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

Подождите немного. Документ загружается.

§ 4.7] СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 371

зуются различные способы доставки писем в бумажных пакетах разно-

образного формата и размера, в компьютерных сетях в зависимости от

конкретных условий могут применяться различные базовые технологии

доставки пакетов данных.

Точка-точка. Прямому (курьерскому) способу соответствуют про-

токолы передачи пакетов данных типа точка-точка (например, Point-to-

Point Protocol – PPP), поддерживающие соединение по прямым (выде-

ленным или коммутируемым) каналам связи. Именно таким способом

домашние компьютеры подключаются к провайдерам компьютерных

сетей.

Ethernet. Для локальных сетей передачи данных, основанных на

принципе селекции пакетов, имеется ряд базовых технологий, наиболее

популярной из которых, как мы уже отмечали, является технология

Ethernet и ее новейшие варианты – Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Эти

технологии отличаются простотой и дешевизной, однако им присущи

некоторые принципиальные недостатки. Поскольку среда распростра-

нения является общей и потоки пакетов в ней сталкиваются случайным

образом, невозможно гарантировать скорость передачи данных между

двумя абонентами, что крайне неудобно при работе в режиме реального

времени, например при аудио- и видеоконференциях.

X.25 и Frame relay. Для территориальных сетей передачи данных,

основанных на принципе коммутации пакетов, в 70–80-х годах было

разработано несколько базовых технологий. Наиболее старой и заслу-

женной является уже упоминавшаяся нами технология X.25. Более того,

до появления коммерческого интернета в 90-е годы данная базовая тех-

нология была практически единственной коммерческой технологией

передачи данных в территориальных сетях. По этим причинам сети

X.25 до сих пор весьма популярны там, где требуется высокая надеж-

ность связи, а требования к скорости передачи данных невелики: при

подключения банкоматов к процессинговым центрам банков, для связи

удаленных терминалов с системами резервирования билетов на самоле-

ты и поезда, для организации международных межбанковских расчетов,

в сети передачи данных о результатах выборов и т.п. В связи с развити-

ем высокоскоростных надежных каналов связи базовая технология X.25

в начале 90-х годов была модернизирована и получила название техно-

логии трансляции кадров – Frame relay. По оценке экспертов, техноло-

гия Frame relay начинает занимать в региональных сетях такую же ни-

шу, какую в локальных завоевала Ethernet.

372 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

ATM. Другая базовая технология сетей пакетной коммутации назы-

вается асинхронным режимом передачи – Asynchronous Transfer Mode

(ATM). Технология ATM была разработана еще в середине 80-х годов,

однако коммерческая эксплуатация таких сетей началась только с

1996 года. Особенностью набора протоколов ATM является исключи-

тельно малый размер отдельных пакетов, передаваемых по сети, всего

53 байта, они даже называются не пакетами, а ячейками (cells). Благо-

даря этому технология ATM весьма перспективна для сетей передачи

данных в режиме реального времени. Платой за высокое качество об-

служивания является большая стоимость оборудования, поэтому техно-

логия ATM используется обычно на скоростных магистральных сетях.

Следует отметить, что перечисленные базовые технологии допол-

няют одна другую. Например, на магистральной (междугородной) сети

может использоваться ATM, в региональной (городской) – Frame relay,

а в локальных – Ethernet (см. рисунок).

В компьютере, подключенном к сети передачи данных, выполнен-

ной по некоторой базовой технологии, должен быть установлен соот-

Телефонная

сеть общего

пользования

Региональная

сеть Frame Relay

Магистраль ATM

Frame Relay

Шлюз

Ethernet

Локальная сеть

PPP

Модем

Шлюз

Коммутатор ATM

Взаимодействие базовых технологий в сложной сети

§ 4.7] СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 373

ветствующий сетевой адаптер (карта Ethernet, cмарт-карта X.25, око-

нечное устройство ISDN и т.п.), а также программа-драйвер, поддержи-

вающая выбранный протокол передачи пакетов.

Для того чтобы пакеты были доставлены по назначению, каждому

сетевому адаптеру в рамках данной сети присваивается уникальный

физический адрес, однако в разных сетях принципы адресации могут

коренным образом отличаться друг от друга. В этом кроется одна из

главных проблем общения компьютеров, подключенных к различным

сетям передачи данных. В рамках протоколов нижних уровней эту за-

дачу решить невозможно, подобно тому, как при междугородней пере-

писке бессмысленно послать письмо по адресу «5-я ул., д.2». Межсете-

вой обмен должен обеспечиваться шлюзами, работающими по протоко-

лам более высокого уровня.

Средние уровни коммуникационных протоколов

(в модели OSI – с третьего по пятый) отвечают за

надежную доставку целостных сообщений, в том

числе за пределы одной локальной сети. Одному

протоколу со всеми этими задачами не справиться, поэтому существу-

ют семейства (стеки) взаимосвязанных протоколов транспортного слоя.

Во времена начального развития сетей, в 70–80-е годы, каждый

крупный производитель разрабатывал свой вариант. Фирма Novell

предложила стек IPX / SPX (Internetwork Packet eXchange / Sequenced

Packet eXchange), фирма IBM

разработала семейство прото-

колов SNA (System Network

Architecture) и т.д, однако

впоследствии все фирменные

протоколы транспортного

слоя стали активно вытес-

няться разработанным в не-

драх сети ARPPAnet семейст-

вом протоколов интернета.

Что такое интернет в точ-

ном смысле этого слова? На

этот вопрос отвечает резолюция, принятая в 1995 году американским

Федеральным сетевым советом:

Протоколы

транспортного

слоя

Протоколы канального слоя

Протоколы прикладного слоя

Стек

TCP / IP

(Internet)

Стек

SNA

(IBM)

Стек

IPX /SPX

(Novell)

Протоколы канального слоя

Протоколы прикладного слоя

Стек

TCP / IP

(Internet)

Стек

SNA

(IBM)

Стек

IPX /SPX

(Novell)

Различные стеки протоколов

транспортного слоя

374 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

«Интернет – это глобальная информационная система, кото-

рая:

• логически взаимосвязана пространством глобальных уникаль-

ных адресов, основанных на Интернет-протоколе (IP) или на по-

следующих расширениях или преемниках IP;

• способна поддерживать коммуникации с использованием се-

мейства TCP / IP или его последующих расширений/преемников

и/или других IP-совместимых протоколов;

• обеспечивает, использует или делает доступными на обще-

ственной или частной основе высокоуровневые услуги, надстроен-

ные над описанной здесь коммуникационной и иной связанной с ней

инфраструктурой».

Анализируя это официальное определение, прежде всего заметим,

что регламентации интернета начинаются на транспортном слое прото-

колов и не затрагивают нижележащего канального слоя. То есть интер-

нет может работать поверх Ethernet, Frame relay, ATM или любых дру-

гих базовых технологий доставки пакетов.

Первый пункт определения касается базовой роли протокола IP

(Internet Protocol – Межсетевой протокол) в установлении единой адре-

сации абонентов в интернете. В соответствии с правилами протокола

каждый компьютер имеет уникальный сетевой номер (IP-адрес), зани-

мающий 4 байта. В десятичной нотации его принято писать четырьмя

десятичными числами в диапазоне от 0 до 255, разделенными точками.

Например, рабочий компьютер автора этих строк имеет адрес

212.192.96.101. На международном уровне IP-адреса раздаются специ-

ально уполномоченной организацией Internet Network Information Center

(InterNIC) и пока (до внедрения шестой версии протокола) являются

большим дефицитом.

Цифровая схема одресации необходима самим компьютерам, но для

людей она неудобна. Поэтому в 1983 году, сразу после перехода

ARPAnet на протокол IP, была предложена система обозначения ком-

пьютеров содержательными именами. Согласно этой системе адреса-

ции, все имена в глобальной сети подразделяются на группы (домены),

вложенные друг в друга. Сетевое доменное имя состоит из нескольких

(восходящих по американским почтовым обычаям) названий, разделен-

ных точками. Например, сетевое имя gladkikh.inf.tsu.ru соответствует

упомянутому выше компьютеру, входящему в домен третьего уровня

факультета информатики inf.tsu.ru, входящему в домен второго уровня

§ 4.7] СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 375

Томского государственного университета tsu.ru, входящему, в свою

очередь, в домен первого уровня ru, присвоенному России.

Наименования доменов первого уровня закреплены международ-

ными соглашениями. Они делятся на два класса – функциональные и

географические. Функциональные домены обозначаются тремя буква-

ми, их в первоначальном варианте стандарта было всего шесть: edu (об-

разовательные организации), com (коммерческие организации), net

(провайдеры сетевых услуг), mil (военные), gov (правительственные

учреждения), org (прочие некоммерческие организации). Географиче-

ские домены первого уровня двухбуквенные, например su (Советский

Союз), ru (Россия), us (США), uk (United Kingdom) и др. За каждым до-

меном верхнего уровня закреплена ответственная организация, которая

следит за регистрацией имен и назначением ответственных организаций

для доменов второго уровня, в Росcии этим занимается уже упоминав-

шийся РосНИИРОС. Администраторы доменов второго уровня регист-

рируют имена доменов третьего уровня и т.д., таким образом складыва-

ется иерархическая система доменных сетевых имен. Предприимчивые

дельцы сразу превратили регистрацию имен в бизнес, выдумывая и ре-

гистрируя на всякий случай удобные или забавные имена (например,

deneg.net) и продавая их всем желающим.

Сопоставлениe доменных имен IP-адресам (разрешение адресов –

adress resolution) происходит автоматически, этим занимается специ-

альная сетевая служба – Domain Name Service (DNS), работающая по

соответствующим вспомогательным протоколам. Согласно правилам

DNS, в каждом домене должен быть сервер, хранящий таблицы соот-

ветствия имен и IP-адресов. Серверы самостоятельно обмениваются

актуализирующими сообщениями и помогают друг другу совершать

процедуру разрешения адресов.

Второй пункт определения раскрывает содержание транспортного

слоя в интернете, в обязательном порядке использующего семейство

протоколов TCP / IP. В этом семействе IP вместе с некоторыми другими

вспомогательными протоколами отвечает за проводку одного пакета,

причем доставка пакета не гарантируется, а на долю TCP (Transfer

Control Protocol – Протокол управления передачей) ложатся обязанно-

сти надежной доставки целостного сообщения. Для этого сообщение у

отправителя разбивается на отдельные пакеты, которые доставляются

по протоколу IP, а у получателя производится обратная сборка и ис-

правляются ситуации, когда отдельные пакеты теряются или приходят

не в том порядке, в котором были посланы. Таким образом, стек прото-

376 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

колов TCP / IP предоставляет вышестоящему слою комплексную услугу

по установлению надежного виртуального соединения между любыми

двумя процессами, функционирующими в различных местах глобаль-

ной компьютерной сети.

Согласно третьему пункту определения, под интернетом следует

понимать не только глобальную сеть транспортировки сообщений, но и

надстроенную над ней систему предоставления высокоуровневых ус-

луг, о которых мы будем говорить далее (электронная почта, Всемирная

паутина – WWW и т.д.) и которые относятся уже к более высокому,

прикладному слою.

Протоколы верхних уровней (в модели OSI – шестой

и седьмой), надстроенные над транспортным слоем,

образуют прикладной слой. Они предоставляют поль-

зователям высокоуровневые услуги локальной или глобальной компью-

терной сети.

Каждый сетевой сервис может быть организован либо по одноран-

говой, либо по клиент-серверной технологии. В одноранговой сети все

компьютеры с точки зрения данного сервиса равноправны, на каждом

из них устанавливается одинаковое программное обеспечение, поддер-

живающее сервис. С одной стороны, это удобно для пользователей, так

как их компьютеры автономны, общение с корреспондентом осуществ-

ляется напрямую и не зависит от работоспособности сервера. С другой

стороны, возможности одноранговой сети весьма ограничены, а объем

устанавливаемого программного обеспечения для сложных видов сер-

виса может быть очень большим.

Программное обеспечение, реализующее клиент-серверную техно-

логию, разбивается на две части – серверную и клиентскую. Серверная

часть является общей для всех пользователей, она размещается на вы-

деленном компьютере и выполняют основную часть работы по обеспе-

чению данной услуги. Клиентская часть устанавливается на рабочих

местах пользователей, она предназначена только для организации об-

щения с соответствующим сервером и поэтому проще, чем аналогичная

программа в одноранговой сети. По этой причине большинство совре-

менных сетевых услуг реализовано по клиент-серверной технологии. К

ним относятся электронная почта, системы работы с корпоративными

базами данных, системы групповой работы и т.д.

Новейшие достижения в клиент-серверной технологии связаны с

понятием универсального клиента. Его необходимость возникает тогда,

Прикладной

слой

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 377

когда один пользователь оказывается подключенным к нескольким сер-

верным приложениям, к тому же реализованным на различных аппа-

ратно-программных платформах. Для каждого из них необходимо уста-

навливать свой уникальный клиент, обслуживать его, знать особенно-

сти его интерфейса и т.д. Ситуация несколько напоминает ту, которая

была во времена DOS, когда пользователь общался с каждой приклад-

ной программой по-своему и не было стандартных графических поль-

зовательских интерфейсов (GUI). Как мы помним, тогда проблема раз-

решилась внедрением унифицированных оконных интерфейсов –

Windows и Macintosh. Теперь она возникла на новом витке развития

программирования, ее решение видится в повсеместном использовании

интернет- и интранет-технологий и универсальных браузеров. Но об

этом мы будем специально говорить чуть позже.

§ 4.8. Сетевые услуги

В этом параграфе мы отвлечемся от технических деталей передачи

сообщений и поговорим о практической пользе компьютерной сети для

конечного потребителя. Вообще говоря, для локальной и глобальной

Транспортная

сеть

Рабочие станции

Сервер групповой работы Сервер электронной почты

Клиент

групповой

работы

Универсальный

клиент

Клиент электронной

почты

Клиент-серверная технология прикладного ПО

378 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

сети набор услуг различается, но, благодаря повсеместному использо-

ванию протоколов интернета, грань между ними постепенно стирается.

С одной стороны, в локальных сетях начинают широко применяться

принципы интернета, появился даже специальный термин интранет

(intranet), он означает технологию создания корпоративных информа-

ционных сетей на протоколах «большого» интернета, но без выхода во

внешний мир. С другой стороны, несколько локальных сетей одной

фирмы, расположенных в разных городах или странах, могут через ин-

тернет (это называется прокладкой туннеля) соединиться таким обра-

зом, что глобальная сеть будет совершенно прозрачной для любых ви-

дов общения, а пользователям будет казаться, что они работают в одной

локальной сети. Такая технология объединения получила название экс-

транет (extranet).

На первых порах компьютерные сети назывались

вычислительными и предоставляли своим пользова-

телям единственную высокоуровневую услугу –

доступ к находящейся в другом месте ЭВМ в режиме удаленного тер-

минала. Собственно говоря, для этого они и создавались в начале

1970-х годов, когда о персональных компьютерах еще и речи не было.

Вспомним, что первым сообщением, переданным в ARPAnet в момент

ее рождения 29 октября 1969 года, была команда «LOGIN» на подклю-

LAN

Internet

LAN

Internet

Технология интранет (intranet)

Технология экстранет (extranet)

Удаленный

доступ к ЭВМ

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 379

чение пользователя из Лос-Анджелеса к ЭВМ SDS 940, расположенной

в Стенфорде. В 1972 году был разработан протокол виртуального тер-

минала Telnet, который после перехода ARPAnet на стек транспортных

протоколов TCP / IP был адаптирован к нему и стал стандартным про-

токолом прикладного слоя интернета. С помощью клиента Telnet, уста-

новленного на домашнем компьютере, можно (зная имя пользователя и

пароль входа) подключиться к любому серверу, предоставляющему ус-

лугу удаленного доступа, и работать на нем в совершенно прозрачном

режиме, как будто между клиентом и сервером нет никакой сети. Таким

образом, не выходя из дома, можно выполнять любые вычисления и

даже работать администратором информационной системы, добросове-

стно выполняя все связанные с этим обязанности.

С появлением персональных компьютеров значение удаленного

доступа для выполнения вычислительных задач уменьшилось, но одна

область применения этой услуги всегда останется актуальной. Речь

идет о сверхсложных вычислениях на суперкомпьютерах, определяю-

щих передовой край технического прогресса. Эти машины чрезвычайно

дорогие, уникальные по своей сути. Физически они размещаются в

крупнейших национальных суперкомпьютерных центрах, а доступ к

вычислительным мощностям происходит через сеть. Для фундамен-

тальных исследований такая возможность является исключительно

важной, поэтому сеть NSFNet, созданная Национальным научным фон-

дом США в 1986–1992 годах и определившая светлое будущее интер-

нета, предназначалась прежде всего для связи шести суперкомпьютер-

ных центров NSF с университетами. Аналогичная программа начинает

осуществляться и в России, где на базе ведущих научных и образова-

Транспортная

сеть

Операционная

система сервера

(Unix)

Операционная

система рабочей

станции

Клиент

удаленного

терминала

Технология удаленного терминала

380 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

тельных учреждений Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Том-

ска и ряда других городов (в частности, в Томском государственном

университете) создаются центры высокопроизводительных вычисле-

ний. Это еще один пример круговорота идей в природе: проект ВЦ кол-

лективного пользования, не реализованный в 1980-х годах, начал осу-

ществляться в XXI веке на новой технической основе.

Следующей высокоуровневой сетевой услугой стала пе-

редача файлов, в локальных сетях она долгое время явля-

лась основным видом сервиса. Как мы знаем, самая пер-

вая локальная сеть, созданная в Xerox PARC в 1973 году, предназнача-

лась именно для передачи файлов на общий лазерный принтер. На фай-

ловом сервисе выросла и приобрела мировую известность популярней-

шая сетевая ОС 80-х годов NetWare, о чем мы говорили в параграфе,

посвященном операционным системам. Прикладной уровень сети

NetWare организован по клиент-серверной технологии: коллективно

используемые файлы хранятся на выделенном сервере, а клиенты, уста-

новленные на пользовательских компьютерах, дают возможность рабо-

тать с этими файлами так, как будто бы те располагаются на обычном

локальном диске. Удобство и популярность технологии NetWare выну-

Окно клиента Telnet для OC Windows

Передача

файлов