Моя страничка

18. 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.