142

12 Сетевые информационные технологии

В настоящее время в мире насчитывается миллионы сетей. Подавляющее число их принадлежит к категории локальных (LAN), объединяющих компьютеры одного здания или группы зданий. Некоторые сети являются изолированными, но большинство их в той или иной степени связаны друг с другом, являясь абонентами магистральных территориальных (WAN) сетей, охватывающих города, страны и континенты. В сетях взаимодействуют миллионы компьютеров, использующих различные аппаратные платформы и операционные системы

Для того чтобы вся эта структура слаженно работала и абоненты различных ЛВС, расположенных на разных континентах, могли общаться друг с другом, существует определенная система правил и телекоммуникационных служб, организованная по иерархическому принципу.

Классической считается семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI (англ. Open System Interconnection), предложенная в начале 1980-х годов международной организацией по стандартизации ISO

(англ. International Organization for Standardization), в которой можно до-

статочно четко выделить три обобщенных слоя (рис. 12.1) [1].

Рис. 12.1. Семиуровневая модель OSI

12.1 Протоколы канального слоя

Нижние уровникоммуникационныхпротоколов(втерминологииOSI

– первыйивторой) образуют канальныйслой,определяющий базовую пакетную технологию передачи данных между абонентами в пределах одной сети. При этом применяются различные базовые технологии доставки данных.

Точка-точка. Прямому способу соответствуют протоколы передачи пакетов данных типа точка-точка PPP (англ. Point-to-Point Protocol), поддерживающие соединение по прямым (выделенным или коммутируемым)

143

каналам связи. Именно таким способом домашние компьютеры подключаются к провайдерам компьютерных сетей.

Ethernet. Для ЛВС, основанных на принципе селекции пакетов, имеется ряд базовых технологий, наиболее популярные из которых – тех-

нология Ethernet и ее варианты Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Однако тех-

нологиям присущи некоторые принципиальные недостатки. Поскольку среда распространения является общей и потоки пакетов в ней сталкиваются случайным образом, невозможно гарантировать скорость передачи данных между двумя абонентами, что крайне неудобно при работе в режиме реального времени, например при видеоконференциях.

Х.25 и Frame relay. Для территориальных сетей передачи данных, основанных на принципекоммутациипакетов, в 1970-1980-хгодах было разработано несколько базовых технологий. Серди них ранее упомянутая Х.25, которая была модернизирована и получила название технологии трансляции кадров – Frame relay. Эта технология применяется при построении территориально распределённых корпоративных сетей, а также в составе решений, связанных с обеспечением гарантированной пропускной способности канала передачи данных (IP-телефония, видеоконференции).

Сетевая технология ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode) осно-

вана на передаче данных в виде ячеек фиксированного размера (53 байта). Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет: передавать данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях; работать с постоянными и переменными потоками данных; интегрировать любые виды информации:тексты, речь, изображения, видеофильмы.

12.2 Протоколы транспортного слоя

Средние уровни коммуникационных протоколов транспортного слоя (с третьего – по пятый) отвечают за надежную доставку целостных сообщений, в том числе за пределы одной локальной сети. Одному протоколу со всеми этими задачами не справиться, поэтому существуют семейства (стеки) взаимосвязанных протоколов транспортного слоя.

Во времена начального развития сетей, в 1970-1980-е годы, каждый крупный производитель разрабатывал свой вариант, однако впоследствии все фирменные протоколы транспортного слоя были вытеснены семейством протоколов интернета TCP/IP.

Что же такое интернет в точном смысле этого слова?

На этот вопрос отвечает резолюция, принятая в 1995 году американским Федеральным сетевым советом:

«Интернет» – это глобальная информационная система, которая:

144

−логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, основанных на интернет-протоколе IP или на его последующих преемниках;

−способна поддерживать коммуникации с использованием семейства TCP/IP или других IP-совместимых протоколов;

−обеспечивает высокоуровневые услуги, надстроенные над коммуникационной инфраструктурой.

Таким образом, регламентации интернета начинаются на транспортном слое протоколов и не затрагивают нижележащего канального слоя. То есть интернет может работать поверх Ethernet, Frame relay, ATM или любых других базовых технологий доставки пакетов.

Первый пункт определения касается базовой роли протокола IP в установлении единой адресации абонентов в интернете. В соответствии с правилами протокола каждый компьютер имеет уникальный сетевой номер IP-адрес, занимающий 4 байта.

В десятичной классификации его принято писать четырьмя десятичными числами в диапазоне от 0 до 255, разделенными точками.

На международном уровне IP-адреса раздаются специально уполно-

моченной организацией InterNIC (англ. Internet Network Information Center) и пока (до внедрения шестой версии протокола IP) являются большим дефицитом. Цифровая схема адресации необходима самим компьютерам, но для людей она неудобна. Поэтому в 1983 году была предложена система обозначения компьютеров содержательными именами.

Согласно этой системе адресации, все имена в глобальной сети подразделяются на группы – домены, вложенные друг в друга. Сетевое доменноеимясостоит из нескольких названий, разделенныхточками. Например, сетевое имя user.aoi.tusur.ru соответствует компьютеру, входящему в домен третьего уровня кафедры АОИ muma.tusur.ru, входящему в домен второго уровня ТУСУР tusur.ru, входящему, в свою очередь, в домен первого уровня ru, присвоенному России.

Наименования доменов первого уровня закреплены международными соглашениями. Они делятся на два класса – функциональные и географические. Функциональные домены обозначаются тремя буквами, их первоначально было шесть: edu(образовательные организации), com(коммерческие организации), net (провайдеры сетевых услуг), mil (военные), gov (правительственные учреждения), org (прочие некоммерческие организации). Географические домены первого уровня двухбуквенные, напри-

мер ru (Россия), us (США), uk (United Kingdom) и др.

За каждым доменом верхнего уровня закреплена организация, которая следит за регистрацией имен и назначением ответственных организаций для доменов второго уровня. В России этим занимается Российский

145

научно-исследовательский институт развития общественных сетей (РосНИИРОС). Администраторы доменоввторого уровнярегистрируют имена доменов третьего и т.д., таким образом складывается иерархическая система доменных сетевых имен.

Сопоставление доменных имен IP-адресам происходит автоматически, этим занимается специальная сетевая служба – DNS (англ. Domain Name Service), работающая по соответствующим вспомогательным протоколам. Согласно правилам DNS, в каждом домене должен быть сервер, хранящий таблицы соответствия имен и IP-адресов. Серверы самостоятельно обмениваются актуализирующими сообщениями и помогают друг другу совершать процедуру разрешения адресов.

Второй пункт определения раскрывает содержание транспортного слоя в интернете, в обязательном порядке использующего семейство протоколов TCP/IP. В этом семействе IP отвечает за проводку одного пакета, причем доставка пакета не гарантируется, а на долю TCP (англ. Transfer Control Protocol - Протокол управления передачей) ложатся обязанности надежной доставки целостного сообщения. Для этого сообщение у отправителя разбивается на отдельные пакеты, которые доставляются по IP, а у получателяпроизводитсяобратнаясборкаи исправляютсяситуации, когда пакеты теряются или приходят не в том порядке, в котором были посланы.

Таким образом, стек протоколов TCP/IP предоставляет вышестоящему слою комплексную услугу по установлению надежного виртуального соединения между любыми двумя процессами, функционирующими в различных местах глобальной компьютерной сети.

Согласно третьему пункту определения, под интернетом следует понимать не только глобальную сеть транспортировки сообщений, но и надстроенную над ней систему предоставления высокоуровневых услуг, о которых мы будем говорить далее (электронная почта, WWW и т.д.) и которые относятся уже к более высокому, прикладному слою.

12.3 Протоколы прикладного слоя

Протоколы верхних уровней (в модели OSI - шестой и седьмой), надстроенные над транспортным слоем, образуют прикладной слой.

Они предоставляют пользователям высокоуровневые услуги локальной или глобальной компьютерной сети. Каждый сетевой сервис может быть организован либо по одноранговой, либо по клиент-серверной технологии.

В одноранговой сети все компьютеры с точки зрения данного сервиса равноправны, на каждом из них устанавливается одинаковое ПО, поддерживающеесервис. С однойстороны, это удобно для пользователей, таккак их компьютеры автономны, общение с корреспондентом осуществляется