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

Подождите немного. Документ загружается.

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 381

дили фирму Microsoft ввести аналогичную услугу в операционную сис-

тему Windows, однако в ней доступ к удаленным ресурсам (файлам и

принтерам) ведется по одноранговой схеме: каждый компьютер может

выступать в роли как сервера, так и клиента.

В интернете передача файлов ведется по протоколу FTP (File

Transfer Protocol – Протокол передачи файлов), разработанному для

сети ARPAnet в 1972 году и впоследствии встроенному в семейство

TCP / IP. В настоящее время в мировой Сети имеется множество FTP-

cерверов, хранящих гигабайты полезной и интересной информации – от

бесплатно распространяемых программ до электронных книг, музыки и

Транспортная

сеть

(Internet, intranet,

extranet)

Операционная

система сервера

Операционная система

рабочей станции

(Windows)

Клиент FTP

Сурвер FTP

Технология FTP

Окно клиента FTP

382 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

видео. Установив на своем компьютере клиент FTP (его в просторечии

называют «качалкой файлов»), можно легко собрать коллекцию люби-

мых книг и музыкальных произведений, заплатив при этом только за

время работы в интернете.

Освоив к 1972 году междугородную пересылку фай-

лов, создатели первой компьютерной сети ARPAnet

сделали следующий логический шаг, создав элек-

тронную почту (E-mail). Это случилось в марте того же 1972 года. От-

цом электронной почты считается Рэй Томлинсон (Tomlinson, Ray) из

компании BBN, той самой, которая выиграла

подряд на строительство первых узлов сети. Он

написал первые программы для посылки и чте-

ния почты – SNGMSG и READMAIL и предло-

жил формат электронного адреса. В заголовке

электронного письма требовалось как-то разде-

лить поля «кому» и «куда». Рэй понимал, что

нужно найти такой символ, который наверняка

не мог встретиться ни в имени, ни в адресе. По-

смотрев на клавиатуру своего терминала, он

увидел там знак @ (в английском языке называ-

ется «коммерческое at»), который с тех пор используется в качестве

разделителя. Например, электронный адрес автора этой книги в интер-

нете gladkikh@inf.tsu.ru.

К июлю 1972 года Ларри Робертс из ARPA написал программу RD

для управления почтовыми сообщениями, которая поддерживала все

стандартные функции: чтение, сохранение, создание ответа, пересылку

писем. С тех пор более чем на двадцать лет электронная почта стала

самым популярным сетевым приложением. Благодаря ей сначала тыся-

чи, а потом и миллионы людей приобщились к Сети, на визитной кар-

точке любого делового человека есть адрес E-mail. Электронная почта

совершенно неожиданно стала социальным явлением и возродила эпи-

столярный жанр, которому после изобретения телефона грозила скорая

смерть. Можно ли было предположить, что современный человек будет

каждый день писать и получать десятки писем, а общее ежедневное

число посланий перевалит через миллиард? Сегодня в электронный

конверт можно вложить не просто текст, но и фотографию, звук и даже

видео, а для того, чтобы завести бесплатный почтовый ящик, необхо-

димо только иметь выход в интернет. Эту услугу наперебой предлагают

Электронная

почта

Рэй Томлинсон

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 383

тысячи почтовых серверов. Как следствие, резко сократился поток ме-

ждународных телеграмм. Например, в 1990 году по каналам Deutsche

Telekom их было отправлено 1,5 миллиона, в 2000 году – только 70 ты-

сяч, а с 2001 года такие телеграммы вообще перестали принимать. Те-

леграф – отец телефона и дедушка интернета – стал нерентабельным,

электронная почта сделала его достоянием истории.

Функционирование электронной почты в интернете поддерживается

несколькими протоколами прикладного уровня, надстроенными над

TCP / IP. В настоящее время наиболее популярным протоколом для от-

правки почты является SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – Простой

протокол передачи почты), а для приема – POP3 (Post Office Protocol,

v. 3 – Протокол почтового отделения, версия 3). Для работы с почтой

разработано множество клиентских приложений для различных опера-

ционных систем, например Outlook Express для Windows или много-

платформенный клиент Lotus Notes.

На основе стандартной электронной почты в интернете реализовано

еще несколько высокоуровневых сервисов, например списки рассылки

(mailing lists) и почтовые конференции. Списки рассылки предназначе-

ны для распространения информации среди регулярных подписчиков.

Послав письмо с просьбой о подписке на один из специализированных

Почтовый клиент Outlook Express

384 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

серверов, где установлена соответствующая программа-робот, вы буде-

те регулярно получать по электронной почте новости в выбранной об-

ласти интересов, прогнозы погоды, свежие анекдоты, курсы валют и

всякую другую полезную информацию до тех пор, пока это не надоест,

и вы не пошлете письмо с отказом от подписки.

Почтовые конференции в отличие от списков рассылки являются

двусторонними. То есть вы не только получаете письма с сервера рас-

сылки, но можете послать туда свои, при этом они будут немедленно

разосланы всем участникам списка. Такая форма общения исключи-

тельно удобна для групп людей, связанных общими интересами, на-

пример для ученых разных стран, работающих в одной узкой области

науки.

Еще более удобную форму взаимодействия лю-

дей, общающихся на заданную тему, предостав-

ляют группы новостей (newsgroups). В отличие

от списков рассылки и почтовых конференций, при этой технологии

сообщения не забивают почтовые ящики подписчиков, а хранятся на

специализированных серверах, которые постоянно и автоматически

обмениваются друг с другом последними новостями. Подключившись к

ближайшему серверу новостей и выбрав интересующую его группу,

абонент может предварительно прочитать заголовки, а уже потом ска-

чать интересующие его письма.

Идея групп новостей родилась в 1979 году на восточном побережье

США, когда между Университетом штата Северная Каролина

(University of North Carolina – UNC) и Университетом Дьюка (Duke

University) был организован регулярный обмен последними известиями.

Первые программные реализации связаны с именами Белловина, Дэни-

эла и Траскотта (Bellovin, Steve; Daniel, Steve; Truscott, Tom), они были

основаны на известном нам коммуникационном Unix-протоколе UUCP.

В дальнейшем к двум основателям подключилось множество других

узлов, в результате образовалась сеть Usenet (Unix User Network), кото-

рая в последующие годы стала быстро расти и превратилась в одну из

крупнейших информационных сетей (см. таблицу).

Когда специализированные компьютерные сети одна за другой ста-

ли подключаться к интернету, Usenet не избежала этой участи. Для об-

мена новостями в 1986 году в стек TCP / IP был добавлен прикладной

протокол NNTP (Net News Transfer Protocol), заменивший классический

Группы новостей,

форумы

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 385

UUCP; доступ к серверам новостей превратился в одну из обычных ус-

луг интернета.

В настоящее время в мире существует более 70 тысяч групп ново-

стей, как глобальных, так и местных, рассчитанных на жителей одного

региона. Для чтения новостей разработано множество клиентских при-

ложений, некоторые совмещены с электронной почтой (например,

Outlook и Lotus Notes).

Группы новостей сыграли очень большую роль в Сети, и не только

техническую. Миллионы пользователей общаются через новостную

сеть, задают вопросы единомышленникам и получают ответы по самым

специальным вопросам, охватываемым тематическими группами.

Аналогично группам новостей работают весьма популярные в

FidoNet электронные доски объявлений (Bulletin Board Systems – BBS).

Транспортная сеть

Клиент

News

Сервер

новостей

Сервер

новостей

Сервер

новостей

Сеть новостей Usenet

Год

Число

узлов

Число

групп

Число новостей

за день

(в среднем)

1979 3 3 2

1982 400 3 35

1985 1 300 3 375

1986 2 200 241 946

1990 33 000 1 300 4 500

1995 330 000 10 696 131 614

386 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

В Россию группы новостей пришли вместе с электронной почтой в

1990 году, и уже во время августовского путча 1991 года, когда радио и

телевидение транслировали только «Лебединое озеро», весь мир следил

за событиями в России по интернету, каналы которого путчисты не до-

гадались перекрыть.

Группы новостей достигли пика популярности в 1991–1993 годах,

впоследствии в результате триумфального развития Всемирной паути-

ны их значение уменьшилось. Аналоги многих групп новостей теперь

можно найти на Web-страницах, там они называются форумами –

forums. Как известно, форумом в Древнем Риме называлась главная

площадь, место обмена мнениями. В Сети форум выполняет аналогич-

ные функции. Зайдя на некоторый форум, пользователь интернета мо-

жет не только прочитать сообщение, но и прикрепить к нему свой ком-

ментарий в виде ответа. Другой посетитель может добавить ответ на

ответ и т.д., в результате иногда образуются интереснейшие цепочки

или целые грозди обсуждений. Для выражения эмоций участники об-

суждений широко пользуются различными значками вроде :) или 8-).

Историки интернета точно установили, что впервые такой значок-

смайлик (от smile – улыбка, однако по-английски он называется

Чтение новостей в почтовом клиенте Outlook Express

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 387

emoticon) появился в Сети 12 апреля 1979 года в сообщении Мак-Кензи

(MacKenzie, Kevin), посланном в группу новостей.

Электронная почта, группы новостей и форумы,

несмотря на все удобства, имеют один общий и

принципиальный недостаток – они не обеспечива-

ют живого общения. Электронное письмо дойдет до

адресата в лучшем случае за несколько минут, это совсем не то, что

разговор в реальном времени.

Неологизм чат (chat) в переводе означает «дружеский разговор, бе-

седа, болтовня». Эта услуга интернета предназначена в основном для

молодых людей, которые от скуки или любопытства желают пообщать-

ся со сверстниками на всем белом свете. Для ее реализации в 1988 году

финн Ойкаринен (Oikarinen, Jarkko) предложил специальный приклад-

ной протокол IRC (Internet Relay Chat – Передача чата в интернете). За-

пустив на своем компьютере клиент IRC, пользователь подключается к

одному из чат-серверов, где ему предлагается на выбор множество ка-

налов, каждый из которых посвящен некоторой излюбленной теме, как

в группах новостей. Всего в мире имеется около 30 независимых IRC-

сетей, насчитывающих в общей сложности более 40 тысяч каналов. Вы-

брав сеть и канал, пользователь оказывается как бы в комнате (сhat-

room), где все могут одновременно говорить и слышать друг друга,

только этот разговор не звуковой, а письменный. Каждое набранное на

клавиатуре слово немедленно передается в канал, поэтому возникает

полная иллюзия непосредственного общения с обитателями данной

комнаты. При этом любые два участника общей беседы могут переклю-

читься на приватный канал и продолжить разговор tête-à-tête, то есть

наедине.

Поскольку набирать длинные тексты на клавиатуре обременитель-

но, участники чата широко пользуются смайликами, жаргонными сло-

вами и специфическими сокращениями на английском и русском язы-

ках, так что понять смысл беседы постороннему человеку бывает не-

просто.

Благодаря своей демократичности чат очень популярен среди моло-

дежи. В чате знакомятся, назначают свидания. Я лично знаю одного

томского студента, который через IRC познакомился с девушкой из Из-

раиля, а потом они вместе уехали в Америку.

Несомненное достоинство чата – работа в реальном времени, одна-

ко для того, чтобы поговорить через IRC с конкретным абонентом,

Чат

и мгновенные

сообщения

388 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

нужно ждать, пока он появится в нужном канале. В связи с этим в самое

последнее время исключительной популярностью в интернете стала

пользоваться технология мгновенных сообщений (instant messaging –

IM), представляющая собой гибрид электронной почты и чата. Изобре-

тателем службы мгновенных сообщений является небольшая израиль-

ская фирма Mirabilis, которая в 1997 году предложила прикладной про-

токол и технологию ICQ (фонетическое сокращение от «I Seek You» –

«Я ищу тебя»; в русском просторечии «Аська»).

Принцип действия этой технологии следующий. При установке

клиента ICQ абонент получает 8-значный цифровой идентификацион-

ный номер (UIN), сообщаемый друзьям и знакомым, которые вносят его

в контакт-листы своих клиентов ICQ. Пока компьютер работает вне

интернета, «Аська» ничем себя не проявляет, но как только абонент

подключается к Сети, она пробуждается и посылает на центральный

сервер ICQ сообщение о том, что абонент такой-то перешел из состоя-

ния Offline в состояние Online. Сервер разошлет это сообщение всем

заинтересованным пользователям и через несколько секунд их клиенты,

если в данный момент они подключены к интернету, прореагируют на

эту весть изменением статуса абонента в контакт-листе. После этого

возможен прямой диалог клиентов в режиме чата. Таким образом, со-

ставив соответствующим образом контакт-лист, вы всегда будете в кур-

Клиент IRC

§ 4.8] СЕТЕВЫЕ УСЛУГИ 389

се, кто из ваших корреспондентов, разбросанных по всему миру, досту-

пен для немедленного общения. А если нужный абонент находится в

состоянии Offline, то ему можно оставить на серве-

ре записку. Как только он включит свой компьютер,

записка будет немедленно доставлена.

Технология мгновенных сообщений быстро за-

воевала интернет, число установленных клиентов

ICQ уже к началу 1999 года достигло 30 миллионов,

а к середине 2001 года оно превысило 100 миллио-

нов. Фирма Mirabilis в 1998 году была куплена мо-

гущественной America On-Line (AOL); несколько

других компаний, в том числе Microsoft и IBM, вы-

шли на рынок с подобными технологиями. Как вы-

яснилось, эта служба оказалась чрезвычайно полез-

ной не только для всемирного интернета, но и для

замкнутых интранет-систем, где требуется наладить

оперативное взаимодействие между сотрудниками,

причем не только в гражданской, но и в военной сфере. Например, Ка-

нада, Великобритания, Австралия и Германия установили на своих ко-

раблях серверы и клиенты системы Sametime от фирмы IBM, принцип

действия которой аналогичен ICQ. По сообщениям прессы, в ходе анти-

террористической операции в Афганистане в 2002 году система мгно-

венных сообщений стала тактическим оружием в военно-морских силах

США и их союзников. Снабженцы напрямую общались со снабженца-

ми, врачи – с врачами, а командиры обсуждали свои проблемы прямо в

ходе боевых действий.

Коммуникационные услуги, о которых мы говорили

выше, так или иначе имели дело с передачей текста

либо файла в режиме off-line. Для электронного

письма или «мгновенного» сообщения время, потраченное на передачу

сообщения, некритично, задержка в несколько секунд ничего не значит.

Совершенно другая ситуация складывается, если речь идет о мультиме-

дийных сетевых услугах, когда передача звука и изображений происхо-

дит в режиме реального времени; в этом случае сообщения должны пе-

редаваться в том же темпе, в котором они создаются у отправителя.

При работе с мультимедиа-приложением критически важным явля-

ется понятие битрейта (bitrate = bit + rate-скорость), который показы-

вает, какой объем двоичных данных передается за секунду при работе

Клиент ICQ

Передача

мультимедиа

390 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ [ГЛАВА 4

данного приложения. Для того чтобы сеть поддерживала мультимедий-

ную услугу, ее полезная пропускная способность (которая намного ни-

же технической скорости каналов связи из-за многочисленных наклад-

ных расходов протоколов всех уровней) должна быть не менее битрейта

приложения. Поскольку пропускная способность сети является пока

еще дорогим и дефицитным ресурсом, общей проблемой мультимедиа-

сервисов является уменьшение битрейта за счет сжатия (компрессии)

данных.

На рисунке изображена типичная схема передачи мультимедийных

сообщений на примере компьютерной телефонии. Звуковой сигнал по-

ступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, который перево-

дит его в первичный поток битов (для речевого сигнала, как мы знаем,

стандартная скорость первичного потока составляет 64 кбит/с). Ком-

прессия (и обратная декомпрессия) потока производится функциональ-

ным блоком, называемым кодеком – сodec (от кодер / декодер –

coder / decoder). Кодек может быть реализован программно или выпол-

нен в виде специализированного устройства, возможно совмещенного с

АЦП и ЦАП. Сжатый до приемлемого битрейта поток далее разбивает-

ся на пакеты, которые обычным порядком передаются по сети передачи

данных получателю, где происходит его декомпрессия и выходное

цифроаналоговое преобразование.

Разработка быстрых и эффективных алгоритмов сжатия (компрес-

сии) данных является одним из важных направлений информатики,

требующих глубоких теоретических исследований.

Сжатие бывает без потерь и с потерями (lossy compression). Сжатие

без потерь основано на формальных методах экономного кодирования,

основополагающая идея которых была предложена еще Клодом Шен-

ноном. Ее суть очень проста: в исходном потоке нужно найти часто по-

вторяющиеся последовательности символов и преобразовать их в ко-

InternetКодек Кодек

Схема передачи звуковых сообщений