Введение в специальность

345

шейся традиции, мы рассмотрим их снизу вверх.

Нижние уровни коммуникационных протоколов (в терминиологии OSI – первый и второй) образуют канальный слой, опреде-

ляющийбазовуюпакетнуютехнологиюпередачиданныхмеждуабонентами в пределах одной сети. Подобно тому, как в традиционной системесвязииспользуютсяразличныеспособыдоставкиписемвбумажныхпакетахразнообразногоформатаиразмера, вкомпьютерных сетях в зависимости от конкретных условий могут применяться различные базовые технологии доставки пакетов данных.

Точка-точка. Прямому (курьерскому) способу соответствуют протоколы передачи пакетов данных типа точка-точка (например, Point-to-Point Protocol – PPP), поддерживающиесоединениепопря-

мым (выделенным или коммутируемым) каналам связи. Именно таким способом домашние компьютеры подключаются к провайдерам компьютерных сетей.

Ethernet. Для локальных сетей передачи данных, основанных на принципе селекции пакетов, имеется ряд базовых технологий, наиболее популярной из которых, как мы уже отмечали, является технологияEthernet иееновейшиеварианты– Fast Ethernet иGigabit Ethernet. Эти технологии отличается простотой и дешевизной, однакоимприсущинекоторыепринципиальныенедостатки. Поскольку среда распространения является общей и потоки пакетов в ней сталкиваютсяслучайным образом, невозможногарантироватьскорость передачи данных между двумя абонентами, что крайне неудобно при работе в режиме реального времени, например при аудио- и видеоконференциях.

X.25 и Frame relay. Для территориальных сетей передачи данных, основанных на принципе коммутации пакетов, в 70-80-х годахбылоразработанынесколькобазовыхтехнологий. Наиболеестарой и заслуженной является уже упоминавшаяся нами технология X.25. Более того, до появления коммерческого интернета в 90-е годы данная базовая технология была практически единственной коммерческой технологией передачи данных в территориальных

347

середине 80-х годов, однако коммерческая эксплуатация таких сетей началась только с 1996 года. Особенностью набора протоколов ATM является исключительно малый размер отдельных пакетов, передаваемых по сети, всего 53 байта, они даже называются не пакетами, а ячейками (cells). Благодаря этому технология ATM весьма перспективна для сетей передачи данных в рехиме реального времени. Платой за высокое качество обслуживания является большая стоимость оборудования, поэтому технология ATM используется обычно на скоростных магистральных сетях.

Следует отметить, что перечисленные базовые технологии дополняют одна другую. Например, на магистральной (междугородной) сети может использоваться ATM, в региональной (городской) – Frame relay, а в локальных – Ethernet (см. рисунок).

В компьютере, подключенном к сети передачи данных, выполненной по некоторой базовой технологии, должен быть установлен соответствующий сетевой адаптер (карта Ethernet, cмарт-карта X.25, оконечное устройство ISDN и т. п.), а также программа-драйвер, поддерживающая выбранный протокол передачи пакетов.

Для того. чтобы пакеты были доставлены по назначению, каждому сетевому адаптеру в рамках данной сети присваивается уникальный физический адрес, однако в разных сетях принципы адресации могут коренным образом отличаться друг от друга. В этом кроется одна из главных проблем общения компьютеров, подключенным к различным сетям передачи даных. В рамках протоколов нижних уровней эту задачу решить невозможно, подобно тому, как при междугородней переписке бессмысленно послать письмо по адресу «5-я ул., д.2». Межсетевой обмен должен обеспечиваться шлюзами, работающими по протоколам более высокого уровня.

Средние уровни коммуникационных протоколов (в модеои OSI – с третьего по пятый) отвечают за надежную доставку целостных сообщений, в том числе за преде-

лы одной локальной сети. Одному протоколу со всеми этими зада-

348

чами не справиться, поэтому существуют семейства (стеки) взаимосвязанных протоколов транспортного слоя.

Во времена начального развития сетей, в 70-80-е годы, каждый крупный производитель разрабатывал свой вариант. Фирма Novell

предложила стек IPX / SPX (Internetwork Packet eXchange / Sequenced Packet eXchange), фирмаIBM разработаласемествопротоколов SNA (System Network Architecture), и т д, однако впослед-

ствии все фирменные протоколы транспортного слоя стали активно вытесненяются разработаным в недрах сети ARPPAnet семейством протоколов интернета.

Что 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:

•логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, основанных на Интернет-протоколе (IP) или на последующих расширениях или преемниках IP;

•способна поддерживать коммуникации с использованием семействаTCP / IP илиегопоследующихрасширений/преемникови/илидругих IP-совместимых протоколов;

•обеспечивает, используетилиделаетдоступныминаобщественной или частной основе высокоуровневые услуги, надстроенные над описанной здесь коммуникационной и иной связанной с ней инфраструктурой».

Анализируя это официальное определение, прежде всего заметим, что регламентации интернета начинаются на транспортном слое протоколов и не затрагивают нижележащего канального слоя. ТоестьинтернетможетработатьповерхEthernet, Frame relay, ATM или любых других базовых технологий дроставки пакетов.

ПервыйпунктопределениякасаетсябазовойролипротоколаIP (Internet Protocol – Межсетевой протокол) в установлении единой адресацииабонентоввинтернете. Всоответствиисправиламипротокола каждый компьютер имеет уникальный сетевой номер (IPадрес), занимающий 4 байта. .В десятичной нотации его принято писать четырьмя десятичными числами в диапазоне от 0 до 255,

349

разделеннымиточками. Например, рабочийкомпьютеравтораэтих строк имеет адрес 212.192.96.101. На международном уровне IPадреса раздаются специально уполномоченной организацией

Internet Network Information Center (InterNIC) и пока (до внедрения шестой версси протокола) являются большим дефицитом.

Цифровая схема одресации необходима самим компьютерам, нодлялюдейонанеудобна. Поэтомув1983 году, сразу послеперехода ARPAnet на протокол IP, была предложена система обозначения компьютеров содержательными именами. Согласно этой системе адресации, все имена в глобальной сети подращделяются на группы (домены), вложенные друг в друга. Сетевое доменное имя состоит из нескольких (восходящих по американским почтовым обычаям) названий, разделенных точками. Например, сетевое имя gladkikh.inf.tsu.ru соответствует упомянутому выше компьютеру, входящему в домен третьего уровня факультета информатики inf.tsu.ru, входящемувдоменвторогоуровняТомскогогосударственного университета tsu.ru, входящему, в свою очередь, в домен первого уровня ru, присвоенному России.

Наименования доменов первого уровня закреплены международнымисоглашениями. Ониделятсянадвакласса– функциональныеигеографические. Функциональныедоменыобозначаютсятремя буквами, их в первоначальном варианте стандарта было всего шесть: edu (образовательные организации), com (коммерческие организации), net (провайдеры сетевых услуг), mil (военные), gov (правительственныеучреждения), org (прочиенекоммерческиеорганизации). Географические доменыпервогоуровнядвухбуквенные, например su (Советский Союз), ru (Россия), us (США), uk (United Kingdom) и др. За каждым доменом верхнего уровня закреплена ответственнаяорганизация, котораяследитзарегистрациейимени назначениемответственныхорганизацийдлядоменоввторогоуровня, в Росиии этим занимается уже упоминавшийся РосНИИРОС. Администраторыдоменоввторогоуровнярегистрируютименадоменов третьего уровня и т. д., таким образом складывается иерархическаясистемадоменныхсетевыхимен. Предприимчивыедельцы сразу превратили регистрацию имен в бизнес, выдумывая и ре-

350

гистрируя на всякий случай удобные или забавные имена (например, deneg.net) и продавая их всем желающим.

Сопоставлениe доменных имен IP-адресам (разрешение адресов

– adress resolution) происходит автоматически, этим занимается специальная сетевая служба – Domain Name Service (DNS), работающая посоответствующимвспомогательнымпротоколам. Согласноправилам DNS, в каждом домене должен быть сервер, хранящий таблицы соответствия имен и IP-дресов. Серверы самостоятельно обмениваютсяактуализирующимисообщениямиипомогаютдругдругусовершатьпроцедуруразрешенияадресов.

Второйпунктопределенияраскрываетсодержаниетранспортного слоя в интернете, в обязательном порядке использующего семейство протоколов TCP / IP. В этом семействе IP вместе с некоторыми другимивспомогательнымипротоколамиотвечаетзапроводку одного пакета, причем доставка пакета не гарантируется, а на долю TCP (Transfer Control Protocol – Протокол управления передачей) ложатся обязанностинадежнойдоставкицелостногосообщения. Дляэтогосообщение у отрправителя разбивается на отдельные пакеты, которые доставляютсяпопротоколуIP, ауполучателяпроизводитсяобратная сборка и исправляются ситуации, когда отдельные пакеты теряются илиприходятневтомпорядке, вкоторомбылипосланы. Такимобразом, стекпротоколовTCP / IP предоставляетвышестоящемуслоюкомпплексную услугу по установлению надежного виртуального соединениямеждулюбымидвумяпроцессами, функционирующимивразличных местах глобальной компьютерной сети.

Согласно третьему пункту определения, под интернетом следует пониматьнетолькоглобальнуюсетьтранспортировкисообщений, но и надстроенную над ней систему предоставления высокоуровневых услуг, о которых мы будем говорить далее (электронная почта, Всемирная паутина – WWW и т. д., и которые относятся уже к более высокому, прикладномуслою.

Протоколы верхних уровней (в модели OSI – ше стойиседьмой), надстроенныенадтранспотным слоем, образуют прикладной слой. Они предос-

тавляетпользователямвысокоуровневыеуслугилокальнойилигло-

351

бальной компьютерной сети.

Каждый сетевойсервисможетбытьорганизованлибопо одноранговой, либо по клиент-серверной технологии . В одноранговой сети все компьютеры с точки зрения данного сервиса равноправны, на каждом из них устанавливается одинаковое программное обеспечение, поддерживающее сервис. С одной стороны это удобнодляпользователей, таккакихкомпьютерыавтономны, общение с корреспондентом осуществляется напрямую и не зависит от работоспособности сервера. С другой стороны, возможности одноранговой сети весьма ограничены, а объем устанавливаемого программного обеспечения для сложных видов сервиса может быть очень большим.

Программное обеспечение, реализующее клиент-серверную технологию, разбивается на две части – серверную и клиентскую. Серверная часть является общей для всех пользователей, она размещаетсянавыделенномкомпьютереивыполняютосновнуючасть работы по обеспечению данной услуги. Клиентская часть устанавливетсянарабочихместахпользователей, онапредназначенатолько для организации общения с соответствующим сервером и поэтомупроще, чеманалогичнаяпрограммаводноранговойсети. По этойпричинебольшинствосовременныхсетевыхуслугреализовано по клиент-серверной технологии. К ним относятся электроонная почта, системы работы с корпоративными базами данных, системы групповой работы и т. д.

Новейшие достижения в клиент-серверной технологии связаны с понятием универсального клиента. Его необходимость возникает тогда, когда один пользователь оказывается подключенным к нескольким серверным приложениям, к тому же реализованным на различных аппаратно-программных платформах. Для каждого из них необходимо устанавливать свой уникальный клиент, обслуживать его, знать особенности его интерфейса и т. д. Ситуация нескольконапоминаетту, котораябылавовременаDOS, когдапользователь общался с каждой прикладной программой по-своему и не было стандартных графических пользовательских интерфейсов (GUI). Как мы помним, тогда проблема разрешилась внедрением

352

унифицированных оконных GUI – Windows и Macintosh. Теперь онавозникланановомвиткеразвитияпрограммирования, еерешение видится в повсеместном использовании интернет- и интранеттехнологий и универсальных браузеров. Но об этом мы будем специально говорить чуть позже.

4.8. Сетевые услуги

Вэтом параграфе мы отвлечемся оттехнических деталей передачи сообщений и поговорим о практической пользе компьютерной сети для конечного потребителя. Вообще говоря, для локальной и глобальной сети набор услуг различается, но, благодаря повсеместному использованию протоколов интернета, грань между ними постепенно стирается. С одной стороны, в локальных сетях начинаютширокоприменятьсяпринципыинтернета, появилсядаже специальный термин интранет (intranet), он означает технологию создания корпоративных информационных сетей на протоколах «большого» интернета, но без выхода во внешний мир. С другой стороны, несколько локальных сетей одной фирмы, расположенныхвразныхгородахилистранах, могутчерезинтернет(этоназывается прокладкой туннеля) соединиться таким образом, что глобальная сеть будет совершенно прозрачной для любых видов общения, а пользователям будет казаться, что они работают в одной локальнойсети. Такаятехнологияобъединенияполучила название

экстранет (extranet).

услугу – доступ к находящейся в другом месте ЭВМ в режиме удаленного терминала. Собственно говоря, для этого они и создава- лисьвначале1970-хгодов, когдаоперсональныхкомпьютерахеще иречинебыло. Вспомним, чтопервымсообщением, переданнымв ARPAnet в момент ее рождения 29 октября 1969 года, была команда«LOGIN» наподключениепользователяизЛос-АнджелесакЭВМ SDS 940, расположеннойвСтенфорде. В1972 годубылразработан

353

протокол виртуального терминала Telnet, который после перехода ARPAnet настектранспортныхпротоколовTCP / IP быладаптирован к нему и стал стандартным протоколом прикладного слоя интернета. С помощью клиента Telnet, установленного на домашнем компьютере, можно (зная имя пользователя и пароль входа) подключиться к любому серверу, предоставляющему услугу удаленногодоступа, иработатьнанемвсовершеннопрозрачномрежиме, как будто между клиентом и сервером нет никакой сети. Таким образом, не выходя из дома, можно выполнять любые вычисления и даже работать администратором информационной системы, добросовестно выполняя все связанные с этим обязанности.

С появлением персональных компьютеров значение удаленного доступа для выполнения вычислительных задач уменьшилось, нооднаобластьпримененияэтойуслугивсегдаостанетсяактуальной. Речь идет о сверхсложных вычислениях на суперкомпьютерах, определяющих передовой край технического прогресса. Эти машины чрезвычайно дорогие, уникальные по своей сути. Физическиониразмещаютсявкрупнейшихнациональныхсуперкомпьютерных центрах, а доступ к вычислительные мощностям происходит через сеть. Для фундаментальных исследований такая возможность является исключительно важной, поэтому сеть NSFNet, созданная Национальным научным фондом США в 1986-1992 годах и определившая светлое будущее интернета, предназначалась прежде всего для связи шести суперкомпьютерных центров NSF с университетами. Аналогичнаяпрограмманачинаетосуществляться и в России, где на базе ведущих научных и образовательных учреждений Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Томска и рядадругихгородов(вчастности, вТомскомгосударственномуниверситете) создаются центры высокопроизводительных вычислений. Этоещеодинпример круговорота идей вприроде: проектВЦ коллективного пользования, не реализованный в 1980-х годах, начал осуществляться в XXI веке на новой технической основе.

Следующей высокоуровневой сетевой услугой стала передача файлов, в локальных сетях она долгое время являлась основным видом серви-

са. Как мы знаем, самая первая локальная сеть, созданная в Xerox PARC в 1973 году, предназначалась именно для передачи фай-

354

лов на общий лазерный принтер. На файловом сервисе выросла и приобрела мировую известность популярнейшая сетевая ОС 80-х годов NetWare, о чем мы говорили в разделе, посвященном операционным системам. Прикладной уровень сети NetWare организован по клиент-серверной технологии: коллективно используемые файлы хранятся на выделенном сервере, а клиенты, установленные на пользовательских компьютерах, дают возможность работать с этими файлами так, как будто бы те располагаются на обычном локальном диске. Удобство и популярность технологии NetWare вынудили фирму Microsoft ввести аналогичную услугу в операционную систему Windows, однако в ней доступ к удаленным ресурсам (файлам и принтерам) ведется по одноранговой схеме: каждый компьютер может выступать в роли как сервера, так и клиента.

В интернете передача файлов ведется по протоколу FTP (File Transfer Protocol – Протоколпередачифайлов), разработанномудля сети ARPAnet в 1972 году и впоследствии встроенному в семейство TCP / IP. В настоящее время в мировой Сети имеется множество FTP-cерверов, хранящих гигабайты полезной и интересной информации – от бесплатно распространяемых программ до электронных книг, музыки и видео. Установив на своем компьютере клиентFTP (еговпросторечииназывают«качалкойфайлов»), можно легко собрать коллекцию любимых книг и музыкальных произведений, заплатив при этом только за время работы в интернете.

Освоив к 1972 году междугородную пересылку файлов, создатели первой компьютерной сети ARPAnet сделали следующий логический шаг,

создав электроннуюпочту(E-mail). Это случилосьвмартетогоже 1972 года. ОтцомэлектроннойпочтысчитаетсяРэйТомлинсон(Ray Tomlinson) из компании BBN, той самой, которая выиграла подряд на строительство первых узлов сети. Он написал первые программы для посылки и чтения почты – SNGMSG и READMAIL и предложилформатэлектронногоадреса. Взаголовкеэлектронногописьма требовалось как-то разделить поля «кому» и «куда». Рэй понимал, чтонужнонайтитакойсимвол, которыйнаверняканемогвстретиться ни в имени, ни в адресе. Посмотрев на клавиатуру своего