6. Глобальная информационная сеть Интернет

1. Предпосылки возникновения Интернет

Передача данных между локальными сетями компьютеров стала неотъемлемой частью современных информационных технологий. Локальные сети, разбросанные по всему миру, могут содержать данные, представляющие интерес для пользователей других локальных сетей, удаленных от первых на значительные расстояния. Эти данные могут относиться к различным сферам человеческой деятельности: экономике, охране окружающей среды, добыче полезных ископаемых и т.д. В научном мире передача данных между локальными сетями компьютеров позволяет ученым посылать программы и данные на удаленные суперкомпьютеры для обработки, получать результаты и обмениваться научной информацией с коллегами.

К сожалению, большинство локальных сетей создаются независимо друг от друга. Пользователи выбирают аппаратную технологию, подходящую для их коммуникационных проблем. Некоторым пользователям нужна высокоскоростная сеть, соединяющая их машины, но такие сети не могут быть расширены на большие расстояния, их эффективность снижается при увеличении количества компьютеров свыше некоторого оптимального значения. Другим подходит более медленная сеть, но она должна соединять достаточно большое количество компьютеров и т.д. Может оказаться так, что локальные сети используют одну и ту же технологию, но они разнесены на значительные расстояния, что не позволяет осуществить обмен между данными сетями на основе общей технологии. Кроме того, применяемые на практике технологии локальных сетей ориентированы на конкретные сетевые топологии и не обеспечивают доставки сообщений в сетях с произвольной топологией.

Во всех рассмотренных выше примерах для организации обмена данными между сетями нужна новая технология в отличие от тех, что используются в локальных сетях. Эта технология должна сделать возможным взаимное соединение большого числа разделенных физических сетей и заставить их работать как одно единое целое. Она получила название межсетевого обмена (internetworking), поскольку приспосабливает друг к другу различные аппаратные технологии, лежащие в основе физических сетей, с помощью добавления как физических соединений сетей, так и нового набора соглашений. Технология межсетевого обмена скрывает детали сетевого оборудования и позволяет компьютерам взаимодействовать вне зависимости от типа их физических соединений.

Новая технология межсетевого обмена является примером модели Взаимодействия Открытых Систем. Они называются открытыми потому, что в отличие от узкоспециализированных коммуникационных систем, продаваемых тем или иным производителем, ее спецификации доступны всем. Поэтому любой пользователь может создать программное обеспечение, необходимое для взаимодействия в объединенной сети. Более того, вся эта технология была разработана для того, чтобы упростить взаимодействие между машинами с различными аппаратными архитектурами, чтобы использовать почти любое оборудование сети с коммутацией пакетов, и чтобы позволить взаимодействие различных операционных систем.

Межсетевая технология появилась в результате проведения разработок, финансировавшихся Агентством перспективных исследований министерства обороны США DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Технология DARPA включает набор сетевых стандартов, описывающих детально процесс взаимодействия компьютеров, а также ряд соглашений при взаимодействии сетей и маршрутизации траффика. Официально называемый Стеком межсетевых протоколов TCP/IP (а в обыденной речи - TCP/IP по именам двух основных стандартов), набор сетевых стандартов может использоваться для взаимодействия компьютеров, принадлежащих неограниченному числу сетей.

Технология DARPA стала базовой технологией для огромного количества сетей, которые в настоящее время связывают большинство исследовательских центров и институтов, промышленных компаний, университетов и учебных заведений, других организаций. Для обозначения получившейся распределенной сетевой среды стали использовать термины Интернет DARPA, Интернет TCP/IP или просто Интернет.

Способы объединения сетей

Как соединяются сети между собой для создания объединенной сети? Физически две сети могут соединяться только с помощью компьютера, присоединенного к каждой из них. Компьютеры, соединяющие две сети и передающие пакеты из одной в другую, называются межсетевыми шлюзами(gateway) или межсетевыми маршрутизаторами (router).

Рассмотрим пример, показанный на рисунке 6.1. Две физические сети соединены со шлюзом G. Шлюз принимает пакеты из сети 1, предназначенные компьютерам в другой сети, и передает их в сеть 2. Аналогично G должен принимать пакеты из сети 2, которые предназначены для компьютеров в сети 1, и передавать их туда.

Рис. 6.1. Схема соединения 2-х сетей

Когда соединения физических сетей становятся более сложными, шлюзам нужно знать о топологии Интернета за пределами сетей, к которым они присоединены. На рисунке 6.2 в качестве примера изображены три сети, соединенные между собой двумя шлюзами.

Рис. 6.2. Схема соединения 3-х сетей с помощью двух шлюзов.

В этом примере шлюз G1 должен перемещать из сети 1 в сеть 2 все пакеты, предназначенные для машин либо в сети 2, либо в сети 3. По мере того, как количество физических сетей увеличивается, задача шлюза по принятию решений о том, куда посылать пакеты, становится более сложной. Может сложиться впечатление, что шлюзы, которые знают, как направить пакеты к их получателю, являются большими машинами, имеющими достаточное количество основной или внешней памяти для хранения информации о каждой машине в Интернете. Тем не менее, шлюзы, используемые в сети Интернет, обычно являются миникомпьютерами; они часто имеют небольшую дисковую память или не имеют ее вообще, а также имеют ограниченную оперативную память. Причина использования маленьких межсетевых шлюзов заключена в следующем: шлюзы маршрутизируют пакеты, основываясь на информации о сети получателя, а не на информации о компьютере-получателе. Если маршрутизация сообщений или данных осуществляется между сетями, то количество информации, которую нужно хранить шлюзу, пропорционально количеству сетей в Интернете, а не числу машин в нем.

Более подробно вопросы выбора маршрутов при доставке сообщений будут рассмотрены в разделе 6.4.