О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение.

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов ком­пьютеров и бо­лее 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объ­единению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение пе­редачи ин­формационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, E - Mail писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из лю­бой точки земного шара, а так же об­мен информацией между компьютерами разных фирм производителей ра­бо­тающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности которые несет в себе вычислитель­ная сеть и тот новый потенциальный подъем который при этом испытывает информацион­ный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разра­ботке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организа­ции ИВС ( информационно-вычислительной сети ) на базе уже существующего компьютер­ного парка и программного комплекса отвечаю­щего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастаю­щих потребностей и возможностью дальнейшего посте­пенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Сегодня множество людей неожиданно для себя открывают для себя существование глобальных сетей, объединяющих компьютеры во всём мире в единое информационное пространство которое называется Internet.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.

Если ранее сеть использовалась исключительно в качестве среды передачи файлов и сообщений электронной почты, то сегодня решаются более сложные задачи распределеного доступа к ресурсам. Около двух лет назад были созданы оболочки, поддерживающие функции сетевого поиска и доступа к распределенным информационным ресурсам, электронным архивам.

Internet, служившая когда-то исключительно исследовательским и учебным группам, чьи интересы простирались вплоть до доступа к суперкомпьютерам, становится все более популярной в деловом мире.

Компании соблазняют быстрота, дешевая глобальная связь, удобство для проведения совместных работ, доступные программы, уникальная база данных сети Internet. Они рассматривают глобальную сеть как дополнение к своим собственным локальной сетям.

При низкой стоимости услуг (часто это только фиксированная ежемесячная плата за используемые линии или телефон) пользователи могут получить доступ к коммерческим и некоммерческим информационным службам США, Канады, Австралии и многих европейских стран. В архивах свободного доступа сети Internet можно найти информацию практически по всем сферам человеческой деятельности, начиная с новых научных открытий до прогноза погоды на завтра.

Кроме того Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и конфиденциальной глобальной связи по всему миру. Это оказывается очень удобным для фирм имеющих свои филиалы по всему миру, транснациональных корпораций и структур управления. Обычно, использование инфраструктуры Internet для международной связи обходится значительно дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

Электронная почта - самая распространенная услуга сети Internet. В настоящее время свой адрес по электронной почте имеют приблизительно 20 миллионов человек. Посылка письма по электронной почте обходится значительно дешевле посылки обычного письма. Кроме того сообщение, посланное по электронной почте дойдет до адресата за несколько часов, в то время как обычное письмо может добираться до адресата несколько дней, а то и недель.

В настоящее время Internet испытывает период подъема, во многом благодаря активной поддержке со стороны правительств европейских стран и США. Ежегодно в США выделяется около 1-2 миллионов долларов на создание новой сетевой инфраструктуры. Исследования в области сетевых коммуникаций финансируются также правительствами Великобритании, Швеции, Финляндии, Германии.

1. История сети Internet.

В 1961 году Defence Advanced Research Agency (DARPA) по заданию министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной связи между компьютерами различных типов. Многие методы передачи данных через модемы были разработаны в ARPANET. Тогда же были разработаны и протоколы передачи данных в сети - TCP/IP. TCP/IP - это множество коммуникационных протоколов, которые определяют, как компьютеры различных типов могут общаться между собой.

Эксперимент с ARPANET был настолько успешен, что многие организации захотели войти в нее, с целью использования для ежедневной передачи данных. И в 1975 году ARPANET превратилась из экспериментальной сети в рабочую сеть. Ответственность за администрирование сети взяло на себя Defence Communication Agency (DCA), в настоящее время называемое Defence Information Systems Agency (DISA). Но развитие ARPANET на этом не остановилось; Протоколы TCP/IP продолжали развиваться и совершенствоваться.

В 1983 году вышел первый стандарт для протоколов TCP/IP, вошедший в Military Standards (MIL STD), т.е. в военные стандарты, и все, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим новым протоколам. Для облегчения этого перехода DARPA обратилась с предложением к руководителям фирмы Berkley Software Design - внедрить протоколы TCP/IP в Berkley (BSD) UNIX. С этого и начался союз UNIX и TCP/IP.

Рисунок 1. Рост числа хостов, подключенных к сети Internet.

Спустя некоторое время TCP/IP был адаптирован в обычный, то есть в общедоступный стандарт, и термин Internet вошел во всеобщее употребление. В 1983 году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defence Data Network (DDN) министерства обороны США. Термин Internet стал использоваться для обозначения единой сети: MILNET плюс ARPANET. И хотя в 1991 году ARPANET прекратила свое существование, сеть Internet существует, ее размеры намного превышают первоначальные, так как она объединила множество сетей во всем мире. Рисунок 1 иллюстрирует рост числа хостов, подключенных к сети Internet с 4 компьютеров в 1969 году до 3,2 миллионов в 1994. Хостом в сети Internet называются компьютеры, работающие в многозадачной операционной системе (Unix, VMS), поддерживающие протоколы TCP\IP и предоставляющие пользователям какие-либо сетевые услуги.

2. Из чего состоит Internet?

2.1 Компоненты Internet.

Это довольно сложный вопрос, ответ на который всё время меняется. Пять лет назад ответ был прост: Internet – это все сети, которые, взаимодействуя с помощью протокола IP, образуют «бесшовную» сеть для своих коллективных пользователей. Сюда относятся различные федеральные сети, совокупность региональных сетей, университетские сети и некоторые зарубежные сети.

В последнее время появилась заинтересованность в подсоединении к Internet сетей, которые не используют протокол IP. Для того чтобы предоставлять клиентам этих сетей услуги Internet, были разработаны методы подключения этих «чужих» сетей (например, BITNET, DECnets и др.) к Internet. Сначала эти подключения, названные шлюзами, предназначались просто для пересылки электронной почты между двумя сетями, но некоторые из них выросли до возможности обеспечения и других услуг на межсетевой основе.

В настоящее время в сети Internet используются практически все известные линии связи от низкоскоростных телефонных линий до высокоскоростных цифровых спутниковых каналов. Операционные системы, используемые в сети Internet, также отличаются разнообразием. Большинство компьютеров сети Internet работают под ОС Unix или VMS. Широко представлены также специальные маршрутизаторы сети типа NetBlazer или Cisco, чья ОС напоминает ОС Unix.

Фактически Internet состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, связанных между собой различными линиями связи. Internet можно представить себе в виде мозаики сложенной из небольших сетей разной величины, которые активно взаимодействуют одна с другой, пересылая файлы, сообщения и т.п.

2.2 Административное устройство Internet.

Во многих отношениях Internet похожа на религиозную организацию: в ней есть совет старейшин, каждый пользователь сети может иметь своё мнение о принципах её работы и принимать участие в управлении сетью. В Internet нет ни президента, ни главного инженера, ни “Папы”. Президенты и прочие высшие официальные лица могут быть у сетей, входящих в Internet, но это совершенно другое дело. В целом же в Internet нет единственной авторитарной фигуры.

Направление развития Internet в основном определяет «Общество Internet», или ISOC (Internet Society). ISOC – это организация на общественных началах, целью которой является содействие глобальному информационному обмену через Internet. Она назначает совет старейшин, который отвечает за техническое руководство и ориентацию Internet.

Совет старейшин IAB (Internet Architecture Board или «Совет по архитектуре Internet») представляет собой группу приглашённых лиц, которые добровольно изъявили принять участие в его работе. IAB регулярно собирается, чтобы утверждать стандарты и распределять ресурсы (например, адреса). Internet работает благодаря наличию стандартных способов взаимодействия компьютеров и прикладных программ друг с другом. Наличие таких стандартов позволяет без проблем связывать между собой компьютеры производства разных фирм. IAB несёт ответственность за эти стандарты, решает, нужен ли тот или иной стандарт и каким он должен быть. Если возникает необходимость в каком-нибудь стандарте, IAB рассматривает проблему, принимает этот стандарт и объявляет об этом по сети. Кроме того, IAB следит за разного рода номерами (и другими вещами), которые должны оставаться уникальными. Например, каждый компьютер Internet имеет свой уникальный 32-х разрядный адрес; такого адреса больше ни у одного компьютера нет. Как присваивается этот адрес, решает IAB. Точнее, сам этот орган присвоением адресов не занимается, он устанавливает правила присвоения адресов.

У каждого пользователя в Internet имеется своё мнение относительно того, как должна функционировать сеть. Пользователи Internet выражают свои мнения на заседаниях инженерной комиссии IETF (Internet Engineering Task Force). IETF – ещё один общественный орган; он собирается регулярно для обсуждения текущих технических и организационных проблем Internet. Если возникает достаточно важная проблема, IETF формирует рабочую группу для дальнейшего её изучения. (На практике «достаточно важная» означает, как правило, что находится достаточно добровольцев для создания рабочей группы.) Посещать заседания IETF и входить в состав рабочих групп может любой; важно, чтобы он работал. Рабочие группы выполняют много различных функций – от выпуска документации и принятия решений о том, как сети должны взаимодействовать между собой в специфических ситуациях, до изменения значений битов в определённом стандарте. Рабочая группа обычно составляет доклад. Это может быть либо предоставляемая всем желающим документация с рекомендациями, которым следовать не обязательно, либо предложение, которое направляется в IAB для принятия в качестве стандарта.

Если некая сеть принимает учение Internet, присоединяется к ней и считает себя ее частью, тогда она и является частью Internet. Возможно ей многое покажется неразумным, странным, сомнительным - она может поделиться своими сомнениями с IETF. Некоторые жалобы-предложения могут оказаться вполне разумными и, возможно, Internet соответственно изменится. Что-то может показаться просто делом вкуса или традиции, тогда эти возражения будут отклонены. Если сеть делает что-либо, что может навредить Internet, она может быть исключена из сообщества до тех пор, пока она не исправится.

Сейчас Internet состоит из более чем 12 тысяч объединенных между собой сетей.

2.3 Потенциальные пользователи.

Кому же может быть столь полезна Internet и каким образом? Что так способствует ее развитию?

Полезность Internet повышалась вместе с развитием вычислительной техники с запаздыванием примерно в 10 лет. В конце 80-х годов появление персональных компьютеров перенесло информатику из царства знатоков к широкой публике. Internet в ходе своего развития и повсеместного распространения занимается именно таким переносом.

Internet, как и вычислительная техника, совершила переход от забавы экспертов к инструменту ежедневного пользования. И сам процесс перехода был совершенно аналогичен. Сеть постепенно становилась проще в использовании, частично потому что оборудование стало лучше, а частично потому, что сама стала скорее и надежнее. И самые смелые из тех, кто сначала не решались связываться с Internet, начали ее использовать. Эти новые пользователи породили огромную потребность в новых ресурсах и лучшем инструментарии. Улучшались старые средства, появлялись новые, предназначенные для доступа к новым ресурсам, что облегчало использование сети. И вот уже другая группа людей стала понимать пользу Internet. Процесс повторялся. Этот круговорот продолжает развиваться и по сей день.

В общем, все пользователи Internet ищут одного: общения и информации. И они находят это среди людей и компьютеров. Легко позабыть о людских ресурсах Internet, но они очень важны, так же, как и доступные компьютеры. Internet - миролюбивая и дружелюбная страна. Здесь можно встретить таких же людей, как вы сами. Вы, несомненно, потенциальный пользователь сети, если, например, вы:

- Биолог , которому потребовалась карта генома дрозофиллы;

- Чань-буддист в стане пан-исламистов, ищущий какое-либо духовное товарищество и понимание;

- Эстетствующий интеллектуал, поклонник классики и рока, кому осточертела поп-"музыка'' в эфире;

- Психолог или психотерапевт, желающий обсудить тонкие моменты отношений тайны исповеди с законом в очень специфическом случае.

И так далее. Всем этим людям Internet предоставляет великолепную возможность найти единомышленников. Можно - на самом деле, даже очень легко – найти электронный дискуссионный клуб почти по любой теме (их сейчас всего около полутора тысяч), или начать новую дискуссию и встать у истоков нового клуба, который никто до сих пор не догадался создать.

Internet открывает этим людям также и доступ к компьютерным ресурсам. Лектор общества ``Знание'' может связаться с компьютером NASA, который предоставит ему информацию о прошлом, настоящем и будущем космической науки и программы США. Священник может найти Библию, Коран, Тору, чтобы процитировать нужные отрывки. Юрист может вовремя найти копии докладов на заседаниях Верховного Суда США по делу ``Иран-контрас''. Восьмиклассница может обсудить музыкальную лирику В.Цоя с ровесниками или выступить экспертом среди новичков, ведь только она и понимает лирику по-настоящему.

И это только начало. Несомненно, в конечном счете, все придут к пониманию того, что наступает Эра Информации; потребность в ней возрастает и будет возрастать лавинообразно, количество потребителей тоже. Никуда от этого не деться. Без надежной и оперативной информации нельзя идти в ногу со временем, развивать науку и технику на уровне лучших мировых образцов. И все мы, все до единого, - потенциальные пользователи глобальной информационной сети.

2.4 Доступ в Internet.

Доступ в Internet, обычно, получают через поставщиков услуг (service provider). Поставщики эти продают различные виды услуг, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Так же как и при покупке садовой тачки (в оригинале - автомобиля) вы решаете, какими качествами должна она обладать, сколько вы за нее можете себе позволить заплатить, и, исходя из этого, выбираете подходящий вариант из предлагаемого множества.

Но перед тем, как начать действовать в этом направлении, т.е. добывать список поставщиков Internet, читать и выбирать, связываться с ними, выясните, а не имеете ли вы ужґе доступа в Internet, сами того не ведая. Такое вполне может иметь место - в России не так часто, в США не так уж и редко. Если ваша организация или учреждение (институт, компания) уже имеет доступ в Internet, то вряд ли вы сможете получить персональный доступ в сеть лучший, нежели ваша организация.

Другими словами, если вы уже имеете доступ в Internet, вам не надо будет платить денег из своего кармана, не надо будет суетиться вокруг поставщиков услуг и т.д., вам просто надо будет научиться пользоваться тем, что вы уже имеете.

Если ваша организация пока не имеет доступа в Internet, или вообще-то имеет, но, вот беда, не ваше подразделение (лаборатория, отдел, факультет), вам просто следует понаблюдать и прикинуть, сколько еще потенциальных пользователей имеется среди ваших сослуживцев, возможно, поговорить с ними и заручиться поддержкой, составить предложение и/или подать требование вышестоящему руководству.

Имеются (хотя это встречается, увы, пока очень редко) еще возможности получить доступ в Internet не через ее прямых распространителей, без лишних затрат.

Первый - поищите в публичных библиотеках: некоторые (центральные) имеют службу, называемую Freenet - свободная (бесплатная) сеть. Это информационная система, основанная соответствующим сообществом, обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.

Второй путь полезен для молодых людей, проживающих в странах Запада, или в центральных городах у нас. Станьте студентом, поступите в западный или организованный у нас же в России совместно с Западом университет или колледж. И выберите соответствующую специальность или запишитесь на курсы, которые позволят вам добраться до заветного компьютера, имеющего доступ в Internet. Например, научитесь плести лапти - уже потом вам будет чем развлечься, когда у вас от непрерывной работы в сети поедет крыша. И когда вы научитесь, у вас будет еще один довод начальству в пользу предоставления вам доступа в Internet: сети как воздух необходима база данных с инструкциями по плетению лаптей, без них они как без рук. Такой вклад руководство не сможет не оценить по достоинству.

3. Функционирование Internet.

3.1 Введение.

Чтобы успешно освоить нечто и затем с ним работать, очень полезно знать, хотя бы в общих чертах, устройство и функционирование этого объекта. Знание это помогает осмысленно воспринимать и систематизировать навыки работы, а не пользоваться предлагаемыми рекомендациями чисто механически. Такое осознание подскажет, что можно ожидать от системы в смысле ее возможностей, поведения, недостатков, и что более важно, поможет ориентироваться в необычной ситуации: в случае поломки, смены сервера, программного обеспечения, появления новых возможностей и т.п.

В этом разделе мы рассмотрим сети с коммутацией пакетов и преимущества построения сети на принципах TCP/IP протоколов. Здесь будут рассмотрены основные принципы управления коммуникациями в : TCP и его бедный родственник UDP. Это основные системообразующие элементы сети. Важным элементом является также региональная система имен (DNS).

3.2 Структура функционирования сети.

Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т.е. определить, что означают посылаемые ими сигналы и т.д. Эти правила и определения называются протоколом. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов: например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д. Многоуровневая структура спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели - субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями (верхним и нижним), виртуально - только с аналогичным уровнем на другом конце линии.

Под реальным взаимодействием мы подразумеваем непосредственное взаимодействие, непосредственную передачу информации, например, пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программе, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время. Под виртуальным взаимодействием мы понимаем опосредованное взаимодействие и передачу данных; здесь данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным образом видоизменяться.

Такое взаимодействие аналогично схеме цепи посылки письма одним директором фирмы другому. Например, директор некоторой фирмы пишет письмо редактору газеты. Директор пишет письмо на своем фирменном бланке и отдает этот листок секретарю. Секретарь запечатывает листок в конверт, надписывает конверт, наклеивает марку и передает почте. Почта доставляет письмо в соответствующее почтовое отделение. Это почтовое отделение связи непосредственно доставляет письмо получателю - секретарю редактора газеты. Секретарь распечатывает конверт и, по мере надобности, подает редактору. Ни одно из звеньев цепи не может быть пропущено, иначе цепь разорвется: если отсутствует, например, секретарь, то листок с письменами директора так и будет пылиться на столе у секретаря.

Здесь мы видим, как информация (лист бумаги с текстом) передается с верхнего уровня вниз, проходя множество необходимых ступеней - стадий обработки. Обрастает служебной информацией (пакет, адрес на конверте, почтовый индекс; контейнер с корреспонденцией; почтовый вагон, станция назначения почтового вагона и т.д.), изменяется на каждой стадии обработки и постепенно доходит до самого нижнего уровня - уровня почтового транспорта (гужевого, автомобильного, железнодорожного, воздушного,...), которым реально перевозится в пункт назначения. В пункте назначения происходит обратный процесс: вскрывается контейнер и извлекается корреспонденция, считывается адрес на конверте и почтальон несет его адресату (секретарю), который восстанавливает информацию в первоначальном виде, - достает письмо из конверта, прочитывает его и определяет его срочность, важность, и в зависимости от этого передает информацию выше. Директор и редактор, таким образом, виртуально имеют прямую связь. Ведь редактор газеты получает в точности ту же информацию, которую отправил директор, а именно - лист бумаги с текстом письма. Начальствующие персоны совершенно не заботятся о проблемах пересылки этой информации. Секретари также имеют виртуально прямую связь: секретарь редактора получит в точности то же, что отправил секретарь директора, а именно - конверт с письмом. Секретарей совершенно не волнуют проблемы почты, пересылающей письма. И так далее.

Аналогичные связи и процессы имеют место и в эталонной модели ISO OSI. Физическая связь реально имеет место только на самом нижнем уровне (аналог почтовых поездов, самолетов, автомобилей). Горизонтальные связи между всеми остальными уровнями являются виртуальными, реально они осуществляются передачей информации сначала вниз, последовательно до самого нижнего уровня, где происходит реальная передача, а потом, на другом конце, обратная передача вверх последовательно до соответствующего уровня.

Модель ISO OSI предписывает очень сильную стандартизацию вертикальных межуровневых взаимодействий. Такая стандартизация гарантирует совместимость продуктов, работающих по стандарту какого-либо уровня, с продуктами, работающими по стандартам соседних уровней, даже в том случае, если они выпущены разными производителями. Количество уровней может показаться избыточным, однако же, такое разбиение необходимо для достаточно четкого разделения требуемых функций во избежание излишней сложности и создания структуры, которая может подстраиваться под нужды конкретного пользователя, оставаясь в рамках стандарта.

Дадим краткий обзор уровней.  

Уровень 0

связан с физической средой - передатчиком сигнала и на самом деле не включается в эту схему, но весьма полезен для понимания. Этот почетный уровень представляет посредников, соединяющих конечные устройства: кабели, радиолинии и т.д. Кабелей существует великое множество различных видов и типов: экранированные и неэкранированные витые пары, коаксиальные, на основе оптических волокон и т.д. Т.к. этот уровень не включен в схему, он ничего и не описывает, только указывает на среду.

Уровень 1

- физический. Включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и прием-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

Уровень 2

- канальный. Связь данных.   Обеспечивает безошибочную передачу блоков данных (называемых кадрами (frame)) через уровень 1, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен определять начало и конец кадра в битовом потоке, формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности , включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления. Этот уровень (и только он) оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. Он несет ответственность за правильную передачу данных (пакетов) на участках между непосредственно связанными элементами сети. Обеспечивает управление доступом к среде передачи. В виду его сложности, канальный уровень подразделяется на два подуровня: MAC (Medium Access Control) - Управление