Адресация, основные приложения

Internet с точки зрения технических средств – объединение сетей самого различного масштаба, состоящих из миллионов компьютеров, имеющих единые аппаратно-независимые протоколы среднего уровня (транспортные и сетевые адресные), использующих самые разнообразные каналы связи с различными протоколами канального и физического уровня.

С точки зрения пользователя, Internet – это глобальное информационное пространство, значительно расширяющее традиционные средства телекоммуникаций. Информация в этом пространстве может сохраняться и по мере надобности многократно воспроизводиться.

Принято считать 1969 г. началом истории Internet, когда в США была создана сеть компьютеров ARPANET. Аналогично большинству современных технологий Internet начинался как военная программа, рожденная в недрах Министерства обороны США. Первоначальные замыслы по созданию компьютерных сетей абсолютно не предполагали современную глобализацию. Основная задача, которая решалась на начальном этапе, связана с системами раннего оповещения – средство обеспечения правительственной связи на случай ядерной войны. Решение этой задачи было возложено на Агентство передовых исследовательских проектов (Advanced Research Projects Agency – ARPA) Министерства обороны США. Чрезвычайно плодотворные идеи, заложенные и впоследствии реализованные в проекте, явились следствием популярности этих сетей. Принципиальным при разработке сети считалось то, что сеть не должна быть централизованной, состоять из отдельных сегментов (tatters – лохмотья), каждый узел сети является независимым от остальных узлов и самостоятельно отвечает за прием и передачу сообщений. В основу информационного обмена был положен принцип коммутации пакетов. В работу над созданием проекта были включены ведущие университеты США (МТИ, КАЛТЕХ и др.). В 1969 г. в ARPA было принято решение объединить суперкомпьютеры оборонных и научных управляющих центров США в единую сеть под названием ARPANET. В 1969 г. эта сеть объединяла четыре компьютера, в 1971 г. – 14, в 1973 г. – 30. Затем процесс приобрел лавинообразный характер. Соразработчиками и узлами создаваемой коммуникационной инфраструктуры стали: Национальный научный фонд (NSF), Министерство энергетики (DOE), Министерство обороны (DOD), Агентство здравоохранения (HHS), Национальное аэрокосмическое агентство (NASA). С 1989 г. объединение этих сетей и принято называть Internet (Arpanet к этому времени вышел из этого объединения). К настоящему времени узлы Internet существуют на всех континентах, точную цифру узлов сетей назвать очень сложно, так как она постоянно изменяется. Европейская часть Internet носит название EUnet. Среди Российских сетей, крупнейшей является Relcom – Reliable Communications (надежные коммуникации) – полное название EUnet/Relcom. Достаточно популярны также следующие сети:

Sowam Teleport – коммерческая сеть, ориентированная исключительно на коммерческие организации;

FREEnet (The Network For Research Education and Engineering) – некоммерческая сеть, созданная для объединения сетей исследовательских организаций;

RADIO-MSU – тоже некоммерческая сеть, объединяющая физические центры академии наук;

Runet – сеть российских университетов.

GLASNET – неправительственная, некоммерческая сеть, спонсируемая США.

Количество сетей в России увеличивается. Одна из характерных особенностей сетей Internet та, что впервые был технически реализован принцип коммутации пакетов, весьма удачно разработаны в 1982 г. протоколы TCP/IP и их интеграция с операционной системой UNIX.

Несколько слов о протоколах в сетях Internet. Хотя стек протоколов Internet, изображенный на рис. 3.12, не полностью соответствует эталонной модели, расхождения с ней не очень велики.

Здесь следует отметить, что существует два вида стандартов – промышленные стандарты (например, те, которые разрабатывает ISO) и стандарты de facto, к которым можно отнести ряд стандартов ГBC Internet.

Первый уровень Hardware соответствует физическому уровню эталонной модели и так же, как и второй уровень Network interface, соответствующий канальному уровню, ответственному за методы доступа к каналу и логику передачи физической среды (упаковывая

Рис. 3.12. Стек протоколов Internet

пакеты в формат, именуемый кадрами, – FRAME), не является характерным протоколом Internet. Основными протоколами являются протоколы TCP/IP третьего и четвертого уровней. Internet протокол (IP), обеспечивающий адресацию и маршрутизацию пакетов (Datagram), соответствует сетевому уровню эталонной модели. Он не гарантирует сохранение порядка и целостности потока пакетов и не различает логические объекты (процессы), порождающие поток информации.

Следующий уровень стека протоколов Transport, или TCP, включает в себя два протокола, также относящихся к основным протоколам Internet, не зависимым от физического канала передачи. Это протокол TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей, и протокол UDP (User Datagram Protocol) – дейтаграммный протокол передачи данных. Этот уровень соответствует двум уровням эталонной модели: транспортному и сеансовому. Протокол TCP, или протокол с установлением соединения, работает в режиме виртуального канала связи (разбивает сообщение на пакеты при передаче, собирает их в правильном порядке на приеме и отвечает за целостность потока данных) и обеспечивает правила проведения сеанса связи. Протокол UDP работает в дейтаграммном режиме, не контролируя порядок доставки пакетов и их целостность, но в отличие от IP способен различать приложения (которых на одном узле может быть несколько) и передавать информацию к нужным приложениям.

Верхний уровень стека протоколов Internet – протоколы приложений (Application), которые передают транспортному уровню сообщения (Message) в необходимом формате. Протоколы Application включают в себя представительный и прикладной уровни эталонной модели.

Таким образом, основу протоколов Internet составляют протокол сетевого уровня IP и протоколы транспортного уровня TCP и UDP, выбор которых связан с видом приложений и типом используемого канала связи.

Учитывая, что Internet объединяет десятки, а то и сотни миллионов компьютеров, выбор способов адресации является актуальной задачей, определяющей эффективность работы сети. IP-адрес – последовательность, состоящая из четырех байтов. Принято каждый байт этой последовательности записывать в виде десятичного числа, разделенного точками, например:

192.171.153.60

Каждое место подсоединения к сетевому интерфейсу имеет свой IP-адрес. Адрес состоит из двух частей: адреса сети и адреса хоста. Под хостом понимают любой компьютер или другое устройство (принтер, терминал и т.п.), включенные в сеть. Существует пять классов IP-адресов, рис. 3.13 (ID – Identification Data – идентификатор сети-хоста).

Разбивка сетей на классы А, В, С связана с разделением их по масштабности (глобальности). Количество сетей и хостов в каждом классе адресации представлено в табл. 3.2. При разработке IP адресов предполагалось, что эти классы будут использоваться по различному назначению.Классы D и Е зарезервированы под специальные нужды. Учитывая, что самые мелкие сети (класс С) имеют возможное количество узлов 254, а в реальных физических сетях их бывает значительно меньше (например, сегмент тонкого Ethernet допускает только 32 узла), важным элементом адресного пространства Internet являются подсети. Схема разбиения адресного пространства сети на подсети представлена на рис. 3.14. Из этого

0 1 2 3 4 8 16 24 31

Класс А

Класс В

Класс C

Класс D

Класс Е

Рис. 3.13. Классы адресов Internet

рисунка видно, что один и тот же узел имеет два адреса, соответствующие адресам подсети (каждый интерфейс имеет свой адрес), которые он объединяет. Для адресации подсетей используется часть IP-адресов, закрепленная за номерами хостов.

Таблица 3.2

Количество сетей и хостов в различных классах адресов Internet

Класс	Диапазон значений первого октета	Возможное количество сетей	Возможное количество узлов
A	1 – 126
B	128 – 191
C	192 – 223
D	224 – 239	–	228
E	240 – 247	–	227

Числовая адресация удобна для машинной обработки таблиц маршрутов, но она очень неудобна для использования человеком. Эта проблема, а также проблема эффективного распределения огромного количества адресов в Internet решается с помощью доменной системы имен (DNS – Domain Name System), имеющей иерархическую структуру. Каждому хосту присваивается символьное имя, отражающее наиболее характерные его черты.

Рис. 3.14. Схема разбиения адресного пространства сети на подсети

Домен представляет собой группу сетей, находящихся под управлением одной организации, например компании или правительственного агентства. Домены имеют иерархическую структуру, т.е. они могут состоять из ряда подчиненных ему доменов. Имена доменов отражают эту иерархическую структуру.

Иерархия доменных имен, аналогичная иерархии файлов, принятой в файловых системах, представлена на рис. 3.15.

Полный адрес формируется справа налево добавлением имен вложенных доменов, разделенных точкой. Для отображения доменных имен на адреса IP существует распределенная база данных DNS, используя которую узлы могут преобразовывать доменные адреса в численные адреса IP. При этом каждый узел хранит только часть этой базы, определяющей адреса нижнего иерархического уровня. Этим и обеспечивается эффективность поиска.

Пример иерархической доменной системы имен	Полные доменные имена узлов

Рис. 3.15. Иерархия доменных имен

При создании Internet в сети было определено несколько доменов верхнего уровня, разделяющих доменные адреса по их принадлежности к различным организациям:

gov – правительственные организации;

com – коммерческие организации;

org – некоммерческие организации;

edu – исследовательские организации и университеты;

net – организации, занимающиеся сетевыми технологиями.

После выхода сети за пределы США в ней появились домены более высокого уровня, принадлежащие различным странам. Представим некоторые из них:

au – Австрия;

fr – Франция;

de – Германия;

ie – Ирландия;

il – Израиль;

it – Италия;

nz – Новая Зеландия;

ru – Российская Федерация;

us – США.

Когда говорят об использовании Internet, речь идет об использовании прикладных программ, поддерживаемых различными прикладными протоколами. Можно вы­делить две группы таких программ: к первым относятся телекоммуникационные программы, входящие в состав основных операционных систем (ОС) больших и малых компьютеров.

К таким приложениям ОС можно отнести следующие:

Telnet, или эмуляция терминала, обеспечивает подключение вашего терминала к удаленному компьютеру и использование его ресурсов;

FTP (File Transfer Protocol) обеспечивает прием и передачу файлов между компьютерами (протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации клиента, хотя существует очень большое количество FTP-серверов с анонимным доступом для всех же­лающих);

E-mail – электронная почта, является одним из самых ранних и наиболее популярных применений Internet (существует очень большое количество почтовых программ с различными интерфейсами и функциональными возможностями).

Появление Internet привело к появлению множества новых приложений, связанных, прежде всего, с распределением информационных ресурсов этой глобальной сети. Среди распределенных информационно-поисковых систем, кроме традиционных, построенных на принципе иерархических каталогов американских систем Gopher и WAIS, следует особо отметить разработанную в 1989 г. сотрудником CERN* Тимом Бернс Ли так называемую всемирную паутину – поисковую информационную систему всемирной распределенной базы данных – распределенную гипертекстовую информационную систему World Wide Web (WWW). Области распространения этой системы стремительно расширяются. Разработана развитая система инструментальных средств подготовки гипертекстовой информации. Существует большое количество программ (броузеров) с различными интеллектуальными возможностями для чтения гипертекстовой информации.

В заключение следует отметить, что Internet – не единственная ГВС такого типа.

Довольно широкое распространение получила ГВС BITNET (Because It's time NET-work), объединяющая более 1500 организаций из 52 стран. Европейская часть этой сети называется EARN (European Academic Research Network). Сеть построена на основе стандарта IBM – NJE (Network Job Entry), используемого в операционной системе мейнфреймов IBM – MVS. Одним из наиболее популярных ресурсов BITNET является система почтовых списков LISTSERV. В Internet имеются шлюзы для доступа к этим спискам.