9. Глобальная вычислительная сеть Internet.

9.1 Интернет - сеть виртуальных сетей

Интернет является сетью виртуальных сетей. У нас первые ЭВМ, подключенные в Internet появились в 1991 году. Начиная с 1994 года Internet в Россия стал активно разви­ваться. Это произошло прежде всего потому, что созрели условия - в различных учрежде­ниях (сначала научных, а затем коммерческих и государственных) и у частных лиц оказа­лись сотни тысяч персональных ЭВМ. К этому же времени в мире стала формироваться сеть депозитариев, доступных через анонимный доступ (FTP), а несколько позднее и WWW-серверов.

Современный Интернет объединяют в единое целое многие десятки (а может быть уже и сотни) тысяч локальных сетей по всему миру, построенных на базе самых разных физических и логических протоколов {Ethernet, Token Ring, ISDN, X 25, Frame Relay, Arcnet и т.д.). Эти сети объединяются друг с другом с помощью последовательных кана­лов (протоколы SLIP, PPP), сетей типа FDDI (часто используется и в локальных сетях), ATM, SDH(Sonet) и многих других. В самих сетях используются протоколы TCP/IP (Ин­тернет), 1PX/SPX (Novell), Appletalk, Decnet, Netbios и бесконечное множество других, признанных международными, являющихся фирменными и т.д. Картина будет неполной, если не отметить многообразие сетевых программных продуктов (Windows NT, MS Windows-97, Netware, Mullinet, Lantastic и пр.) На следующем уровне представлены раз­нообразные внутренние (RIP, IGRP, OSPF) и внешние (BGP, 1S-IS и т.д.) протоколы мар­шрутизации и маршрутной политики, конфигурация сети и задание огромного числа па­раметров, проблемы диагностики и сетевой безопасности Немалую трудность может вы­звать и выбор прикладных программных средств (Netscape, MS Internet Explorer и пр.) В последнее время сети внедряются в управление (CAN), сферу развлечений, торговлю, происходит соединение сетей Интернет и кабельного телевидения.

Что явилось причиной стремительного роста сети Интернет⁹ Создатели базовых протоколов (TCP/IP) заложили в них несколько простых и эффективных принципов: ин­капсуляцию пакетов, фрагментацню/дефрагментацию сообщений и динамическую маршрутизацию путей доставки. Именно эти идеи позволили объединить сеги, бази­рующиеся на самых разных операционных системах (Windows, Unix, Sunos и пр.), исполь­зующих различное оборудование (Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN, ATM, SDH и т.д.) и сделать сеть нечувствительной к локальным отказам аппаратуры Огромный размер со­временной сети порождает ряд серьезных проблем Любое усовершенствование протоко­лов должно проводиться так, чтобы это не приводило к замене оборудования или про­грамм во всей или даже части сети. Достигается это за счет того, что при установлении связи стороны автоматически выясняют сначала, какие протоколы они поддерживают, и связь реализуется на общем для обеих сторон наиболее современном протоколе (приме­ром может служить использование расширения протокола smtp - MIME). В кабельном сегменте современной локальной сети можно обнаружить пакеты TCP/IP, IPX/SPX (Novell), Appletalk, которые успешно сосуществуют.

Проектировщикам и создателям сетей приходится учитывать многие десятки факто­ров при выборе того или иного типа сети, сетевого оборудования, операционной системы (UNIX, MS-DOS, IRIS, Windows-NT, SOLARIS или что-то еще), программного обеспече­ния, внешние каналов связи (выделенный канал, коммутируемая телефонная сеть, цифро­вая сеть, радио или спутниковый канал) и в конце концов сервис-провайдера. За всем этим стоят как технологические проблемы, так и финансовые трудности, тяжелый выбор между дешевой и хорошей сетью.

На рис. 9.1показана общая схема построения Internet (буквами R отмечены маршру­тизаторы-порты локальных сетей).

Рис. 9.1. Схема построения сети Интернет

Каждая из сетей, составляющих Интернет, может быть реализована на разных прин­ципах, это может быть Ethernet (наиболее популярное оборудование). Token Ring (вторая по популярности сеть), ISDN, X.25, FDDI или Arcnet. Все внешние связи локальной сети осуществляются через порты-маршрутизаторы (R). Если в локальной сети использованы сети с разными протоколами на физическом уровне, они объединяются через специальные шлюзы (например, Ethernet-Fast_Ethernet, Ethernet-Arcnet, Ethernet-FDDI и т.д.). Выбор то­пологии связей определяется многими факторами, не последнюю роль играет надежность Использование современных динамических внешних протоколов маршрутизации, напри­мер BGP-4, позволяет автоматически переключаться на один из альтернативных маршру­тов, если основной внешний канал отказал. Поэтому для обеспечения надежности жела­тельно иметь не менее двух внешних связей. Сеть LAN-6 (см. рис. 4.2) при выходе из строя канала R2-R6 окажется изолированной, а узел LAN-7 останется в сети Интернет да­же после отказа трех внешних каналов.

Широкому распространению Интернет способствует возможность интегрировать самые разные сети, при построении которых использованы разные аппаратные и про­граммные принципы. Достигается это за счет того, что для подключения к Интернет не требуется какого-либо специального оборудования (маршрутизаторы это ЭВМ). Некото­рые протоколы из набора TCP/IP (ARP, SNMP) стали универсальными и используются в сетях, построенных по совершенно иным принципам.

9.2 Каналы связи

Наибольшей популярностью пользуются каналы связи, использующие городскую коммутируемую телефонную сеть, для этого нужны модемы - по одному на каждой из сторон канала. Традиционные модемы могут обеспечить при хорошем каче­стве коммутируемой аналоговой телефонной сети пропускную способность до 56 Кбит/с (кабельные широкополосные модемы при длине соединения порядка 2км могут обеспе­чить 2 Мбит/с). Привлекательность такого решения заключается в возможности подклю­чения к любому узлу, имеющему модемный вход. Наиболее широко указанный метод свя­зи используется для подключения к узлам Интернет домашних ЭВМ Недостатком такого решения является низкая надежность канала (особенно в России), малая пропускная спо­собность и необходимость большого числа входных телефонных каналов и модемов

Использование выделенной 2- или 4-проводной линии (рис. 9.2) обеспечивает большую надежность и пропускную способность (до 256 кбит/с при длинах канала < 10 км). Но и здесь на каждый вход требуется отдельный модем, да и скоростные модемы, ра­ботающие на выделенную линию, относительно дороги. Выделенные линии чаще служат для межсетевого соединения (рис. 4.3 В). Функциональным аналогом выделенных линий являются оптоволоконные, спутниковые и ради о-релейные каналы. Этот вариант позволя­ет строить сети с пропускной способностью в несколько 1-100 Мбит/с и более.

Рис. 9.2 Схемы каналов, использующих городскую телефонную сеть.

На рис. 9.2 показана схема построения сети с использованием исключительно со­единений типа точка-точка. Это наиболее часто встречающийся, но не единственный ва­риант. При построении крупных общенациональных и интернациональных сетей приме­няются сверхширокополосные каналы и схемы типа опорной сети (backbone). Узлы такой сети могут располагаться в каких-то крупных организациях или быть самостоятельными (принадлежать государственным РТТ). Такие сети обычно базируются на протоколах SDH (Sonet). Информация в этих сетях передается в виде больших блоков (виртуальных кон­тейнеров) Использование опорной сети обычно оправдано при организации интернацио­нальных связей, но бывают и исключения Контейнер может содержать сообщения, адре­сованные разным получателям, что несколько противоречит идеологии протоколов TCP/IP. IP-пакеты могут вкладываться в эти контейнеры и транспортироваться до задан­ного узла опорной сети. Классическим примером опорной сети является E-bone (Европей­ская опорная сеть). Эта сеть объединяет 27 стран (России в этом списке нет) и более 60 сервис-провайдеров, пропускная способность для различных участков лежит в пределах 2-34Мбит/с. Опорная сеть подобна международной автомагистрали, по ней добираются до ближайшего к точке назначения узла, а далее по 'проселочным' каналам до конечного ад­ресата.

Резкое увеличение передаваемых объемов информации в локальных и региональных сетях привело к исчерпанию имеющихся ресурсов, а реальные прогнозы потребностей указывают на продолжение роста потоков в десятки и сотни раз. Единственной техноло­гией, которая способна удовлетворить эти потребности, являются оптоволоконные сети (Sonet, SDH, ATM, FDD1, Fiber Channel). Каналы этих сетей уже сегодня способны обес­печить пропускную способность 155-622 Мбит/с, ведутся разработки и испытания каналов с пропускной способностью в 2-20 раз больше, например, гигабитного ethernet Осваива­ется техника мультиплексирования частот в оптоволокне (WDM), что позволяет поднять его широкополосность в 32 раза и в перспективе довести быстродействие каналов до 80 Гбит/с и более По мере роста пропускной способности возрастают проблемы управления, синхронизации и надежности. Практически все сети строятся сегодня с использованием последовательных каналов. Это связано прежде всего со стоимостью кабелей, хотя и здесь существуют исключения (например, HIPP1). Разные сетевые услуги предъявляют разные требования к широкополосное™ канала. На представлены частотные диапазоны для основных видов телекоммуникационных услуг. В Интернет практически все перечис­ленные услуги доступны уже сегодня (кроме ТВ высокого разрешения).

Протоколы Интернет (TCP/IP) существуют уже около 30 лет. Требования к телеком­муникационным каналам и услугам выросли, и этот набор протоколов не удовлетворяет современным требованиям. Появляются новые протоколы Delta-t (для управления соеди­нением), NetBLT (для передачи больших объемов данных), VMTP (для транзакций; RFC-1045) и ХТР для повышения эффективности передачи данных (замена TCP), блоки прото­колов для работы с мультимедиа (RTP, RSVP, PIM, ST-I1 и пр.), но, безусловно, наиболее революционные преобразования вызовет внедрение IPv6.