Краткое историческое введение

Около 20 лет назад Министерство Обороны США создало сеть, которая явилась предтечей Internet, - она называлась ARPAnet. ARPAnet была экспериментальной сетью, - она создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, - в частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям, получаемым, например, при бомбардировке авиацией и способных в таких условиях продолжать нормальное функционирование. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В модели ARPAnet всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником (станцией назначения). Сеть a priori предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент.

На связывающиеся компьютеры - не только на саму сеть - также возложена ответственность обеспечивать налаживание и поддержание связи. 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 правила и описание работы сети. Этот свод включает правила налаживания и поддержания связи в сети, правила обращения с IP-пакетами и их обработки, описания сетевых пакетов семейства IP (их структура и т.п.). Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети. Для того, чтобы послать сообщение по сети, компьютер должен поместить данные в некий ``конверт, называемый, например, IP, указать на этом ``конверте конкретный адрес в сети и передать получившиеся в результате этих процедур пакеты в сеть.

Эти решения могут показаться странными, как и предположение о ``ненадежной сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих решений вполне разумно и верно. Пока Международная Организация по Стандартизации (Organization for International Standartization - ISO) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, пользователи ждать не желали. Активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети (LAN), например, такие как Ethernet и др. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена Операционная Система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPAnet своей локальной сетью. Примерно в то же время появились другие организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие близкие к IP коммуникационные протоколы. Стало ясно, что все только выиграли бы, если бы эти сети могли общаться все вместе, ведь тогда пользователи из одной сети смогли бы связываться с пользователями другой сети.

Одной из важнейших среди этих новых сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (National Science Foundation - NSF), аналога нашего Министерства Науки. В конце 80-х NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях. Было создано всего лишь пять центров потому, что они очень дороги даже для богатой Америки. Именно поэтому их и следовало использовать кооперативно. Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и предоставить доступ к ним различным пользователям. Сначала была сделана попытка использовать коммуникации ARPAnet, но это решение потерпело крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом.

Тогда NSF решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPAnet. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 Kbps . Однако, было очевидно, что не стоит даже и пытаться соединить все университеты и исследовательские организации непосредственно с центрами, т.к. проложить такое количество кабеля - не только очень дорого, но практически невозможно. Поэтому решено было создавать сети по региональному принципу. В каждой части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими ближайшими соседями. Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной из своих точек, таким образом суперкомпьютерные центры были соединены вместе. В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения через соседей.

Это решение было успешным, но настала пора, когда сеть уже более не справлялась с возросшими потребностями. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей. Поток сообщений в сети (трафик) нарастал все быстрее и быстрее пока, в конце концов, не 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 сетевые управляющие машины.

Процесс совершенствования сети идет непрерывно. Однако, большинство этих перестроек происходит незаметно для пользователей. Включив компьютер, вы не увидите объявления о том, что ближайшие полгода Internet не будет доступна из-за модернизации. Возможно даже более важно то, что перегрузка сети и ее усовершенствование создали зрелую и практичную технологию. Проблемы были решены, а идеи развития проверены в деле.

Важно отметить то, что усилия NSF по развитию сети привели к тому, что любой желающий может получить доступ к сети. Прежде Internet была доступна только для исследователей в области информатики, государственным служащим и подрядчикам. NSF способствовал всеобщей доступности Internet по линии образования, вкладывая деньги в подсоединение учебного заведения к сети, только если то, в свою очередь, имело планы распространять доступ далее по округе. Таким образом, каждый студент четырехлетнего колледжа мог стать пользователем Internet.

И потребности продолжают расти. Большинство таких колледжей на Западе уже подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу средние и начальные школы. Выпускники колледжей прекрасно осведомлены о преимуществах Internet и рассказывают о них своим работодателям. Вся эта деятельность приводит к непрерывному росту сети, к возникновению и решению проблем этого роста, развитию технологий и системы безопасности сети.

Что составляет Internet ?

В действительности Internet не просто сеть, - она есть структура, объединяющая обычные сети. Internet - это “Сеть сетей”. Что включает Internet? Вопрос непростой. Ответ на него меняется со временем. Вначале ответ был бы достаточно прост: ``все сети, использующие протокол IP, которые кооперируются для формирования единой сети своих пользователей. Это включало бы различные ведомственные сети, множество региональных сетей, сети учебных заведений и некоторые зарубежные сети (за пределами США).

Чуть позже привлекательность Internet осознали и некоторые не-IP-сети. Они захотели предоставить ее услуги своим клиентам и разработали методы подключения этих ``странных сетей (например, Bitnet, DECnet и т.д.) к Internet. Сначала эти подключения, названные шлюзами, служили только для передачи электронной почты. Однако, некоторые из них разработали способы передачи и других услуг. Являются ли эти сети частью Internet? И да, и нет. Все зависит от того, хотят ли они того сами.

Административное устройство Internet

Internet по организации во многом напоминает церковь. Это организация с полностью добровольным участием. Управляется она чем-то наподобие совета старейшин, однако, у Internet нет патриарха, президента или Папы. Составляющие сети могут иметь своих президентов или аналогичных вождей, но это совсем другое дело; в Internet нет единственной авторитарной фигуры. Высшая власть, где бы Internet ни была, остается за ISOC (Internet Society). ISOC - общество с добровольным членством. Его цель - способствовать глобальному обмену информацией через Internet. Оно 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 ``благословить стандарты и распределить ресурсы, такие, например, как адреса. Internet работает, поскольку имеются стандартные способы общения между компьютерами и прикладными программами. Это позволяет компьютерам разного типа связываться без особых проблем. IAB ответственен за стан дарты; он решает, когда стандарт необходим и каким ему следует быть. Когда требуется стандарт, совет рассматривает проблему, принимает стандарт и по сети оповещает о нем мир. IAB также следит за различными номерами (и другими вещами), которые должны оставаться уникальными. Например, каждый компьютер в Internet имеет свой уникальный 32-разрядный двоичный адрес; никакой другой компьютер не имеет такого же. Как присваивается этот адрес? IAB заботится о такого рода проблемах. Он не присваивает адресов самолично, но разрабатывает правила, как эти адреса присваивать.

Пользователи Internet высказывают свои жалобы и предложения на встречах IETF (Оперативного инженерного отряда Internet). IETF - это другая добровольная организация; также собирается регулярно, чтобы обсудить текущие эксплуатационные и назревающие технические проблемы. При обсуждении достаточно важной проблемы IETF создает рабочую группу для ее дальнейшего исследования. (На практике ``достаточно важная обычно означает, что для рабочей группы находится достаточное количество добровольцев). Посещать встречи IETF и состоять в рабочих группах могут все; главное, чтобы люди работали, дело-то добровольное. Рабочие группы имеют различные функции: это может быть выпуск документации, выработка стратегии действий при возникновении проблем, стратегические исследования, разработка новых стандартов и протоколов, доработка уже существующих (например, изменение значений отдельных полей). Рабочая группа обычно выпускает доклад. В зависимости от вида рекомендации, это может быть просто документацией и быть доступной для любого желающего, что может быть принято добровольно как здравая идея, или же это может быть послано в IAB и быть объявленной стандартом.

Если некая сеть принимает учение Internet, присоединяется к ней и считает себя ее частью, тогда она и является частью Internet. Возможно ей многое покажется неразумным, странным, сомнительным - она может поделиться своими сомнениями с IETF. Некоторые жалобы-предложения могут оказаться вполне разумными и, возможно, Internet соответственно изменится. Что-то может показаться просто делом вкуса или традиции, тогда эти возражения будут отклонены. Если сеть делает что-либо, что может навредить Internet, она может быть исключена из сообщества до тех пор, пока она не исправится.

Сейчас Internet состоит из более чем 12 тысяч объединенных между собой сетей.

Финансы

За Internet никто централизовано не платит; нет такой организации как Internet Inc., которая собирает плату со всех сетей Internet или пользователей. Вместо этого каждый платит за свою часть. NSF платит за содержание NSFNET. NASA платит за Научную Сеть NASA (NASA Science Internet). Представители сетей собираются вместе и решают, как им соединяться друг с другом и содержать эти взаимосвязи. Колледж или корпорация платит за ее подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба.

Как структура Internet сказывается на Пользователе ?

То, что Internet не сеть, а собрание сетей, мало как сказывается на конкретном пользователе. Для того, чтобы сделать что-нибудь полезное (запустить программу или добраться до каких-либо единственных в своем роде данных), пользователю не надо заботиться о том, как эти составляющие сети содержатся, как они взаимодействуют и поддерживают межсетевые связи.

Рассмотрим для наглядности телефонную сеть - тоже в некотором роде Internet. Министерство Связи России, Pacific Bell, AT&, MCI, British Telecom, Telefons de Mexico и т.д., - все это отдельные корпорации, которые обслуживают разные телефонные системы. Они же заботятся о совместной работе, о создании объединенной сети; все, что вам нужно сделать, где бы на планете вы ни находились и куда бы вы ни звонили, - это набрать номер. Если забыть о цене и рекламе, вам должно быть совершенно все равно, с кем вы имеете дело: с МСI, AT& или Министерством Связи. Снимаете трубочку, нажимаете кнопочки (крутите диск) и говорите.

Вас, как пользователя, заботит только, кто занимается вашими заявками, когда появляются проблемы. Если что-либо перестает работать, только одна из соответствующих компаний может исправить это. Они общаются друг с другом по проблемным вопросам, но каждый из владельцев сетей ответственен за проблемы, возникающие на его собственном участке системы, за сервис, который эта сеть предоставляет своим клиентам.

Это же верно и для Internet. Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Каждый такой рабочий центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы. Ваш регион имеет соглашение с одной из составляющих сетей Internet и ее забота состоит в том, чтобы люди вашего региона были довольны работой сети. Так что, если что-то испортится, NOC и есть та самая организация, с кого за это спросят, кого за это будут бить.

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, HEPnet), а также другие глобальные сети, такие, например, как Bitnet или 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, сама разрешает свои внутренние проблемы. Однако, предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Все же не требуется, чтобы подсеть гарантировала доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол (протокол работы сети в качестве посредника при передаче сообщений между двух внешних сетей). Природа такого послабления вам станет яснґа позже. Таким образом, две машины, поключенные к одной подсети, могут напрямую обмениваться пакетами, а если возникает необходимость передать сообщение машине в другой подсети, то вступают в силу межсетевые соглашения, для чего подсети используют свой межсетевой язык - протокол IP; они передают сообщение по определенной цепочке шлюзов и подсетей, пока оно не достигнет нужной подсети, где оно и будет доставлено непосредственно получателю. Другими словами, пользователя вся эта кухня совершенно не заботит. Как и в примере с телефонной сетью, которая представляется ему единой большой сетью, а не множеством сетей, для него все это пестрое сборище разнородных и иногда несовместимых между собой сетей представляется одной сетью - ``Сетью сетей - Internet.

Потенциальные пользователи

Кому же может быть столь полезна Internet и каким образом? Что так способствует ее развитию?

Полезность Internet повышалась вместе с развитием вычислительной техники с запаздыванием примерно в 10 лет. В конце 80-х годов появление персональных компьютеров перенесло информатику из царства знатоков к широкой публике. Internet в ходе своего развития и повсеместного распространения занимается именно таким переносом.

Internet, как и вычислительная техника, совершила переход от забавы экспертов к инструменту ежедневного пользования. И сам процесс перехода был совершенно аналогичен. Сеть постепенно становилась проще в использовании, частично потому что оборудование стало лучше, а частично потому, что сама стала скорее и надежнее. И самые смелые из тех, кто сначала не решались связываться с Internet, начали ее использовать. Эти новые пользователи породили огромную потребность в новых ресурсах и лучшем инструментарии. Улучшались старые средства, появлялись новые, предназначенные для доступа к новым ресурсам, что облегчало использование сети. И вот уже другая группа людей стала понимать пользу Internet. Процесс повторялся. Этот круговорот продолжает развиваться и по сей день.

В общем, все пользователи Internet ищут одного: общения и информации. И они находят это среди людей и компьютеров. Легко позабыть о людских ресурсах Internet, но они очень важны, так же, как и доступные компьютеры. Internet - миролюбивая и дружелюбная страна. Здесь можно встретить таких же людей, как вы сами. Вы, несомненно, потенциальный пользователь сети, если, например, вы:

- Биолог , которому потребовалась карта генома дрозофиллы;

- Чань-буддист в стане пан-исламистов, ищущий какое-либо духовное товарищество и понимание;

- Эстетствующий интеллектуал , поклонник классики и рока, кому осточертела поп-музыка в эфире;

- Психолог или психотерапевт , желающий обсудить тонкие моменты отношений тайны исповеди с законом в очень специфическом случае.

И так далее. Всем этим людям Internet предоставляет великолепную возможность найти единомышленников. Можно - на самом деле, даже очень легко - найти электронный дискуссионный клуб почти по любой теме (их сейчас всего около полутора тысяч), или начать новую дискуссию и встать у истоков нового клуба, который никто до сих пор не догадался создать.

Internet открывает этим людям также и доступ к компьютерным ресурсам. Лектор общества ``Знание может связаться с компьютером NASA, который предоставит ему информацию о прошлом, настоящем и будущем космической науки и программы США. Священник может найти Библию, Коран, Тору, чтобы процитировать нужные отрывки. Юрист может вовремя найти копии докладов на заседаниях Верховного Суда США по делу ``Иран-контрас. Восьмиклассница может обсудить музыкальную лирику В.Цоя с ровесниками или выступить экспертом среди новичков, ведь только она и понимает лирику по-настоящему.

И это только начало. Несомненно, в конечном счете, все придут к пониманию того, что наступает Эра Информации; потребность в ней возрастает и будет возрастать лавинообразно, количество потребителей тоже. Никуда от этого не деться. Без надежной и оперативной информации нельзя идти в ногу со временем, развивать науку и технику на уровне лучших мировых образцов. И все мы, все до единого, - потенциальные пользователи глобальной информационной сети.

Доступ в Internet

Доступ в Internet, обычно, получают через поставщиков услуг (service provider). Поставщики эти продают различные виды услуг, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Так же как и при покупке садовой тачки (в оригинале - автомобиля) вы решаете, какими качествами должна она обладать, сколько вы за нее можете себе позволить заплатить, и, исходя из этого, выбираете подходящий вариант из предлагаемого множества.

Но перед тем, как начать действовать в этом направлении, т.е. добывать список поставщиков Internet, читать и выбирать, связываться с ними, выясните, а не имеете ли вы ужґе доступа в Internet, сами того не ведая. Такое вполне может иметь место - в России не так часто, в США не так уж и редко. Если ваша организация или учреждение (институт, компания) уже имеет доступ в Internet, то вряд ли вы сможете получить персональный доступ в сеть лучший, нежели ваша организация.

Другими словами, если вы уже имеете доступ в Internet, вам не надо будет платить денег из своего кармана, не надо будет суетиться вокруг поставщиков услуг и т.д., вам просто надо будет научиться пользоваться тем, что вы уже имеете.

Если ваша организация пока не имеет доступа в Internet, или вообще-то имеет, но, вот беда, не ваше подразделение (лаборатория, отдел, факультет), вам просто следует понаблюдать и прикинуть, сколько еще потенциальных пользователей имеется среди ваших сослуживцев, возможно, поговорить с ними и заручиться поддержкой, составить предложение и/или подать требование вышестоящему руководству.

Имеются (хотя это встречается, увы, пока очень редко) еще возможности получить доступ в Internet не через ее прямых распространителей, без лишних затрат.

Первый - поищите в публичных библиотеках: некоторые (центральные) имеют службу, называемую Freenet - свободная (бесплатная) сеть. Это информационная система, основанная соответствующим сообществом, обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.

Второй путь полезен для молодых людей, проживающих в странах Запада, или в центральных городах у нас. Станьте студентом, поступите в западный или организованный у нас же в России совместно с Западом университет или колледж. И выберите соответствующую специальность или запишитесь на курсы, которые позволят вам добраться до заветного компьютера, имеющего доступ в Internet. Например, научитесь плести лапти - уже потом вам будет чем развлечься, когда у вас от непрерывной работы в сети поедет крыша. И когда вы научитесь, у вас будет еще один довод начальству в пользу предоставления вам доступа в Internet: сети как воздух необходима база данных с инструкциями по плетению лаптей, без них они как без рук. Такой вклад руководство не сможет не оценить по достоинству.

Работа Internet: организация, структура, методы

Введение

Чтобы успешно освоить нечто и затем с ним работать, очень полезно знать, хотя бы в общих чертах, устройство и функционирование этого объекта. Знание это помогает осмысленно воспринимать и систематизировать навыки работы, а не пользоваться предлагаемыми рекомендациями чисто механически. Такое осознание подскажет, что можно ожидать от системы в смысле ее возможностей, поведения, недостатков, и что более важно, поможет ориентироваться в необычной ситуации: в случае поломки, смены сервера, программного обеспечения, появления новых возможностей и т.п.

В этом разделе мы рассмотрим сети с коммутацией пакетов и преимущества построения сети на принципах TCP/IP протоколов. Здесь будут рассмотрены основные принципы управления коммуникациями в : TCP и его бедный родственник UDP. Это основные системообразующие элементы сети. Важным элементом является также региональная система имен (DNS).

Структура функционирования сети

  Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т.е. определить, что означают посылаемые ими сигналы и т.д. Эти правила и определения называются протоколом. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов: например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д. Многоуровневая структура спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели - субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями (верхним и нижним), виртуально - только с аналогичным уровнем на другом конце линии.

Под реальным взаимодействием мы подразумеваем непосредственное взаимодействие, непосредственную передачу информации, например, пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программе, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время. Под виртуальным взаимодействием мы понимаем опосредованное взаимодействие и передачу данных; здесь данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным образом видоизменяться.

Такое взаимодействие аналогично схеме цепи посылки письма одним директором фирмы другому. Например, директор некоторой фирмы пишет письмо редактору газеты. Директор пишет письмо на своем фирменном бланке и отдает этот листок секретарю. Секретарь запечатывает листок в конверт, надписывает конверт, наклеивает марку и передает почте. Почта доставляет письмо в соответствующее почтовое отделение. Это почтовое отделение связи непосредственно доставляет письмо получателю - секретарю редактора газеты. Секретарь распечатывает конверт и, по мере надобности, подает редактору. Ни одно из звеньев цепи не может быть пропущено, иначе цепь разорвется: если отсутствует, например, секретарь, то листок с письменами директора так и будет пылиться на столе у секретаря.

Здесь мы видим, как информация (лист бумаги с текстом) передается с верхнего уровня вниз, проходя множество необходимых ступеней - стадий обработки. Обрастает служебной информацией (пакет, адрес на конверте, почтовый индекс; контейнер с корреспонденцией; почтовый вагон, станция назначения почтового вагона и т.д.), изменяется на каждой стадии обработки и постепенно доходит до самого нижнего уровня - уровня почтового транспорта (гужевого, автомобильного, железнодорожного, воздушного,...), которым реально перевозится в пункт назначения. В пункте назначения происходит обратный процесс: вскрывается контейнер и извлекается корреспонденция, считывается адрес на конверте и почтальон несет его адресату (секретарю), который восстанавливает информацию в первоначальном виде, - достает письмо из конверта, прочитывает его и определяет его срочность, важность, и в зависимости от этого передает информацию выше. Директор и редактор, таким образом, виртуально имеют прямую связь. Ведь редактор газеты получает в точности ту же информацию, которую отправил директор, а именно - лист бумаги с текстом письма. Начальствующие персоны совершенно не заботятся о проблемах пересылки этой информации. Секретари также имеют виртуально прямую связь: секретарь редактора получит в точности то же, что отправил секретарь директора, а именно - конверт с письмом. Секретарей совершенно не волнуют проблемы почты, пересылающей письма. И так далее.

Аналогичные связи и процессы имеют место и в эталонной модели ISO OSI. Физическая связь реально имеет место только на самом нижнем уровне (аналог почтовых поездов, самолетов, автомобилей). Горизонтальные связи между всеми остальными уровнями являются виртуальными, реально они осуществляются передачей информации сначала вниз, последовательно до самого нижнего уровня, где происходит реальная передача, а потом, на другом конце, обратная передача вверх последовательно до соответствующего уровня.

Модель ISO OSI предписывает очень сильную стандартизацию вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация гарантирует совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней, даже в том случае, если они выпущены разными производителями. Количество уровней может показаться избыточным, однако же, такое разбиение необходимо для достаточно четкого разделения требуемых функций во избежание излишней сложности и создания структуры, которая может подстраиваться под нужды конкретного пользователя, оставаясь в рамках стандарта.

Дадим краткий обзор уровней.  

Уровень 0

связан с физической средой - передатчиком сигнала и на самом деле не включается в эту схему, но весьма полезен для понимания. Этот почетный уровень представляет посредников, соединяющих конечные устройства: кабели, радиолинии и т.д. Кабелей существует великое множество различных видов и типов: экранированные и неэкранированные витые пары, коаксиальные, на основе оптических волокон и т.д. Т.к. этот уровень не включен в схему, он ничего и не описывает, только указывает на среду.

Уровень 1

- физический. Включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и прием-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

Уровень 2

- канальный. Связь данных.   Обеспечивает безошибочную передачу блоков данных (называемых кадрами (frame)) через уровень 1, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен определять начало и конец кадра в битовом потоке, формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности , включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления. Этот уровень (и только он) оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. Он несет ответственность за правильную передачу данных (пакетов) на участках между непосредственно связанными элементами сети. Обеспечивает управление доступом к среде передачи. В виду его сложности, канальный уровень подразделяется на два подуровня: MAC (Medium Access Control) - Управление доступом к среде и LLC (Logical Link Control) - Управление логической связью (каналом). Уровень MAC управляет доступом к сети (с передачей маркера в сетях Token Ring или распознаванием конфликтов (столкновений передач) в сетях Ethernet) и управлением сетью. Уровень LLC, действующий над уровнем MAC, и есть собственно тот уровень, который посылает и получает сообщения с данными.

Уровень 3

- сетевой.   Этот уровень пользуется возможностями, предоставляемыми ему уровнем 2, для обеспечения связи двух любых точек в сети. Любых, необязательно смежных. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может иметь много линий связи, или по множеству совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т.е. определения пути, по которому следует пересылать данные. Маршрутизация производится на этом же уровне. Выполняет обработку адресов, а также и демультиплексирование.

Основной функцией программного обеспечения на этом уровне является выборка информации из источника, преобразование ее в пакеты и правильная передача в точку назначения.

Есть два принципиально различных способа работы сетевого уровня. Первый - это метод виртуальных каналов. Он состоит в том, что канал связи устанавливается при вызове (начале сеанса (session) связи), по нему передается информация, и по окончании передачи канал закрывается (уничтожается). Передача пакетов происходит с сохранением исходной последовательности, даже если пакеты пересылаются по различным физическим маршрутам, т.е. виртуальный канал динамически перенаправляется. При этом пакеты данных не включают адрес пункта назначения, т.к. он определяется во время установления связи.

Второй - метод дейтаграмм . Дейтаграммы - независимые , они включают всю необходимую для их пересылки информацию. В то время, как первый метод предоставляет следующему уровню (уровню 4) надежный канал передачи данных, свободный от искажений (ошибок) и правильно доставляющий пакеты в пункт назначения, второй метод требует от следующего уровня работы над ошибками и проверки доставки нужному адресату.

Уровень 4

- транспортный. Регламентирует пересылку пакетов сообщений между процессами, выполняемыми на компьютерах сети. Завершает организацию передачи данных: контролирует на сквозной основе поток данных, проходящий по маршруту, определенному третьим уровнем: правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, их комплектность, сохранность, порядок следования. Собирает информацию из блоков в ее прежний вид. Или же оперирует с дейтаграммами, т.е. ожидает отклика-подтверждения приема из пункта назначения, проверяет правильность доставки и адресации, повторяет посылку дейтаграммы, если не пришел отклик. В рамках транспортного протокола предусмотрено пять классов качества транспортировки и соответствующие процедуры управления. Этот же уровень должен включать развитую и надежную схему адресации для обеспечения связи через множество сетей и шлюзов. Другими словами, задачей данного уровня является довести до ума передачу информации из любой точки в любую во всей сети.

Транспортный уровень скрывает от всех высших уровней любые детали и проблемы передачи данных, обеспечивает стандартное взаимодействие лежащего над ним уровня с приемом-передачей информации независимо от конкретной технической реализации этой передачи.

Уровень 5

- сеансовый. Координирует взаимодействие связывающихся пользователей: устанавливает их связь, оперирует с ней, восстанавливает аварийно оконченные сеансы. Этот же уровень ответственен за картографию сети - он преобразовывает региональные (доменные) компьютерные имена в числовые адреса , и наоборот. Он координирует не компьютеры и устройства, а процессы в сети, поддерживает их взаимодействие - управляет сеансами связи между процессами прикладного уровня.

Уровень 6

- уровень представления данных. Этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации, т.е. здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении передаваемую информацию. Здесь решаются, например, такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных и т.д.

Уровень 7

- прикладной. Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удаленный терминальный доступ, электронная передача сообщений, служба справочника и управление сетью. В конкретной реализации определяется пользователем (программистом) согласно его насущным нуждам и возможностям его кошелька, интеллекта и фантазии. Имеет дело, например, с множеством различных протоколов терминального типа, которых существует более ста.

Замечание.

Следует понимать, что подавляющее большинство современных сетей в силу исторических причин лишь в общих чертах, приближенно, соответствуют эталонной модели ISO OSI.

Уровни работы сети

Пересылка битов

Пересылка битов происходит на физическом уровне схемы ISO OSI. Увы, здесь всякая попытка краткого и доступного описания обречена на провал. Требуется введение огромного количества специальных терминов, понятий, описаний процессов на физическом уровне и т.д. И потом, существует столь великое разнообразие приемопередатчиков и передающих сред, - трудно даже и обозреть этот океан технологий. Для понимания работы сетей этого и не требуется. Считайте, что просто имеется труба, по которой из конца в конец перекачиваются биты. Именно биты, безо всякого деления на какие-либо группы (байты, декады и т.п.).

Пересылка данных

Об организации блочной, символьной передачи, обеспечении надежности пересылки поговорим на других уровнях модели ISO OSI. Т.е. функции канального уровня в Internet распределены по другим уровням, но не выше транспортного. В этом смысле Internet не совсем соответствует стандарту ISO. Здесь канальный уровень занимается только разбиением битового потока на символы и кадры и передачей полученных данных на следующий уровень. Обеспечением надежности передачи он себя не утруждает.

Сети коммутации пакетов

Настала пора поговорить об Internet именно как о сети, а не паутине линий связи и множестве приемопередатчиков. Казалось бы, Internet вполне аналогична телефонной сети, и модель телефонной сети достаточно адекватно отражает ее структуру и работу. В самом деле, обе они электронные, обе позволяют вам устанавливать связь и передавать информацию. И Internet тоже состоит, в первую очередь, из выделенных телефонных линий. Но увы! Картина эта неверна и приводит ко многим заблуждениям относительно работы Internet, ко множеству недоразумений. Телефонная сеть - это так называемая сеть с коммутацией линий, т.е. когда вы делаете вызов, устанавливается связь и на все время сеанса связи имеется физическое соединение с абонентом. При этом вам выделяется часть сети, которая для других уже не доступна, даже если вы молча дышите в трубку, а другие абоненты хотели бы поговорить по действительно неотложному делу. Это приводит к нерациональному использованию очень дорогих ресурсов - линий сети. Internet же является сетью с коммутацией пакетов, что принципиально отличается от сети с коммутацией каналов.

Для Internet более подходит модель, которая поначалу может не внушать доверия: почта, обыкновенная государственная почтовая служба. Почта является сетью пакетной связи. Нет никакой выделенной вам части этой сети. Ваше послание перемешивается с посланиями других пользователей, кидается в контейнер, пересылается в другое почтовое отделение, где снова сортируется. Хотя технологии сильно разнятся, почта является прекрасным и наглядным примером сети с коммутацией пакетов. Модель почты удивительно точно отражает суть работы и структуры Internet. Ею мы и будем пользоваться далее.

Протокол Internet (IP)

По проводу можно переслать биты только из одного его конца в другой. Internet же умудряется аккуратно передавать данные в различные точки, разбросанные по всему миру. Как она это делает? Забота об этом возложена на сетевой (межсетевой) уровень в эталонной модели ISO OSI. О нем и поговорим.

Различные части Internet - составляющие сети - соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются ``узлы; так Сеть связывается воедино. Сети эти могут быть Ethernet, Token Ring, сети на телефонных линиях, пакетные радиосети и т.п. Выделенные линии и локальные сети суть аналоги железных дорог, самолетов почты и почтовых отделений, почтальонов. Посредством их почта движется с места на место. Узлы - аналоги почтовых отделений, где принимается решение, как перемещать данные (``пакеты) по сети, точно так же, как почтовый узел намечает дальнейший путь почтового конверта. Отделения или узлы не имеют прямых связей со всеми остальными. Если вы отправляете конверт из Долгопрудного (Московская область) в Уфу (Башкирия), конечно же, почта не станет нанимать самолет, который полетит из ближайшего к Долгопрудному аэропорта (Шереметьево) в Уфу, просто местное почтовое отделение отправляет послание на подстанцию в нужном направлении, та в свою очередь, дальше в направлении пункта назначения на следующую подстанцию; таким образом письмо станет последовательно приближаться к пункту назначения, пока не достигнет почтового отделения, в ведении которого находится нужный объект и которое доставит сообщение получателю. Для работы такой системы требуется, чтобы каждая подстанция знала о наличествующих связях и о том, на какую из ближайших подстанций оптимально следует передать адресованный туда-то пакет. Примерно также и в Internet: узлы выясняют, куда следует ваш пакет данных, решают куда его дальше отправить и отправляют.

На каждой почтовой подстанции определяется следующая подстанция, куда будет далее направлена корреспонденция, т.е. намечается дальнейший путь (маршрут) - этот процесс называется маршрутизацией. Для осуществления маршрутизации каждая подстанция имеет таблицу, где адресу пункта назначения (или индексу) соответствует указание почтовой подстанции, куда следует посылать далее этот конверт (бандероль). Их сетевые аналоги называются таблицами маршрутизации. Эти таблицы рассылаются почтовым подстанциям централизовано соответствующим почтовым подразделением. Время от времени рассылаются предписания по изменению и дополнению этих таблиц. В Internet, как и любые другие действия, составление и модификация, таблиц маршрутизации (этот процесс тоже является частью маршрутизации и называется так же) определяются соответствующими правилами - протоколами ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First). Узлы, занимающиеся маршрутизацией, называются маршрутизаторами.

А откуда сеть знает, куда назначен ваш пакет данных? От вас. Если вы хотите отправить письмо и хотите, чтобы ваше письмо достигло места назначения, вы не можете просто кинуть листочек бумаги в ящик. Вам следует уложить его в стандартный конверт и написать на нем не ``на деревню дедушке, как Ванька Жуков, а адрес получателя в стандартной форме. Только тогда почта сможет правильно обработать ваше письмо и доставить его по назначению. Аналогично в Internet имеется набор правил по обращению с пакетами - протоколы. Протокол Internet (IP) берет на себя заботы по адресации или по подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с вашими данными по пути их дальнейшего следования. Согласно нашей аналогии, протокол Internet работает также как правила обработки почтового конверта. В начало каждого вашего послания 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: 123.45.67.89 или 3.33.33.3 . (Не пугайтесь, запоминать эти цифры вам не придется !) В действительности адрес состоит из нескольких частей. Так как Internet есть сеть сетей, начало адреса говорит узлам Internet, частью какой из сетей вы являетесь. Правый конец адреса говорит этой сети, какой компьютер или хост должен получить пакет (хотя реально не все так просто, но идея такова). Каждый компьютер в Internet имеет в этой схеме уникальный адрес, аналогично обычному почтовому адресу, а еще точнее - индексу. Обработка пакета согласно адресу также аналогична. Почтовая служба знает, где находится указанное в адресе почтовое отделение, а почтовое отделение подробно знает подопечный район. Internet знает, где искать указанную сеть, а эта сеть знает, где в ней находится конкретный компьютер. Для определения, где в локальной сети находится компьютер с данным числовым IP-адресом, локальные сети используют свои собственные протоколы сетевого уровня. Например, Ethernet для отыскания Ethernet-адреса по IP-адресу компьютера, находящегося в данной сети, использует протокол ARP - протокол разрешения(в смысле различения) адресов. (См. документацию по ARP: RFC 826, 917, 925, 1027)

Числовой адрес компьютера в Internet аналогичен почтовому индексу отделения связи. Первые цифры индекса говорят о регионе (например, 45 - это Башкирия, 141 - подмосковье и т.д.), последние две цифры - номер почтового отделения в городе, области или районе. Промежуточные цифры могут относиться как к региону, так и к отделению, в зависимости от территориального деления и вида населенного пункта. Аналогично существует несколько типов адресов Internet (типы: A, B, C, D, E), которые по-разному делят адрес на поля номера сети и номера узла, от типа такого деления зависит количество возможных различных сетей и машин в таких сетях.

По ряду причин (особенно, - практических, из-за ограничений оборудования) информация, пересылаемая по сетям IP, делится на части (по границам байтов), раскладываемые в отдельные пакеты. Длина информации внутри пакета обычно составляет от 1 до 1500 байт. Это защищает сеть от монополизирования каким-либо пользователем и предоставляет всем примерно равные права. Поэтому же, если сеть недостаточно быстра, чем больше пользователей ее одновременно пользует, тем медленнее она будет общаться с каждым.

Протокол IP является дейтаграммным протоколом, т.е. IP-пакет является дейтаграммой. Это совершенно не укладывается в модель ISO OSI, в рамках которой уже сетевой уровень способен работать по методу виртуальных каналов.

Одно из достоинств Internet состоит в том, что протокола IP самого по себе уже вполне достаточно для работы (в принципе). Это совершенно неудобно, но, при достаточных аскетичности, уме и упорстве удастся проделать немалый объем работы. Как только данные помещаются в оболочку IP, сеть имеет всю необходимую информацию для передачи их с исходного компьютера получателю. Работа вручную с протоколом IP напоминает нам суровые времена доперсональной компьютерной эры, когда пользователь всячески угождал ЭВМ, укрощая свои тело, дух и эстетические чувства. Об удобстве пользователя никто и не собирался думать, потому что машинное время стоило во много раз дороже человеческого. Но сейчас в аскетизме надобности уже нет. Поэтому следует построить на основе услуг, предоставляемых IP, более совершенную и удобную систему. Для этого сначала следует разобраться с некоторыми жизненно важными проблемами, которые имеют место при пересылке информации:

большая часть пересылаемой информации длиннее 1500 символов. если бы почта пересылала только почтовые карточки и отказывалась бы от пересылки чего-либо большего, мы бы, например, лишились увлекательнейшего литературного жанра - эпистолярного. Не говоря уже о том, что практической пользы от такой почты было бы очень немного;

возможны и неудачи. Почта, нередко бывает, письма теряет; сеть тоже, бывает, теряет пакеты или искажает в пути информацию в них. В отличие от почты, Internet может с честью выходить из таких затруднительных положений;

пакеты могут приходить в последовательности, отличной от начальной. Пара писем, отправленных друг за другом на днях, не всегда приходит к получателю в том же порядке; то же верно и для Internet.

Таким образом, следующий уровень Internet должен обеспечить способ пересылки больших массивов информации и позаботиться об ``искажениях, которые могут возникать по вине сети.

Протокол управления передачей (TCP) и протокол пользовательских дейтаграмм (UDP)

Transmission Control Protocol - это протокол, тесно связанный с IP, который используется в аналогичных целях, но на более высоком уровне - транспортном уровне эталонной модели ISO OSI. Часто эти протоколы, по причине их тесной связи, именуют вместе, как TCP/IP. Термин ``TCP/IP обычно означает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы TCP, UDP, ICMP, telnet, FTP и многие другие.TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология internet. Сеть, которая использует технологию internet, называется internet.

Сам протокол TCP занимается проблемой пересылки больших объемов информации, основываясь на возможностях протокола IP. Как это делается? Вполне здраво можно рассмотреть следующую ситуацию. Как можно переслать книгу по почте, если та принимает только письма и ничего более? Очень просто: разодрать ее на страницы и отправить страницы отдельными конвертами. Получатель, руководствуясь номерами страниц, легко сможет книгу восстановить. Этим же простым и естественным методом и пользуется TCP.

TCP делит информацию, которую надо переслать, на несколько частей. Нумерует каждую часть, чтобы позже восстановить порядок. Чтобы пересылать эту нумерацию вместе с данными, он обкладывает каждый кусочек информации своей обложкой - конвертом, который содержит соответствующую информацию. Это и есть TCP-конверт. Получившийся TCP-пакет помещается в отдельный IP-конверт и получается IP-пакет, с которым сеть уже умеет обращаться.

Получател ...........