Как устроен Internet

Как устроен Internet

Internet качественно отличается от телеграфа, телефона, газет, радио и телевидения: информация здесь не только доставляется адресату, но и просто предоставляется на всеобщее обозрение, и каждый может сам найти и воспользоваться именно тем, что ему интересно. Это самый демократичный способ получения информации, поэтому Сеть и запрещена в Северной Корее и ограничена во многих странах. Не менее важной особенностью Internet является то, что здесь возможно общение не только с людьми, но и с базами данных и знаний. Сегодня современная экономика и жизнь людей просто немыслимы без этого средства коммуникаций.

Только 30 лет

Internet – это средство обмена информацией, представляющее собой Всемирную сеть, объединяющую более 100 тысяч локальных вычислительных сетей, к которым подключено (на конец 2001 года) более 1 млрд. компьютеров. Само наименование Internet означает «межсетевая сеть», иногда Сеть называют «сетью сетей», подчеркивая тем самым ее «конфедеративность». Все компьютеры и локальные сети взаимодействуют между собой на основе единого протокола обмена данными, что позволяет унифицировать передачу информации между различными компьютерными платформами: Microsoft Windows (примерно 70 % компьютеров, работающих в Internet, базируется на этой платформе), Apple Macintosh (20 %) и открытыми платформами класса UNIX (10 %).

У Internet несколько дней рождения, один из них – 2 января 1969 года. В этот день Управление перспективных исследований (ARPA – Advanced Research Projects Agency) Министерства обороны США начало работу над проектом связи компьютеров оборонных организаций. В результате исследований была создана сеть ARPANET (окончание NET – от слова Network – «сеть»), в основе функционирования которой лежали принципы, позже использованные в Internet. Следующим этапом в развитии Internet было создание сети Национального научного фонда США (NSF). Сеть, названная NSFNET, объединила научные центры Соединенных Штатов. При этом основой сети стали пять суперкомпьютеров, соединенных между собой высокоскоростными линиями связи. Все остальные пользователи [124] подключались к сети и могли использовать возможности, предоставляемые этими компьютерами.

В 1989 году сотрудник Европейской лаборатории физики частиц (CERN) Тим Бернерс-Ли, занимавшийся проблемой информационного обмена между физиками-ядерщиками с помощью компьютерных систем, сделал попытку применить для этой цели гипертекст. В следующем году он разработал протокол HTTP, управляющий потоками информации в WWW, адресную систему ULR и язык создания гипертекстов HTML. 28 октября 1991 года Бернерс-Ли объявил об открытии списка адресов WWW – этот день также можно считать днем рождения Всемирный паутины. А уже в декабре 1992 года Национальный центр по суперкомпьютерным приложениям США объявил о создании первого Web-сервера.

Однако в истории создания WWW было еще одно событие, которое окончательно расставило точки над «i». В 1993 году Марк Андриессен из университета штата Иллинойс создал первую программу-навигатор для путешествия в среде Web и назвал ее Mosaic. Этот браузер дает возможность работать как с текстами, так и с графикой в Internet.

Структура Сети

В общем случае Internet осуществляет обмен информацией между любыми двумя компьютерами, подключенными к Сети. В Internet можно выделить два вида компьютеров – серверы и клиенты. Серверы [125] – это мощные, надежные машины, работающие 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Они постоянно соединены с Internet и готовы предоставлять сервис – доставлять документы или пересылать почту, отвечая при этом на десятки и сотни запросов одновременно. Как правило, они работают под управлением того или иного варианта операционной системы UNIX. Серверы также называют хостами или сайтами от английского слова site («место, местонахождение»), особенно применительно к Web-сайтам.

Клиенты – это те персональные компьютеры [126] , за которыми сидят пользователи. Здесь нет таких требований к надежности – в случае сбоя никто, кроме пользователя, от этого не пострадает. Часто такой компьютер не соединен с Internet постоянно, а подключается по мере необходимости (по коммутируемым линиям связи, например по модему через телефонную сеть).

Та же самая терминология относится и к программам – существует клиентское программное обеспечение, которое взаимодействует с пользователем и формирует запрос, и серверное программное обеспечение, которое отвечает на такие запросы. Эти запросы формируются в соответствии с протоколом.

Отличительной особенностью Сети является высокая надежность. Как и любая другая компьютерная сеть, Internet состоит из множества серверов, соединенных между собой линиями связи и установленных на этих серверах программ. При выходе из строя части компьютеров и линий связи Сеть будет продолжать функционировать. Такая надежность обеспечивается тем, что в Internet нет единого центра управления. Если выходят из строя некоторые линии связи или серверы, то сообщения будут переданы по другим линиям связи, т. к. всегда имеется несколько путей передачи информации.

Пользователи Internet подключаются к Сети через компьютеры специальных организаций, которые называются поставщиками услуг Internet. К Сети могут подключаться как отдельный компьютер, так и локальная сеть. В последнем случае можно считать, что к Internet подключены все компьютеры данной локальной сети. Соединение может быть постоянным или временным. Поставщики услуг Internet имеют множество линий для подключения пользователей и высокоскоростные линии для связи с остальной частью Internet. Часто мелкие поставщики подключены к более крупным, которые, в свою очередь, подключены к другим поставщикам. Все организации, соединенные друг с другом самыми скоростными линиями связи, образуют базовую часть Сети (Backbone – «хребет»). Соединения между серверами [127] в базовой части Сети выполнены с использованием различных линий связи, в основном на оптоволоконных кабелях и спутниковых каналах связи. Упрощенно Internet можно представить в виде размытой структуры, образованной серверами и соединяющими их линиями связи (рис. П2). К серверам подключаются компьютерные сети пользователей.

Рис. П2. Структура Internet

Протоколы

В Internet используются два основных понятия: протокол и адрес. В общем случае протокол – это правила взаимодействия. Сетевой протокол предписывает правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Стандартные протоколы позволяют разным компьютерам, работающим под управлением различных операционных систем, общаться между собой. Для каждой из служб Internet существует свой протокол.

Описать в одном протоколе все правила взаимодействия практически невозможно. Поэтому сетевые протоколы строятся по многоуровневому принципу. На нижнем уровне описываются правила передачи небольших порций информации с одного компьютера на другой, т. к. отслеживать правильность передачи небольших частей информации значительно проще. Если какая-либо часть информации была искажена помехами при передаче, то на этом уровне запрашивается повтор передачи только искаженной части. Протокол следующего уровня описывает, как большие массивы данных разбить на небольшие части и собрать обратно. При этом небольшие части пересылаются с помощью протокола нижнего уровня. На следующем, более высоком уровне описывается передача файла. При этом используются протоколы нижних уровней. Таким образом, для реализации нового протокола высокого уровня в Internet не требуется знать особенности функционирования сети, а надо уметь пользоваться протоколами более низкого уровня.

На нижнем уровне используются два тесно взаимосвязанных протокола: IP – Internet Protocol (Протокол Internet) и TCP – Transmission Control Protocol (Протокол управления передачей), которые часто объединяют и говорят, что в Internet базовым протоколом является TCP/IP. Протоколы TCP/IP обеспечивают передачу информации между двумя компьютерами. При передаче информации с одного компьютера на другой протокол TCP разбивает информацию на порции и нумерует их, чтобы при получении можно было правильно собрать информацию. Далее с помощью протокола IP все части передаются получателю, где с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При этом скорость и пути прохождения разных пакетов могут быть различными: в Internet неизвестны пути прохождения информации, но правильно оформленные IP-пакеты доходят до получателя. После получения всех частей TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. Для протокола TCP не имеет значения, какими путями информация путешествует по Сети. Этим занимается протокол IP. К каждой полученной порции информации IP добавляет служебную информацию, из которой можно узнать адреса отправителя и получателя информации.

Все остальные протоколы Internet строятся на основе протоколов TCP/IP, которые также называют протоколами транспортного уровня. Протоколы служб Internet называются протоколами уровня приложений. Они и реализуют разные услуги Сети.

Глобальные имена и указатели ресурсов

Даже при временном соединении по коммутируемому каналу компьютеру выделяется уникальный адрес, называемый IP-адресом. В любой момент времени все компьютеры, подключенные к Сети, имеют разные адреса, которые однозначно определяют местонахождение компьютера в Сети. Эти адреса используются при пересылке информации протоколами TCP/IP. Пользователи, как правило, задают имена. Хотя нет центра управления Сетью, но есть организации, занимающиеся проверкой и выдачей адресов. Цифровые адреса в Internet состоят из четырех целых чисел, каждое из которых не превышает 256. При записи числа отделяются друг от друга точками, например: 151.2.56.10. Адрес состоит из нескольких частей. Начало адреса определяет часть Internet, к которой подключен компьютер, а окончание – адрес компьютера в этой части Сети. Цифровые адреса используются пользователем только при настройке программ для работы с Internet.

У большинства компьютеров в Internet есть собственное имя, а не только IP-адрес. Служба, которая обеспечивает перевод имен компьютеров в их IP-адреса, называется DNS – Domain Name System (Доменная система имен). Это распределенный по многим компьютерам справочник с IP-адресами. DNS используется всеми остальными службами Internet. Перевод имен DNS в IP-адреса происходит автоматически. При работе в Internet чаще всего используются не просто доменные адреса, а универсальные указатели ресурсов, называемые URL – Universal Resource Locator (то есть адрес любого ресурса в Internet вместе с указанием того, с помощью какого протокола следует к нему обращаться). В указателе, кроме собственно адреса, имеются сведения о том, каким протоколом следует обращаться к данному ресурсу, какую программу для этого необходимо запустить на сервере и к какому конкретному файлу обратиться. Примером указателя может быть http://www.bhv.ru. Название протокола http в начале указывает, что далее следует адрес Web-страницы.

URL имеет следующую форму:

служба://имя компъютера/директория/поддиректория//имя файла

Служба обозначается соответствующим протоколом.

В Internet используется так называемая доменная система имен, в которой имена назначаются путем возложения на различные группы пользователей ответственности за подмножество имен. Каждый уровень в такой системе называется доменом. Домены отделяются друг от друга точками, например: www.bhv.ru – это имя сайта издательства, выпустившего эту книгу. Доменная система имен использует принцип последовательных уточнений. Домен верхнего уровня располагается в имени правее, а домен нижнего уровня – левее. Доменная система образования адресов гарантирует, что во всем Internet больше не найдется другого компьютера с таким же адресом. В имени может быть любое число доменов, но чаще всего используются имена с количеством доменов от трех до пяти. Для доменов нижних уровней можно использовать практически любые имена, но для названия доменов самого верхнего уровня существует соглашение. Можно указать две буквы, которые определяют страну, в которой расположен адресуемый узел. Для России используется обозначение ru [128] , но иногда используется обозначение su, оставшееся от Советского Союза. Для Германии используется de, для Украины – иа. Все страны имеют свой уникальный адрес. Однако не всегда домен верхнего уровня обозначает страну: в США приняты трехбуквенные адреса, обозначающие род деятельности. Для коммерческих организаций используется домен com, сетевые организации – net, edu – для учебных и научных заведений, gov – для правительственных учреждений, mil – для военных организаций и org – для прочих организаций.

Адреса электронной почты несколько отличаются от других адресов Internet. Они состоят из двух частей, разделенных символом @: справа от символа располагается Internet-адрес сервера, на котором располагается почтовое отделение абонента (этот адрес формируется так же, как и любое другое доменное имя в Internet), а слева – имя абонента. В качестве примера привожу свой адрес: Avol@edunet.ru.

Сервисы и службы Internet

Internet с самого начала строился на принципах открытой архитектуры. Это означает, что новые службы могут возникать по мере необходимости. Компьютеры – универсальные устройства, и TCP/IP предоставляет им универсальное средство связи. Поэтому в Internet новая служба – это просто другая программа. Люди установят программу на своих компьютерах, и у Internet появится еще одна новая функция.

Наиболее широко используются следующие службы Internet.

•  FTP (File Transfer Protocol, Протокол передачи файлов) – одна из старейших служб, применяемая для копирования файлов с компьютера на компьютер. Internet является крупнейшим хранилищем файлов в мире. Сервис ftp позволяет получать и передавать файлы. Этот сервис – один из основных способов распространения программ, а также различных дополнений и исправлений к ним.

•  E-mail (электронная почта) выполняет те же функции, что и обычная почта, только быстрее, надежнее и дешевле. С помощью почтовой программы можно подготовить письмо и разместить его в папке для исходящих посланий. Таким образом, можно подготовить любое количество писем. После этого надо соединиться с почтовым ящиком, расположенном на компьютере поставщика услуг Internet, и обменяться почтой: переслать подготовленные письма и получить пришедшую корреспонденцию. Пересылка писем из почтового ящика по Internet осуществляется без участия компьютера пользователя. Так работает пересылка файлов с помощью протокола UUCP – UNIX-to-UNIX Copy Program (программа копирования с UNIX на UNIX). В настоящее время лучше использовать современную электронную почту, работающую по протоколам SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – Простой протокол пересылки почты) и РОРЗ (Post Office Protocol – Протокол почтового офиса). В отличие от UUCP, который построен не на базе TCP/IP и, строго говоря, не является протоколом Internet, два этих протокола являются стандартными протоколами Internet, построенными на основе TCP/IP. Технические особенности реализации протоколов SMTP и РОРЗ обеспечивают более быструю пересылку писем по сравнению с UUCP-почтой.

•  NEWS (новости) – это тематические обсуждения или газеты, где каждый подписчик одновременно может быть автором. Эта служба, так же как и Web-форумы или списки рассылки (похожие по функциям, но отличающиеся техническими деталями), предназначена для обмена сообщениями в пределах группы людей, связанных общими интересами.

•  USENET – группы новостей, которые называют телеконференциями или электронными досками объявлений. Эта служба работает примерно так же, как и электронная псята, но получаемые письма доступны для общего обозрения. Для удобства дискуссий образованы различные группы, участники которых посылают n принимают сообщения по определенной тематике.

•  WWW – World Wire Web (в переводе с английского – «Всемирная паутина»). В основу данной системы положено понятие гипертекста, т. е. множества отдельных текстов, которые имеют ссылки друг на друга. Эти тексты также называются документами, статьями или страницами. Слова, находящиеся в одном документе, как бы «привязаны» к другим документам. Например, если в оглавлении книги вместо номеров страниц поставить ссылки на соответствующие части текста и дать возможность быстрого перехода по ссылкам, то такую книгу будет читать гораздо удобнее. Для работы с WWW используется специальный протокол HTTP – Hyper Text Transfer Protocol (Протокол передачи гипертекста). Гипертекстовые документы создаются с помощью специального языка HTML – Hyper Text Markup Language (Язык разметки гипертекста). Документ во Всемирной паутине, составленный на языке HTML [129] и доступный для просмотра пользователем, называется Web-страницей. Принцип работы со Всемирной паутиной похож на работу с энциклопедией: по ссылкам можно познакомиться с другими статьями. Вызываемый пользователем гипертекст выглядит на экране монитора как обычный текст, содержащий выделенные особым образом (другим цветом, подчеркиванием и т. п.) фрагменты – ссылки на иные документы. Нажимая мышью на эти фрагменты, пользователь перемещается по виртуальным страницам многих документов, отражающих информацию по волнующей его теме. Гипермедиа-документ, помимо гипертекста, содержит также аудиоинформацию, видеоклипы и другие формы информации. Работа с WWW очень проста: любой (компания, государственный орган, общественная организация, человек) желающий сделать свою информацию общедоступной устанавливает в Internet свой Web-cepeep – компьютер, хранящий эти сведения в виде своеобразных файлов информации – Web-сайтов. Пользователь запрашивает информацию у сервера, используя программу-навигатор (браузер). Сегодня самыми популярными браузерами являются Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer. Обе программы основаны на первом браузере Mosaic. Вводя на своем компьютере «адреса» серверов, пользователь может «путешествовать» по всей Сети.

Переходить по многочисленным ссылкам для поиска нужной информации достаточно сложно, и поисковые системы (специальные программы) облегчают задачу нахождения нужного места во Всемирной паутине. В мире наиболее известны поисковые системы www.Yahoo.com, www.AltaVista.com, www.Google.com. В Рунете чаще пользуются www.yandex.ru, www.Rambler.ru, www.aport.ru. Современные поисковые системы еще не совершенны. Они не достигли того уровня, который позволил Максиму Каммереру получить всю необходимую информацию, послав 11 запросов (три из них – лишние) в Большой Всепланетный Информаторий [130] . С ростом объемов информации в Internet значение и качество поисковых систем будут постоянно возрастать.

•  IRC – Internet Chat Rely (Беседа через Internet). Эта система похожа на группы новостей, но обмен сообщениями в ней ведется без задержек. Подключившись к группе обсуждающих и набрав сообщение на клавиатуре, можно сделать его доступным другим участникам разговора. Так же видны сообщения других собеседников сразу после того, как они их набрали на клавиатуре.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.