Интернет
Сеть Интернет – это глобальная сеть, соединяющая сети различного размера по всему миру. Сеть Интернет – это информационное пространство, содержащее огромное количество информации, хранилище информационных ресурсов. Информационными ресурсами являются совокупности текстов, изображений и других данных, а также тематические связи между ними.
В конце 1969 г. под эгидой Министерства обороны США был создан проект ARPAnet (Advanced Research Project Agency Network – сеть Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ), объединивший в единую вычислительную сеть сети 4 исследовательских институтских центров по всей территории США. В рамках этого проекта проводились исследования в области телекоммуникаций с целью создания надежной системы, способной передавать данные даже в случае начала ядерной войны. Проект основывался на концепции децентрализованного управления, так как, в случае уничтожения или повреждения центра управления, происходил отказ всей сети. В 1974 г. были начаты разработки протоколов, способных обеспечить передачу данных по сетям разного типа – TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей / Интернет-протокол). В 1983 г. сеть ARPAnet была переведена на протокол TCP/IP. После этого Министерства обороны передало контроль над сетью Национальному научному фонду США. Началось расширение сети ARPAnet, в том числе за пределы США. При этом фонд осуществлял борьбу с коммерциализацией сети, штрафуя тех, кто имел побочный доход в сети. К 1995 г. сеть ARPAnet разрослась до такой степени, что Национальный научный фонд США уже не успевал отслеживать деятельность каждого узла. Поэтому произошла передача региональным провайдерам оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к национальной магистрали.
Провайдер – это организация (фирма, компания), обеспечивающая подключение пользователей к сети Интернет. Подключение может осуществляться двумя способами:
1) по модему (телефонному, ADSL или другого типа) (раздел 3.4.6);
2) прямым подключением к сети провайдера.
После того, как пользователь соединился с провайдером, компьютер пользователя становится частью сети провайдера. Каждый провайдер имеет свой канал, связывающий его с более крупным провайдером. В свою очередь сети крупных провайдеров объеденены между собой магистральными линиями.
Протоколы сети Интернет
Протоколы сети Интернет можно разделить на два типа: базовые и прикладные. Базовые протоколы – это протоколы нижнего уровня. Они обеспечивают физическую передачу сообщений между узлами в сети Интернет. Примером базового протокола является протокол ТСР/IP. Прикладные протоколы – протоколы высокого уровня. Эти протоколы обеспечивают функционирование служб сети Интернет. Например, протокол HTTP служит для передачи гипертекстовых документов, протокол FTP – для передачи файлов, а SMTP – для передачи электронной почты. Базовые и прикладные протоколы находятся в такой же взаимосвязи, что и уровни модели OSI.
На нижнем уровне используются два основных протокола: IP и TCP. Протокол TCP предназначен для управления передачей данных в виде пакетов, регулировкой и синхронизацией передачи на разных скоростях. Протокол IP необходим для однозначного определения адреса получателя пакетов. Такой адрес называется IP-адресом.
Семь уровней модели OSI преобразованы в четыре уровня протоколов TCP/IP:
1) уровень межсетевого интерфейса предназначен собственно для передачи данных по сети;
2) межсетевой уровень отвечает за маршрутизацию и доставку пакетов;
3) транспортный уровень выполняет задачи установки и поддержания соединения между двумя узлами, отправку уведомлений о получении данных;
4) прикладной уровень предоставляет доступ к сети приложениям.
Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединения сетей. В их качестве могут выступать локальные, национальные, региональные и глобальные сети, каждая из которых функционирует по своим принципам. При этом каждая сеть может принять пакет данных и доставить его указанному узлу.
Предположим, имеется послание, отправляемое по электронной почте. Передача почты осуществляется по прикладному протоколу SMTP, который использует передачу по протоколам TCP/IP. По протоколу TCP данные разбиваются на небольшие пакеты фиксированной структуры и длины и маркируются так, чтобы при получении собрать из них исходное послание.
Обычно длина одного пакета не превышает 1500 байт. Поэтому одно электронное письмо может состоять из нескольких сотен таких пакетов. Малая длина пакета не приводит к блокировке линии связи и не позволяет отдельным пользователям надолго захватывать канал связи.
К каждому полученному пакету протокола TCP протокол IP добавляет информацию, по которой можно определить адрес отправителя и получателя. Это аналогично записи адреса на конверте письма. Для передачи пакета существует несколько маршрутов. Однако пакет не всегда передается по географически наикратчайшему пути. На направление его передачи влияет загруженность каналов связи, а не их протяженность. Таким образом, более короткий маршрут может оказаться самым долгим по времени передачи. Протокол TCP/IP гарантирует, что независимо от длины пути в результате конечного числа пересылок TCP-пакеты достигают адресата.
Чтобы посмотреть путь пакета до узла с заданным адресом в ОС Windows, необходимо в командной строке набрать команду tracert <адрес узла>.
При получении пакета IP-модуль адресата извлекает пакет протокола ТСР из IP-пакета и передает его TCP-модулю. В свою очередь ТСР-модуль извлекает данные из TCP-пакета и собирает данные принятых пакетов в исходное сообщение. Если пакет отсутствует или принят с ошибками, то производится его повторная передача. Передача одного и того же пакета повторяется до тех пор, пока пакет не будет получен в целостном виде. Для определения ошибок в пакете используются контрольные данные и помехоустойчивые коды, выявляющие и исправляющие ошибки.
Полученное сообщение передается процедурам протокола SMTP, которые далее обрабатывают это сообщение.
Таким образом, по протоколу IP данные непосредственно передаются по сети, а по протоколу ТСР обеспечивается надежная доставка данных адресату. Два узла в сети Интернет могут одновременно передавать в обе стороны по одному каналу несколько ТСР-пакетов от различных узлов.
Система адресации в Интернет
Каждому компьютеру, подключенному к сети Интернет, присваивается числовой адрес, называемый IP-адресом.
IP-адрес используется в протоколах передачи данных. IP-адрес содержит полную информацию необходимую для идентификации узла в сети.
При сеансовом подключении к сети Интернет IP-адрес выделяется компьютеру только на время этого сеанса. Такое присвоение адреса компьютеру называется динамическим распределением IP-адресов. Динамическое распределение IP-адресов позволяет обслуживать большое количество пользователей, имея небольшое количество IP-адресов, так как один и тот же IP-адрес в разные моменты времени может быть выделен разным пользователям.
IP-адрес состоит из четырех чисел от 0 до 255 в десятичной системе счисления, разделенных точками. IP-адрес имеет иерархическую структуру. Например, адрес 152.207.71.12 состоит из следующих частей. Первые два числа (152.207) определяют сеть, третье число (71) – подсеть, четвертое число (12) – ЭВМ в этой подсети.
Так как каждое из четырех чисел IP-адреса изменяется от 0 до 255, то всего количество IP-адресов равно 2564 = 4,3 млрд. Однако некоторые адреса зарезервированы, поэтому они не используются.
IP-адрес трудно запоминаем пользователем, поэтому некоторые узлы в сети Интернет имеют символьные DNS-адреса (Domain Name System – система доменных имен), например, www.site.net. В сети Интернет существуют специальные DNS-серверы, которые по DNS-адресу выдают его IP-адрес.
DNS-адрес может иметь произвольную длину, образуется как символьный адрес в локальной сети (раздел 6.6) и включает в себя несколько уровней доменов. Уровни доменов разделяются точками. Самый правый домен – домен верхнего уровня. Чем левее домен, тем ниже его уровень. Например, DNS-адрес rsrea.ryazan.ru включает следующие уровни:
ru – домен Российской Федерации;
ryazan – домен города Рязань;
rsrea – домен РГРТУ
Во время приема запроса на перевод DNS-адрес в IP-адрес DNS-сервер выполняет одно из следующих действий:
- выдает IP-адрес, если запрашиваемый DNS-адрес хранится в его базе адресов;
- взаимодействует с другим DNS-сервером для того, чтобы найти IP-адрес запрошенного имени, в случае отсутствия DNS-адрес в его базе; такой запрос может проходить по цепочке DNS-серверов несколько раз;
- сообщает, что такой DNS-адрес не существует.
Для ускорения работы в сети Интернет запрошенные IP-адреса сохраняются на компьютере, чтобы не запрашивать его вновь у DNS-сервера и сразу обратиться по этому адресу.
Для доступа к ресурсам, расположенным в сети Интернет, используется унифицированный указатель ресурса – URL (Uniform Resource Locator).
Адрес URL является сетевым расширением понятия полного имени ресурса, например, файла или приложения и пути к нему в ОС. В адресе URL, кроме имени файла и директории, где он находится, указывается сетевое имя компьютера, на котором этот ресурс расположен, и протокол доступа к ресурсу, который можно использовать для обращения к нему.
В ЭВМ, подключенной к сети Интернет, файлы расположены в папках с разным уровнем вложенности. Например, URL https://rsrea.ryazan.ru/docs/prikazy/p123.htm включает следующие составляющие:
http – протокол передачи гипертекста – страниц, отформатированных в формате HTML;
rsrea.ryazan.ru – DNS-адрес;
docs/prikazy/ – путь к файлу;
p123.htm – название ресурса – файла в формате HTML.
Как правило, путь к ресурсу на жестком диске компьютера, подключенного к сети Интернет, отличается от адреса URL. Таким образом, адрес URL является псевдонимом пути к ресурсу. Ресурсы сети Интернет доступны только для чтения, но не для записи.
Службы сети Интернет
Обычно сеть Интернет ассоциируется с ее основной службой WWW. Однако служба WWW – лишь один из сервисов доступных пользователям в сети Интернет. Службы сети Интернет представляют собой различные способы доставки разнообразной по форме информации ее потребителям.
Рассмотрим подробнее наиболее популярные службы сети Интернет: электронную почту, WWW и передачу файлов по протоколу FTP.
Электронная почта
Служба электронной почты (electronic mail, e-mail) появилась раньше сети Интернет, однако она остается популярным способом пересылки сообщений. Электронное письмо похоже на письмо, пересылаемое по обычной (традиционной) почте, но значительно превосходит его по скорости пересылки, имеет низкую стоимость пересылки и обладает большим удобством в использовании. Электронное письмо содержит адреса электронной почты отправителя и получателя. В конверт с письмом можно вложить открытку или фотографию, а электронное письмо – файл любого формата: исполняемый, графический, звуковой. Отправитель может идентифицировать себя, поставив электронную подпись, как и подписью в обчном письме. Электронная почта изживает традиционную почту. В настоящее время большая часть писем отправляется по электронной почте, а не по традиционной. Ежегодно по всему миру рассылается более 800 млрд. электронных писем.
В отличие от телефонного звонка, электронное письмо может быть прочитано в удобное время для получателя время. Электронная почта доступна, и можно легко и просто отправить письмо любому человеку даже самого высокого ранга. Служба электронной почты повзволяет рассылать письма сразу большому количеству получателей и подтверждать получение письма.
Для получения адреса электронной почты необходимо выполнить два этапа. Во-первых, выбрать почтовый сервис. Самыми популярными почтовыми сервисами являются gmail.com, mail.ru и yandex.ru. Указанные почтовые сервисы и большинство других являются бесплатными. Во-вторых, надо зарегистрироваться на почтовом сервисе, выбрать имя для своего почтового ящика и пароль для доступа к нему для предотвращения несанкционированного доступа к почте.
Адрес электронной почты имеет формат:
имя_пользователя @ имя_сервиса.
Например, mailbox@fastmail.net. Здесь mailbox – название почтового ящика, fastmail.net – название почтового сервиса.
Длина имени пользователя определяется почтовыми сервисами. Обычно оно должно содержать не менее 5-6 символов. По имени сервиса можно определить, на каком почтовом сервисе зарегистрирован почтовый ящик.
Электронная почта построена по принципу клиент-серверной архитектуры. Пользователь общается с клиентской программой, которая в свою очередь общается с сервером почтового сервиса. Одной из популярных почтовых программ является Outlook Express фирмы Microsoft. Некоторые почтовые программы встроены в браузер – программу для просмотра документов во Всемирной сети (WWW), например, в браузер Opera фирмы Opera Software.
Процедуры отправки и получения почты используют разные протоколы. Для передачи писем используется протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – протокол пересылки почты). Для приема почтовых сообщений наиболее часто используется протокол IMAP (Internet Message Access Protocol – протокол доступа к Интернет-сообщениям).
Рассмотрим пример работы электронной почты. Пусть владелец электронного ящика с адресом john@abc.net на почтовом сервисе abc.net хочет отправить письмо владельцу почтового ящика с адресом mary@xyz.com на сервисе xyz.com.
Сначала отправитель должен зайти на веб-сайт почтового сервиса abc.net или запустить программу для работы с электронной почты и ввести пароль для доступа к своему почтовому ящику. Далее отправитель должен составить текст письма, а в адресе получателя указать адрес электронной почты mary@xyz.com.
После составления и отправления письма, почтовая программа соединяется с почтовым сервером abc.net и передает ему письмо, содержащее текст письма и адрес электронной почты получателя mary@xyz.com. При отправке почты почтовая программа взаимодействует с сервером исходящей почты – SMTP-сервером.
После получения письма SMTP-сервер отправителя abc.net связывается с SMTP-сервером почтового сервиса получателя xyz.com. Для этого ему необходимо получить IP-адрес почтового сервиса xyz.com. Чтобы узнать этот адрес, он обращается к DNS-серверу и запрашивает IP-адрес сервера xyz.com.
DNS-сервер выдает IP-адрес, после чего SMTP-сервер abc.net соединяется с SMTP-сервером xyz.com. Если SMTP-сервер xyz.com недоступен, например, из-за сбоя или отказа оборудования на нем, то SMTP-сервер abc.net ставит письмо в очередь для отправки. Через каждые 10-15 минут сервер abc.net будет пытаться отправить письмо SMTP-серверу xyz.com. Через несколько дней, если сообщение так и не будет отправлено, отправитель письма получит сообщение на свой адрес электронной почты, что его письмо не может быть доставлено по адресу mary@xyz.com с указанием причины. В данной случае причиной является отсутствие связи с почтовым сервисом xyz.com.
Как только SMTP-серверу abc.net связывается с сервером xyz.com, он передает ему письмо. SMTP-сервер xyz.com проверяет существование адреса электронной почты mary@xyz.com и, в случае его существования, помещает письмо в почтовый ящик mary, иначе сервер abc.net получает сообщение, что ящик с таким именем не существует. Это сообщение пересылается отправителю на адрес john@abc.net.
После того, как письмо получено сервером xyz.com, получатель – владелец почтового ящика mary@xyz.com может прочесть его. Письма хранятся в почтовом ящике на сервере, что позволяет быстро искать и сортирововать почтовые отправления. Для просмотра почты, полученной в почтовый ящик, почтовая программа получателя взаимодействует с IMAP-сервером по протоколу IMAP. При взаимодействии по этому протоколу с сервера на компьютер получателя передаются заголовки писем с указанием адреса отправителя, темы письма и его размера (в байтах или Кбайтах). Получатель может загрузить тексты писем или удалить их из почтового ящика, не загружая их на свой компьютер.
К сожалению, служба электронной почты не всегда используется с добрыми намерениями. Настоящим бедствием пользователей электронной почты стал спам – электронные письма рекламного содержания. По некоторым оценкам до 40% всех электронных писем является спамом. Пользователям приходится тратить много времени на фильтрацию таких писем. Также электронная почта используется для пересылки компьютерных вирусов в виде вложений в электронное письмо. Поэтому не открывайте вложения, о пересылки которых вы не просили, даже если они отправлены известным вам отправителем.
Служба WWW
Всемирная сеть (WWW) – самая популярная служба на базе сети Интернет благодаря своей доступности, простоте и удобству использования. Всемирная сеть объединяет веб-серверы, хранящие гипертекстовые документы.
Гипертекст – это текст, отформатированный особым образом. Гипертекст содержит ссылки на графические изображения и другие гипертекстовые документы, тематически связанные с ним. Пользователь может переходить от одного документа к другому по этим ссылкам. Такие переходы назваются веб-серфингом. Идея гипертекста оказалась подходящей для объединения информации в цифровой форме, распределенной во Всемирной сети.
Так как гипертекстовые документы ссылаются не только на текст, но и на мультимедийные ресурсы – совокупность текстовой, графической и видеоинформации, то понятие гипертекст было расширено до понятия гипермедия. Таким образом, гипермедия – это способ организации мультимедийной информации на основе гипертекста.
В основе Всемирной сети, как и электронной почты, лежит клиент-серверная архитектура. Для работы во Всемирной сети пользователю необходима специальная программа – браузер. Браузер предназначен для решения двух основных задач:
1) запрос по требованию пользователя информационного ресурса по его адресу URL у веб-сервера, на котором он хранится;
2) отображение содержимого запрошенного информационного ресурса на дисплее пользователя.
Браузер повышает удобство работы во Всемирной сети, выполняя следующие сервисные функции:
- хранение, обеспечение поиска и быстрого доступа к адресам URL, которые пользователь посещает чаще всего;
- ведение журнала посещений информационных ресурсов;
- сохранение информационных ресурсов, которые просматривал пользователь, на ВЗУ;
- обеспечение безопасности пользователя во время работы во Всемирной сети.
Примерами браузеров явлются Internet Explorer фирмы Microsoft, Opera фирмы Opera Software и Mozilla Firefox, созданный независимыми разработчиками. Браузеры являются бесплатным программным обеспечением.
Всемирная сеть – это совокупность веб-серверов, связанных между собой. Можно выделить два типа связи:
1) физические: каналы связи, связывающие веб-серверы;
2) информационные: ссылки гипертекстового документа, находящиеся на одном веб-сервере, на информационные ресурсы на других веб-серверах.
Веб-сервер – это совокупность аппаратного и программного обеспечения, решающая единственную основную задачу: получение запроса пользователся на информационный ресурс, обрабтка и выдача его пользователю. Веб-серверы не только выдают текст и графические изображения по запросу, но и могут выполнять более сложные операции по обработке информации: например, делать запросы к БД и наглядно представлять результаты запроса. Прием запроса от браузера веб-серверу и доставка информационных ресурсов осуществляется по протоколу HTTP (Hypertext Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста).
Гипертекстовый документ, расположенный на одном из веб-серверов, называется веб-страницей, а совокупность страниц, объединенных общей темой и связанных ссылками друг на друга, – веб-сайтами. Веб-сайты, имеющие широкую тематику, называются веб-порталами. Веб-порталы состоят из сотен тысяч страниц.
На одном веб-сервере могут располагаться один или более веб-сайтов. Веб-порталы обрабатывают большое количество запросов и, как правило, размещаются на нескольких веб-серверах по двум основным причинам:
1) равномерное распределение запросов между серверами: часть запросов переводится с наиболее загруженных серверов на менее загруженные;
2) хранение веб-портала на нескольких серверах более надежно, так как выход из строя одного из веб-серверов будет компенсирован другими серверами, и веб-портал останется доступным пользователям Всемирной сети.
Помимо просмотра чужих веб-сайтов можно создать свой веб-сайт и поместить туда информацию, которая будет интересна пользователям Всемирной сети, в виде текста, графики, звуковых и видеофайлов.
Информация, размещенная во Всемирной сети, исчисляется огромным количеством байт. Для поиска информации во Всемирной сети используются специальные веб-сайты – информационно-поисковые системы. Они позволяют по ключевым словам найти информационные ресурсы, связанные с ключевыми словами. Это может быть текст, содержащий ключевые слова, или графическое изображение одного из ключевых слов. Примерами информационно-поисковых систем являются системы Google и Yandex.
Служба передачи файлов
Файлы большого объема можно переслать по электронной почте или разместить на веб-сервере. Однако пересылка по электронной почте возможно лишь нескольким получателям, а размещение файлов на веб-сервере значительно загружает его. Чтобы сделать получение файлов более удобным, используется протокол FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов).
По протоколу FTP обычно передаются следующие файлы:
- программное обеспечение;
- документы большого объема;
- фото- и видео файлы.
Для доступа к файлам необходимо использовать специальную программу или воспользоваться браузером.
Файлы, расположенные на FTP-сервере, находятся в каталогах точно так же, как в файловой системе ОС. Пользователь может получать список файлов и каталогов, расположенных на FTP-сервере, переходить из одного каталога в другой.
Некоторые FTP-сервера предоставляют открытый доступ к файлам. В других FTP-серверах доступ к файлам может быть защищен паролем, который задается владельцем FTP-сервера.