Вопрос 71. Глобальная сеть Интернет: история, сетевое взаимодействие, архитектура

Что такое Интернет?
С технической точки зрения Интернет – это совокупность десятков тысяч независимых сетей и миллионов различных компьютеров, объединенных общим набором протоколов, то есть соглашений о взаимодействии компьютерных и сетевых компонент. Совокупность протоколов Интернет достаточно разнообразна, однако основным является TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol.
С информационной точки зрения, Интернет - это совокупность миллионов информационных центров, обычно называемых вебсайтами и содержащих терабайты разнообразной структурированной и неструктурированной информации, пронизанной множеством взаимосвязей, образующих “информационную супермагистраль” или “всемирную паутину”.
С социальной и экономической точки зрения, Интернет - это единая среда общения, развлечения, ведения бизнеса и рекламы, коммуникаций, современное средство обмена идеями и “виртуальное собрание”.
Наиболее важной характерной деталью Интернет является отсутствие единого центра и единого владельца - это действительно распределенная система, управляемая в основном самими пользователями и поставщиками услуг через различные общественные или специализированные организации. Например, в России многие аспекты развития Интернет решаются совместно в рамках направлений деятельности различных общественных организаций и профессиональных объединений, что, конечно, не исключает участия в них государственных и частных структур (с учетом потенциально высокой значимости Интернет для коммерческой деятельности серьезных бизнесменов).
Сеть (в типичном определении) представляет собой группу компьютеров, связанных специальными техническими соединениями и использующих то или иное единообразное техническое и программное обеспечение для совместной работы и разделения ресурсов. Передающей средой для сетей могут быть телефонные и защищенные выделенные кабели, радио и спутниковые каналы, специальные средства связи. Таким образом, речь идет о сети, соединяющей и объединяющей отдельные сети (дословно термин Internet означает “межсетевой”; inter - “между”, лат.). При этом появляется некое новое виртуальное объединение, которое в свою очередь означает свое новое информационное пространство.Сейчас сотням миллионов пользователей Интернет трудно представить, что вся история этой глобальной информационной супермагистрали умещается всего лишь в 30 лет, а активное ее освоение не учеными, а обычными пользователями ведется не более 5-6 лет! Однако это так. Дату зарождения Интернет многие связывают с созданием в 1969 г. ее прародительницы сети ARPANET, когда был введен в эксплуатацию первый узел этой сети в Лос-Анджелесе, США. Тогда никто не задумывался о будущей великой роли этого события - решался чисто утилитарный научный вопрос о разработке технологии гарантированной доставки компьютерных данных при возможных военных, террористических и других атаках на информационную и коммуникационную инфраструктуру, а также об облегчении сотрудничества между собой различных научно-исследовательских учреждений [39]. Не случайно заказчиком исследования являлось Управление перспективных исследований (Advanced Research Projects Agency - ARPA) оборонного ведомства США.
На первом этапе сеть ARPANET была достаточно замкнутой структурой: кроме военных и оборонных учреждений и университетов, подключиться к ресурсам сети могли в ограниченном количестве только исследовательские группы. Затем в сети появилась поддержка передачи и управления файлами и вскоре электронная почта. Именно электронная почта и возможности динамической маршрутизации (программно-технологическое средство, позволяющее самостоятельно выбирать маршрут движения файлов и сообщений в сети и находить запасные пути в случае разрушения отдельных линий связи или фрагментов сети) явились первыми ласточками будущей суперсети.
В это же время, наряду с ARPANET начали появляться и другие сети; возникла потребность в их соединении и информационном взаимодействии. Управление APRA (в то время уже - DARPA, добавилась на первое место буква владельца - D (defence) - оборона) приняло решение о разработке системы правил и технологии межсетевого взаимодействия. Это решение было оформлено как специальный проект - Internet Project, главным решением которого было создание независимо от конкретной сети протокола передачи данных, используемого для приема/передачи информации компьютерами сети.Поэтому следующей важной датой развития Интернет является 1972 год, когда были опубликованы спецификации протоколов TCP и IP. Для множественного взаимодействия и в качестве базового протокола была выбрана совокупность из двух основных протоколов: IP (Internet Protocol) - межсетевого протокола и TCP (Transmission Control Protocol) - протокола управления передачей. Они стали определяющей чертой Интернет. Хотя в течение последующих десяти лет число машин, объединенных в сеть на базе этих протоколов, не превышало 1000, дальнейшее развитие резко пошло по нарастающей. Следующий рубеж (10000 сетевых компьютеров) был достигнут всего за 4 года, затем компьютеры практически перестали считать в виду полной бесперспективности этого занятия - Интернет вышел в массы.
Подлинный бум в развитии Интернет пришелся на 1993-95 годы в связи с продвижением технологии World Wide Web (“Всемирной паутины”), когда число пользователей и серверов удваивалось за месяцы! В 1993 году произошли события, которые подтвердили перспективность технологий Интернет как “технологий номер 1” для будущего столетия - к Сети подключились Белый Дом, Всемирный банк, множество коммерческих компаний и целый регион - Россия и другие страны бывшего СССР.Сейчас на повестке дня стоит уже проект суперсети нового поколения Internet-II со значительно увеличенной пропускной способностью каналов и серверов, при этом базирующейся на технологиях и решениях своей предшественницы. TCP/IP Для возможности работы приложений на разных компьютерах, использующих разные сетевые соединения используется протокол TCP/IP. Если Интернет не имеет определенной спецификации с точки зрения физических соединений его можно четко определить на логическом уровне. Как правило считается, что компьютер имеет полноценное подключение к Интернет, если на нем поддерживается протокол передачи данных TCP/IP. Драйвера этого протокола могут быть установлены на любой операционной системе. Использование унифицированных функций делает задачу программирования передачи данных в Интернет крайне простой. Все что нужно программисту, это вызвать функцию, передав ей массив с данными и адрес машины, куда их нужно передать. IP адрес, порт Адрес машины в Интернет представляет собой 4 байтовых числа, разделенных точками, например 193.124.214.99 (адрес 1-ой машины в классе cctelcom) и называется IP адресом. Каждая машина, имеющая подключение к Интернет имеет собственный уникальный адрес, из чего следует что таких машин может быть не более 4 млрд. В связи с этим в последнее время встает вопрос о нехватке адресов и переходу к новому протоколу с более длинным адресом. Хотя имеются программные средства использование целого сегмента машин, с выделением им всего одного IP адреса. В IP адресе определенное количество младших бит (обычно восемь) соответсвует номеру компьютера, остальные задают адрес сети. Это разбиение задается т.н. маской сети, представляющей собой 4 байтовых числа, где вместо адреса сети выставляются 1-цы, а биты, задающие номер машины устанавливаются в 0. Для случая, когда адрес машины задается последним байтом, маска сети рана 255.255.255.0. Это означает, что две соседние машины в сети могут иметь, например, такие адреса: 193.124.214.99 и 193.124.214.100 (ws01 и ws02). Кроме того существуют специальные зарезервированные адреса, например, адрес 127.0.0.1 всегда соответствует адресу локальной машины. Маршрутизация На всех промежуточных машинах по пути следования пакета с данными (маршрутизаторах) исполняется специальное программное обеспечение, обеспечивающее передачу IP пакетов (маршрутизацию). Решение задачи маршрутизации производится разными алгоритмами, с использованием различных соглашений. Общей частью всех этих протоколов является таблица маршрутизации. Ниже показана таблица маршрутизации, выведенная коммандой route на сервере cctelcom.nsu.ru. Доменная Система Имен (DNS) Числовые IP адреса не слишком удобны для использования человеком и, поэтому, кроме них широко используются символьные или т.н. доменные адреса. Такой адрес представляет собой последовательность строк, разделенных точками, например cctelcom.nsu.ru. Каждая часть этого адреса определяет соответствующий домен. Это можно проиллюстрировать набором вложенных концентрических окружностей. Самая внешняя соответствует самой правой части адреса, и в приведенном примере, отвечает всем машинам в Росси. Следующая соответствует компьютерам в пределах НГУ и последняя определяет либо конкретный сервер cctelcom, либо домен машин компьютерного класса, т.к. может быть, например, машина с адресом ws01.cctelcom.nsu.ru. Утилиты nslookup, ping, traceroute, route.