Сетевой сервис и сетевые стандарты. Программы

Для работы в сети Интернет

В 1961 году Defence Advanced Research Agensy (DARPA – оборонное агентство передовых исследовательских проектов) по заданию министерства обороны США приступило к проекту по созданию экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET, первоначально предназначалась для изучения поддержки связи в случае ядерного нападения и для помощи ученым в обмене информацией между разбросанными по всем штатам исследовательскими организациями оборонной промышленности.

В основу проекта были положены три основные идеи:

– каждый узел сети соединен с другими, так что между ними существует несколько различных путей друг к другу;

– все узлы и связи рассматриваются как ненадежные;

– существуют автоматически обновляемые таблицы перенаправле-ния пакетов; например, пакет, предназначенный для несоседнего узла отправляется, в соответствии с такой таблицей, на ближайший к нему, а при недоступности этого узла – на следующий и т.д.

Созданная по таким принципам система не имела централизованного узла управления и, следовательно, безболезненно могла изменять свою конфигурацию.

Эксперимент с ARPANET был настолько успешен, что многие организации захотели войти в нее с целью использования этой системы для ежедневной передачи данных. И в 1975 году ARPANET превратилась из экспериментальной сети в рабочую сеть.

Россия подключилась к ней в конце 80-х годов. В 1990 году сеть APRANET перестала существовать, и на ее месте возник Интернет, который сделал возможным свободный обмен информацией, невзирая на расстояния и государственные границы.

Фактически, Интернет состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, работающим по самым разнообразным протоколам, и соединенным между собой различными линиями связи, которые физически передают данные по телефонным проводам, оптоволокну, через спутники и радиомодемы.

За Интернет никто централизовано не платит, каждый – лишь за свою часть. Представители сетей собираются вместе и решают, как им соединяться друг с другом и содержать эти взаимосвязи. Пользователь платит за подключение к некоторой региональной сети, которая, в свою очередь, оплачивает свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба. Интернет не имеет никакого собственника, здесь нет и специального органа управления, который бы контролировал всю работу этой сети. Локальные сети различных стран финансируются и управляются местными органами согласно политике государства по данному вопросу.

Структура Интернет напоминает паутину, в узлах которой находятся компьютеры, сопряженные между собой линиями связи. Узлы Интернет, соединенные высокоскоростными линиями связи, составляют базис Интернет. Как правило, это поставщики услуг (провайдеры). Оцифрованные данные пересылаются через маршрутизаторы, которые соединяют сети с помощью сложных алгоритмов, выбирая маршруты для информационных потоков.

Каждый компьютер в Интернет имеет свой уникальный адрес. В протоколе TCP/IP каждая машина адресуется четырьмя десятичными числами, которые отделяются друг от друга точками, причем каждое число может иметь значение от 1 до 255. Адрес компьютера выглядит следующим образом:

19.226.192.108

Такой адрес называется IP-адресом. Этот номер может быть либо постоянно закреплен за компьютером, либо же присваиваться динамически – в тот момент, когда пользователь соединился с провайдером, но в любой момент времени в Интернет не существует двух компьютеров с одинаковыми IP-адресами.

Пользователю неудобно запоминать такие адреса, которые к тому же могут изменяться. Поэтому в Интернет существует Доменная Служба Имен (DNS – Domain Name System), позволяющая каждый компьютер называть по имени. В сети существуют миллионы компьютеров, и чтобы имена не повторялись, они разделены по независимым доменам.

Таким образом, адрес компьютера выглядит как несколько доменов, разделенных точкой:

<сегмент n>. … <сегмент 3>.<сегмент 2>.<сегмент 1>.

Здесь сегмент 1 – домен 1 уровня, сегмент 2 – домен 2 уровня и т.д.

Доменное имя – это уникальное имя, которое данный поставщик услуг избрал себе для идентификации, например: ic.vrn.ru или yahoo.com

Например, доменный адрес (доменное имя) www.microsoft.com обозначает компьютер с именем www в домене microsoft.com. Microsoft – это название фирмы, com – это домен коммерческих организаций. Имя компьютера www говорит о том, что на этом компьютере находится WWW-сервис. Это стандартный вид адреса серверов крупных фирм (например, www.intel.com, www.amd.com и т.д.). Имена компьютеров в разных доменах могут повторяться. Кроме того, один компьютер в сети может иметь несколько DNS-имен.

Домен 1 уровня обычно определяет страну местоположения сервера (ru – Россия; ua – Украина; uk – Великобритания; de – Германия) или вид организации (com – коммерческие организации; edu – научные и учебные организации; gov – правительственные учреждения; org – некоммерческие организации).

При введении доменного имени, например, www.mrsu.ru, компьютер должен преобразовать его в адрес. Чтобы сделать это, он посылает запрос серверу DNS, начиная с правой части доменного имени и двигаясь влево. Его программное обеспечение знает, как связаться с корневым сервером, на котором хранятся адреса серверов имён домена первого уровня (крайней правой части имени, например, ru). Таким образом, сервер запрашивает у корневого сервера адрес компьютера, отвечающего за домен ru. Получив информацию, он связывается с этим компьютером и запрашивает у него адрес сервера mrsu, после чего от сервера mrsu получает адрес www компьютера, который и был целью данной прикладной программы.

Данные в Интернет пересылаются не целыми файлами, а небольшими блоками, которые называются пакетами. Каждый пакет содержит в себе адреса компьютеров отправителя и получателя, передаваемые данные и порядковый номер пакета в общем потоке данных. Благодаря тому, что каждый пакет содержит все необходимые данные, он может доставляться независимо от других, и довольно часто случается так, что пакеты добираются до места назначения разными путями. А компьютер-получатель затем выбирает из пакетов данные и собирает из них тот файл, который был заказан.

Для идентификации служб используются порты. Порт – это число, которое добавляется к адресу компьютера и указывает на программу, для которой данные предназначены. Каждой программе, запущенной на компьютере, соответствует определенный порт, и реагирует она только на те пакеты, которые этому порту адресованы. Существует большое количество стандартных портов, соответствующих определенным службам, например, 21 – FTP; 23 – telnet; 25 – SMTP; 80 – HTTP; 110 – POP3; 70 – Gopher и т.д.

В Интернет используются не просто доменные имена, а универсальные указатели ресурсов URL (Universal Resource Locator).

URL включает в себя:

– метод доступа к ресурсу, т.е. протокол доступа (http, gopher, WAIS, ftp, file, telnet и др.);

– сетевой адрес ресурса (имя хост-машины и домена);

– полный путь к файлу на сервере.

В общем виде формат URL выглядит так:

method://host.domain[:port]/path/filename,

где method – одно из значений, перечисленных ниже:

file – файл на локальной системе;

http – файл на World Wide Web сервере;

gopher – файл на Gopher сервере;

wais – файл на WAIS (Wide Area Information Server) сервере;

news – группа новостей телеконференции Usenet;

telnet – выход на ресурсы сети Telnet;

ftp – файл на FTP – сервере;

host.domain – доменное имя в сети Интернет;

port – число, которое необходимо указывать, если метод требует номер порта.

Пример: http://support.vrn.ru/archive/index.html.

Префикс http:// указывает, что далее следует адрес Web-страницы, /archive описывает каталог с именем archiv на сервере support.vrn.ru, а index.html – имя файла.

Ниже приведены некоторые наиболее часто встречающиеся названия компьютеров сети Интернет.

Сервер в сети Интернет – это компьютер, обеспечивающий обслуживание пользователей сети: разделяемый доступ к дискам, файлам, принтеру, системе электронной почты. Обычно, сервер – это совокупность аппаратного и программного обеспечения.

Сайт – обобщенное название совокупности документов в Интернет, связанных между собой ссылками.

Шлюз – это компьютер или система компьютеров со специальным программным обеспечением, позволяющая связываться двум сетям с разными протоколами.

Домашняя страница – это персональная Web-страница конкретного пользователя или организации.

Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (модель взаимодействия открытых систем – Model of Open System Interconnections), которая была создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).

Согласно модели OSI, архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней – до семи), (рис. 9). Самый верхний – прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень – физический, который обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.

 

 

Рис. 9. Уровни управления и протоколы OSI

 

Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части:

– спецификацию услуг;

– спецификацию протокола.

Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола – как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола.

Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнем программного обеспечения:

1. Физический уровень осуществляет соединения с физическим каналом, отсоединения от канала, управление каналом. Определяет скорость передачи данных и топологию сети.

2. Канальный уровень добавляет в передаваемые массивы информации вспомогательные символы и контролирует правильность передаваемых данных. Здесь передаваемая информация разбивается на несколько пакетов или кадров. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок.

3. Сетевой уровень определяет маршрут передачи информации между сетями, обеспечивает обработку ошибок, а также управление потоками данных. Основная задача этого уровня – маршрутизация данных (передача данных между сетями).

4. Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними, которые реализуются программными средствами. Этот уровень разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения.

5. Сеансовый уровень осуществляет управление сеансами связи между двумя взаимодействующими пользователями, определяет начало и окончание сеанса связи, его время, длительность и режим, точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных; восстанавливает соединение после ошибок во время сеанса связи без потери данных.

6. Представительский – управляет представлением данных в форме, необходимой для пользователя программы, производит компрессию и декомпрессию данных. Задачей такого уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в информационной системе. При приеме данных этот уровень представления выполняет обратное преобразование.

7. Прикладной уровень взаимодействует с прикладными сетевыми программами, обслуживающими файлы, а также выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации, передачу почтовых сообщений и т. п. Главная задача этого уровня – обеспечить удобный интерфейс для пользователя.

На разных уровнях обмен происходит различными единицами информации: биты, кадры, пакеты, сеансовые сообщения, пользовательские сообщения.

Протокол – это набор соглашений, который определяет обмен данными между различными программами. Протоколы задают способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI.

Протокол TCP/IP – это два протокола нижнего уровня, являющиеся основой связи в Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) разбивает передаваемую информацию на порции и все их нумерует. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

Рассмотрим наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет.

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – это протокол передачи гипертекста, используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.

FTP (File Transfer Protocol) – это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя, который дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать с него файл на свой или наоборот, скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

POP (Post Office Protocol) – это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

Стандарт SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.

UUCP (Unix to Unix Copy Protocol) – это ныне устаревший, но все еще применяемый протокол передачи данных, в том числе для электронной почты. Этот протокол предполагает использование пакетного способа передачи информации, при котором сначала устанавливается соединение клиент- сервер и передается пакет данных, а затем автономно происходит его обработка, просмотр или подготовка писем.

TELNET – это протокол удаленного доступа, который дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети Интернет как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и т.д. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.

WWW (World Wide Web – всемирная паутина) – это служба, предоставляющая доступ к различным ресурсам Интернет – документам, графике, аудио и видеозаписям и использующая протокол HTTP и язык HTML.

Технология WWW была разработана в 1989 г. в Женеве, в Лаборатории физики элементарных частиц Европейского центра ядерных исследований (CERN).

HTTP – это протокол передачи гипертекстовых документов. HTML (Hypertext Markup Language) – это язык разметки гипертекста. Гипертекст, в свою очередь, это формат документа, который кроме текста, может содержать ссылки на другие гипертекстовые документы, картинки, музыку и файлы. Гиперссылки – это ссылки, позволяющие переходить от одного Web-ресурса к другому щелчком мыши. При просмотре Web-страницы в браузере ссылки выделяются визуально.

HTML – это формат гипертекстовых документов, использующихся в WWW для предоставления информации. Формат этот описывает не то, как документ должен выглядеть, а лишь его структуру и связи. Внешний вид документа на экране пользователя определяется программой просмотра WWW – браузером. В результате работы за графическим или текстовым терминалом, документ в каждом случае будет выглядеть по-разному, но структура его останется неизменной, поскольку она задана форматом HTML. Имена файлов в формате HTML обычно имеют расширение htm, html, dhtml, shtml.

HTML – язык тегов. Теги – это команды языка html, отделяющиеся от остального текста треугольными скобками. Например, <P>, </P>. Теги ставятся парами для определения начала и окончания области кода HTML, на которую они действуют. Например, <P> – откры-вающий тег, </P> – закрывающий тег. Теги определяют то, какие параметры имеет текст в области их действия, а также размер, начертание шрифта, выравнивание, цвет, расположение объектов в документе и т.д..

Web-мастера – это пользователи сети, создающие web-странички и сайты. Для создания html-документов web-мастера используют либо визуальные (Microsoft Front Page), либо простые текстовые редакторы (Блокнот Windows). Создание страниц с помощью визуальных редакторов удобнее, но редактор не создает такой оптимальный html-код, как опытный web-мастер. Кроме того, встраивать многие элементы html-кода возможно лишь при непосредственном редактировании кода странички.

WWW работает по принципу: клиент-серверы – существует множество серверов, которые по запросу клиента возвращают ему гипертекстовый документ. Чтобы использовать WWW, пользователь должен иметь специальное программное обеспечение, которое, как правило, распространяется по сети бесплатно или поставляется в комплекте с большинством других программ и услуг Интернет. Когда в браузере загружается Web-страница, то он выполняет команды, записанные на языке HTML, и выводит при этом страничку на экран. Программные средства WWW являются универсальными для различных сервисов Интернет, а сама информационная система WWW играет интегрирующую роль.