Структура и принципы работы Интернет. Отличие Интернет от традиционных сетей состоит в том, что она не имеет своего официального владельца

Отличие Интернет от традиционных сетей состоит в том, что она не имеет своего официального владельца. Это добровольная ассоциация различных сетей. Существуют только организации, которые координируют регистрацию новых пользователей в сети. Техническую сторону организации сети контролирует Федеральный сетевой совет (FNC), который 24 октября 1995 года принял определение того, что же мы подразумеваем под термином "Интернет":

Интернет – это глобальная компьютерная система, которая:

· логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов (каждый компьютер, подключаемый к сети имеет свой уникальный адрес);

· способна поддерживать коммуникации (обмен информацией);

· обеспечивает работу высокоуровневых сервисов (служб), например, WWW, электронная почта, телеконференции, разговоры в сети и другие.

Структура Интернет напоминает паутину, в узлах которой находятся компьютеры, связанные между собой линиями связи. Узлы Интернет, связанные высокоскоростными линиями связи, составляют базис Интернет. Оцифрованные данные пересылаются через маршрутизаторы, которые соединяют сети с помощью сложных алгоритмов, выбирая маршруты для информационных потоков.

Сервер в сети Интернет - это компьютер, обеспечивающий обслуживание пользователей сети: разделяемый доступ к дискам, файлам, принтеру, системе электронной почты. Обычно сервер - это совокупность аппаратного и программного обеспечения. Компьютер, подключенный к Интернет и используемый для связи с другими компьютерами сети называется хостом.

Сервер предоставляет услуги другим компьютерам, запрашивающим информацию, которые называют клиентами (пользователями, абонентами). Таким образом, работа в Интернет предполагает наличие передатчика информации, приемника и канала связи между ними. Когда мы «входим» в Интернет, наш компьютер выступает в качестве клиента, он запрашивает необходимую нам информацию на выбранном нами сервере.

Отличительной особенностью сети Интернет является высокая надежность. Если выходят из строя некоторые линии связи или компьютеры ,то сообщения могут быть переданы по другим линиям связи, так как всегда имеется несколько путей передачи информации.. В качестве высокоско­ростной магистрали передачи данных используются выде­ленные телефонные линии, оптоволокон­ные и спутниковые каналы связи. Лю­бая организация для подключения к Inter­net использует спе­циальный компью­тер, который назы­вается шлюзом(gateway) На нем устанавливается обеспечение, осуществляющее обработку всех сообщений, проходящих че­рез шлюз. Каждый шлюз имеет свой Интернет адрес. Если поступает сообщение, адресованное локальной сети, к которой подключен шлюз, то оно передается в эту локальную сеть. Если сообщение предназначено для дру­гой сети, то оно передается следующему шлюзу Каждый шлюз имеет информацию обо всех остальных шлюзах и сетях. Когда сообщение посылается из локальной сети через шлюз в Internet, то при этом выбирается самый «быстрый» путь. Шлюзы обмениваются друг с другом информацией о маршрутизации и состоянии сети, используя специальный шлюзовой протокол.

Сервер – это посредник, он собирает информацию и передает ее по назначению так, чтобы в канале связи не возникло конфликтов. Владелец сервера (как правило, это организация) называется провайдером. Серверы Сети принадлежат крупным корпорациям, государственным и частным фирмам, а также отдельным лицам. Провайдер-поставщик услуг.

Пропускная способность провайдера зависит: от производительности его канала связи, от используемых им модемов, от внутренней организации сервера от количества абонентов, находящихся в Сети в данный момент.

В качестве серверов используются мощнейшие компьютерные станции с производительностью в сотни тысяч МГц, основные из которых находятся в США.

Один сервер обслуживает несколько компьютеров (клиентов). Клиентом сервера может быть не только отдельный компьютер, но и локальная сеть. Локальная сеть соединяется с сервером одним модемом, которым может пользоваться каждый компьютер сети.

Соединение «клиент-сервер» может быть выделенным и удаленным. При выделенном соединении линия связи монопольно используется для связи абонента и сервера (как при телефонном разговоре), иногда такую линию связи называют коммутируемой. Это очень дорогой вид связи. Для большинства пользователей используется удаленное соединение посредством телефонных линий, при котором по одной и той же линии передаются сообщения и данные одновременно для многих пользователей. В совокупности сервер и связанные с ним компьютеры образуют глобальную сеть.

У сети Интернет нет никакого единого центра ,точно также нет главной администрации или хозяина, хотя есть координирующие организации, которые выделяют IP- адреса и так называемые доменные адреса. К сети могут быть подключены как отдельный компьютер, так и локальная сеть.

В отличие от своих клиентов серверы соединяются друг с другом (соединение «сервер-сервер») при помощи специальных выделенных каналов, им не нужно дозваниваться друг до друга, они постоянно на связи. Среди выделенных линий особую роль играют высокоскоростные линии. Именно на них ложится основная нагрузка по передаче информации. Серверы, соединенные друг с другом высокоскоростными выделенными линиями, образуют так называемый хребет Интернет. Каждый сервер не столько работает со своими клиентами, сколько передает информацию "чужих" клиентов к другим серверам.

При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности ,должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав.

Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Передача данных в сети осуществляется в соответствии с протоколами –правилами, которые определяют порядок обмена данными между компьютерами. Что это за правила?

Допустим, один пользователь пересылает другому некий файл. При отправке исходный файл «нарезается» на небольшие отдельные кусочки — пакеты. Каждый пакет снабжается информацией о том, частью какого файла он является и каков его порядковый номер в этом файле. Далее пакеты посылаются в сеть, и все они могут прийти к адресату совершенно разными путями — промежуточный сервер Интернета, на который поступает пакет, определяет, в какую сторону следует его направить, и выбирает для этого свободный в данный момент канал связи. На компьютере-получателе пришедшие пакеты собираются в исходный файл; если какой-либо кусок не был доставлен из-за технического сбоя одного из серверов, компьютер-получатель направляет повторный запрос и недостающий пакет приходит другим путем. Протокол разбиения передаваемых данных на пакеты получил название TCP ( Transport Control Protocol) – транспортный протокол.

Для того чтобы серверам было легко ориентироваться в направлении пересылки пакетов, в Интернете предусмотрен специальный способ адресации: каждый компьютер, и каждый сервер сети имеют собственное имя-адрес, состоящее из четырех целых чисел от 1 до 255, разделенных точкой - числовой IP- адрес, например: 217.89.14.35. Каждый пакет содержит адреса отправителя и получателя; сервер, на который поступает данный пакет, сравнивает свой адрес с адресом получателя, указанным в пакете, и направляет пакет в нужную сторону. Данный протокол адресации называется IP ( Internet Protocol) – протокол маршрутизации.

История создания Интернет

Как и многие другие крупные технические достижения современности, Internet была создана в Соединенных Штатах Америки. В далеком 1969 году Агентству передовых исследований (Advanced Research Projects Agency, ARPA) Министерства обороны США была поручена разработка сети для связи расположенных по всей стране компьютеров военных научно-исследовательских и учебных заведений. Эта сеть (ARPANet) изначально была предназначена для помощи военным специалистам в обмене информацией, предоставляя им возможность войти в систему и запустить программу на удаленном компьютере, переслать файлы и сообщения по электронной почте. Одновременно с этим разработчикам была поставлена задача, построить сеть таким образом, чтобы она была устойчива к повреждению своих участков (например, при ракетно-ядерном нападении противника) и в любой момент времени можно было установить связь с каждым из компьютеров, входящих в сеть.

По мере роста ARPANet встала проблема связи сетей, использующих различные методы передачи информации. Для этого необходимо было разработать специальный протокол, который определяет порядок обмена данными между различными программами, работающими на разных компьютерных платформах.

Протокол-это “ язык”, используемый для обмена данными при работе в сети. Чтобы различные компьютеры сети могли установить связь друг с другом, они должны “разговаривать” на одном языке, то есть использовать один и тот же протокол.

В 1974 г. такой протокол был создан и получил название TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).Он включал правила налаживания и поддержания связи в сети, указания, как обрабатывать и передавать данные и был основан на принципе коммутации пакетов, состоящем в том, что данные разбиваются на части, к каждой из которых присоединяется заголовок, содержащий необходимую информацию о маршруте доставки. Компьютеры сети анализируют эти заголовки и передают пакет данных следующему узлу, находя­щемуся на пути к месту назначения. Компьютеры, определяющие пути доставки, способны выбирать альтернативные маршруты, если указанное сетевое соединение прервется.

В 1983 г. Министерство обороны США издало приказ об использовании протоколов TCP/IP на всех узловых машинах ARPANet. Таким образом, был установлен стандарт, согласно которому могла развиваться сеть Internet. К этому времени относится и появление компьютеров, использующих операционную систему UNIX, в которую встроены средства работы с Internet.

К 1986 г. Национальным фондом науки (National Science Foundation, NSF) была создана опорная сеть (backbone) для соединения своих шести супер компьютерных центров. Сеть основывалась на протоколе TCP/IP.

К этому времени Internet стала использоваться не только в государственных и учебно-научных, но и в коммерческих целях. В 1989 г. к ней подключилась коммерческая сеть MCImail. Internet шагнула далеко за границы Соединенных Штатов и постепенно стала действительно всемирной!

В настоящий момент в основе Internet лежит система магистральных сетей, называемых иначе опорными. В США крупнейшей сетью такого рода является ANSnet, на основе которой предоставляются услуги NSFNet и коммерческой сети ANS CO+RE. Ассоциация Commercial Internet Exchange объединяет мощную и растущую опорную сеть коммерческих поставщиков сетевых услуг. Сети среднего уровня, региональные, подсоединяются к высокоскоростной опорной сети. В Европе опорными сетями являются NORDUnet, EUROPANet и EUnet, обеспечивающие сетевые соединения по всему материку. Каждая из этих сетей отвечает за поток сообщений, циркулирующий внутри нее, — трафик и маршрутизирует его по своему усмотрению.

Трафик- это объем информации, передаваемой по сети. Объем информации измеряется в битах.

Кроме того, сеть несет ответственность за соединение с сетью более высокого уровня. Любая сеть сама отвечает за свое финансирование и может устанавливать собственные административные процедуры. В связи с тем что единого поставщика сетевых услуг не существует, организации сами финансируют свои сети, каждая из которых считается частью общей Internet.

Несмотря на свою децентрализацию, Internet и ее работа в большей или меньшей степени координируется рядом организаций. Направление развития Internet в основном определяет Общество Internet (Internet Society, ISOC). ISOC — это общественная организация, ставящая своей целью содействие глобальному информационному обмену через Internet.

ISOC назначает Комиссию по архитектуре Internet (Internet Architecture Board, IAB), ответственную за техническое руководство сетью. IAB координирует исследование и развитие протоколов TCP/IP, устанавливает правила присвоения адресов.

В 1981 г. в сети Интернет насчитывалось лишь 213 компьютеров. К концу 80-х гг. количество подключенных к сети компьютеров возросло до 150 тыс., однако наиболее быстрый экспоненциальный рост их количества происходил в 90-е гг. Чтобы убедиться в этом, достаточно проследить рост количества серверов в сети Интернет (данные на январь каждого года).

Год
(млн.)	0,4	0,7	1,3	2,2	4,9	9,5	16,1	29,7	43,2

Развитие глобальной компьютерной сети требует наличия каналов связи с высокой пропускной способностью. В 1999 г. началась реализация международного проекта по созданию сети оптико-волоконных сверхскоростных каналов связи, общая протяженность которых должна составить 275 тыс. км и которые должны объединить 174 страны

О степени информатизации отдельных стран можно судить по количеству серверов Интернет и количеству пользователей ее ресурсов. Первое место уверенно занимают США (серверов около 28 млн., а пользователей около 60 млн.), затем идут такие страны, как Япония, Великобритания, Германия и др. Россия занимает 22-е место (серверов около 200 тыс., а пользователей – около 1 млн.).

В 2001г. число пользователей Интернет достигло 100 миллионов.

Протоколы

Перемещение информации между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей.Международной организацией по стандартизации (ISO- International Standards Organization) была разработана эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnections - OSI).

OSI быстро стала основной архитектурной моделью для передачи межкомпьютерных сообщений. Часто ее называют моделью архитектуры открытых систем

Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней:

1. Физический уровень –самый нижний в модели. Он отвечает за кодирование данных, осуществляет передачу потоков битов(нулей и единиц) по физической среде, определяет скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации.

2.Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал, управление потоком данных в виде кадров ,в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи.

Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации, топологии сети, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

3. Сетевой уровень отвечает за коммутацию пакетов, адресацию сообщений и перевод логических адресов в физические адреса., определяется маршрут от компьютера отправителя к компьютеру получателю. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

4.Транспортный уровень решает проблемы, связанные с отправкой и получением пакетов, обеспечивает доставку пакетов без ошибок, без потерь, проверяет ошибки. Транспортный уровень обеспечивает услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие уровни от необходимости вникать в ее детали

5. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи, синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними.

6. Представительный уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы.

7.Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок, идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управлению целостностью информации. . Это самый близкий к пользователю уровень OSI.

Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает. Достоинство семиуровневой модели OSI определяется возможностью изменений любого из уровней без изменений других.

МодельOSIустанавливает способы передачи данных по сети, определяет стандартные протоколы, используемые сетевым и программным обеспечением. Протокол-это “ язык”, используемый для обмена данными при работе в сети. Чтобы различные компьютеры сети могли установить связь друг с другом, они должны “разговаривать” на одном языке, то есть использовать один и тот же протокол. Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных. .

Существует множество протоколов, каждый из них выполняет различные задачи. Протоколы работают на разных уровнях OSI. Несколько протоколов могут работать совместно, так называемый стек (набор) протоколов. Уровни в стеке протокола соответствуют уровням модели. Основной протокол, по которому работает Интернет, - это протокол TCP/IP, совмещающий протоколы передачи TCP (Transmission Control Protocol) и протокол маршрутизации IP(Internet Protocol).

На нижнем уровне описываются правила передачи небольших порций информации с одного компьютера на другой. Протокол следующего уровня описывает ,как большие массивы данных разбить на пакеты и собрать обратно.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет- это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. На передающей стороне пакет проходит последовательно через все уровни системы сверху вниз(с прикладного уровня до физического). Затем он передаётся по сетевому кабелю на компьютер – получатель и опять проходит все уровни в обратном порядке.. Протокол разбиения передаваемых данных на пакеты получил название TCP -Transmission Control Protocol(Протокол управления передачей).

Это протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации.

Каждый пакет содержит адреса отправителя и получателя; сервер, на который поступает данный пакет, сравнивает свой адрес с адресом получателя, указанным в пакете, и направляет пакет в нужную сторону. протокол адресации называется IP ( Internet Protocol) – протокол маршрутизации Благодаря тому, что каждый пакет содержит все необходимые данные, он может доставляться независимо от других, и довольно часто случается так, что пакеты добираются до места назначения разными путями. А компьютер-получатель затем выбирает из пакетов данные и собирает из них тот файл, который был заказан.

На нижних уровнях используются два основных протокола : IP и TCP.Так как эти два протокола тесно взаимосвязаны ,то их объединяют и считают базовым протоколом. Протоколы положены в основу алгоритма работы компьютерных программ, обслуживающих сервер. Все остальные многочисленные протоколы строятся на основе протоколов TCP/IP.

В техническом пониманииTCP/IP –это не один протокол, а два, лежащих на разных уровнях(это так называемый стек протоколов

Службы Интернета

К услугам сети Интернет прибегают сотни миллионов человек. Но сеть Интернет — это лишь средство связи компьютеров и локальных сетей между собой. Для хранения и передачи информации по сети Интернет созданы специальные информационные службы, иногда называемые сервисами Интернет.

В простейшем понимании служба-это пара программ, взаимодействующих между собой согласно протоколам.

Этих служб несколько, наиболее распространенными являются следующие:

• Электронная почта (E-mail—electronic mail) выполняет функции обычной почты.

Она обеспечивает передачу сообщений из одного пункта в другой. Главным ее преимуществом является независимость от времени. Электронное письмо приходит сразу же после его отправления и хранится в почтовом ящике до получения адресатом..

• Телеконференции (UseNet) разработаны как система обмена текстовой ин-формацией (перемещения новостей) между компьютерами по всему миру. Она позволяет всем пользователям Internet участвовать в групповых дискуссиях, называемых телеконференциями, в которых обсуждаются всевозможные проблемы.
• Служба передачи файлов(FTP);Назначение FTP-обмен через Интернет отдельными файлами и целыми программами. Поиск и передача двоичных файлов ;

Файловые архивы. Большое количество серверов Интернет содержат файловые архивы и называются FTP-серверами. Наличие таких серверов очень удобно для пользователей, так как многие необходимые программы можно получать непосредственно из Интернет. Файловые серверы поддерживают многие компании — производители программного обеспечения или аппаратных компонентов компьютера и периферийных устройств. При передаче файлов по сети используется протокол File Transfer Protocol (ftp) и одноименная прикладная программа. Ftp которая позволяет переходить из директории в директорию на удаленном компьютере, просматривать их, пересылать файлы в двоичном и текстовом режимах, по одному или группами. При этом обмен файлами может производиться между различными компьютерами, лишь бы было установлено программное обеспечение клиента и сервера ftp

Терминальный режим.(Telnet). Служба удаленного управления компьютером.

Удаленный доступ это работа на удаленном компьютере в режиме, когда ваш компьютер эмулирует терминал удаленного. Например, находясь в командировке на другом краю света, вам необходимо прочитать пришедшую домой электронную почту.

• Служба IRC(Internet Relay Chat) предназначена для прямого общения нескольких клиентов в режиме реального времени. Службу IRC называют чатом. В отличие от системы телеконференций в системе службы IRC общение происходит только в пределах одного канала, в работе которого принимают участие обычно лишь несколько человек.
• Служба ICQ(i seek you -я ищу тебя)-одна из нескольких существующих в Интернете служб для мгновенного обмена сообщениями..
• Всемирная паутина (WWW).

Всемирная паутина — это перевод английского словосочетания World Wide Web, которое часто обозначается как WWW.. Бурное развитие сети Интернет, которое происходило на протяжении 90-х гг., во многом обусловлено появлением новой технологии —WWW. В основу этой технологии положена технология гипертекста, распространенная на все компьютеры, подключенные к сети Интернет. Суть технологии гипертекста состоит в том, что текст структурируется, т, е. в нем выделяются слова-ссылки. При активизации ссылки (например, с помощью щелчка кнопкой мыши) происходит переход на заданный в ссылке фрагмент текста. В системе WWW для этого используется протокол передачи гипертекста (HyperText Transfer Protocol, HTTP).

Адресация в Интернете

ВИнтернете используются два основных понятия: адрес и протокол. Каждому компьютеру, подключенному к Интернету, назначается уникальный сетевой IP-адрес. Хотя нет центра управления Интернетом, есть организации ,занимающиеся проверкой и выдачей адресов.

Адрес в Интернете однозначно определяет местонахождение компьютера в сети. При пересылке информации протоколами TCP/IP используются присвоенные адреса. Адреса в Интернете могут быть представлены как последовательностью цифр, так и именем, построенным по специальным правилам. Для того чтобы серверам было легко ориентироваться в направлении пересылки пакетов, предусмотрен специальный способ адресации. Каждый компьютер, и каждый сервер сети имеют собственное имя-адрес, состоящее из четырех целых чисел от 0 до 255, разделенных точкой. Это числовой IP-адрес, например: 217.89.14.35.

Начало адреса определяет часть Интернета, к которой подключен компьютер, а окончание определяет адрес компьютера в этой части сети.

Компьютеры при пересылке информации используют цифровые адреса ,а пользователи в работе с Интернетом используют в основном имена, то есть доменную систему имен.