локальная вычислительная сеть

Лекция 20.
Возникновение идеи Internet
Цель лекции
Дать систематизированные основы научных знаний по
указанной теме занятия.
Учебные вопросы:
1. Основные сведения по INTERNET.
2. Узловые компьютеры.
3. Протоколы.
1. Основные сведения по INTERNET
Типы сетей (по территориальному признаку):
• локальная вычислительная сеть (LAN) - система, которая
объединяет компьютеры, находящиеся в одном или нескольких
зданиях;
• территориальная (региональная) вычислительная сеть
(WAN) -объединение из нескольких локальных вычислительных
сетей. Иногда крупную территориальную сеть также называют
глобальной вычислительной сетью;
• Internet – глобальная сеть. Это название обусловлено тем, что
Internet объединяет десятки тысяч компьютерных сетей
(частных, коммерческих, академических, правительственных)
более чем в 100 странах мира.
Суперкомпьютер - компьютер, обладающий
большой вычислительной мощностью. Наиболее
известны суперкомпьютеры CRAY (США).
Использование таких машин позволяет выполнять
сложные вычисления для прогнозирования погоды,
расчета характеристик ядерного оружия либо
создания компьютерных спецэффектов.
Стоимость суперкомпьютеров редко опускается
ниже 60 миллионов американских долларов.
Экспорт подобной техники в третьи страны из
США запрещен. Наибольшим числом
суперкомпьютеров на сегодняшний день обладают
Соединенные Штаты Америки.
Еще в начале 60-х годов американские ученые
искали универсальный способ организации
коммуникаций на случай ядерной войны. В их
задачу входило создать систему, которая сможет
работать даже в том случае, если большая ее часть
будет повреждена. Разработку вела RAND
Corporation (Research and Development), которая
была создана после второй мировой войны, в 1946
году, для проектирования ракет, спутников и
вертолетов американских ВВС.
Чуть позже, в конце 60-х, особое подразделение
Пентагона (Pentagon`s Advanced Research Projects
Agency) выделило средства на еще более
амбициозный проект. Сеть стала работать на
высокоскоростных для того времени
суперкомпьютерах. К новой сети ARPANET были
подключены государственные учреждения и
университеты США.
На основе ARPANET в 80-х годах формируется новая
высокоскоростная сеть NSFNET, созданная
Национальным научным фондом США (National
Science Foundation, NSF). В это же время
правительство США отказывается от использования
ARPANET в военных целях. Министерство обороны
США было вынуждено создать новую закрытую сеть
MILNET. Но тем не менее система ARPANET
продолжала служить для объединения
исследовательских центров и могла частично
обмениваться информацией с военной сетью
MILNET. Именно это объединение двух сетей
получило название Internet.
В середине 80-х появляется большое количество
локальных вычислительных сетей (ЛВС).
Большинство из них в то время объединяло ученых специалистов в определенной области; например,
пользователями CSNET (Computer Science Network)
были специалисты по вычислительной технике и
программированию. С течением времени многие
ЛВС были подключены к Internet, что позволило
пользователям разных сетей обмениваться
информацией между собой.
В 1986 году на базе существующей опорной сети
ARPAnet производительностью 56 Кбит/с, состоящей
из небольшого количества соединений между шестью
суперкомпьютерными центрами США, было начато
строительство новой сети. Решение о модернизации
было принято вследствие загруженности
существующей инфраструктуры. Заказ на проведение
проекта получил консорциум Merit, MCI и IBM. При
реализации этого проекта самым сложным оказалось
найти специалистов, знающих технологию сетей и, в
частности, TCP/IP.
Но жизнь не стоит на месте, и наряду с NSFNET в
других странах также создавались свои
компьютерные сети и обеспечивалось их
соединение с NSFNET/Internet. Так, в Канаде была
создана сеть CA*Net, обслуживающая около 1,5
миллионов человек и имеющая доступ к сети
NFSNET. Сегодня региональные сети соединены
между собой, образуя систему гораздо более
широкую и мощную, чем каждая из ее
составляющих.
2. Узловые компьютеры
Узловым (host) называют компьютер, постоянно
подключенный к Internet и обеспечивающий доступ к
сети для других компьютеров. Каждый узловой
компьютер может предоставить доступ к сети для
сотен, тысяч и даже сотен тысяч человек. Например,
через узловой компьютер университета к Internet могут
подключаться компьютеры факультетов, студентов и
преподавателей. В таком случае он является для них
шлюзом в Internet.
Шлюз (gateway) - это узловой компьютер,
предоставляющий доступ из одной компьютерной
сети к ресурсам другой. Как правило, эти сети
несовместимы между собой. Типичный шлюз
преобразует данные так, чтобы получатель
(компьютерная сеть) распознал их. Термин "шлюз"
не является синонимом узла. Примером шлюза
может служить компьютер, организующий связь
между корпоративной сетью DECnet и Internet,
обеспечивающий совместимость передаваемых
данных (например, почтовых сообщений).
3. Протоколы
Протокол - это оговоренные заранее правила передачи
данных между двумя устройствами. К основным параметрам,
описываемым протоколом, относятся используемый тип
проверки ошибок, метод компрессии (сжатия) информации
(если таковой имеется), способ определения передающим
устройством окончания передачи, способ определения
принимающим факта получения сообщения.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet
Protocol - протокол управления
пeредачей/межсетевой протокол) базовый протокол Internet, позволяющий
обмениваться данными компьютером,
работающим под управлением различных
операционных систем. Вообще-то TCP/IP
представляет собой целый набор
протоколов, но обычно говорят об одном
протоколе под общим названием TCP/IP.
TCP/IP - это два основных сетевых пpотокола Internet. Часто это
название используют и для обозначения сетей, pаботающих на
их основе. Пpотокол IP (Internet Protocol - IP v4) обеспечивает
маpшpутизацию (доставку по адpесу) сетевых пакетов.
Пpотокол TCP (Transfer Control Protocol) обеспечивает
установление надежного соединения между двумя машинами
и собственно пеpедачу данных, контpолиpуя оптимальный
pазмеp пакета пеpедаваемых данных и осуществляя
пеpепосылку в случае сбоя. Число одновpеменно
устанавливаемых соединений между абонентами сети не
огpаничивается, т. е. любая машина может в некоторый
промежуток времени обмениваться данными с любым
количеством дpугих машин по одной физической линии.
Семейство протоколов TCP/IP имеет 4 ярко
выраженных уровня:
- Уровень приложения (прикладной уровень)
- Уровень, реализующий транспортные функции
(транспортный уровень)
- Уровень, обеспечивающий доставку и маршрутизацию пакетов
(сетевой уровень)
- Уровень сопряжение с физической средой (канальный уровень)
Уровень сопряжения с физической средой
(канальный) обеспечивает надежный транзит
данных через физический канал. Этот уровень
решает задачи физической адресации (в
противоположность сетевой или логической
адресации), топологии сети, линейной дисциплины
(каким образом конечной системе использовать
сетевой канал), уведомления о неисправностях,
упорядоченной доставки блоков данных и
управления потоком информации. Ниже этого
уровня расположен только аппаратный уровень.
Сетевой уровень - это комплексный уровень. Он
обеспечивает возможность соединения и выбор
маршрута между двумя конечными системами,
подключенными к разным "подсетям", которые
могут находиться в разных географических пунктах.
К этому уровню в TCP/IP относится межсетевой
протокол IP, который является базовым в структуре
TCP/IP и обеспечивает доставку пакета по месту
назначения : маршрутизацию, фрагментацию и
сборку поступивших пакетов на хосте получателя.
Этому уровню принадлежит протокол ICMP, в
функции которого входят, в основном, сообщения
об ошибках и сбор информации о работе сети.
Транспортный уровень предоставляет услуги по
транспортировке данных. Эти услуги избавляют
механизмы передачи данных прикладного уровня
от необходимости вникать в детали
транспортировки данных.
Транспортный уровень реализует механизмы
установки, поддержания и упорядоченного
закрытия каналов соединения, механизмы систем
обнаружения и устранения неисправностей
транспортировки, управления информационным
потоком. Транспортный уровень семейства TCP/IP
представлен протоколами TCP и UDP. TCP
обеспечивает транспортировку данных с
установлением соединения, в то время как UDP
работает без установления соединения.
Прикладной уровень идентифицирует и
устанавливает наличие предполагаемых партнеров
для связи, синхронизирует совместно работающие
прикладные программы, устанавливает соглашение
по процедурам устранения ошибок и управления
целостностью информации. Комплект протоколов
Internet включает в себя большое число протоколов
высших уровней, имеющих самые разнообразные
применения, в том числе управление сети, передача
файлов, распределенные услуги пользования
файлами, эмуляция терминалов и электронная
почта.
FTP (File Transfer Protocol, или “Протокол передачи
данных”) - один из старейших протоколов в Internet
и входит в его стандарты. Первые спецификации FTP
относятся к 1971 году. С тех пор FTP претерпел
множество модификаций и значительно расширил
свои возможности. FTP может использоваться как в
программах пользователей, так и в виде
специальной утилиты операционной системы.
Является протоколом уровня представления
данных.
FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) протокол семейства TCP/IP, обеспечивающий возможность найти,
получить и переслать нужные файлы через Internet с одного
компьютера на другой.
FTP site (ftp-страница) - компьютер в сети Internet, на котором
ведется файловый архив, доступный для удаленных
пользователей.
FTP-сервер - программа, работающая на таком компьютере и
обеспечивающая обработку запросов к архиву.
anonymous FTP server - FTP-сервер, допускающий использование
своего файлового архива без паролей доступа.
FTP-клиенты - программы, используемые для доступа к архивам
on-line
Обмен данными в FTP происходит по TCP-каналу.
Обмен построен на технологии “клиент-сервер”. FTP
не может использоваться для передачи
конфиденциальных данных, поскольку не
обеспечивает защиты передаваемой информации и
передает между сервером и клиентом открытый
текст.
Рис. 1- Простейшая модель работы протокола FTP
Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) был
разработан для обмена почтовыми сообщениями
по сети Internet. Важная особенность SMTP
состоит в том, что он не зависит от транспортной
среды передачи данных и поэтому может
использоваться для доставки почты в сетях с
различными протоколами (не только TCP/IP и
X.25). Такая универсальность обеспечивается IPCE
(InterProcess Communication Environment). Два
процесса взаимодействуют друг с другом
напрямую через любую общую среду (IPCE).
Главной целью протокола Simple Mail Transfer
Protocol (SMTP, RFC-821, -822) является надежная и
эффективная доставка электронных почтовых
сообщений. SMTP - это довольно независимая
субсистема, требующая только надежного канала
связи. Средой для SMTP может служить отдельная
локальная сеть, система сетей или вся сеть Internet.
Стандарт пересылки электронной почты в
сети Интернет MIME (расшифровывается как
"Multipurpose Internet Mail Extensions" Многоцелевые расширения почтового
стандарта Internet) описан в спецификации
RFC 1521 "MIME - Multipurpose Internet Mail
Extensions. Part one. Mechanismes for
Specifying and Describing the Format of
Internet Message Bodies".
Post Office Protocol (POP) - протокол доставки почты
пользователю из почтового ящика почтового сервера
РОР. Многие концепции, принципы и понятия протокола
POP выглядят и функционируют подобно SMTP.
Команды POP практически идентичны командам SMTP,
отличаясь в некоторых деталях.
В настоящее время существуют две версии протокола
POP - РОР2 и РОРЗ, обладающими примерно
одинаковыми возможностями, однако несовместимыми
друг с другом. Дело в том, что у РОР2 и РОРЗ разные
номера портов протокола. РОР2 определен в документе
RFC 937 (Post Office Protocol-Version 2, Butler, et al, 1985),
a РОРЗ - в RFC 1225 (Post Office Protocol-Version 3, Rose,
1991).
Конструкция протокола РОРЗ обеспечивает
возможность пользователю обратиться к своему
почтовому серверу и изъять накопившуюся для него
почту. Пользователь может получить доступ к РОРсерверу из любой точки доступа к Интернет. При
этом он должен запустить специальный почтовый
агент (UA), работающий по протоколу РОРЗ, и
настроить его для работы со своим почтовым
сервером.
Hypertext Transfer Protocol (HTTP, протокол
пересылки гипертекста) - это язык, которым
клиенты и серверы World Wide Web пользуются для
общения между собой. Он, по сути дела, является
основой в Web.
Хотя HTTP в большей степени относится к сфере
программирования серверов и клиентов, знание
этого протокола важно и для CGIпрограммирования. Кроме того, иногда HTTP
фильтрует информацию и передает ее обратно
пользователям - это происходит, например, когда в
окне броузера отображаются коды ошибок сервера.
Все HTTP-транзакции имеют один общий формат. Каждый
запрос клиента и ответ сервера состоит из трех частей:
строки запроса (ответа), раздела заголовка и тела. Клиент
инициирует транзакцию следующим образом:
1. Клиент устанавливает связь с сервером по
назначенному номеру порта (по умолчанию - 80). Затем
клиент посылает запрос документа, указав HTTP-команду,
называемую методом, адрес документа и номер версии
HTTP.
2. Клиент посылает информацию заголовка
(необязательную), чтобы сообщить серверу информацию
о своей конфигурации и данные о форматах документов,
которые он может принимать. Вся информация заголовка
указывается построчно, при этом в каждой строке
приводится имя и значение.
Контрольные вопросы
1. Какие различают типы сетей?
2. Какой компьютер называют узловым?
3. Что такое протокол?
4. Назовите основные протоколы.
5. Дайте характеристику основным протоколам.