13.4.4. Шлюз

Для связи между собой нескольких сетей с разными протоколами служат шлюзы. Сетевой шлюз – это аппаратный или программный маршрутизатор для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы передачи данных. Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической сети.

По аналогии, интернет-шлюз – это программное обеспечение, призванное организовать из локальной сети доступ к мети Интернет. Программа является рабочим инструментом системного администратора и позволяет ему контролировать трафик и действия сотрудников. Интернет-шлюз может содержать в себе прокси-сервер, почтовый сервер, шейпер, антивирус и ряд других сетевых утилит.

13.5. Требования к сетям

Самая общая задача, которая может быть высказана в отношении работы сети – это выполнение сетью того набора услуг, для оказания которых она предназначена. Все остальные требования – производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость – связаны с качеством выполнения этой основной задачи. И хотя перечисленные требования важны, часто понятие «качество обслуживания» (Quality of Service, QoS) компьютерной сети трактуется более узко: в него включаются две наиболее важные характеристики сети – производительность и надежность.

Потенциально высокая производительность – это одно из основных преимуществ распределённых систем, к которым относятся компьютерные сети. К основным характеристикам производительности сети относят время реакции, скорость передачи трафика, пропускную способность и задержку передачи данных.

Время реакции определяется как интервал между возникновением запроса пользователя к какой-либо службе и получение ответа на него. Это время зависит от многих факторов. Значение сетевых составляющих времени реакции позволяет оценить производительность отдельных элементов сети, выявить узкие месте и при необходимости выполнить модернизацию сети.

Обычно различают мгновенную, среднюю и максимальную скорости передачи трафика. Средняя скорость вычисляется путем деления переданного трафика на время его передачи, причем выбирается довольно длительный промежуток времени (час, день, неделя). Для оценки мгновенной скорости выбирается очень маленький отрезок времени (10 мс или 1 с). максимальная скорость – это наибольшая скорость, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Пропускная способность – максимально возможная скорость обработки трафика, определённая стандартом технологии, на которой построена сеть (например, 100 Мбит/с.). Эта характеристика непосредственно характеризует качество выполнения основной функции сети – транспортировки сообщений – и поэтому используется при анализе производительности сети чаще, чем время и скорость реакции. Пропускная способность не зависит от загруженности сети, в отличие от времени реакции или скорости передачи трафика, и остаётся постоянной в течение всего периода наблюдения за сетью.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления данных на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления их на выходе этого устройства. Этот параметр отличается от времени реакции тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки конечными узлами сети.

Указанные параметры сети являются независимыми друг от друга, поэтому сеть может характеризоваться различными величинами этих параметров. Например, пропускная способность канала связи, образованного геостационарным спутником может иметь высокие значения (до 4 Мбит/с для одного пользователя), в то время как задержка передачи всегда будет не менее 0,24 с, что определяется скоростью распространения электромагнитного сигнала (~ 3·10⁸ м/с и длинной канала 7,2·10⁷ м).

Надежность сложных систем характеризуют следующим набором характеристик: готовность или коэффициент готовности; отказоустойчивость, а также сохранность, непротиворечивость и вероятность доставки данных. Готовность означает период времени, в течение которого система может использоваться. Повысить готовность сети можно путем введения в сеть избыточности. Под отказоустойчивостью понимается способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных элементов. В отказоустойчивой сети выход из строя одного из её элементов приводит к некоторому снижению качества её работы (деградации), а не к полному останову.

Расширяемость означает сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети, наращивания длины сегментов и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость – возможность наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не должна ухудшаться. Для обеспечения масштабируемости приходится применять дополнительное коммутационное оборудование и специальным образом структурировать сеть.

Прозрачность – свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, что упрощает работу в ней. Сеть должна скрывать от пользователя все особенности операционных систем и различия в типах компьютера.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и решать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети. Система управления наблюдает за сетью и, обнаружив проблему, активизирует определённое действие, направленное на исправление ситуации, и уведомляет администратора о том, что произошло и какие шаги были предприняты. Одновременно с этим система управления должна накапливать данные, на основании которых можно планировать развитие сети. Планирование, кроме этого, включает прогноз изменений требований пользователей к сети, вопросы применения новых приложений, новых сетевых технологий и т.п.

Существует два основных подхода к обеспечению качества работы сети. Первый состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сети frame relay и ATM могут гарантировать пользователю заданный уровень пропускной способности. При втором подходе (best offort) сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует.

Примерами транспортного сервиса «best offort» (т.е. сервис «с максимальными усилиями» или «по возможности») может служить большинство технологий, разработанных в 80-е годы: Ethernet, Token Ring, IP, X.25. Очевидно, что сервис «по возможности» обеспечивает приемлемое качество обслуживания только в тех случаях, когда производительности сети намного превышает средние потребности, то есть является избыточной.

13.6. Internet

После Карибского кризиса в США сформулирована задача создания коммуникационной сети, устойчивой к частичным отказам. Цель – координация действий, поддержание связи между военными базами США. При внезапном уничтожении любого сегмента сети она должна продолжать функционирование. В середине 70-х годов создается первая глобальная вычислительная сеть ARPAnet (Advanced Research Projects Agency – управление перспективных исследований министерства обороны США), отвечающая поставленным условиям. Она объединяет военные базы и исследовательские центры МО в США и за рубежом. С 1986 году была создана высокоскоростная сеть NSFNET, объединившая 5 суперкомпьютеров США, расположенными в различных научных центрах. Она стала основой для развития сети Internet.

Internet — это общемировая совокупность сетей, связывающая между собой миллионы компьютеров, причем число пользователей Internet лавинообразно увеличивается. С технической точки зрения это объединение транснациональных компьютерных сетей, связывающих всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные всеми доступными типами носителей: по телефонным проводам, оптоволокну, через спутниковые каналы.

Для каждого компьютера и Internet устанавливаются два адреса: цифровой IP-адрес (IP – Internetwork Protocol – межсетевой протокол) и доменный адрес. Оба эти адреса могут применяться равноценно. Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а доменный для восприятия пользователем. Цифровой адрес состоит из четырех десятичных чисел - каждое в диапазоне от 0 до 255 (1 байт двоичного кода) и содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера. IP-адрес включает в себя адрес сети, адрес подсети, адрес компьютера в сети. При работе в сети машины отыскивают друг друга именно по этим числам. Числа записываются через точку, например: 175.94.93.09. Доменный адрес состоит из осмысленных буквенных обозначений. Синтаксис записи доменного адреса таков: протокол://имя машины.имя домена [/каталог/ подкаталог/имя файла].

Если рассматривать сеть Internet на нижнем уровне, то она позволяет пересылать пакеты данных с одного подключенного к Internet компьютеру на любой другой. Маршрутизаторы Internet автоматически выбирают оптимальный маршрут для доставки пакетов данных до места назначения. На этой основе были разработаны различные службы, использующие возможности Internet. До середины 90-х годов в основном применялись: электронная почта, телеконференции, серверы новостей, файловые серверы.

Пока польза от Internet ограничивалась возможностью применения перечисленных выше служб, Internet использовался в основном в научной среде, главным образом, для электронной почты. В 1993-1994 г. ситуация в корне переменилась. Причиной этого стало появление и широкое внедрение в сети Internet новой службы (подсистемы) — World Wide Web, в буквальном переводе — всемирной паутины (сокращенно: WWW или Web). С этого момента количество пользователей Internet стало лавинообразно увеличиваться — в несколько раз за год.

WWW — это содержащаяся в Internet всемирная распределенная база гипертекстовых документов. Каждый компьютер, имеющий постоянное подключение в Internet, можно использовать в качестве Web-сервера (или даже нескольких Web-серверов). Любой пользователь, имеющий диалоговое соединение к Internet, может общаться с другим пользователем (группой пользователей) в реальном времени, проводить видеотелеконференции и т.д. Пользователь может соединиться с любым Web-сервером с помощью Web-браузера. Для этого необходимо указать только электронный адрес Web-сервера. WWW работает по принципу «клиент-серверы»: существует множество серверов, которые по запросу клиента возвращают ему интересующую информацию. Каждый желающий может создать собственные WWW-странички, и разместить на существующем Web-сервере. Фирмы публикуют в Web сведения о своей деятельности, продукции, техническую документацию и т.д. На WWW-серверах университетов можно прочесть научные труды их сотрудников, сведения о приеме и выпуске студентов, учебные планы и т.д.

Формально не существует органа, управляющего Internet (как нет и единой сети Internet, а есть совокупность отдельных сетей). Направления развития Internet определяет ISOC (Internet Society) – общественная организация, работающая на принципах добровольного и безвозмездного участия энтузиастов. ISOC выбирает "совет старейшин" IAB (Internet Architecture Board – совет по архитектуре Internet), который утверждает стандарты, распределяет ресурсы (адреса) и решает проблемы по мере их появления. Решением технических и организационных проблем, выпуском документации и формированием предложений для IAB по изменению старых стандартов или введению новых занимается IETF (Internet Engineering Task Force – инженерная комиссия).