Решение о создании первой глобальной сети национального масштаба было принято в 1958 г. в США. Поводом для создания компьютерной сети стала разработка Пентагоном глобальной системы раннего оповещения о пусках ракет NORAD (North American Aerospace Defense Command). Станции системы NORAD протянулись через север Канады от Аляски до Гренландии, а подземный командный центр расположился вблизи города Колорадо-Спрингс в недрах горы Шайенн. Центр управления был введен в действие в 1964 г., и с этого времени можно говорить о работе первой глобальной компьютерной сети, хотя и ведомственной. С середины 1960-х годов к ней стали подключаться авиационные, метеорологические и другие военные и гражданские службы.
Курированием сети занималась специальная организация – Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ Министерства обороны США (DARPA – Defence Advanced Research Project Agency). Основным недостатком централизованной сети была недостаточная устойчивость, связанная с тем, что при выходе из строя участка сети становился недоступным и весь сектор, находившийся за ним, а отказ в работе центра выводил из строя всю сеть.
Прообраз Интернета был создан в конце 1960-х годов по заказу Министерства обороны США, так как возникла необходимость обеспечить доступ ученых к немногочисленным мощным компьютерам при условии, чтобы сеть продолжала работать при уничтожении ее части, поэтому требование повышенной надежности Интернета было заложено при его первоначальной разработке.
Днем рождения Интернета считают 2 января 1969 г. В этот день Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ начало трудиться над проектом связи компьютеров оборонных организаций. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной сети. Проблема устойчивости сети была решена внедрением протокола TCP/IP, на котором Всемирная сеть основывается и по настоящий день. Решив эту задачу, DARPA прекратило свое участие в проекте и передало управление сетью Национальному научному фонду США (NSF).
В середине 1980-х годов к компьютерной сети начали активно подключаться академические и научные сети других стран, например академическая сеть Великобритании Janet (Joint Academic Network). В результате исследований была создана сеть ARPANET, на принципах формирования которой позже был построен Интернет. Сеть ARPANET была создана 50 университетами и фирмами США. Она появилась в 1969 г., когда три ЭВМ, находившиеся в Лос-Анджелесе, Сайта-Барабаре и Мендоу-Парке, объединились в компьютерную сеть. Затем она охватила всю территорию США, часть Европы и Азии. Сеть ARPANET показала техническую возможность и экономическую целесообразность разработки больших сетей для более эффективного использования ресурсов электронно-вычислительных машин и программного обеспечения. Основной объявленной задачей сети ARPANET стала координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а главным назначением – обмен сообщениями электронной почты и файлами с научной и проектно-конструкторской документацией. В то же время не прекращалась разработка новых сетевых протоколов.
Следующим этапом развития Интернета было создание сети Национального научного фонда США (NSF) в 1983 г. Сеть, названная NSFNet, объединяла научные центры США. При этом ее основой стали пять суперкомпьютеров, соединенных между собой высокоскоростными линями. Сеть NSFNet быстро заняла место ARPANET, которая была ликвидирована в 1990 г. Второй датой рождения Интернета считают 1983 г. В этом году был внедрен протокол TCP/IP, на котором Всемирная сеть базируется и в настоящее время.
В Европе сначала были разработаны и внедрены международные сети ФИН и Евронет, а затем появились национальные сети. В 1972 г. в Вене появилась сеть МИПСА, в 1979 г. к ней присоединились семнадцать стран Европы, СССР, США, Канада и Япония. Она была предназначена для проведения фундаментальных работ по проблемам энергетики, продовольствия, сельского хозяйства, здравоохранения и т.д. Кроме того, она создала технологию, позволяющую всем национальным институтам развивать компьютерную связь друг с другом.
В СССР первая сеть была разработана в I960 г. в системе Академии наук в Ленинграде. В 1985 г. к ней подсоединилась региональная сеть «Северо-Запад» с центрами в Риге и Москве. В 1980 г. была сдана в эксплуатацию система телеобработки статистической информации СТОСИ, обслуживающая Главный вычислительный центр Центрального статистического управления СССР в Москве и республиканские вычислительные центры в союзных республиках.
Во 2-й половине 1980-х годов произошло деление Всемирной сети на домены по принципу принадлежности. Домен gov финансировался на средства правительства, sci – на средства научных кругов, edu – на средства системы образования, com – коммерческий, не финансировался никем, т.е. его узлы должны были развиваться за счет собственных ресурсов.
Национальные сети других государств стали рассматриваться как отдельные домены, например uk – домен Великобритании, su – Советского Союза, ru – России.
Когда во 2-й половине 1980-х годов сложилась и заработала система доменных имен DNS (Domian Name System), Национальный научный фонд США утратил контроль над развитием сети. Тогда и появилось понятие Интернета как саморазвивающейся децентрализованной иерархической структуры. Если во времена существования ARPANET и NSFNet сеть финансировалась сверху вниз, то теперь она финансируется от периферии снизу вверх – от конечных пользователей к владельцам опорных сетей.
Локальные вычислительные сети (ЛВС) получили наибольшее распространение с появлением ПК. Компьютерные сети разных стран начали объединяться, и в 1990-х годах появился Интернет в его сегодняшнем виде.
Существует несколько организационных подразделений, отвечающих за развитие Интернета, в частности за стандартизацию его средств.
Основным из них является Интернет-сообщество (Internet Society, ISOC) – руководящий орган, члены которого обеспечивают работу Интернета. Это Международная членская некоммерческая организация, которая занимается общими вопросами эволюции и роста Интернета как глобальной коммуникационной инфраструктуры. Под управлением ISOC работает Совет по архитектуре Интернета (Internet Architecture Board, IAB) – организация, в ведении которой находятся технический контроль и координация исследований и новых разработок для стека протоколов TCP/IP.
Совет по архитектуре Интернета состоит из двух подразделений: IETF и IRTF.
IETF – группа Интернет-сообщества, отвечающая за решение инженерных и других задач, связанных с развитием Интернета и его технологий.
IRTF – интернет-группа, отвечающая за долговременные исследовательские проекты теоретического характера, относящиеся к Интернету.
Основные понятия компьютерных сетей
Компьютерная сеть – это объединение компьютеров, линий связи между ними и программ, обеспечивающих обмен информацией. При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. Для создания сетей необходимо сетевое оборудование и сетевые программные средства. Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. Все компьютерные сети имеют одно назначение – обеспечение совместного доступа к общим ресурсам. Ресурсы могут быть аппаратные, программные, информационные.
В зависимости от удаленности компьютеров, объединенных в сеть, в качестве линий связи могут использоваться кабели, телефонные линии, радиосвязь, в том числе через спутники, а также оптоволоконные линии, в которых информация передается с помощью света. Для подсоединения линий связи к компьютерам применяются специальные электронные устройства – сетевые платы, сетевые адаптеры, модемы и т.д. Назначение этих устройств состоит в преобразовании информации, поступающей от компьютера, в электрический, радио- или световой сигнал для передачи по линии связи и обратно. Все линии связи различаются по скорости передачи информации; самые медленные – это телефонные линии, они и самые дешевые. Так как при наборе телефонного номера для установки связи двух абонентов на автоматической телефонной станции происходит переключение, или, другими словами, коммутация, то телефонные линии часто называют коммутируемыми. С помощью коммутируемых линий связь устанавливается только на время, необходимое для передачи информации. В отличие от коммутируемых линий, так называемые выделенные линии связывают компьютеры постоянно, круглый год, 24 ч в сутки. Выделенные линии могут быть созданы с помощью кабелей или радиосвязи и позволяют обмениваться информацией с огромными скоростями.
Компьютерные сети бывают локальными и распределенными. Локальной называется компьютерная сеть, объединяющая компьютеры, расположенные в одном или в соседних зданиях. Если же соединенные компьютеры находятся в разных частях города, в разных городах и странах, то такие сети называются распределенными.
В Интернете используются два основных понятия: «адрес» и «протокол». Свой уникальный адрес имеет каждый компьютер, подключенный к Интернету. В любой момент времени все компьютеры, подключенные к Интернету, имеют разные адреса.
В общем случае протокол – это правила взаимодействия. Сетевой протокол предписывает правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Стандартные протоколы заставляют разные компьютеры «говорить на одном языке», что дает возможность подключения к Интернету разнотипных компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.
В Интернете имеется несколько уровней протоколов, которые взаимодействуют друг с другом. На нижнем уровне используются два основных протокола: IP – Internet Protocol (Интернет-протокол) и TCP – Transmission Control Protocol (Протокол управления передачей).
Протокол TCP определяет порядок разделения данных на дискретные пакеты и контролирует передачу (доставку) и целостность передаваемых данных. Протокол IP описывает формат пакета данных, передаваемых в сети, а также порядок присвоения и поддержки адресов абонентов сети. Так как эти два протокола тесно взаимосвязаны, то часто их объединяют и считают, что базовым протоколом является интеграция протоколов TCP/IP.
Рассмотрим основные протоколы Интернета. Сервис FTP – File Transfer Protocol (Протокол передачи файлов) – позволяет получать и передавать файлы. Протокол HTTP – Hyper Text Transfer Protocol (Протокол передачи гипертекста) – осуществляет работу с гипертекстовыми документами. Протокол SMTP – Simple Mail Transfer Protocol (Простой протокол пересылки почты) используется службой электронной почты для пересылки исходящих почтовых отправлений. Протокол РОРЗ – Post Office Protocol (Протокол почтового офиса) – применяется службой электронной почты для доставки входящих почтовых отправлений. Протокол NNTP – Network News Transfer Protocol (Сетевой протокол передачи новостей) – используется службой телеконференций для пересылки сообщений между подписчиками.
В Интернете каждый узловой компьютер имеет два адреса: сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя). DNS (Domain Name System) – доменная система имен. Адрес компьютеру назначается провайдером или администратором локальной сети.
IP-адрес состоит из четырех чисел, каждое в диапазоне от О до 255 (например, 193.125.5.38 означает: сеть 193, подсеть 125, подсеть 5, компьютер 38). IP-адреса, начинающиеся с цифр 192.168 или 10, используются для адресации во внутренних сетях и не обрабатываются во внешнем пространстве. IP-адрес, начинающийся с цифры 127, используют для тестирования внутри одного компьютера.
Domen Name Service – распределенная на узлах Интернет база данных, в которой представлено соответствие физических (ТР) и символических (DNS) адресов. При вводе доменного имени в адресную строку браузера служба DNS начинает искать в этой базе данных соответствие IP-адреса введенному DNS-имени, если соответствие найдено, то начинается процесс подключения к этому узлу.
Адресное пространство WWW разбито на отдельные области – домены. Каждый домен может содержать домены более низкого уровня (записываются левее). С правого края имени стоит домен первого уровня (TLD – Top-Level Domains) – обозначение страны (Россия – ru, США – us, Германия – de и т.д.) или сферы деятельности (образование – edu, правительство – gov, сетевые компании – net, армия – mil, коммерция – com, некоммерческие организации – org). Ожидается добавление новых TLD-доменов: name, info, aero, coop, biz, museum, pro.
Доменом второго уровня может быть название компьютера, организации (miee, mtu) или сайта (matrix, travel).
Доменом третьего уровня может быть название сервиса (www, mailto, smtp, pop, ftp) или сайта (nata, zzcows). Примеры: www.check.ru, www.travel.ru, ftp.miee.m, zzcows.by.ru, nata.obninsk. ru/cats.
World Wide Web (Всемирная паутина) – это совокупность веб-серверов – узлов Паутины. На веб-серверах хранятся сайты (информационные узлы), состоящие из веб-страниц. Информация в WWW передается по протоколу HTTP (Hypertext Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста). HTTP содержит данные о способе связывания компьютера пользователя с сервером Интернета.
Веб-сервер (Web-server) – это компьютер с серверным программным обеспечением. На веб-сервер записываются сайты и все необходимые программы, обеспечивающие их работу. Виды веб-серверов: информационный (www.gazeta.ra), поисковый (google.ru), каталог (list.ru), почтовый (mail.ru), электронный магазин (www.ozon.ru), корпоративный (www.rbc.ra), развлекательный (www.game.ru).
Веб-сайт (Site) – это информационный узел (раздел Всемирной паутины, принадлежащий одному автору или организации). Сайт состоит из нескольких веб-страниц, связанных гипертекстовыми ссылками. Ссылка (Link) – это фраза или картинка, в которой закодирован адрес другой страницы. На веб-сервере сайт хранится в виде папки с ограниченными правами доступа, т.е. доступ к папке имеют только администратор сервера и владелец сайта. Пример: www.museum.ru/M320 – сайт М32 зарегистрирован на сервере museum.ru.
Примеры веб-сайтов с собственными доменными именами:
www.pora.ra – сайт рога зарегистрирован как домен второго уровня;
natura.spb.ru – сайт natura зарегистрирован как домен третьего уровня на сервере www.spb.ra.
Веб-страница (Web-page) – это текстовый файл с информацией и ссылками на другие объекты (другие страницы, рисунки, звуковые и видеофайлы) и скрипты – небольшие программы. Информация в файле кодируется на языке HTML (Hypertext Markup Language – язык разметки гипертекста). При загрузке веб-страницы HTML-код интерпретируется браузером, а результат отображается на экране в окне браузера. Каждая веб-страница имеет свой адрес в системе URL (Uniform Resource Locator – унифицированный указатель ресурса, т.е. полный адрес страницы в Паутине). Например, фотогалерея ЦКО находится по адресу https://cko.miet.ra/about/a_foto.html; здесь http – протокол передачи данных, cko.miet.ru – веб-сайт, about – раздел сайта, a_foto.html – страница с фотографиями. Если главная страница сайта (Home Page) имеет название index.html, то в адресной строке браузера вместо, например, www.pora.ru/index.html можно вводить сокращенный адрес: www.pora.ru.
Основными задачами, решаемыми 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 этих задач относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OSI (Model of Open System Interconnection – модель взаимодействия открытых систем). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (Internationa! Standards Organization).
Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях. Различают семь уровней архитектуры Интернета:
1. Прикладной. Пользователь создает сообщение, документ, письмо.
2. Представления. Операционная система фиксирует, где находятся данные: в оперативной памяти, в файле на жестком диске, и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем.
3. Сеансовый. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя.
4. Транспортный. Документ преобразуется в форму, необходимую для передачи данных в сети.
5. Сетевой. Определяет маршрут движения данных в сети.
6. Соединения. Для модуляции сигналов, циркулирующих на физическом уровне в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня.
7. Физический. Происходит реальная передача данных в виде битов – самых элементарных единиц представления данных (Информатика. Базовый курс. 2-е изд.//под ред. С.В. Симоновича. СПб., 2003. С. 195-224.).
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты – протоколы:
– аппаратные – для взаимодействия аппаратных компонентов сети;
– программные – для взаимодействия программ и данных;
– аппаратно-программные – для взаимодействия программного и аппаратного обеспечения.
Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов).
В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN – Local Area Network) и глобальные (WAN – Wide Area Network).
Глобальные сети WAN, которые называют также территориальными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предоставлять свои услуги большому количеству конечных абонентов. Крупные компьютеры класса мэйнфреймов обычно обеспечивают доступ к корпоративным данным, тогда как персональные компьютеры используются для доступа к корпоративным данным и публичным данным Интернета.
Глобальные сети чаще всего создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют общественными (публичными). Компанию, осуществляющую поддержку нормального функционирования сети, называют оператором сети; компанию, оказывающую платные услуги абонентам сети, называют провайдером, поставщиком услуг (Service Provider).
Итак, Интернет (Internet – межсеть) – это глобальная сеть сетей, которая делает возможным обмен сообщениями электронной почты, файлами, группами новостей UseNet и страницами World Wide Web. TSP – это аббревиатура, образованная словосочетанием Internet Service Provider (провайдер услуг Интернета). Пользователи подключаются к Интернету через компьютер-сервер TSP, с которым они связываются по телефонной линии.
В настоящее время существует множество разнообразных способов доступа в сеть Интернет. Среди них можно выделить следующие основные группы:
– подключение по телефонной линии с помощью модема;
– подключение по сетям ISDN, DSL, по оптоволоконным линиям;
– подключение к сети Интернет через спутник с симметричным доступом;
– комбинированное подключение к сети Интернет через спутник с асимметричным доступом.
Сегодня одним из распространенных видов подключения к сети Интернет является коммутируемый доступ через телефонную сеть общего пользования. В этом случае интернет-провайдер (через которого пользователь попадает в Интернет) имеет некоторое количество городских телефонных линий с подключенными к ним телефонными модемами (так называемый модемный пул). Модемы подключены к компьютеру провайдера (серверу), который, в свою очередь, имеет постоянную связь с вышестоящим провайдером.
Сеть Интернет – это совокупность общедоступных информационно-телекоммуникационных сетей, взаимодействие между которыми обеспечивается применением межсетевого протокола с одноименным названием.