирм и отраслей), образовательные  и т.п.

  Разнообразие компьютерных сетей связано с разнообразием структур их организации, используемых протоколов и линий связи. По этому принципу (от которого зависят возможности сети и, прежде всего, спектр предоставляемых ею услуг) можно выделить три группы сетей.

1. Сети, связывающие малые персональные компьютеры напрямую друг  с другом с помощью обычных телефонных линий и обеспечивающие файловый обмен (например, FIDOnet и некоторые российские сети коммерческой информации).
2. Сети, построенные на технологии UUCP (UNIX-to-UNIX Copy Program) и связывающие большие многопользовательские компьютеры с помощью как обычных телефонных линий, так и специализированных высокоскоростных каналов. Служат для передачи больших потоков разнообразной информации, но дают пользователям весьма ограниченный доступ к удаленным ресурсам сети в реальном времени (например, USENET, BITNET и др.).
3. Сети, входящие в сообщество Internet и предоставляющие пользователям не только возможности передачи любой информации, но и доступ к удаленным ресурсам (файлам, прикладным программам и вычислительным мощностям на других компьютерах) в реальном времени. Типичные примеры – NSFnet, Sprint, GlasNet, Relcom, Teleport и десятки других сетей во всем мире.

Примечание. Во многих случаях название сетей – это  названия компаний («провайдеров», от слова  «provide» - «обеспечивать»), предоставляющих пользователям разнообразные телекоммуникационные услуги (электронная почта, подключение к internet и т.д.) В зависимости от специализации провайдера и других факторов, наборы и стоимость услуг разных компаний могут различаться. 

2. Что такое Internet

  Сообщество  Internet является на сегодня крупнейшей и наиболее динамично развивающейся глобальной информационной системой. Internet не имеет определенной организационной структуры и представляет собой некий конгломерат самостоятельных компьютерных сетей, созданных усилиями различных правительств, научных, коммерческих и некоммерческих организаций. Объединяет же их то, что все они используют базовые протоколы обмена ТСР/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Поэтому фраза «подключение к Internet» на деле означает подключение к одной из телекоммуникационных сетей, поддерживающей протоколы TCP/IP и входящей в сообщество Internet.

  Чем же знамениты  протоколы ТСР/IP и зачем они нужны? В самом упрощенном виде задача компьютерной сети состоит в доставке каких-то битов информации из компьютера А в компьютер В. При этом весьма желательно, чтобы в ходе транспортировки эти биты не были искажены или утеряны. Содержание передаваемого сообщения для сети совершенно безразлично – доставка романтического письма и глобальной карты погоды осуществляется по одним и тем же правилам. Как же достигается надежная транспортировка одновременно миллионов сообщений в очень сложной структуре, включающей сотни тысяч различных компьютеров и все многообразие средств связи – от обычных телефонных линий до оптоволоконных кабелей и спутниковых каналов космической связи?

  Среди сетей  связи различают сети с коммуникацией  пакетов и сети с коммуникацией  каналов.

        Простейший пример сети с коммутацией  пакетов - обычная почта. Чтобы отправить письмо из Москвы в Вологду, эта служба не предоставляет пользователю почтовый поезд. Вместо этого, забрав у него конверт, почта доставляет его на нужный вокзал, загружает (вместе с тысячами других конвертов) в поезд, потом доставляет на вологодский узел связи, затем -  в почтовое отделение получателя и, наконец, в почтовый ящик. Заметим, что все время по дороге (в почтовой машине, в вагоне, в сумке почтальона) письмо движется вместе с множеством других почтовых отправлений – от разных отправителей разным адресатам. В этом смысле транспортный «канал», т.е. почтовый вагон или сумка почтальона, все время оказывается доступен множеству сообщений. За столь эффективное использование канала (ведь ясно, что отправка почтой обходится куда дешевле отправки с нарочным),  конечно же, приходится платить. Расплатой служит необходимость иметь дополнительные службы, узлы почтовой сети, которые сортируют поток почтовых сообщений и определяют, по какому маршруту должен уйти из этого узла каждый пакет. Ясно, что кроме всего прочего, на сортировку уходит дополнительное время, иногда составляющее заметную долю от полной длительности доставки сообщения. Каждый, кто посылал письмо на соседнюю улицу, очень хорошо себе это представляет.

  Телефонная сеть – классический пример структуры с коммутацией каналов. Если вы дозвонились до Владивостока, то в течение всего разговора в вашем распоряжении вся пропускная способность канала, а уж как вы его используете, - ваше дело. Для любого другого пользователя транспортные возможности канала недоступны, даже если вы и ваш собеседник впали в долгое задумчивое молчание.

  Компьютерные  сети предоставляют пользователю удобства живого диалога, который так нравится нам в телефонном разговоре, но при  этом используют сугубо «почтовую» систему  доставки информации (с коммутацией  пакетов). Все дело в том, что в  отличие от обычной почты, компьютерная сеть использует высокоскоростные средства доставки и сортировки пакетов.

  Что такое  IP. Internet  имеет очень простую систему адресов. Каждый входящий в Internet компьютер имеет уникальный адрес - двоичное число длиной 32 бита. Для удобства адрес принято записывать в виде последовательности из четырех обычных десятичных чисел, каждое в диапазоне от 0 до 255, разделенных точками. Такой адрес называется IP- адресом компьютера (сокращение от Internet Protocol). Например, московский узел сети GlasNet имеет IP-адрес 193.124.5.33, а один из компьютеров Гавайского университета скрывается за числами 128.171.7.168.

  Что же происходит, когда вы хотите поработать с каталогом университета на Гавайях, если в России вы являетесь пользователем GlasNet? Каждый запрос или команда, набранная на клавиатуре вашей машины во время сеанса в GlasNet, обрабатывается специальной программой на компьютере этой сети. Если пользоваться аналогией с почтой, то эта программа как бы запечатывает биты вашего послания в конверт, на котором написано: «Куда: 128ю171.7.168. От кого: 193.124.5.33». Далее этот электронный пакет начинает свое скитание по Internet со скоростью света. Компьютер GlasNet отправляет его по какой-то линии связи, которая доставит его хотя бы немного ближе к месту назначения, переправит пакет еще ближе к Гавайям…. При этом по кабелям и спутниковым линиям связи мчатся миллионы пакетов сообщений и никто не выделяет вам персональный канал Москва-Гавайи. Протокол Internet (IP) – как раз и есть свод почтовых правил, которым подчиняется каждый компьютер, ответственный за доставку и сортировку попадающих к нему сообщений.

  Все это  очень похоже на обычную почту. Только здесь, благодаря электронным технологиям, на все многочисленные и достаточно сложные операции сортировки и пересылки  уходят не дни, а тысячные доли секунды. И благодаря этому почти мгновенно  на вашем экране появится вежливое приветствие гавайского компьютера.

  Таким образом, Internet совсем не похож на огромную международную  АТС. Это, скорее, суперсовременная почтовая система, обеспечивающая транспортировку  и сортировку миллиардов электронных  пакетов, несущих биты пользовательских сообщений.

  Что такое  ТСР. Для того чтобы только что описанная система могла действительно быстро обслуживать одновременно много пользователей, размер каждого пакета не должна быть слишком большим. Представьте себе, что, отвечая на запрос пользователя, какой-то компьютер должен выслать ему файл длиной 25 Мбайт. Если линия, которой этот компьютер связан с Internet, достаточно медленная, то при передаче файла пришлось бы ждать, пока канал освободится. Чтобы этого не происходило, существует еще один протокол, ТСР (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей сообщений), который слишком большие сообщения на станции отправлении делит на фрагменты небольшого размера. Каждому фрагменту присваивается свой заголовок, в котором объясняется, частью чего (и какой по счету частью!) данный фрагмент является. И при передаче по линии связи пакеты, содержащие фрагменты различных файлов, чередуются между собой. В результате, по мере роста нагрузки сети, работа каждого пользователя немного замедляется, но никогда кто-то один не может полностью заблокировать сеть.

  Этот процесс  на языке нашей «почтовой» аналогии можно описать так: почта принимает  только обычные конверты, а нам  надо отправить толстенную книгу. Приходится делить её на части (по несколько страниц  в каждой), а далее каждую часть отправлять отдельно. Протокол ТСР, таким образом, эквивалентен еще одному конверту, вложенному в IP конверт. На нем содержится информация о передаваемом сообщении, совершенно не нужная в процессе почтовой доставки, но очень важная для компьютера-адресата. Понятно, что получателю на другом конце нет дела до почтовых ограничений – ему нужна книга, а не груда листов, тем более что в ходе доставки порядок пакетов может нарушиться и начало книги придет позже конца, а что-то вообще затеряться. Протокол ТСР как раз и следит, чтобы этого не случилось. На компьютере-адресате он собирает из отдельных фрагментов файл в его первозданном виде. Более того, в ТСР есть средства, позволяющие проверить, не вкралась ли в данные при пересылке ошибка, а при её обнаружении – исправить эту ошибку.

  Теперь становиться  понятно, почему именно связка ТСР\IP лежит в основе Internet. IP отвечает за доставку отдельных пакетов, а ТСР следит за тем, чтобы отправляемый материал был правильно по эти конвертам упакован, а потом восстановлен в точности в исходном виде. Именно благодаря ТСР сеть с пакетной коммутацией выглядит для нас почти так же, как сеть с коммутацией каналов: мы видим не какие-то пакеты, а поток данных в привычном каждому человеку виде.