Internet как иерархия сетей Internet происходит от выражения

Internet как иерархия сетей Internet происходит от выражения interconnected networks (связанные сети). Слово Internet– это глобальное информационное пространство, хранящее огромное количество информации на миллионах компьютеров, которые обмениваются данными. Таким образом, Интернет (Internet) – это всемирная система добровольно объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует всемирную (единую) информационную среду, служит физической основой для Всемирной паутины Интернет-провайдер (Internet Service Provider - ISP) организация, предоставляющая услуги доступа к Интернету и иные, связанные с Интернетом услуги.

Хронология развития Internet 1969 г. в США был завершен проект ARPAnet подключением в одну компьютерную сеть 4 исследовательских центров: University of California Los Angeles, Stanford Research Institute, University of California at Santa Barbara, University of Utah. n 1972 г. Минобороны США начало разработку новой программы Internetting Project с целью изучения методов соединения сетей между собой. Выдвигались требования максимальной надежности передачи данных при заведомо низком качестве коммуникаций, средств связи и оборудования и возможности передачи больших объемов информации. n В 1974 г. была поставлена задача разработки универсального протокола передачи данных, которая была решена созданием протокола передачи данных и объединения сетей – Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). n. В 1983 г. n. Был осуществлен перевод ARPAnet на TCP/IP. n. В 1989 г. в Европейской лаборатории физики элементарных частиц (CERN, Швейцария, Женева) Тим Бернерс-Ли разработал технологию гипертекстовых документов – World Wide Web, позволяющую пользователям иметь доступ к любой информации, находящейся в сети Internet на компьютерах по всему миру. n К 1995 г. nтемпы роста сети показали, что регулирование вопросов подключения и финансирования не может находиться в руках одного Национального научного фонда США, и в этом же году произошла передача региональным сетям оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к национальной магистрали. n

Провайдеры предлагают несколько типов подключения к Интернету, которые различаются по скорости передачи данных и стоимости. Различают три основных вида подключения: nкоммутируемое соединение, nподключение по мобильному телефону, nподключение по выделенной линии. Коммутируемое соединение (dial-up) осуществляется через специальное устройство модем (модулятор-демодулятор), которое преобразовывает дискретный (цифровой) сигнал, с которым работает компьютер, в аналоговый сигнал, передаваемый по телефонной линии (и наоборот). Модем может быть внутренним или внешним. Внутренний модем представляет собой плату, которая вставляется в разъем материнской платы. Внешний подключается к системному блоку через USB порт. В качестве канала связи используется обычная (коммутируемая) телефонная линия. Модем подсоединяется к линии, как параллельный телефонный аппарат. При помощи программного обеспечения с домашнего компьютера набирается один из телефонных номеров модемного пула. ввод имени и пароля, полученные от провайдера. Ваш модем через телефонную линию свяжется с модемным пулом провайдера, и после установки связи компьютер станет частью Интернета.

Подключение с помощью мобильного телефона возможно по следующим технологиям. n. WAP-технология беспроводного доступа в Интернет осуществляется с помощью сотового телефона цифрового стандарта. n. GPRS-технология беспроводного выхода в Интернет. Для подключения необходим сотовый телефон стандарта GSM с поддержкой функции GPRS, соединительный кабель (для подключения к СОМ или USB порту) или инфракрасный порт или устройство Bluetoolh, программное обеспечение для телефона. nтехнология EDGE (Enhanced Data-Rates For GSM Evolution) является логическим продолжением GPRS и обеспечивает высокую скорость передачи данных – до 384 кбит/с, а в наиболее скоростном варианте – до 474 кбит/с. Провайдером в этом случае является оператор сотовой связи. Подключение по выделенной линии. Существует несколько типов подключения по выделенной линии, отличающихся, главным образом, ценой и скоростью. Подключение по телефонной линии - постоянное соединение с Интернетом, использующее телефонную линию, при этом телефон не занят. Подключение происходит с помощью специальных цифровых модемов стандарта x. DSL, которые ставят на обоих концах линии один у пользователя, другой - на АТС. Скорость передачи данных зависит от модели модема и длины кабеля, обычно не превышает 2048 Кбит/с. Подключение по отдельной линии - может осуществляться по специальной линии, которая соединяет пользователя и провайдера. Для такого подключения прокладывается кабель (витая пара) от пользователя до ближайшей точки подключения и устанавливаются цифровые модемы на том и на другом конце провода. Длина кабеля заметного влияния на скорость не оказывает. Скорость передачи данных составляет 2048 Кбит/с.

Подключение по порту Ethernet. При этом соединении прокладывается либо витая пара, либо оптоволоконный кабель, от ближайшей точки подключения до компьютера. Поэтому обычно оптоволоконный кабель дотягивают до определенной точки подключения, от которой к конечным пользователям прокладывается витая пара. Подключение с помощью радиосвязи. Существует несколько технологий беспроводного соединения компьютеров. Если один из них (сервер) подключен к Интернету, то и все остальные смогут получить доступ в Интернет. У сервера стоит специальное оборудование (точка доступа), к которому подключаются все остальные компьютеры с помощью контроллера беспроводной связи или специального радиомодема. Технологии беспроводного доступа отличаются скоростью передачи данных и расстоянием между компьютером и точкой доступа. Wi-Fi-технология аналогична Radio. Ethernet, в зависимости от оборудования скорости передачи данных могут достигать 50 Мбит/с. Bluetooth-технология предназначена для создания беспроводной сети из различных устройств (компьютеров, мобильных находящиеся в радиусе десяти метров доступа Bluetooth позволяет заменить помещении. Скорость передачи телефонов, принтеров и других устройств, от точки доступа). Контроллер беспроводною проводные соединения между устройствами в данных может достигать 720 Кбит/с.

Обмен данными между компьютерами осуществляется по каналам связи. В локальных сетях обычно используются проводные или кабельные каналы связи. Существующие виды кабелей можно разделить на три большие группы (рисунок ): Витая пара Коаксиальный кабель Медный проводник Оптоволоконный кабель Оптический сердечник Изоляция Провода Пластиковая оболочка Оплетка Оболочка Защитный указатель Внешняя пластиковая оболочка кабели на основе витых пар проводов (twisted pair); коаксиальные кабели (coaxial cable); оптоволоконные кабели (fiber optic). Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку. Оптоволоконный (волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип по сравнению с электрическим или медным кабелем. Данные передаются не электрическим сигналом, а световым. Главный элемент - прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния с незначительным ослаблением.

Схема подключения компьютера к Internet ? ? ? Условие задачи набор модемов провайдера Сервер провайдера Система доменных имен ISP-провайдеры имеют так называемые точки присутствия POP (Point of Presence), где происходит подключение локальных пользователей.

Скорость передачи информации на различных участках Internet существенно различается. Магистральные линии – это высокоскоростные каналы, построенные на основе волоконно-оптических кабелей. Кабели обозначаются ОС (optical carrier), например ОС-3, ОС-12 или ОС-48. Так, линия ОС-3 может передавать 155 Мбит/с, а ОС-48 — 2488 Мбит/с (2, 488 Гбит/с). Но максимальная скорость получения информации на домашний компьютер с модемным подключением не превышает 56 Кбит/с. Как же происходит передача информации по всем этим многочисленным каналам? Доставка информации по нужному адресу выполняется с помощью маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор (роутер) — это устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выбранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляется по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения. Таким образом, маршрутизатор выполняет две взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным каналам, предотвращая закупорку узких мест в Сети; во-вторых, проверяет, что информация следует в нужном направлении. При объединении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую. В некоторых случаях он осуществляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защищая сети от лишнего трафика.

Задача Пусть имеются опорные сети двух Internet-провайдеров. Очевидно, что все клиенты провайдера A могут взаимодействовать между собой по собственной сети, а все клиенты провайдера B – по своей, но при отсутствии связи между сетями A и B клиенты разных провайдеров не могут связаться друг с другом. Решение Для реализации такой услуги провайдеры A и B подключаются к так называемым точкам доступа NAP (Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя сетями течет через NAP. Аналогично организуется подключение к другим магистральным сетям, в результате чего образуется объединение множества сетей высокого уровня. В Internet действуют сотни крупных провайдеров, их магистральные сети связаны через NAP в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAP-узлы. NAP-Network Access Point - точка (центр) доступа к сети. Эти центры обеспечивают взаимодействие широкополосных сетей, принадлежащих различным организациям и образующим базовую сеть, к которой подключаются поставщики услуг (ISP) для организации равноправного информационного обмена. Точки доступа (NAP) - ключевой компонент магистрали глобальной сети Internet, именно они скрепляют вместе всех поставщиков доступа, соединение внутри них определяет, как будет направляться трафик.

Протоколы Internet После соединения с провайдером пользователь получает доступ ко всем сайтам и компьютерам в Интернете. Открывающиеся при этом перед пользователем возможности зависят от условий контракта, заключенного с провайдером Для того чтобы информация передавалась между компьютерами независимо от используемых линий связи, типа компьютера и программного обеспечения, разработаны специальные протоколы передачи данных. Они работают по принципу разбиения данных на блоки определенного размера (пакеты), которые последовательно отсылаются адресату. Различают два типа протоколов: базовые и прикладные. Базовые протоколы отвечают за физическую пересылку сообщений между компьютерами в сети Internet. Это протоколы IP и TCP Прикладными называют протоколы более высокого уровня, они отвечают за функционирование специализированных служб. Например, протокол HTTP служит для передачи гипертекстовых сообщений, протокол FTP — для передачи файлов, SMTP служит для передачи электронной почты. Набор протоколов разных уровней, работающих одновременно, называют стеком протоколов.

На нижнем уровне используются два основных протокола: IP (Internet Protocol – протокол Internet) и TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей). Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединения сетей. В их качестве могут выступать разные ЛВС (Token Ring, Ethernet и др. ), различные национальные, региональные и глобальные сети. К этим сетям могут подключаться машины разных типов. Каждая из сетей работает в соответствии со своими принципами и типом связи. При этом каждая сеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу. Таким образом, требуется, чтобы каждая сеть имела некий сквозной протокол для передачи сообщений между двумя внешними сетями. электронное письмо, Webстраница или скачиваемый файл Рисунок – Использование протокола TCP/IP Цифровой IP-адрес имеет длину 32 бита. Он разделяется точками на 4 блока по 8 бит каждый, которые можно записать в виде десятичного числа, не превышающего значение 255. Для каждого поступающего пакета маршрутизатор, через который проходит пакет, по данным IPадреса определяет, кому из ближайших соседей необходимо переслать данный пакет, чтобы он быстрее оказался у получателя, то есть принимает решение об оптимальном пути следования очередного пакета

Протокол TCP определяет, каким образом передаваемые по сети данные разделяются на части - пакеты и распространяются в Internet. Каждый пакет нумеруется и передается независимо, поэтому пройденные пакетами пути могут не совпадать и последовательность их доставки адресату может отличаться от исходной. На конечном пункте назначения по протоколу IP осуществляется обработка пакетов и восстанавливается их последовательность. Протокол IP используется для адресации компьютеров в сети. В каждом пакете передаваемом по сети указан адрес компьютера. Этот адрес должен быть уникальным и называется IP-адресом. Итак, Internet-данные в любой форме – электронное письмо, Web-страница или скачиваемый файл – путешествуют в виде группы пакетов. Каждый пакет посылается на место назначения по оптимальному из доступных путей. Поэтому даже если какой-то участок Internet окажется нарушенным, то это не повлияет на доставку пакета, который будет направлен по альтернативному пути. Таким образом, во время доставки данных нет необходимости в фиксированной линии связи между двумя пользователями. Принцип пакетной коммутации обеспечивает основное преимущество Internet — надежность. Сеть может распределять нагрузку по различным участкам за тысячные доли секунды. Если какой-то участок оборудования сети поврежден, пакет может обойти это место и пройти по другому пути, обеспечив доставку всего послания.

Адресация в Internet n n n Каждому компьютеру, подключенному к Internet, присваивается идентификационный номер, который называется IP-адресом. При сеансовом подключении к Internet IP-адрес выделяется компьютеру только на время этого сеанса. Присвоение адреса компьютеру на время сеанса связи называется динамическим распределением IP-адресов. Таким образом, Internet-провайдер должен иметь по одному IP-адресу на каждый обслуживаемый им модем, а не на каждого клиента. IP-адрес имеет формат ххх где ххх — числа от 0 до 255. Рассмотрим типичный IP-адрес: 193. 27. 61. 137. Для облегчения запоминания IPадрес обычно выражают рядом чисел в десятичной системе счисления, разделенных точками. Но компьютеры хранят его в бинарной форме. Например, тот же IP-адрес в двоичном коде будет выглядеть так: 110000011011. 00111101. 10001001.

110000011011. 00111101. 10001001. Четыре числа в IP-адресе называются октетами, поскольку в каждом из них при двоичном представлении имеется восемь разрядов: 4 * 8=32. Так каждая из восьми позиций может иметь два различных состояния: 1 или 0, общий объем возможных комбинаций составляет 28 или 256, то есть каждый октет может принимать значения от 0 до 255. 3. Комбинация четырех октетов дает 232 значений, то есть примерно 4, 3 млрд комбинаций, за исключением некоторых зарезервированных адресов. 4. Октеты делят на две секции: Net и Host. 5. Net-секция используется для того, чтобы определить сеть, к которой принадлежит компьютер. 6. Host, который называют узлом, определяет конкретный компьютер в сети.

Доменные имена Когда происходит обращение на Web или посылается e-mail, то используется доменное имя. Например, адрес http: //www. microsoft. com содержит доменное имя microsoft. com. Аналогично e-mail-адрес algol@rambler. ru содержит доменное имя rambler. ru. Доменный адрес читается в обратном порядке: вначале указывается имя компьютера, а затем имя сети, в которой он находится. Для упрощения связи абонентов сети все ее адресное пространство разбито на отдельные области - домены. В системе адресов Интернета приняты домены, представленные географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв. Существуют домены, разделенные по тематическим признакам. Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название. Для перевода буквенного доменного имени в IP-адрес цифрового формата служат DNS-серверы.

В качестве примера рассмотрим адрес group. facult. univers. rst. ru. n. Первым в имени стоит название рабочей машины — реального компьютера с IP- адресом. n. Это имя создано и поддерживается группой facult. n. Группа входит в более крупное подразделение univers, nдалее следует домен rst – он определяет имена ростовской части сети, na ru — российской. Каждая страна имеет свой домен: au – Австралия, be – Бельгия и т. д. Это географические домены верхнего уровня. Помимо географического признака используется организационный признак, в соответствии с которым существуют следующие доменные имена первого уровня: com — коммерческие предприятия, edu—образовательные учреждения, gov — государственные учреждения, mil — военные организации, net — сетевые образования, org — учреждения других организаций и сетевых ресурсов. Внутри каждого доменного имени первого уровня находится целый ряд доменных имен второго уровня. Домен верхнего уровня располагается в имени правее, а домен нижнего уровня — левее. Так, в адресе www. continent. rst. ru домен верхнего уровня ru указывает на то, что адрес принадлежит российской части Internet, rst – определяет город, следующий уровень – домен конкретного предприятия.

Во время приема запроса на перевод доменного имени в IP-адрес DNSсервер выполняет одно из следующих действий: nотвечает на запрос, выдав IP-адрес, если знает IP-адрес запрашиваемого домена; nвзаимодействует с другим DNS-сервером для того, чтобы найти IP-адрес запрошенного имени, если он его не знает (такой запрос может проходить по цепочке DNS-серверов несколько раз); nвыдает сообщение: "Я не знаю IP address домена, запрашиваемого вами, но вот IP address DNS-сервера, который знает больше меня"; nсообщает, что такой домен не существует. Предположим, вы набрали адрес group. facult. univers. rst. com, который имеет адрес в домене верхнего уровня СОМ. В простейшем варианте браузер контактирует с DNS-сервером для того, чтобы получить IP-адрес искомого компьютера, и DNS-сервер возвращает этот искомый IP-адрес. Одна из причин надежной работы этой системы — ее избыточность. Существует множество DNS-серверов на каждом уровне, и поэтому, если один из них не может дать ответ, то точно существует другой, на котором есть необходимая информация. Система кэширования делает поиск более быстрым. DNS-сервер, однажды сделав запрос на корневой DNS и получив адрес нужного DNS-сервера, кэширует полученный IP-адрес. В следующий раз он уже не будет повторно обращаться с подобным запросом. Подобное кэширование происходит с каждым запросом, что постепенно оптимизирует скорость работы системы. Пользователям работа DNS-сервера не видна, однако эти серверы каждый день выполняют миллиарды запросов, обеспечивая работу миллионов пользователей.

Варианты доступа в Internet Провести соединение между ISP-провайдером и пользователями – задача не из простых. Обычно провайдер подключен к Internet с помощью дорогостоящего оптоволоконного высокоскоростного канала. Один провайдер обслуживает множество клиентов, которые рассредоточены на большой территории. Технология, по которой осуществляется связь между абонентами и местной телекоммуникационной службой, то есть провайдером, получила название технологии последней мили. DSL-технология (Digital Subscriber Line, цифровая абонентская линия) позволяет использовать более широкую полосу пропускания для передачи данных без ущерба для использования телефонной линии по прямому назначению. Существует целое семейство технологий под общим названием x. DSL, где приставка x указывает на конкретную спецификацию семейства DSL. Эта технология весьма перспективна, она позволяет одновременно работать в Internet и разговаривать по телефону. Скорость подключения по ней намного выше, чем при помощи обычного модема. DSL не требует прокладки новых проводов, так как использует уже имеющуюся телефонную линию. Одним из основных преимуществ технологии x. DSL является высокоскоростной доступ в Internet. При работе в Internet основной поток информации идет из сети к пользователю, а в сеть передается гораздо меньший объем данных. Действительно, при просмотре Web-страниц в ответ на небольшой запрос пользователь получает из Сети не только текст, но и изображения. Таким образом, информационный обмен является асимметричным.

ADSL (Asymmetrical DSL) или асимметричный DSL nпозволяет передавать данные пользователю со скоростью, на порядок превышающую скорость передачи данных от пользователя. При этом сигнал от пользователя в Сеть передается на более низких частотах, чем сигнал из Сети к пользователю. n. Теоретически при этом можно иметь канал с пропускной способностью 1 Мбит/с в прямом направлении (в Сеть) и 8 Мбит/с – в обратном. При этом одна и та же линия может использоваться для передачи голоса и цифровых данных. n. По сравнению с коммутируемым доступом ADSL-линия работает как минимум на два порядка быстрее. Высокая скорость позволяет комфортно работать с Web-сайтами с мультимедийной информацией, быстро перекачивать большие файлы и полноценно использовать интерактивные приложения. n. Достоинства ADSL: легкость установки (используется уже имеющаяся телефонная линия), постоянный доступ в Internet (пользователи ADSL не разделяют полосу пропускания с другими абонентами). n. Недостаток ADSL: ограничения по дальности. Скорость передачи потока данных в обратном направлении существенно зависит от расстояния. Если при расстоянии 3 км можно получить скорость около 8 Мбит/с, то на расстоянии 5 км – только 1, 5 Мбит/с.

Технология ISDN (Integrated Services Digital Network). n Выделенная телефонная линия – это арендованная телефонная линия n ISDN – это стандарт цифровой передачи. Основным компонентом любой n связи, соединяющая без коммутации двух абонентов. Наиболее распространенной технологией выделенной линии является технология ISDN (Integrated Services Digital Network). ISDN-линии является однонаправленный канал или B-канал с пропускной способностью 64 Кбит/с. По этому каналу могут передаваться цифровые данные и соответственно оцифрованные видео- и аудиоданные. Для расширения полосы пропускания B-каналы группируются по два. В состав группы включается также D‑канал (16 Кбит/с), управляющий передачей данных. Передача информации может осуществляться по обычному медному проводу. Пользователи, которые устанавливают ISDN-адаптер вместо модема, могут получить доступ в Internet со скоростью до 128 Кбит/с. ISDN требует установки адаптеров на обоих концах линии передачи. ISDN-канал обычно предоставляется телефонными станциями. По линии ISDN можно вести телефонные разговоры и одновременно передавать данные в Internet.

Сеть кабельного телевидения nпервоначально была разработана как система для передачи аналогового видеосигнала в одном направлении – в сторону пользователя. Позднее были созданы так называемые кабельные модемы, которые кодируют и передают данные по кабелю таким образом, что это не мешает передаче телевизионного сигнала. n. Основным достоинством этой технологии является то, что используются уже имеющиеся сети кабельного телевидения. При доступе в Internet по сетям кабельного телевидения обеспечивается высокая скорость передачи информации. n. Полосы пропускания телевизионного кабеля вполне достаточно для предоставления услуг последней мили при скоростях, сравнимых с теми, что предоставляют операторы DSL. n. В отличие от ADSL, которая обеспечивает высокоскоростную передачу данных по одной телефонной линии, сети кабельного телевидения являются сетями коллективного пользования. Кабельные модемы получают услугу от общего источника информации. Рабочая полоса частот кабельного модема разделяется между всеми пользователями, подключенными к линии, и, следовательно, зависит от количества одновременно работающих пользователей.