Предпосылки создания компьютерных сетей

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

“Комп’ютерні мережі та телекомунікації”

для студентів спеціальностей

“ Менеджмент організацій ”, “ Аграрний менеджмент ”

 

Чернігів 2009 р.

Предпосылки создания компьютерных сетей

До 80-го года развитие компьютерной техники шло в русле роста производительности одной мощной ЭВМ, обслуживающей нескольких пользователей. Это время было временем развития широкофункциональных многотерминальных систем.

Подобные системы коллективного пользования обладали следующими характеристиками:

Ø большая вычислительная мощность центральной ЭВМ с операционными системами обеспечивающими многозадачность (возможность загрузки и одновременной работы нескольких одно- или разнотипных программ);

Ø концентрация программ, данных и ресурсов общего пользования (дисков, принтеров и т.п.) в одном месте (управляет ими центральная ЭВМ;

Ø возможность одновременной работы с вычислительными ресурсами нескольких пользователей, использующих разные ресурсы ЭВМ и выполняющих разные задачи;

Ø возможность управления технологическими процессами в реальном времени.

Подобные многотерминальные системы коллективного пользования называют также системами совместной обработки(Shared Processing System).

Подобная организационная структура ЭВМ являлась иерархической и обеспечивала требования крупных групп пользователей (крупные предприятия, вычислительные центры, НИИ).

Преимуществом подобной системы является простота внешних устройств - терминалов и концентрация данных, ресурсов общего пользования в одном месте (что, кстати, облегчало обслуживание ЭВМ), недостатком - низкая надежность (выход из строя ЭВМ приводил к краху ОС, прикладных и управляющих программ). Кроме этого, многофункциональность и универсальность ЭВМ и ОС ограничивала возможности разнотипных прикладных задач. Концентрация большой вычислительной мощности ЭВМ удорожала компьютеры и делала их недоступными для одиночных пользователей и небольших предприятий. Чрезмерно централизованный режим работы традиционных систем с главной ЭВМ уже не отвечал требованиям современных предприятий.

80-е годы ознаменовались появлением ПЭВМ, которые характеризуются наличием самостоятельных ресурсов.

По сравнению с терминальными системами, ПЭВМ отличались экономичностью, большой функциональностью (за счет использования различных внешних устройств, ОС и прикладных программ) и надежностью.

Распределенность ресурсов (вычислительных ресурсов, данных и внешних устройств) создавало значительные сложности, поскольку обмен данными был затруднен. Данные переносились с помощью дискет, одновременная обработка одних и тех же данных была невозможна. По этой причине совместное использование данных было чрезвычайно сложным процессом. Возникла потребность в централизованном хранении данных.

Таким образом, возникла концепция объединения ПЭВМ в сети, т.е. системы, которые совмещали преимущества терминальных систем коллективного пользования (централизованное хранение данных) и ПЭВМ (распределенная обработка данных), лишая подобные системы перечисленных недостатков.

Системы распределенной обработки (Distributed Processing System) предоставляют пользователям возможность доступа к общим данным, а приложения при этом выполняются на локальном ПК.

Т.е. имеет место централизация хранения данных и децентрализация вычислительных мощностей по их обработке. В этом заключается важнейшее отличие данных систем от классических многотерминальных систем.

 

Вимоги до сучасних мереж

 

До сучасних мереж передавання диних висувають цілий ряд вимог, яким вони повинні відповідати. До найбільш важливих показників, якими характеризуються мережі, відносяться:

продуктивність, надійність, сумісність, керованість, прозорість, маштабування, здатність до передавання різних видів трафіка.

До основних параметрів продуктивності належать:

· час реакції – час між запитом до сервера і відповіддю на нього;

· пропускна здатність – об’єм даних, який передається за одиницю часу;

· затримка передачі – час між подачею пакета на вхід мереженого пристрою і появою його на виході.

До параметрів надійності належать:

· коефіцієнт готовності - доля часу, через який система може бути використана;

· безпечність (захищеність) – здатність системи захистити дані від несанкціонованого доступу;

· відмовостійкість - здатність системи до функціонування при відмові окремих пристроїв.

Сумісність – здатність мережі працювати з різноманітним програмним та апаратним забезпеченням, абонентським обладнанням та іншими мережами.

Керованість – здатність мережі до її реконфігурації, централізованого керування окремими вузлами,, виявлення їх несправностей і т.д.

Прозорість – здатність надати користувачу послуги без розкриття механізму їх реалізації.

Маштабування – нарощування мережі (числа абонентів і довжини сегментів) без зменшення її продуктивності.

Здатність до передавання різних видів трафіка є досить важливою ознакою сучасних мереж передавання даних. Починаючи з 90-их років минулого століття в мережах поряд з комп’ютерним почали все частіше передавати інші види трафіку, в т.ч. і мультимедійного, який є особливо чутливим до часових затримок і вимагає жорсткої синхронізації передачі. Сучасні технології передавання даних розробляються з врахуванням необхідності передавання інтегрованого трафіку з гарантією високої якості та надійності його передачі. Прикладом такої технології є технологія синхронної передачі даних АТМ, якій, за оцінкою фахівців, належить майбутнє.

 

ЗАГАЛЬНІ ЗАСАДИ ПОБУДОВИ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ

 

Рис. 2.1. Класифікація мереж передавання даних

 

Існують різні підходи до класифікації СМПД. Один з найпоширеніших приведений на рис.2.1.

Глобальна мережа передавання даних (WAN) - це мережа з’єднаних між собою з допомогою спеціального телекомунікаційного обладнання, ліній зв’язку та апаратури передачі даних абонентів, розташованих на великій території. Сучасні МПД крім комп’ютерного передають також інші види трафіка: голос, графічні та відеозображення, текст і т.д. Абонентами глобальної мережі можуть бути як локальні комп’ютерні мережі так і окремі комп’ютери, різноманітні абонентські пункти з вбудованими процесорами та інше термінальне обладнання (наприклад, касові апарати, банкомати, вимірювальне обладнання і т.п.). WAN можуть охоплювати цілі держави та континенти.

Локальна мережа передавання даних (LAN) - це мережа з’єднаних між собою комп’ютерів, або інших термінальних пристроїв, розміщених на невеликій території. Локальні мережі забезпечують користувачам доступ до розподілених ресурсів, розміщених на інших компютерах.

Міські мережі об’єднують різні LAN, персональні комп’ютери та інші термінальні пртстрої в масштабах міста і забезпечують їм вихід у глобальні мережі. Ці мережі одночасно з передачею даних забезпечують також проведення відеоконференцій та інтегральну передачу голосу і тексту.

Регіональні мережі обслуговують абонентів в межах певного густонаселеного регіону, на території якого можуть знаходитися декілька населених пунктів. До їх складу можуть входити декілька побудованих за різними технологіями LAN та WAN.

Корпоративні мережі забезпечують передачу даних між підрозділами одного відомства (корпорації, міністерства, організації, фірми і т.п.), розміщеними на певній території (будинок, місто, держава, континент). До їх складу можуть входити різні LAN і WAN, які використовують різнотипні лінії зв’язку, в т.ч. телефонні канали, радіо і супутниковий зв’язок. Корпоративні мережі часто використовують складне комунікаційне обладнання і апаратуру передавання даних.

Об’єднана мережа передавання даних – це сукупність декількох мереж, об’єднаних спеціальними комунікаційними пристроями, які підтримують протоколи мережевого рівня. До складу об’єднаної мережі входять як локальні, так і глобальні мережі, побудовані за різними технологіями. Об’єднану мережу ще називають великою, складеною або internet-мережею. Прикладом об’єднаної мережі є загально відома Internet-мережа, яка використовує стек комунікаційних протоколів ТСР/ІР і охоплює практично всю земну кулю.

Мережі передавання даних забезпечують зв’язок між своїми абонентами з допомогою каналів зв’язку та спеціального комутаційного обладнання. При одній і тій же структурі мережі різні засоби та способи комутації забезпечують для абонентів і мережі в цілому різні можливості та характеристики.

Комутація каналів забезпечує створення неперервного фізичного каналу між абонентами шляхом з’єднання між собою окремих як абонентських, так і магістральних каналів.

При комутації пакетів повідомлення розбивається на невеликі частини, які називаються пакетами. Кожний пакет містить службову інформацію та поле даних обмеженої довжини. Службова інформація містить адресу отримувача та номер пакету. Комутатори приймають пакети від кінцевих вузлів і на основі аналізу адресної інформації передають їх один одному аж до вузла призначення.

При комутації повідомлень повідомлення посилається в мережу суцільним блоком довільної довжини. Цей спосіб комутації порівняно з комутацією пакетів перевантажує мережу і зменшує її пропускну здатність.

До складу каналів зв’язку, які з’єднують між собою абонентське та комунікаційне обладнання, входить апаратура передавання даних та лінії зв’язку. Під лініями зв’язку розуміють фізичне середовище, по якому передаються електричні або інші сигнали (носії інформації), з допомогою яких абоненти обмінюються даними. В залежності від фізичного середовища, яке використовується для передавання сигналів, розрізняють проводові (повітряні), кабельні (мідні і волокнисто-оптичні) та лінії наземного і супутникового радіозв'язку.

Локальні мережі, які з’єднують розміщені на невеликій площі персональні комп’ютери, для передавання електричних сигналів використовують у переважній більшості волокнисто-оптичні, коаксиальні кабелі та кабелі на основі скручених пар. При побудові глобальних мереж для забезпечення зв’язком розкиданих на великій площі абонентів часто використовують крім кабельних вже існуючі телефонні лінії та радіозв’язок.

В залежності від виду сигналів, з допомогою яких передається інформація та типу апаратури передавання даних мережі поділяються на мережі з аналоговими та мережі з цифровими лініями зв’язку.В аналогових лініях зв’язку первинні інформаційні сигнали з допомогою аналогових модемів модулюється синусоїдальними сигналами певної частоти і вже після цього поступають у фізичне середовище. В цифрових лініях зв’язку первинні сигнали перетворюються в послідовність дискретних сигналів, які можуть мати декілька (найчастіше - два) рівнів. При цьому у фізичне середовище передається послідовність прямокутних імпульсів, якими закодований потік "нулів" і "одиничок".

В одноканальних мережах по одній лінії зв’язку в даний момент часу може передаватися інформація тільки від одного абонента. Сучасні мережі передавання даних використовують, як правило, багатоканальні лінії зв’язку, по яких одночасно передається інформація від багатьох абонентів. В аналогових лініях цього досягається шляхом частотного (FDM) ущільнення каналів, при якому сигнали різних абонентів модулюються синусоїдальними сигналами різних несучих частот. В цифрових лініях використовується часове (TDM) ущільнення каналів, при якому кожному низькошвидкісному каналу виділяється певна доля (квант) часу високошвидкісного каналу.

В мережах передавання даних інформація може передаватися в симплексному, напівдуплексному та дуплексному (повнодуплексному) режимах. При симплексному режимі передавання даних інформація по лініях зв’язку передається тільки в одну сторону (наприклад, радіо та телетрансляційні мережі, мережі передавання метеоінформації і т.п.) Більшість сучасних мереж використовують напівдуплексний та дуплексний режими передавання даних. При напівдуплексному режимі дані можуть почергово передаватися в одну або іншу сторону. Повнодуплекний режим дозволяє передавати інформаційні сигнали одночасно у дві сторони, що забезпечує подвоєння швидкості передавання даних.

 

ЛОКАЛЬНІ МЕРЕЖІ

 

Локальна мережа передавання даних (LAN)- це мережа з’єднаних між собою з допомогою спеціального технічного і програмне забезпечення комп’ютерів, розташованих на невеликій території. Метою створення LAN є доступ до розміщених на інших комп’ютерах мережі розподілених ресурсів: інформаційних, програмних та технічних.

LAN будується за певними мережевими технологіями – наборами стандартних протоколів (правил) і використовують конкретні програмні і апаратні засоби, які реалізують ці протоколи.

Основними компонентами локальної мережі є комп’ютери, мережеві адаптери та фізичне середовище, яке з’єднує комп’ютери між собою. В локальних мережах використовуються комп’ютери двох типів:

1. Рядовий комп’ютер (клієнт) – це робоча станція, яка через мережу отримує доступ до розподілених ресурсів і призначена для розв’язування прикладних задач користувача.

2. Центральний комп’ютер (сервер) – це потужний комп’ютер, який містить розподілені ресурси, доступні до інших комп’ютерів (клієнтів).

Комп’ютери під’єднуються до мережі за допомогою спеціальних апаратних засобів, які називаються мережевими адаптерами (мережевими картами). Мережеві адаптери разом із спеціальними програмами – драйверами перетворюють повідомлення комп’ютерів у послідовність електричних сигналів, які поступають у фізичне середовище (кабелі), що з’єднують комп’ютери між собою.

Фізичне середовище призначене для передачі електричних сигналів між комп’ютерами, розміщеними на певній віддалі один від одного. Для зв’язку комп’ютерів між собою в локальних мережах найчастіше використовують кабелі на основі скручених пар, волоконно-оптичні та коаксиальні кабелі.

В залежності від того, який тип комп’ютерів містить мережа, розрізняють два типи локальних мереж:

1. Однорангові мережі (мережа типу “клієнт-клієнт”);

2. Мережі з центральним комп’ютером (мережа типу “клієнт - сервер”).

 

Однорангові локальні мережі

 

Структура мережі типу “клієнт - клієнт” приведена на рис. 5.1.

 

Як видно з приведеного рисунка, однорангова мережа містить під’єднані до фізичного середовища з допомогою мережевих адаптерів (МА) робочі станції (РС), на яких розміщені розподілені ресурси мережі. В такій мережі кожний комп’ютер виконує функції як клієнта, так і сервера. Тобто, він може виконувати задачі користувача і надавати іншим комп’ютерам ті ресурси, які він містить.

На приведеному рисунку показані під’єднані до робочих станцій накопичувач на магнітному диску (НМД), скануючий пристрій (СП) і друкуючий пристрій (ДП).

Однорангові локальні мережі мають наступні переваги:

1. Відрізняються простою структурою.

2. Прості в розгортанні та налаштовуванні.

3. Недорогі в експлуатації.

4. Стійкі до відмов.

До недоліків мереж такого типу можна віднести:

1. Невисока безпека даних.

2. Складна архівація інформації, яка знаходиться на багатьох комп’ютерах.

3. Ускладнений пошук потрібної інформації.

4. Складне адміністрування мережі.

5. Ускладнене нарощування мережі.

Проте цей тип мережі знайшов широке розповсюдження і може бути досить ефективним при невеликому числі комп’ютерів (до 10 робочих станцій).

 

Серверы ЛВС

Основой ЛВС с центральным управлением является выделенный компьютер, называемый сервером. Сервер ЛВС отвечает за коммуникационные всех других компьютеров сети, а также предоставляет им доступ к ресурсам общего пользования: дисковому пространству, принтерам, межсетевому интерфейсу и т.д. Таким образом, можно выделить две основные функции сервера:

Ø управление компонентами ЛВС;

Ø организация доступа к ресурсам общего пользования.

В рамках одной ЛВС может использоваться несколько выделенных серверов. По своему функциональному назначению различают несколько типов серверов:

Ø файловый сервер;

Ø сервер печати;

Ø сервер приложений;

Ø сервер базы данных;

Ø коммуникационный сервер и т.д.

Файловый сервер - компьютер, который выполняет функции управления ЛВС, отвечает за коммуникационные связи, хранит файлы, разделяемые в ЛВС, и предоставляет доступ к совместно используемому дисковому пространству.

Сервер печати - компьютер, программа или специальное устройство, обеспечивающее доступ станциям сети к центральному разделяемому принтеру. Запросы на печать поступают от каждой рабочей станции к серверу печати, который разделяет их на индивидуальные задания принтеру, создает очередь печати. Задания обычно обрабатываются в порядке их поступления. В функции сервера печати входит также управление принтером.

Коммуникационный сервер (сервер удаленного доступа - Access Server) позволяет работать с различными протоколами (правилами передачи информации в сети) и позволяет станциям разделять модем или узел связи с большой ЭВМ. Это дает возможность получить информацию, хранящуюся в сети, практически с любого места, где есть телефон, модем и компьютер.

Довольно часто сервер совмещает функции коммуникационного сервера и сервера приложений.

Сервер приложений выполняет одну или несколько прикладных задач, которые запускают пользователи со своих терминалов, включенных в данную сеть. Принцип действия сервера приложений совпадает с принципом действия многотерминальной системы (системы совместной обработки). Задача пользователя выполняется непосредственно на сервере приложений, а по низкоскоростной телефонной линии на удаленный компьютер (терминал) передается только изображение экрана терминала пользователя, а обратно - только информация о нажимаемых пользователем клавишах. Поэтому нагрузка по передаче информации (например, при работе с БД) ложится на высокоскоростной кабель ЛВС, к которой подключен сервер приложений.

Сервер БД - специализированная программа или компьютер, обеспечивающий станции записями из базы данных. При использовании обычного файл- сервера все данные из БД передаются через ЛВС в пользовательский компьютер так, чтобы он мог выбрать информацию, необходимую работающей прикладной программе. В отличие от этого, сервер БД сам выбирает необходимые данные и посылает через сеть только информацию, запрашиваемую программой пользователя (эта программа производит обработку информации и представление ее пользователю). Таким образом, в подобных системах (называемых системами “клиент/сервер”) совмещаются преимущества систем совместной и распределенной обработки.

Proxy сервер, подключающий локальную сеть к сети Internet.

Web–сервер, предназначенный для работы с web–информацией.

Телефонный сервер, предназначенный для организации в локальной сети службы телефонии. Этот сервер выполняет функции речевой почты, автоматического распределения вызовов, учет стоимости телефонных разговоров, интерфейса с внешней телефонной сетью. Наряду с телефонией сервер может также передавать изображения и сообщения факсимильной связи.

Почтовый сервер, предоставляющий сервис в ответ на запросы, присланные по электронной почте.

Сервер доступа, дающий возможность коллективного использования ресурсов пользователями, оказавшимися вне своих сетей (например, пользователями, которые находятся в командировках и хотят работать со своими сетями). Для этого пользователи через коммуникационные сети соединяются с сервером доступа и последний предоставляет нужные ресурсы, имеющиеся в сети.

Терминальный сервер, объединяющий группу терминалов, упрощающий переключения при их перемещении.

Видеосервер, который в наибольшей степени приспособлен к обработке изображений, снабжает пользователей видеоматериалами, обучающими программами, видеоиграми, обеспечивает электронный маркетинг. Имеет высокую производительность и большую память.

Факс–сервер, обеспечивающий передачу и прием сообщений в стандартах факсимильной связи.

Сервер защиты данных, оснащенный широким набором средств обеспечения безопасности данных и, в первую очередь, идентификации паролей.

Один выделенный компьютер в сети может одновременно выполнять функции файл-сервера, сервера печати, приложений и т.д.

 

Топології локальних мереж

 

Важливим показником мережі є її топологія – конфігурація зв’язків між комп’ютерами і комутаційними вузлами мережі. Розрізняють фізичну і логічну топологію (фізичні і логічні зв’язки). Фізична топологія – це конфігурація електричних зв’язків, утворених окремими сегментами фізичного середовища. Логічна топологія - це конфігурація інформаційних потоків в мережі. Розрізняють: шинні, кільцеві, зіркоподібні і деревовидні топології локальних мереж.

В локальних мережах із шинною топологією всі абонентські системи за допомогою мережевих адаптерів підключені до спільної магістралі (шини). Конструктивно адаптер, як правило, являє собою плату, що вмонтовується в комп’ютер, хоч можливе й автономне його використання. В якості середовища передачі даних найчастіше використовується коаксіальний кабель. Обов’язковим елементом подібного передаючого середовища являється термінатор, який являє собою погоджений опір, з допомогою якого усувається ефект відбитої хвилі на кінцях коаксіального кабелю.

В процесі роботи мережі інформація від передаючої абонентської системи поступає на адаптери всіх абонентських систем, але сприймається лише адаптером тієї абонентської системи, якій вона адресована. Використання абонентськими системами спільного передаючого середовища вимагає рішення задачі організації почергового доступу до неї. Правило, з допомогою якого організується безконфліктний доступ абонентських систем до передаючого середовища, отримало назву метода доступу. Найбільш характерним представником мереж з шинною топологією являється мережа Ethernet.

 

Рис. 6.1. Шинна топологія мережі.

Кільцева локальна мережа характеризується наявністю замкнутого однонаправленого каналу передачі даних у вигляді кільця чи петлі. В цьому випадку інформація передається послідовно між адаптерами абонентських систем до тих пір, поки не буде прийнята одержувачем і потім видалена з мережі. Як правило, за видалення інформації з мережі відповідає її відправник. Управління роботою кільцевої мережі може здійснюватися централізовано з допомогою спеціальної моніторної станції або децентралізовано за рахунок розподілу функцій управління між всіма абонентськими системами. Як і в мережах з шинною топологією послідовність передачі інформації абонентськими системами регулюється з допомогою певного методу доступу.

Один з існуючих недоліків кільцевих мереж – вихід її з ладу при розриві кільця, як правило, усувається за рахунок використання “подвійного” кільця. Для цього в склад локальної мережі включають додаткові лінії зв’язку і пристрої реконфігурації, які представляють собою спеціальні перемикаючі пристрої, прості і надійні. У випадку необхідності може бути ізольована одна чи декілька абонентських систем. При одночасній відмові двох чи декількох несуміжних вузлів вихідна мережа розбивається на дві або декілька незалежних мереж.

Зіркоподібна локальна мережа характеризується наявністю центрального вузла комутації, до якого (чи через який) посилаються всі повідомлення. В якості центрального вузла комутації може використовуватись спеціальний комп’ютер – мережний сервер з функціями комутації і управління роботою всієї локальної мережі. В цьому випадку локальна мережа дуже подібна до системи телеобробки і може базуватись на її програмних та апаратних засобах, що і є однією з причин широкого використання зіркоподібної топології при розробці перших локальних мереж.

На мережевий сервер, крім основних, можуть бути покладені додаткові функції по узгодженню швидкостей роботи станцій і перетворенню протоколів обміну. Це дозволяє в рамках однієї мережі об’єднувати різнотипні абонентські системи.

 

Рис. 5.1. Зіркоподібна топологія мережі

Поряд з перевагами, подібні локальні мережі володіють і рядом недоліків. Наприклад, при підключені великої кількості абонентських систем, підтримка високої швидкості комутації потребує значних апаратних затрат. Крім цього, значне функціональне навантаження центрального вузла визначає його складність, що, звичайно, відбивається на його надійності. В зв’язку з цим в більшості сучасних зіркоподібних мереж функції комутації абонентських систем і управління мережею розділені між комутатором і мережним сервером. Останній підключається до комутатора як абонентська система, але з максимальним пріоритетом, в цьому випадку структура центрального вузла суттєво спрощується, що в сполучені з високошвидкісними каналами дозволяє досягти достатньо високої швидкості передачі даних. Так, наприклад, в зіркоподібній мережі Ultra Net швидкість передачі даних складає 1,4 Гбіт/с.

Сучасні високошвидкісні локальні комп’ютерні мережі широко використовують деревовидну топологію. В якості вузлів комутації найчастіше виступають високошвидкісні комутатори (хаби, від англійського слова Hub). Фізична структуризація мережі з допомогою концентраторів дозволяє змінити структуру мережі, збільшити діаметр та число під’єднаних до мережі комп’ютерів, покращити надійність передавання даних. Сучасні концентратори можуть відключати від мережі порти з некоректно працюючим комп’ютером.

 

Зарождение Интернет

 

У истоков создания сети Интернет стояла группа ученых и инженеров Управления перспективных исследований и разработок Министерства обороны США – DARPA (Defence Advanced Research Agency), созданная в 1962 году под руководством Дж. Ликлайдера. Этим ученым впервые была сформулирована концепция «галактической сети», объединяющая огромное количество компьютеров, и с помощью которой каждый пользователь сможет быстро получить доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере. Эта концепция очень близка по духу современному состоянию Интернет. Одновременно появились работы Леонарда Клейнрока по теории коммутации пакетов (пакетной коммутации), в которых теоретически обосновывалось возможность создания компьютерных сетей на основе пакетной коммутации. В дальнейшем проведенные эксперименты показали, что компьютеры с разделением времени могут успешно работать вместе, выполняя программы и осуществляя выборку на удаленной машине. Стало ясно и то, что телефонная система того времени с коммутацией соединений абсолютно непригодна для создания компьютерной сети.

В 1967 году появился проект первой компьютерной сети ARPANET, а в 1968 были доработана структура и спецификации этой сети, которая должна была работать по технологии коммутации пакетов. После разработки первого коммутатора пакетов компанией BBN, который назывался тогда интерфейсным процессором, появилась возможность провести соединения с их помощью нескольких компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга. В сентябре 1969 один из коммутаторов был установлен в Калифорнийском университете, к нему был подключен компьютер, а второй коммутатор с подключенным компьютером разместили в Стэнфордском исследовательском институте. Через месяц было послано первое компьютерное сообщение из Колифорнийского университета, которое было успешно принято в Стэнфорде. Двумя следующими узлами ARPANET стали университет города Санта- Барбара и Университет штат Юта.

Таким образом, к концу 1969 года первые четыре компьютера были объединены в первоначальную конфигурацию ARPANET В последующие годы число компьютеров, подключенных к ARPANET, быстро росло.

Одновременно велись работы по созданию функционально полного протокола межкомпьютерного взаимодействия и другого сетевого программного обеспечения. В декабре 1970 года Сетевая рабочая группа (Network Working Group, NWG) завершила работу над первой версией протокола, получившего название Протокол управления сетью (Network Control Prtocol, NCP). После того, как в 1971- 1972 годах этот протокол был реализован на всех узлах ARPANET, пользователи сети смогли приступить к разработке приложений работающих над этим протоколом.

В марте 1972 года появилось первое такое приложение – электронная почта. Создателем программы электронной почты стал сотрудник вышеупомянутой компании BBN Рэй Томлисон (Ray Tomlinson), он же предложил использовать значок @ («собака»). Для своего времени электронная почта стала тем, же чем в наши дни является служба WWW- исключительно мощным катализатором роста всех видов межперсональных потоков данных.

Однако NCP не содержал средств для адресации сетей и отдельных машин. В обеспечении сквозной надежности протокол NCP полагался на хорошие линии связи. Если какие-то пакеты терялись, протокол и поддерживаемые им приложения должны были остановиться. В модели NCP отсутствовало сквозное управление ошибками, поскольку ARPANET должна была являться единственной существующей сетью, причем настолько надежной, что от компьютеров не требовалось умение реагировать на ошибки. Таким образом, протокол NСP не соответствовал требованиям открытой сетевой архитектуры и требовал серьезной доработки.

Cотрудник DARPA Роберт Канн в 1972 году предложил разработать новую версию протокола, удовлетворяющую требованиям окружения с открытой сетевой архитектурой.

Этот протокол позднее будет назван Transmission Control Protocol/ Internet Protocol (TCP/IP — Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).

В основе разработки нового протокола лежали четыре принципа:

· Каждая сеть должна сохранять свою индивидуальность. При подключении к Интернет сети не должны подвергаться внутренним переделкам;

· Передача пакетов должна идти по принципу "максимум возможного". Если пакет не прибыл в пункт назначения, источник должен вскоре повторно передать его;

· Для связывания сетей должны использоваться черные ящики; позднее их назовут шлюзами и маршрутизаторами.

· На локальном уровне не должно существовать глобальной системы управления

Еще одной особенностью, вызванной ростом Интернет, стало внесение изменений в программное обеспечение. Протокол TCP/IP стал встраиваться в существующие операционные системы Unix.

В целом стратегия встраивания протоколов Интернет TCP/IPв самую распространенную операционную систему, явилась одним из ключевых элементов успешного и повсеместного распространения Интернет.

Протокол TCP/IP был принят в качестве военного стандарта в 1980 году. Это позволило военным начать использование технологической базы Интернет и, в конце концов, привело к разделению на военное и гражданское Интернет-сообщества. К 1983 году ARPANET использовало значительное число военных исследовательских, разрабатывающих и эксплуатирующих организаций.

ІР-адресація

 

За адресацію пакетів у стеку TCP/IP відповідає протокол IP, який належить до мережевого рівня. Він призначений для маршрутизації та відправки пакетів між абонентами великої мережі, що об’єднує довільне число різнорідних мереж з різною структурою зв’язків і різноманітними принципами передачі повідомлень між кінцевими вузлами

Стандарти ТСР/ІР описують дві версії протоколу IP: IPv4 та IPv6. В об’єднаних мережах широкого розповсюдження набула версія IPv4.

Згідно стандарту протоколу ІРv4 IP-адреса має довжину 32 біти, поділених для зручності на чотири октети. IP-адреса може бути записана як у двійковому (binary), так і десятковому форматі з точковими розділювачами (dotted decimal notation). У десятковому форматі кожен октет записується у вигляді десяткового числа у діапазоні від 0 до 255 і відділяється від іншого октету точкою. Десятковий формат ІР-адреси є зручнішим у користуванні в порівнянні з двійковим форматом.

Наприклад, ІР-адреса ‘10000100 01000000 00001100 00010000’ у десятковому форматі буде мати вигляд ‘132.64.12.32’.

ІР-адреса містить ідентифікатор мережі (network ID) та ідентифікатор хоста (host ID). Ідентифікатор мережі визначає фізичну мережу і є спільним для всіх вузлів цієї мережі і унікальним для кожної з мереж, яка входить до складу об'єднаної мережі. Ідентифікатор вузла являє собою адресу конкретного вузла в цій мережі.

Поділ ІР-адреси на ідентифікатор мережі та ідентифікатор вузла в протоколі ІРv4 може здійснюватися шляхом поділу адрес на класи, або з допомогою масок.

Протокол IPv4 володіє рядом недоліків, серед яких найбільш суттєвим є дефіцит адресного простору, обумовлений ростом числа мереж. Цього недоліку позбавлений протокол IPv6, який використовує ІР-адреси довжинию 128 двійкових розрядів. Окрім розширення адресного простору пртокол ІРv6 забезпечує вищу достовірність і конфіденційність інформації та підтримку.

Хости, які використовують виключно протокол IPv4, не можуть взаємодіяти з хостами, які використовують протокол IPv6, оскільки підтримується лише зворотня сумісність.

Рис. 1 Дерево системы DNS

 

Службы Интернета

 

Когда говорят о работе в Интернете или об использовании Интернета, то на самом деле речь идет не об Интернете в целом, а только об одной или нескольких из его многочисленных служб. В зависимости от конкретных целей и задач клиенты Сети используют те службы, которые им необходимы.

В простейшем понимании служба — это пара программ, взаимодействующих между собой согласно определенным правилам, называемым протоколами. Одна из программ этой пары называется сервером, а вторая — клиентом. Соответственно, когда говорят о работе служб Интернета, речь идет о взаимодействии серверного оборудования и программного обеспечения и клиентского оборудования и программного обеспечения.

Разные службы имеют разные протоколы. Протоколы служб Интернета называются прикладными протоколами. Их соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных программ. Таким образом, чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо установить на компьютере клиентскую программу, способную работать по протоколу данной службы, и подключить ее к серверной программе.

Так, например, для передачи файлов в Интернете используется специальный прикладной протокол FTP (File Transfer Protocol). Соответственно, чтобы получить из Интернета файл, необходимо:

· иметь на компьютере программу, являющуюся клиентом FTP (FTP-клиент);

· установить связь с сервером, предоставляющим услуги FTP (FTP-сервером).

Другой пример: чтобы воспользоваться электронной почтой, необходимо соблюсти протоколы отправки и получения сообщений. Для этого надо иметь программу почтовый клиент) и установить связь с почтовым сервером. Так же обстоит дело и с другими службами.