Основные протоколы и сервисы компьютерной сети Internet

Основные протоколы сети Internet. Internet многогранен, и с технической точки зрения – это объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающих всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные по телефонным проводам и оптическому волокну, через спутники и радиомодемы.

Подавляющее большинство компьютеров в Internet работает по протоколам TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internetwork Protocol – управляющий протокол пере дачи/межсетевой протокол), и именно это совместно с требованиями наличия подключения к глобальной сети является критерием присутствия в Internet.

Основой семейства протокола TCP/IP является сетевой уровень, представленный протоколом IP, а также различными протоколами маршрутизации. Этот уровень представляет адресное пространство, обеспечивающее перемещение пакетов в сети, а также управляет их маршрутизацией.

Размеры пакета, параметры передачи, контроль целостности осуществляются на транспортном уровне протоколом tcp.

Протокол UDP (User Datagram Protocol – протокол транспортного уровня) работает на том же уровне, но применяется в том случае, когда требования к надёжности передачи данных менее жёсткие (в отличие от протокола ТСР не обеспечивает безошибочной передачи пакета). Поскольку оба этих протокола в известной степени представляют собой единое целое, как правило, говорят о протоколах TCP/IP.

TCP дробит информацию на несколько частей, присваивает каждой части номер, по которому данные впоследствии соединяются воедино, добавляет к ней «служебную» информацию и укладывает всё это в отдельный «IP-конверт». Далее этот «конверт» отправляется по Сети – Internet обрабатывает IP-информацию. Размер передаваемых в Internet TCP/IP-пакетов составляет, как правило, от 1 до 1500 байт, что связано с техническими характеристиками Сети.

Данные, передаваемые по электронным сетям, могут теряться, а также зачастую искажаться из-за помех на линиях связи. Встроенные в TCP алгоритмы контроля за корректностью передачи данных решают эти проблемы. Одним из самых известных механизмов контроля за правильностью пересылки информации является циклический избыточный код, согласно которому в заголовок каждого передаваемого пакета записывается некая контрольная сумма, вычисленная компьютером-отправителем. Компьютер-получатель по аналогичной системе вычисляет контрольную сумму и сравнивает её с числом, имеющимся в заголовке пакета. Если цифры не совпадают, TCP инициирует повтор передачи.

Следует отметить также, что при отправке информационных пакетов протокол TCP требует от компьютера-получателя подтверждения приёма информации. Это организуется путём создания временных задержек при приёме-передаче – тайм-аутов, или ожиданий. Тем временем отправитель продолжает пересылать данные. Образуется некий объём уже переданных, но ещё не подтверждённых данных. Иными словами, TCP организует двунаправленный обмен информацией, что обеспечивает более высокую скорость её трансляции.

Следующий простой пример проясняет механизм работы протоколов TCP/IP. Когда человек получает телеграмму, весь текст в ней (и адрес, и сообщение) написан на ленте подряд, но есть правила позволяющие понять, где тут адрес, а где сообщение. Аналогично пакет в компьютерной сети представляет поток бит, а протокол IP определяет, где адрес и прочая служебная информация, а где сами передаваемые данные. Протокол TCP предназначен для контроля передачи и контроля целостности передаваемой информации.

Системы, использующие протоколы не TCP/IP подключаются к Internet через шлюзы.

Для того чтобы пакет с информацией не «заблудился» по дороге, узлы Internet, через которые он движется, имеют в своём распоряжении таблицы маршрутизации – электронные базы данных, в которых содержатся указания, куда именно отсылать тот или иной пакет информации, если он следует на такой-то адрес. Таблицы маршрутизации рассылаются на узлы централизованно, периодически меняются и дополняются. На серверах узлов, осуществляющие маршрутизацию, находятся маршрутизаторы, или роутеры (от англ, «router» – «маршрутизатор»). Правила маршрутизации описаны в протоколах ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First).

Протоколы TCP/IP являются протоколами нижнего уровня модели OSI. Помимо них существует целый ряд протоколов более высокого уровня, которые отвечают за передачу и обработку данных определённого назначения.

К наиболее важным прикладным протоколам относятся:

• протокол удалённого управления Telnet;

• протокол передачи файлов FTP;

• протокол передачи гипертекста HTTP;

• протоколы для работы с электронной почтой:

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol),

• POP (Post Office Protocol),

• IMAP (Internet Message Access Protocol),

• MIME ((Multiperposal Internet Mail Exchange).

На этом уровне работает система адресации доменных имён DNS, отвечающая за преобразование числовых IP – адресов в имена.

Telnet – протокол удалённого доступа. Даёт возможность абоненту работать в полном объёме на любом компьютере сети Internet, т.е. запускать программы, менять режим работы и т.д.

FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов. Архивы являются одним из основных информационных ресурсов Internet. Фактически, это распределённый депозитарий текстов, программ, фильмов, фотографий, аудио записей и прочей информации, хранящейся в виде файлов на различных компьютерах во всем мире. FTP даёт возможность соединять компьютеры между собой и передавать по сети файлы с одного компьютера на другой. Компьютеры, на которых находится информация для передачи по протоколу FTP, называются FTP-серверами.

Программы FTP стали частью отдельного сервиса Internet. FTP настраивается таким образом, что соединение с ним может происходить не только под именем пользователя, но и под условным именем anonymous (аноним). Тогда становится доступна не вся файловая система компьютера, а некоторый набор файлов на сервере, которые составляют содержимое сервера anonymous FTP – публичного файлового архива.

Web-документы создаются с помощью гипертекстового языка описания документов HTML (Hypertext Markup Language), построенного на базе метаязыка SGML (Structured Generalized Markup Language – структурный универсальной язык разметки, стандарт ISO-8879 1986 года), который, в свою очередь, основан на языке GML (Generalized Markup Language, стандарт ISO c 1984 г.). Для создания конкретных прикладных наборов тегов было введено понятие «SGML-приложение». Так, популярный сегодня язык HTML является SGML-приложением.

HTML-документы могут содержать несколько уровней заголовков, абзацы, списки и их пункты, графику, Web-формы и гипертекстовые ссылки. При щелчке мышью по гипертекстовой ссылке выводится пользователю другой документ. Таким образом, эта ссылка содержит «указатель» на документ, который становится доступным при нажатии кнопки мыши. Такой указатель носит название унифицированного указателя ресурса – URL (Uniform Resource Locator) – фактически это адрес документа в Internet. Указатели URL обычно описывают транспортный протокол документа (например, HTTP или FTP) и имя хост-компьютера, на котором он находится. Кроме того, указатели URL могут включать в себя маршрут доступа к документу на данном компьютере. Эти маршруты указываются в конце строки URL.

С целью специализаций по разработке и стандартизаций Web-технологий в 1994 г. изобретателем Web Тимом Бернерсом-Ли (Tim Bemers-Lee) был основан Консорциумом W3C (WWW Consortium) при Лаборатории компьютерных наук Массачусетского технологического института США (MIT Laboratory for Computer Science) с участием ЦЕРНа (CERN) при поддержке агентства министерства обороны США DARPA (Department Advanced Research Projects Agency) и Европейской комиссии.

В апреле 1995 г. французский исследовательский институт информатики и автоматики INRIA (Institute National de Recherche et en Automatique) стал европейским базовым центром (хостом) для деятельности W3C.

В 1996 г. такие же функции взял на себя японский университет Keio University Shonan Fujisawa. В настоящее время консорциум объединяет более 400 различных организаций-членов, включая изготовителей продуктов ИТ, поставщиков ИТ- услуг и информационных контентов, корпоративных пользователей, исследовательские лаборатории, организации стандартизации, госбюджетные структуры – всех, кто готов работать для достижения стабильности в развитии Web-технологии.

В частности, долгосрочными целями консорциума W3C являются:

1. Обеспечение универсального доступа (Universal Access) каждому пользователю к технологиям и ресурсам Internet, учитывая различия людей в культуре, образовании, способностях, материальных возможностях, с учётом их физических ограничений.

2. Разработка программного обеспечения Web, позволяющего взаимодействовать с Internet на смысловом или семантическом уровне (Semantic Web).

3. Создание инфраструктуры, обеспечивающей необходимый уровень информационной защиты и приватности для решения правовых, экономических и социальных проблем информационного общества – создание доверия.

Консорциум W3C концентрирует свои усилия на решении следующих задач:

• исследование перспектив развития и использования Web-технологий, формирование требований Web-сообщества к информационному пространству и его инфраструктуре;

• реализация Web-технологий, удовлетворяющих требованиям Web-сообщества;

• стандартизация Web-технологий посредством разработки спецификаций в виде Рекомендаций («Recommendations»), описывающих строительные модули Web.

При этом, рассматривая Web как некоторое приложение, построенное над Internet, W3C в своих разработках продолжает следовать принципам этой базовой технологии, а именно, интероперабельности функциональных компонентов, совместимости спецификаций языков и протоколов, способности эволюционировать и взаимодействовать с новыми технологиями (например, с мобильными Web-устройствами и цифровым телевидением), децентрализации функций и масштабируемости.

Процесс разработки и стандартизации спецификаций Web-технологий (W3C process), организован таким образом, чтобы обеспечить:

• независимость от поставщиков (вендоров) технологий (Vendor neutrality);

• выполнение принципов общедоступности и консенсуса для спецификаций на протяжении их жизненного цикла;

• координацию усилий с другими организациями стандартизации и консорциумами (в первую очередь, с IETF (Internet Engineering Task Force), the WAP Forum (Wireless Application Protocols Forum), the Unicode Consortium, the Web3D Consortium, а также рядом комитетов ISO (International Standard Organization).

В 1996 г. Консорциумом W3C была утверждена рекомендованная спецификация CSS (Cascading Style Sheets – каскадные листы стилей), основанная на DSSSL (Document Style Semantics and Specification Language – язык для определения семантики стиля документов SGML). Каскадные листы стилей отделены от содержания Web-страниц для того, чтобы не мешать внутренней логики логической разметки документов. В основе технологии CSS лежит концепция разграничения содержания и представления. Полное разделение содержимого и его представления обеспечивает гарантированную текстуальную доступность материалов сайта, созданного с применением рекомендаций CSS, консорциумома W3C, в любых браузерах.

CSS2, утверждённый в качестве официальной рекомендации в 1998 году, обладает намного более серьёзными возможностями. В частности, в нём появилась модель визуального форматирования (блочная модель), позволяющая представить любую Web- страницу как набор прямоугольных областей с различными свойствами и тем самым избавиться от вёрстки шаблонов страниц при помощи таблиц. Кроме того, CSS2 позволяет определять индивидуальные и открытые пользователю правила представления информации для различных сред и устройств вывода – в частности, экрана настольного ПК или ноутбука, меньшего по размерам экрана КПК (карманного ПК) или смартфоны, речевых браузеров, механических строк Брайля, принтера и т.д.

В HTML 4.0, ставшем официальной рекомендацией в конце 1997 года, определяется три типа документов:

1. Strict – строгий, предписывающий соблюдение чёткой логической структуры и подразумевающий отказ от большинства возможностей визуального форматирования;

2. Transitional – переходный, намного более «либеральный»;

3. Frameset – для страниц, использующих фреймы.