Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность

Подождите немного. Документ загружается.

§ 4.5] СЕТИ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ – ОТ ARPANET ДО ИНТЕРНЕТА 351

десятилетие XX века. Сначала эти потребности были относительно

скромными и ограничивались в основном электронной почтой, однако

после изобретения в 1991 году технологии Всемирной паутины World-

Wide Web (мы будем подробно говорить о ней далее) процесс вовлече-

ния широких масс в Internet стал приобретать характер эпидемии. Экс-

поненциальный рост числа компьютеров в сети продолжался на протя-

жении всех 90-х годов, к 2001 году их там стало более 100 млн. Из тех-

нического феномена сеть Internet превратилась в экономический и со-

циальный.

В этих условиях никакое правительство не могло бы нести бремя

расходов на эксплуатацию гигантской публичной Сети, ее необходимо

было приватизировать и сделать самоокупаемой. В США пришли к

идее самофинансирования Internet в конце 1980-х годов, постепенно

сеть коммерциализировалась, а к 1995 году бюджетное финансирование

NSFnet Backbone было полностью прекращено. На смену государствен-

ным организациям пришли частные компании, открывшие новую и

очень доходную рыночную нишу – организацию коммерческих компь-

ютерных сетей и предоставление услуг Internet конечным пользовате-

лям (Internet providing). Довольно быстро сформировалась иерархия

провайдеров. На верхнем уровне располагаются крупнейшие сетевые

компании, которые, арендуя магистральны

е каналы первичной сети у

операторов дальней связи, организуют вторичные компьютерные сети в

масштабах страны или даже нескольких стран. Крупнейшим в мире

провайдером Internet является компания America On-Line (AOL), обра-

зованная в 1985 году. В 1999 году ее доход составил 2,6 млрд долларов,

а число абонентов превысило 20 млн.

Более мелкие провайдеры действуют в пределах отдельных городов

или географических регионов. Они «оптом» покупают услуги Internet у

провайдеров первого уровня и продают их «в розницу» конечным поль-

зователям, используя для этого, как правило, местную телефонную сеть

общего пользования.

Стремясь увеличить свои доходы, провайдеры постоянно расширя-

ют перечень предоставляемых услуг, переходя от простого техническо-

го подключения к Сети к комплексному информационному обслужива-

нию (электронная почта, служба мгновенных сообщений, хранение

данных абонентов, аренда приложений, электронная ком

мерция, ин-

тернет-вещание и т.п.). В этом отношении характерна судьба AOL. На-

чав с организации модемных пулов, компания стала расширяться, при-

обретая фирмы, прославившиеся разработкой новых сетевых техноло-

352 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

гий. В 1998–1999 годах она купила Netscape Communications, создав-

шую знаменитый браузер и одноименный информационный портал, и

израильскую фирму Mirabilis, разработавшую технологию ICQ для

мгновенного обмена короткими сообщениями.

Web-революция середины 90-х годов корен-

ным образом изменила облик Internet с точки

зрения пользователя. Путешествия по Web

(Web-surfing) стали привычными для людей,

никогда прежде не имевших дела с компьюте-

ром. Появились новые виды услуг: Intrnet-телефония, Intrnet-

радиовещание и Intrnet-телевидение. В этих условиях объем сетевого

трафика резко возрос, пропускная способность магистральных каналов

была быстро исчерпана и в сети стало тесно. Аналогичная ситуация

произошла полвека назад на дорогах, когда автомобиль стал массовым

видом личного транспорта.

Для решения проблемы было необходимо строительство информа-

ционных супермагистралей (information superhighway), пропускная спо-

собность которых во много раз превышала бы показатели существую-

щих каналов Internet и которые связывали бы самые разнообразные ин-

формационные ресурсы в масштабах планеты. Этот броский термин

придумал американский сенатор Альберт (Эл) Гор младший (Gore,

Albert (Al) Arnold Jr.; р. 1948), отец которого, также сенатор, в свое

время отстаивал идею строительства автомобильных супермагистралей.

Будучи законодателем, а затем и вице-президентом в правительстве

президента Клинтона (1992–2000 гг.), Эл Гор сделал исключительно

много для развития сети Internet, внедрению компьютерных технологий

Информационные

супермагистрали.

Internet нового

поколения

Альберт Гор (р. 1948)

§ 4.5] СЕТИ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ – ОТ ARPANET ДО ИНТЕРНЕТА 353

в образование. По его инициативе в США были приняты законы, регу-

лирующие сетевую деятельность, развернулись крупномасштабные ра-

боты по модернизации сети Internet, превращению ее в настоящую ин-

формационную супермагистраль для общества XXI века.

Осенью 1996 года стартовали два многомиллионных проекта: пра-

вительственный Next Generation Internet – NGI и проект Internet2, спон-

сируемый вузами и компаниями информационных технологий.

Сеть NGI создается для федеральных структур – ARPA, Министер-

ства обороны, Министерства энергетики, отвечающего за атомную про-

грамму, национального научного фонда NSF, космического ведомства

NASA, национального института стандартов, крупнейших научных ла-

бораторий и суперкомпьютерных центров. Она предполагает тысяче-

кратное увеличение скорости передачи данных по сравнению с Internet

и предназначена для обеспечения научных исследований и медицин-

ской диагностики.

Сеть Internet2 должна объединить гигабитными магистралями

135 университетских кампусов. Предполагается построить нечто вроде

виртуального университета для студентов и преподавателей, с тем что-

бы они могли читать книги из библиотек, находящихся на удалении

тысяч километров, брать уроки в других вузах, совместно проводить

научные исследования.

В феврале 1999 года первая магистраль Internet2 под названием

Abilene была введена в эксплуатацию. Она связала оптическим кабелем

длиной 21 тыс. км два побережья Соединенных Штатов – от Нью-Йорка

до Сиэтла. Скорость передачи данных составляет 2,4 Гбит/с, постепен-

но она будет повышена до 9,6 Гбит/с. Ответственность за повседневное

сопровождение Abilene возложено на Университет штата Индиана.

Abilene станет одной из двух главных магистралей Internet2. Другая

будет базироваться на vBNS – very high speed Backbone Network Service,

которая представляет собой модернизированную магистраль NSFnet,

принадлежащую Национальному научному фонду США и компании

MCI WorldCom.

Помимо увеличения скорости передачи данных, проект Internet2

имеет еще одну цель – внедрить новую (шестую) версию протокола IP,

называемую IPv6. Она принципиально отличается от всех предыдущих,

в частности, тем, что кардинально решает проблему нехватки IP адре-

сов. Когда в 70-е годы Роберт Кан и Винтон Серф разрабатывали пер-

вую версию протокола IP, они предусмотрели 32-битный адрес абонен-

та, предполагая, что в обозримом будущем будет не более 256 сетей, а

354 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

число хостов никак не превысит сотни миллионов. Действительность,

как мы знаем, опровергла этот прогноз, в настоящее время возможности

32-битной адресации практически исчерпаны. Протокол IPv6 отводит

на адрес 128 разрядов, этого достаточно для того, чтобы адресовать

компьютеры, даже если их будет по полторы тысячи на каждый квад-

ратный метр земной поверхности.

В 2003–2004 годах в США начались работы по развитию Internet2 и

превращению ее в еще более совершенную магистральную сеть, кото-

рую в предварительном порядке называют Internet3 или National

Lambda Rail (NLR). По замыслу создателей, она должна быть на поря-

док более скоростной, чем Internet2. Это будет достигнуто в основном

за счет физических эффектов: одновременного распространения по све-

товоду нескольких световых волн в различных частях спектра и исполь-

зованием «темных», то есть имеющихся в кабеле, но временно неис-

пользуемых волокон.

Появление американских проектов скоростных сетей всколыхнуло

не только Европу. Большие и малые страны всех частей света начали

считать обладание информационной супермагистралью – или хотя бы

наличие планов ее построения – признаком национальной зрелости. В

Магистральные каналы Abilene

§ 4.5] СЕТИ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ – ОТ ARPANET ДО ИНТЕРНЕТА 355

результате в таких странах, как Канада, Австралия и Япония появились

проекты собственных супермагистралей.

История российского интернета в целом повторяет аме-

риканскую. Своими корнями он уходит в вузы и научно-

исследовательские институты – туда, где проросли зале-

тевшие с Запада семена операционной системы Unix, из них выросли

первые коммерческие и некоммерческие академические сети, а уже по-

том началось бурное развитие Сети с привлечением капитала крупных

телекоммуникационных компаний.

Родоначальником российского интернета по праву можно считать

Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова (ИАЭ), где еще в 1982–

1983 годах с участием специалистов ряда других НИИ были начаты

работы по созданию отечественной операционной системы типа Unix,

получившей название ДЕМОС – Диалоговая Единая Мобильная Опера-

ционная Система. Распространением этой системы занялся одноимен-

ный кооператив, образованный сотрудниками института.

В 1990 году была основана первая российская междугородная ком-

пьютерная сеть с коммутацией пакетов Relcom (от RELiable

COMmunications – надежная связь). Строго говоря, это был еще не ин-

тернет, сеть предназначалась исключительно для передачи электронной

Интернет

в России

Институт атомной энергии им. Курчатова – колыбель

российского интернета

356 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

почты по протоколу UUCP (Unix-Unix CoPy) и объединяла разработчи-

ков и пользователей Unix-систем ИАЭ и нескольких других НИИ в

Серпухове, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Дубне. В августе состоял-

ся первый сеанс связи по международному телефону с университетом в

Хельсинки (Финляндия), а 19 сентября зарегистрирован географиче-

ский домен верхнего уровня SU (Soviet Union), что можно считать рож-

дением интернета на территории России и ближнего зарубежья. Внача-

ле сеть была бесплатной, однако с 1992 года она стала коммерциализи-

роваться, для чего было создано акционерное общество «Релком». В

последующие годы сеть Relcom перешла на стандартные интернет-

протоколы TCP/IP, подключилась к европейской сети EUNet и стала

называться EUNet/Relcom. Со временем фирмы «Релком» и отделив-

шаяся от нее ДЕМОС превратились в крупнейших коммерческих рос-

сийских интернет-провайдеров.

Некоммерческие академические сети для обслуживания учрежде-

ний науки и образования начали создаваться в 1994–1996 годах. В

1994 году стартовал проект российской университетской сети RUNNet

(Russian UNiversity Network) на основе спутниковых линий передачи.

Главные узлы спутниковой связи расположены в Москве (МГУ) и

С.-Петербурге, а периферийные станции расположены более чем в

Размещение узлов Relcom

§ 4.5] СЕТИ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ – ОТ ARPANET ДО ИНТЕРНЕТА 357

40 городах европейской и азиатской частей России. Доступ в интернет

осуществляется по нескольким международным каналам через Норве-

гию, Францию, Германию, Финляндию, Канаду с суммарной пропуск-

ной способностью более 10 Мбит/с.

Российским аналогом американской научной сети NSFNet cтала фе-

деральная сеть для нужд науки и высшей школы RBNet (Russian

Backbone Network), созданная в 1996–1998 годах. RBNet базируется на

цифровых магистральных каналах E1 (2,048 Мбит/с), арендованных у

различных компаний дальней связи, прежде всего у Ростелекома, и соб-

ственных волоконно-оптических сегментах в Москве и С.-Петербурге.

Оператором сети является Российский НИИ развития общественных

сетей (РосНИИРОС), центр управления находится в Москве, финанси-

рование расходов осуществляется отдельной строкой из федерального

бюджета. RBNet выполняет функции опорной сети (backbone), клиен-

тами которой являются региональные сети науки и образования. Сеть

имеет двухуровневую структуру. Базовые узлы первого уровня органи-

зованы в восьми региональных центрах: С.-Петербурге, Москве, Росто-

ве-на-Дону, Самаре, Екатеринбурге, Новосибирске, Иркутске, Хабаров-

ске, к ним подключены узлы второго уровня, расположенные более чем

в 35 городах – от Новгорода Великого до Владивостока. Для доступа в

мировой интернет используются возможности нескольких российских и

Сеть RBNet

358 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

иностранных операторов, при этом основной шлюз взаимодействует с

компанией Teleglobe International Corp. Для обеспечения взаимодейст-

вия с этой сетью создана точка присутствия RBNet в Нью-Йорке

(60 Hudson street).

Мощный импульс развитию некоммерческого интернета в России

придала благотворительная программа «Университетские центры ин-

тернет», которая финансировалась известным американским мульти-

миллионером и меценатом Джорджем Соросом (Soros, George; р. 1930).

Еврей венгерского происхождения, Сорос на собственном опыте позна-

комился с особенностями тоталитарных режимов, как фашистского, так

и коммунистического толка. Сорос считал, что распространение интер-

нета в бывших социалистических странах поможет им преодолеть сло-

жившуюся информационную изоляцию. В рамках этой программы в

1996–1998 годах в 33 периферийных классических университетах на

территории России (в том числе Томском государственном) были соз-

даны интернет-центры с узлами телекоммуникаций, мощными сервер-

ными ресурсами и компьютерными классами свободного доступа. Под-

ключение центров к интернету осуществлялось через сеть RBNet, по-

этому услуги для пользователей были бесплатными. По замыслу Соро-

са, создание инфраструктуры – только первая часть долговременной

программы развития российского интернета. В дальнейшем на базе го-

родских сетей и университетских центров начнут создаваться интернет-

ориентированные информационные системы, представляющие собой

сеть Web-серверов, посвященных событиям культурной и обществен-

ной жизни.

Параллельно с академическим возникали и быстрыми темпами раз-

вивались сети коммерческих поставщиков услуг интернета. Они обра-

зовывались как акционерные общества с чисто российским или сме-

шанным капиталом на базе крупнейших предприятий транспорта и свя-

зи. Вначале они ориентировались в основном на подключение органи-

заций, таких, как банки, государственные учреждения и средства мас-

совой информации. Затем они стали все шире обслуживать частных

пользователей там, где существовал платежеспособный спрос, в первую

очередь в Москве и Санкт-Петербурге. В этих городах были организо-

ваны пункты обмена трафиком коммерческих сетей между собой и с

академическими сетями. Электронная почта перестала ходить из одного

района города в другой через Америку.

В настоящее время коммерческие компании, предоставляющие дос-

туп в интернет, составляют мощный и быстроразвивающийся сектор

§ 4.6] ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ 359

российской экономики с высоким уровнем конкуренции. Например, в

2002 году российский рынок доступа к магистральным сетям интернета

был поделен между пятью крупными операторами, на долю которых

приходится 84% данных услуг. Самый крупный из них – холдинг меж-

региональных телекоммуникационных компаний (МРК) под крылом

«Связьинвеста», доля которого составляет 54%. На долю «Голден Теле-

ком» и «РТКомм.РУ» приходится по 9% рынка, Транстелеком – 6%.

Всего в 2002 году оборот всех операторов доступа к магистральным

сетям интернета в России оценивался в размере 280 млн долларов.

Число компьютеров в российской части интернета (в сетевой лите-

ратуре за ней закрепилось название «Рунет») стремительно растет. Если

к началу 1997 года оно составляло 200–300 тысяч, то к 1999 году –

1,2 млн, к 2000 году – 5,4 млн, а в 2003 году оценивалось в 10,2 млн.

§ 4.6. Локальные вычислительные сети

В отличие от рассмотренных выше территориальных сетей (их на-

зывают еще глобальными), простирающихся на десятки – сотни – тыся-

чи километров, локальные сети – ЛВС (Local Area Network – LAN) охва-

тывают территорию одного здания или группы близко расположенных

зданий, например университетского кампуса. Однако не расстояние

является определяющей характеристикой локальных сетей, а способ

доставки сообщений. Локальные сети также основаны на передаче па-

кетов, однако в них отсутствуют маршрутизаторы, а вместо принципа

коммутации используется принцип селекции пакетов.

История распорядилась так, что локальные сети появились несколь-

ко позже глобальных. Первые эксперименты были проведены в начале

70-х годов, а широкое распространение локальных сетей началось уже в

80-е.

Идея создания сети с селекцией пакетов родилась на

Гавайских островах и была навеяна самой географией

региона. Когда в Гавайском университете, расположенном на централь-

ном острове Оаху, была установлена большая ЭВМ, способная работать

в режиме разделения времени, возникла проблема подключения к ней

множества терминалов, разбросанных по всему архипелагу. Сделать это

с помощью обычных проводных линий было невозможно, так как глу-

бокие проливы между островами затрудняли прокладку телефонных

Сеть Aloha

360 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

кабелей, поэтому основным средством общения могла быть только ра-

диосвязь.

Чрезвычайно остроумное и удачное решение проблемы предложил

профессор Норман Абрамсон (Abramson, Norman; р. 1932), который до

приезда на Гаваи работал в Стенфорде и

Массачусетсском технологическом институте.

Его идея состояла в том, чтобы построить ши-

роковещательную (broadcasting) ра

диосеть, в

которой каждый абонент оснащен приемопере-

датчиком, причем все они работают на одной и

той же частоте.

Принцип работы широковещательной сети

проиллюстрирован на рисунке. Предположим,

абонент 1 желает передать пакет абоненту 3. На

передающей стороне этот пакет снабжается ад-

ресами отправителя и получателя; устройство

доступа к среде постоянно прослушивает эфир

и, как только там наступит пауза, отправляет

сообщение. Поскольку эфир общий, то пакет будет зарегистрирован

Широковещательная сеть Aloha была создана в 1970 г.

в University of Hawaii под руководством Нормана Абрамсона

Норман Абрамсон

(р. 1932)