Введение в специальность

Экспоненциальный рост числа хостов в Internet

ральвыросласшестиузлов, соединенныхканаламина56 Кб/с, до 21 узла с множественными связями на 45 Мб/с. Число сетей в Интернетев1995 годупревысило50 тысяч, изкоторыхпримерно29 тысячрасполагалосьнатерриторииСоединенныхШтатов, аостальные

–во всех частях света и дажевкосмическом пространстве.

В1990 году сеть ARPAnet, прожив двадцать лет, официально прекратила существование, став счастливой жертвой собственной популярности. Рожденная ею глобальная суперсеть Internet начала победное шествие по планете.

Подлинногорасцветакомпьютерные сетидостиглив90-егоды. Этомуспособствовало несколько факторов.

Во-первых, достижениявтехнологиилокальныхвычислительных сетей, о которых мы будем говорить в следующем параграфе, позволили создавать исключительно дешевые и надежные вычислительные сети для предприятий любого масштаба. Практически каждый офисный компьютер теперь работает в локальной сети.

Во-вторых, развитие магистральных (оптоволоконных и спут-

326

никовых) высокоскоростных каналов передачи данных резко удешевило междугородные и международные соединения и сделало их доступными рядовому пользователю.

В-третьих, и это самое главное, принципиально изменилось отношенияккомпьютерувмассовомсознании. Еслираньшеониспользовался прежде всего для выполнения вычислений (и назывался в литературе чаще всего электронной вычислительной машиной – ЭВМ), то теперь компьютер в основном является информационнымустройством, спомощьюкоторогочеловекобмениваетсяпочтой, узнает новости, читает книги, слушает музыку и даже смотрит кинофильмы.

Именно информационная потребность общества явмлась тем катализатором, который привел к взрывному развитию Internet в последнее десятилетие XX века. Сначала эти потребности были относительно скромными и ограничивались в основном электронной почтой, однако после изобретения в в 1991 году технологии ВсемирнойпаутиныWorld-Wide Web (мыбудемподробноговорить о ней далее) процесс вовлечения широких масс в Internet стал приобретать характер эпидемии. Экспоненциальный рост числа ком- пьютероввсетипродолжалсянапротяжениивсех90-хгодов, к2001 годуихтамсталоболее100 миллионов. Изтехническогофеномена сеть Internet превратилась в экономический и социальный.

ВэтихусловияхникакоеправительствонемоглобынестибремярасходовнаэесплуатациюгигантскойпубличнойСети, еенеобходимо было приватизировать и сделать самоокупаемой. В США пришли к идее самофинансирования Internet в конце 1980-х годов, постепенносетькоммерциализировалась, ак1995 годубюджетное финансированиеNSFnet Backbone былополностьюпрекращено. На смену государственным организациям пришли частные компании, открывшие новую и очень доходную рыночную нишу – организацию коммерческих компьютерных сетей и предоставление услуг Internet конечнымпользователям (Internet providing). Довольнобыстро сформировалась иерархия провайдеров. На верхнем уровне располагаются крупнейшие сетевые компании, которые, арендуя магистральные каналы первичной сети у операторов дальней связи, организуют вторичные компьютерные сети в масштабах стра-

327

ны или даже нескольких стран. Крупнейшим в мире провайдером Internet является компания America On-Line (AOL), образованная в 1985 году. В1999 годуеедоходсоставил2,6 миллиардадолларов, а число абонентов превысило 20 миллионов.

Более мелкие провайдеры действуют в пределах отдельных городов или географических регионов. Они «оптом» покупают услугиInternet упровайдеровпервогоуровняипродаютих«врозницу» конечным пользователям, используя для этого, как правило местную телефонную сеть общего пользования.

Стремясь увеличить свои доходы, провайдеры постоянно расширяютпереченьпредоставляемыхуслуг, переходяотпростоготехническогоподключениякСетиккомплексномуинформационному обслуживанию(электроннаяпочта, службамгновенныхсообщений, хранениеданныхабонентов, арендаприложений, электроннаякоммерция, интернет-вещание и т. п.). В этом отношении характерна судьба AOL. Начав с организации модемных пулов, компания стала расширяться, приобретая фирмы, прославившиеся разработкой новыхсетевыхтехнологий. В1998-1999 годахонакупилаNetscape Communications, создавшую знаменитый браузер и одноименный информационный портал, и израильскую фирму Mirabilis, разработавшую технологию ICQ для мгновенного обмена короткими сообщениями.

Web-революции середины 90-х годов коренным образом изменила облик Internet с точки зрения пользователя. Путешествия по Web (Web-surfing) стали привычными для людей, никогда прежде не имевших

дела с компьютером. Появились новые виды услуг: Intrnet-телефо- ния, Intrnet-радиовещание и Intrnet-телевидение. В этих условиях объем сетевого трафика резко возрос, пропускная способность магистральных каналов была быстро исчерпана и в сети стало тесно. Аналогичная ситуация произошла полвека назад на дорогах, когда автомобиль стал массовым видом личного транспорта.

Длярешенияпроблемыбылонеобходимостроительствоинфор-

мационных супермагистралей (information superhighway), пропус-

328

кная способность которых во много раз превышала бы показатели существующих каналов Internet, икоторыесвязывалибы самыеразнообразныеинформационные ресурсы в масштабах планеты. Этот броский термин придумал американский сена-

тор Альберт (Эл) Гор младший

(Gore, Albert (Al) Arnold Jr.; Альберт Гор

р. 1948), отец которого, также сенатор, в свое время отстаивал идею строительства автомобиль-

ных супермагистралей. Будучи законодателем, а затем и вице-пре- зидентомвправительствеКлинтона(1992 - 2000 гг), ЭлГорсделал исключительно много для развития сети Internet, внедрению компьютерных технологий в образование. По его инициативе в США были приняты законы, регулирующие сетевую деятельность, развернулись крупномасштабные работы по модернизации сети Internet, превращению ее в настоящую информационную супермагистраль для общества XXI века.

Осенью 1996 года стартовали два многомиллионных проекта:

правительственныйNext Generation Internet – NGI ипроектInternet2,

спонсируемыйвузамиикомпаниямиинформационныхтехнологий. Сеть NGI создается для федеральных структур – ARPA, министерстваобороны, министерстваэнергетики, отвечающегозаатомную программу, национального научного фонда NSF, космического ведомство NASA, национального института стандартов, крупнейших научных лабораторий исуперкомпьютерных центров. Она предполагаеттысячекратноеувеличениескоростипередачиданных по сравнению с Internet и предназначена для обеспечения научных

исследований и медицинской диагностики.

Сеть Internet2 должна объединить гигабитными магистралями 135 университетских кампусов. Предполагается построить нечто вроде виртуального университета для студентов и преподавателей стем, чтобыонимогличитатькнигиизбиблиотек, находящихсяна удалении тысяч километров, брать уроки в других вузах, совмест-

329

но проводить научные исследования.

Вфеврале1999 годаперваямагистральInternet2 подназванием Abilene была введена в эксплуатацию. Она связала оптическим кабелем длиной 21 тыс км два побережья Соединенных Штатов – от Нью-Йорка до Сиэтла. Скорость передачи данных составляет – 2,4 Гбит/с, постепенно она будет повышена до 9,6 Гбит/с, ответственность за повседневное сопровождение Abilene возложено на УниверситетштатаИндиана. Abilene станетоднойиздвухглавных магистралей Internet2. Другая будет базироваться на vBNS – very high speed Backbone Network Service, которая представляет собой модернизированную магистраль NSFnet, принадлежащую Национальному научному фонду США и компании MCI WorldCom.

Помимоувеличенияскоростипередачиданных, проектInternet2 имеет еще одну цель – внедрить новую (шестую) версию протоколаIP, называемуюIPv6. Онапринципиальноотличаетсяотвсехпредыдущих, в частности, тем, что кардинально решает проблему нехватки IP адресов. Когда в 70-е годы Роберт Кан и Винтон Серф разрабатывалипервуюверсиюпротоколаIP, онипредусмотрели32битный адрес абонента, предполагая, что в обозримом будущем будет не более 256 сетей, а число хостов никак не превысит сотни миллионов. Действительность, как мы знаем, опровергла этот прогноз, в настоящее время возможности 32-битной адресации практически исчерпаны. Протокол IPv6 отводит на адрес 128 разрядов, этогодостаточнодлятого, чтобыадресоватькомпьютеры, дажеесли их будет по полторы тысячи на каждый квадратный метр земной поверхности.

Появление американских проектов скоростной сети всколыхнуло не только Европу. Большие и малые страны всех частей света начали считать обладание информационной супермагистралью – илихотябыналичиеплановеепостроения– признакомнациональнойзрелости. В результатевтаких странах, как Канада, Австралия и Япония, появились проектысобственных супермагистралей.

История российского интернета в целом повторяет американскую. Своими корнями он уходит в вузы и научно-исследовательских институты –

туда, где проросли залетевшие с Запада семена операционной сис-

330

темы Unix, из них выросли первые коммерческие и некоммерческиеакадемическиесети, аужепотомначалосьбурноеразвитиеСети с привлечением капитала крупных телекоммуникационных компаний.

Родоначальникомроссийскогоинтернета1 поправу можносчитать Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова (ИАЭ), где еще в1982-1983 годахсучастиемспециалистоврядадругихНИИбыли начатыработыпосозданиюотечественной операционнойсистемы типаUnix, получившейназваниеДЕМОСДиалоговаяЕдинаяМобильная Операционная Система. Распространением этой системы занялся одноименнный кооператив образованный сотрудниками института.

В 1990 году была основана первая российская межджугороднаякомпьютернаясетьскоммутациейпакетовRelcom (отRELiable COMmunications - надежная связь). Строго говоря, это был еще не интернет, сеть предназначалась исключительно для передачи электронной почты по протоколу UUCP (Unix-Unix CoPy) и объединяла разработчиков и пользователей Unix-систем ИАЭ и нескольких других НИИ в Серпухове, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Дубне. В августе состоялся первый сеанс связи по международному телефону с университетом в Хельсинки (Финляндия), а 19 сентября зарегистрирован географический домен верхнего уровня SU (Soviet Union), что можно считать рождением интернета на территории России и ближнего зарубежья. Вначале сеть была бесплатной, однако с 1992 г. она стала коммерциализироваться, для чего было создано акционерное общество «Релком». В последующие годы сеть Relcom перешла на стандартные интернет-протоколы TCP/IP, подключилась к панъевропейской сети EUNet и стала на-

1Поскольку это слово для русского языка новое, словари не дают его нормативного правописания. В результате дискуссии, развернуышейся на одном из сайтов в 2001 году, большинство пришло к выводу, что его нужно писать со строчной буквы и склонять как существительное мужского рода: интернет, интернета, интернету и т. д. В прошлом аналогичных примеров было много. Когда-то слова

метрополитен, аспирин, термос, эскалатор, унитаз, плексиглас, диктофон, ксерокс, керосин, рапидограф, кульман, вазелин и многие другие тоже были фмрмен-

ными марками и писались с заглавной, а сейчас это никому и в голову не придет.

331

зываться EUNet/Relcom. Со временем фирмы «Релком» и отделившаяся от нее «Демос» превратились в крупнейших коммерческих российских интернет-провайдеров.

Некоммерческиеакадемическиесетидляобслуживанияучреждений науки и образования начали создаваться в 1994-1996 годах. В 1994 году стартовал проект российской университетской сети

RUNNet (Russian UNiversity Network) на основе спутниковых ли-

ний передачи. Главные узлы спутниковой связи расположены в Москве(МГУ) иС.-Петербурге, апериферийныестанциирасположены более чем в 40 городах европейской и азиатской частей России. Доступ в интернет осуществляется по нескольким международным каналам через Норвегию, Францию, Германию, Финляндию, Канаду с суммарной пропускной способностью более 10 Мбит/с.

РоссийскиманалогомамериканскойнаучнойсетиNSFNet cтала федеральная сеть для нужд науки и высшей школы RBNet (Russian Backbone Network), созданнаяв1996-1998 годах. RBNet базируется на цифровых магистральных каналах E1 (2,048 Мбит/с), арендованных у различных компаний дальней связи, прежде всего у Ростелекома, и собственных волоконно-оптических сегментах в Москве и С.-Петербурге. Оператором сети является Российский НИИ развития общественных сетей (РосНИИРОС), центр управления находится в Москве, финансирование расходов осуществляется отдельной строкой из федерального бюджета. RBNet выполняет функции опорной сети (backbone), клиентами которой являются региональные сети науки и образования. Сеть имеет двухуровневую структуру. Базовые узлы первого уровня организованы в восьми региональных центрах: С.-Петербурге, Москве, Ростове-на-Дону, Самаре, Екатеринбурге, Новосибирске, Иркутске, Хабаровске, к ним подключены узлы второго уровня, расположенныеболеечемв35 городах– отНовгородаВеликогодо Владивостока. Длядоступавинтернетиспользуютсявозможности нескольких российских и иностранных операторов, при этом основнойшлюзвзаимодействуетскомпаниейTeleglobe International Corp. Для обеспечения взаимодействия с этой сетью создана точка

332

присутствия RBNet в Нью-Йорке (60 Hudson street).

МощныйимпульсразвитиюнекоммерческогоинтернетавРоссиипридалаблаготоворительнаяпрограмма«Университетскиецентры Интернет», которая финансировалась известным американским мультимиллионером и меценатом Джорджем Соросом (Soros, George; р. 1930 ). Еврейвенгерского происхождения, Сорос на собственном опыте познакомился с особенностями тоталитарных режимов, как фашистского, так и коммунистического толка. Сорос считал, что распространение интернета в бывших социалистических странах поможет им преодолеть сложившуюся информационную изоляцию. В рамках этой программы в 1996-1998 годах в 33 периферийныхклассическихуниверситетахнатерриторииРоссии (в том числе Томском государственном) были созданы интернетцентрысузламителекоммуникаций, мощнымисервернымиресурсами и компьютерными классами свободного доступа. Подключение центров к интернету осуществлялось через сеть RBNet, поэтому услуги для пользователей были бесплатными. По замыслу Сороса, созданиеинфраструктуры– толькоперваячастьдолговременнойпрограммыразвитияроссийскогоинтернета. Вдальнейшемна базегородскихсетейиуниверситетскихцентровначнутсоздавать- ся«Интернет-ориентированныеинформационныесистемы», представляющие собой сеть Web-серверов, посвященных событиям культурной и общественной жизни.

Параллельносакадемическимвозникалиибыстрымитемпами развивалисьсетикоммерческихпоставщиковуслугинтернета. Они образовывалиськакакционерныеобществасчистороссийскимили смешаннымкапиталомнабазекрупнейшихпредприятийтранспортаисвязи. Вначалеониориентировалисьвосновномнаподключениеорганизаций, таких, какбанки, государственные учреждения и средства массовой информации. Затем они стали все шире обслуживать частных пользователей там, где существовал платежеспособный спрос, в первую очередь в Москве и Санкт-Петербурге. В этихгородахбылиорганизованыпунктыобменатрафикомкоммерческих сетей между собой и с академическими сетями. Электроннаяпочтапересталаходитьизодногорайонагородавдругойчерез Америку.

Внастоящеевремякоммерческиекомпании, предоставляющие

333

доступ в интернет, составляют мощный и быстроразвивающийся сектор российской экономики с высоким уровнем конкуренции. В 1998 году Ростелеком, российский монополист международной и междугородней телефонной связи и владелец большей части российских волоконно-оптических каналов, образовал совместно с Релкомом новую компанию под названием Релком-ДС (Деловая Сеть). На сегодняшний день это самый крупный поставщик услуг Интернета в России. Значительную часть территории страны охва-

тывают также сети SovAm Teleport и Global One.

Число компьютеров в российской части интернета (в сетевой литературезанейзакрепилосьназвание«Рунет») стремительнорастет. Если к началу 1997 года оно составляло 200-300 тысяч, то к 1999 году– 1,2 миллиона, к2000 году- 5,4 миллиона, авначалеXX века вплотную приблизилось к 8 миллионам.

4.6. Локальные вычислительные сети

В отличие от рассмотренных выше nерриториальных сетей (их называют еще глобальными), простирающихся на десятки – сотни – тысячи километров, локальные сети – ЛВС (Local Area Network – LAN) охватывают территорию одного здания или группы близко расположенных зданий, например, университетского кампуса. Однако не расстояние является определяющей характеристикой локальных сетей, а способ доставки сообщений. Локальные сети также основаны на передаче пакетов, однако в них отсутсвуют маршрутизаторы, а вместо принципа коммутации используется принцип селекции пакетов.

История распорядилась так, что локальные сети появились несколько позже глобальных. Первые эксперименты были проведены в начале 70-х годов, а широкое распространение локальныхсетейначалось ужев80-е.

графиейрегиона. КогдавГавайскомуниверситете, расположенном нацентральномостровеОаху, былаустановленабольшаяЭВМ, спо-

334

собная работать в режиме разделения времени, возникла проблема подключения к ней множества терминалов, разбросанных по всемуархипелагу. Сделатьэтоспомощьюобычныхпроводныхлиний былоневозможно, таккакглубокиепроливымеждуостровамизатрудняли прокладку телефонных кабелей, поэтому основным средством общения могла быть только радиосвязь.

Чрезвычайно остроумное и удачное решение проблемы предложил профессор Норман Абрамсон (Abramson, Norman). который до приезда на Гаваи работал в Стенфорде и Массачуссетском технологическом инстиуте. Его идея состояла в в том, чтобы построить широковещательную (broadcasting) радиосеть, в которой каждый абонент оснащен приемопередатчиком, причем все они работают на одной и той же частоте.

Принцип работы широковещательной сети проиллюстрирован на рисунке. Предположим, абонент 1 желает передать пакет абоненту 3. На передающей стороне этот пакет снабжается адресами отправителя и получателя; устройство доступа к среде постоянно прослушивает эфир, и, как только там наступит пауза, отправляет сообщение. Поскольку эфир общий, то пакет будет зарегистрированвсемиприемниками, однаковсеабоненты, кромезтретьего, его не получат, так как специальное устройство – селектор, стоящее за приемником и обозначенное на рисунке буквой С, сравнивает адрес получателя в пакете с собственным и не пропускает чужие пакеты. Таким образом, из потока пакетов, циркулирующих в эфире, каждый абонент выбирает только те, которые адресованы именно ему.

На практике реализовать принцип селекции было не так просто. Поскольку к передающей среде одновременно подключаются всеабоненты, еепропускнаяспособностьдолжнабытьдостаточно высокой. Кроме того необходимо было решить проблему столкновения (коллизии) пакетов, одновременно посланных несколькими передатчиками. Тем не менее все технические трудности были успешно преодолены, и в 1970 году первая широковещательная сеть, названная Aloha (это слово на местном языке соответствует английскому hello, то есть «привет!») успешно заработала. Сначала