11. Глобальные вычислительные сети (Internet). Основные службы глобальной сети

Глобальные сети объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов. Примером глобальной сети является Internet.

В физическом смысле глобальная сеть Internet представляет собой совокупность узлов (коммуникационное оборудование и серверы), объединенных между собой каналами связи. В более широком смысле – это информационное пространство. Узел-сервер называют хостом. Узлом управляет его собственник – организация, которая называется провайдером (provide – обеспечивать) или поставщиком услуг Internet. В России наиболее известными поставщиками являются GlasNet, Relcom, Демос, Sovam Teleport, Sprint-Россия. В США крупнейшими провайдерами являются CompuServe и America-OnLine.

Провайдеров можно разделить на международные, национальные и региональные. В России национальными (первичными) провайдерами являются GlasNet, Relcom, Демос. Скорость информации между такими провайдерами составляет несколько мегабит в секунду. К первичным провайдерам подключаются региональные или вторичные провайдеры. Скорость информации между такими провайдерами составляет десятки-сотни килобит в секунду. Компьютеры могут подключаться к глобальной сети как непосредственно через провайдера, так и через локальную сеть.

Существует два основных способа подключения пользователя к Internet:

- удаленный доступ по коммутируемой (временной) телефонной линии;

- прямой доступ по выделенному телефонному каналу.

Первый способ более дешевый, но менее удобный. Для работы в Internet надо сначала дозвониться провайдеру. Кроме того, скорость обмена информацией при таком способе будет невысокой, и качество связи будет низким. Второй способ гораздо эффективнее, но и дороже. Он используется, в основном, коллективными пользователями.

В Internet входит множество ПК, работающих под управлением разных ОС, на разных аппаратных платформах. Но при обмене информацией все они должны пользоваться едиными правилами передачи сообщений. Правила, по которым передается информация в сети, называют протоколом. Существует два типа протоколов Internet:

- базовые, отвечающие за физическую пересылку сообщений любого типа между ПК (TCP/IP);

- прикладные протоколы более высокого уровня, которые отвечают за функционирование специализированных служб Internet: протокол http (передача гипертекстовых сообщений) протокол ftp (передача файлов), протокол telnet (удаленный доступ), протоколы электронной почты и др.

Каждый ПК, подключенный к Internet, имеет свой собственный уникальный физический адрес (IP- адрес), состоящий из 4 десятичных чисел – каждое в диапазоне от 0 до 255. При работе в сети машины отыскивают друг друга именно по этим числам. Числа записываются через точку:

194.84.93.29 или 128.29.15.124

Такая система адресации позволяет получить 2564 =4,3 млрд. адресов.

Физическим адресом пользоваться неудобно, поэтому физическому адресу ставят в соответствие символический (доменный) адрес. При поиске ПК по доменному адресу компьютер пользователя все время обращается к серверам DNS, которые хранят информацию о соответствии символьных и числовых имен.

Internet объединяет сети, работающие по разным правилам. Для согласования этих правил используются сетевые элементы, которые называются шлюзы. Шлюз преобразует данные для обеспечения совместной работы разных сетей. Шлюзы могут быть аппаратными и программными, т. е. это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но какие-то другие функции.

При подключении локальной сети к глобальной важную роль играет понятие сетевой безопасности: в локальную сеть не должны проникать посторонние лица, а также сотрудники предприятия, не имеющие соответствующих прав не должны иметь доступ к глобальной сети. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают брандмауэр. Брандмауэр (межсетевой экран) – это аппаратно программное средство, которое предотвращает несанкционированный доступ в сеть. Он контролирует информационные потоки, т. е. принимает решение о том, надо пропускать эту информацию в сеть или нет. Кроме того, брандмауэр фиксирует все «незаконные» попытки доступа к информации и сигнализирует о ситуациях, когда такой доступ предпринимается.

Определение пути, по которому будет передано сообщение осуществляется при помощи специального устройства маршрутизатора (роутера). Это устройство, которое работает с несколькими каналами связи, направляя в какой-нибудь из них очередной блок информации. Маршрутизатор выбирает канал связи по адресу, указанному в заголовке пришедшего сообщения. Для каждого сообщения маршрутизатор принимает отдельное решение. Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией.

Проблема выбора осложняется тем, что самый короткий путь не всегда является самым лучшим. Это зависит от степени загруженности (трафика) и пропускной способности канала. Оба эти параметра могут меняться с течением времени. Также можно учитывать надежность передачи информации.

Образно маршрутизатор можно сравнить с телекамерой, установленной не вертолете: с ее помощью хорошо видны все дороги, и можно выбрать наиболее свободный и удобный для себя путь.

По способу передачи информации ВС делятся на сети коммутации каналов, сети коммутации сообщений и сети коммутации пакетов.

При коммутации каналов образуется непосредственное (физическое) соединение двух узлов. При коммутации сообщений информация передается порциями, которые называют сообщениями. На время передачи одного сообщения канал связи остается недоступным для других пользователей. Кроме того, надежность такого соединения низкая, т. к. неполадки на одном из звеньев канала нарушает связь между этой парой компьютеров.

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксированной длины и структуры. Пакет – это часть сообщения. Малая длина пакета предотвращает блокировку линии связи и не дает захватывать на долгое время канал одному пользователю. Каждый пользователь, подключившийся к серверу поочередно получает небольшую порцию информации (1500 байт). Основные принципы коммутации пакетов поддерживаются протоколом TCP/IP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей – разбивает исходное сообщение на несколько пакетов. Каждый пакет снабжается заголовком, который несет служебную информацию (адреса отправителя и получателя, идентификатор сообщения, номер пакета в сообщении и т. п.)

Ответственность за доставку отдельного пакета несет IP протокол.

Рассмотрим процесс доставки электронных пакетов. Сначала пакет попадает на узел провайдера, где специальные программы, пользуясь таблицами маршрутизации выбирают дальнейший маршрут следования. При этом разные пакеты одного и того же сообщения могут идти до адресата по различным путям, через разные узлы сети. Поэтому судьба сообщения не будет зависеть от неполадок на каком-то участке сети, пакет можно будет передать по другому пути. TCP-модуль адресата собирает поступающие пакеты и, пользуясь служебной информацией, соединяет отдельные пакеты в целое исходное сообщение. Недостающие или искаженные пакеты посылаются повторно.

Все описанные процессы идут со скоростью близкой к 300000 км/с, но время доставки сообщения оказывается относительно такой скорости большим: от нескольких секунд до нескольких часов. Дело в том, что длина одного пакета не превышает 1500байт и одно сообщение может быть разбито на несколько сотен пакетов. Таким образом по каналам связи одновременно следуют, чередуясь друг с другом тысячи пакетов. При этом общее время передачи сообщения равномерно распределяется между всеми пользователями.

Чем больше пользователей одновременно работают в Internet, тем медленнее доставляются сообщения конкретному адресату. Кроме того, случаются и технические задержки – перегрузка промежуточных узлов (шлюзов и серверов), неполадки в линиях связи.

Основные службы глобальной сети

FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов. Прием и передача файлов составляют значительный процент от прочих Internet услуг. Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов, при передаче архивных файлов, в которых записаны большие объемы информации.

Служба FTP имеет свои серверы в сети, на которых хранятся архивы данных. Со стороны клиента для работы с серверами FTP может быть установлено специальное ПО, хотя большинство браузеров WWW обладают встроенными возможностями для работы и по протоколу FTP.

Протокол FTP работает одновременно с двумя TCP соединениями между сервером и клиентом. По одному соединению идет передача данных, а второе соединение используется как управляющее. Протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации обратившегося клиента. Этим часто пользуются коммерческие серверы и серверы ограниченного доступа, поставляющие информацию только зарегистрированным клиентам – они выдают запрос на ввод имени пользователяи связанного с ним пароля. Однако существует большое количество FTP-серверов с анонимным доступом для всех желающих. В этом случае в качестве имени пользователя надо ввести слово anonymous, а в качестве пароля задать адрес электронной почты. В большинстве случаев программы-клиенты FTP делают это автоматически.

Служба телеконференций (Usenet) – похожа на периодическую рассылку электронной почты, но сообщение отправляется не одному абоненту, а целой группе абонентов. Такие группы называются телеконференциями. Обычное сообщение электронной почты пересылается по узкой цепочке серверов от отправителя к получателю. При этом не предполагается его хранение на промежуточных серверах. Сообщения, которые направлены на сервер группы новостей, отправляются на все серверы, с которыми данный сервер связан, если на них еще нет этого сообщения. На каждом сервере сообщение хранится ограниченное время (обычно неделю) и все желающие могут с ним за это время ознакомиться.

Вся система телеконференций разбита на тематические подгруппы (порядка 50000 тематических групп новостей). Основной прием использования групп новостей состоит в том, чтобы задать вопрос, обращаясь к очень большому количеству людей и получить на него ответ или совет от тех, кто с этим вопросом уже разобрался. При этом важно следить за тем, чтобы вопрос соответствовал теме данной телеконференции. Просмотр сообщений телеконференции называется мониторингом информации. При отправке сообщений в телеконференции принято указывать свой электронный адрес для обратной связи. В некоторых телеконференциях производится отбор информации, т. е. та информация, которая не относится к теме конференции, отбрасывается специальным человеком или программой, фильтрующей сообщения по ключевым словам. Конференция называется модерируемой, а человек или программа, которые выполняют фильтрацию – модератором (программа – автоматическая модерация).

Для работой со службой телеконференций существуют специальные клиентские программы. Приложение MS Outlook Express позволяет работать и со службой телеконференций. Для начала работы надо настроить программу на взаимодействие с сервером групп новостей, оформить подписку на определенные группы и периодически получать все сообщения по теме этой группы. Подписка - это указание серверу о отм, что сообщения по указанным темам надо доставлять, а остальные - нет.

IRC – Internet Relay Chat - предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Иногда эту службу называют чат-конференциями или просто чатом. В отличие от системы телеконференций в системе IRC общение происходит в пределах одного канала, в работе которого принимают участие несколько человек. Каждый пользователь может создать свой собственный канал и пригласить к себе участников беседы или присоединиться к одному из открытых каналов. Существует несколько клиентских программ, поддерживающих сервис IRC, например, mIRC.exe.

ICQ. Эта служба предназначена для поиска сетевого IP-адреса, человека, который в данный момент времени подключен к Internet. Необходимость в такой услуге связана с тем, что большинство пользователей не имеют постоянного IP-адреса. Название службы – это акроним выражения I seek you. Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере (http//:www.iсq.com) и получить персональный идентификационный номер – UIN (Universal Internet Number). Этот номер можно сообщить другим пользователям сети и тогда служба IСQ приобретает характер Internet-пейджинга. Зная номер UIN, но не зная его текущий IP-адрес, можно отправить ему сообщение с предложением установить соединение. Общение происходит с помощью специальной программы-клиента, в котрой присутствует большое количество функций: поиск собеседника по UIN, стране, городу, имени и т.д., создание собственного контакт листа, личные настройки ICQ-клиента и т.д. В новых версиях ICQ-клентов появилась возможность передачи голоса, т.е. посредством микрофона, вы можете общаться со своими собеседниками из любых стран Мира. Примеры ICQ-клиентов: ICQ, Mranda ICQ, &RQ.

Любой компьютер, подключенный к Internet, должен иметь IP адрес. Адрес может быть постоянным или динамическим. Те ПК, которые включены в Internet на постоянной основе имеют постоянные адреса, большинство пользователей подключаются к Internet на время сеанса, им выделяется динамический IP-адрес, выдаваемый тем сервером, через который осуществляется подключение. В разных сеансах адрес может быть разным. При каждом подключении к Internet программа ICQ, установленная на ПК, определяет текущий IP-адрес и сообщает его центральной службе, которая, в свою очередь, оповещает всех остальных абонентов сети. Если эти абоненты также являются клиентами данной службы, они могут установить с первым абонентом прямую связь (аналогично чату).

Служба DNS (Domain Name Service) предназначена для преобразования (разрешения) символьных имен компьютеров (например, www.bhost.ru) в их цифровые адреса (82.179.199.9). Такое преобразование осуществляется при обращении к ресурсу, например, при наборе адреса в браузере. При этом, если операция разрешения была недавно выполнена, адрес будет загружен из памяти компьютера, а не запрошен у DNS-сервера, поскольку вероятность изменения результатов запроса за короткий промежуток времени крайне низка. Серверы DNS взаимодействуют между собой таким образом, чтобы обеспечить минимально возможный объем передачи данных. Сервер, «отвечающий» (authoritative) за домен (адрес компьютера) устанавливает для каждого из доменов «время жизни». которое определяет, сколько времени другие DNS-серверы могут хранить результат запроса. Из-за этого при переносе или регистрации доменных имен могут возникать задержки от нескольких часов до нескольких суток.

Internet – это возможность получить информацию в тот момент, когда она нужна, т. е. в режиме on-line.