Сети с коммутацией пакетов

Сети с коммутацией пакетов. Когда Вы пытаетесь представить себе, что же такое Internet и как она работает, вполне естественно, что у Вас возникают ассоциации с телефонной сетью. В конце концов, обе эти структуры используют электронные средства передачи, обе позволяют устанавливать соединение и передавать информацию; кроме того, в Internet в основном используются выделенные телефонные линии. К сожалению, это неверное представление, и оно является причиной непонимания принципов работы Internet.

Телефонная сеть – это сеть с коммутацией каналов. Когда Вы производите вызов, Вам выделяется некоторая часть это сети. Даже если Вы не используете ее (например, находитесь в режиме удержания), она остается недоступной для других абонентов, которым в этот момент нужно позвонить. Это приводит к тому, что такой дорогой ресурс, как сеть, используется неэффективно.

Более соответствующая действительному положению вещей модель Internet – почтовое ведомство США. Почтовое ведомство представляет собой сеть с коммутацией пакетов. Здесь у Вас нет выделенного участка сети. Ваша корреспонденция смешивается с другими письмами, отправляется в почтовое отделение и сортируется. Несмотря на то, что технологии абсолютно разные, служба доставки почты представляет собой удивительно точный аналог сети; мы будем продолжать пользоваться этой моделью во всех остальных разделах данной главы. 4.3 МЕЖСЕТЕВОЙ ПРОТОКОЛ (IP). С помощью линий связи обеспечивается доставка данных из одного пункта в другой.

Но Вы уже знаете, что Internet может доставлять данные во многие точки, разбросанные по всему земному шару. Как это происходит? Различные участки Internet связываются с помощью системы компьютеров (называемых маршрутизаторами) соединяющих между собой сети. Это могут быть сети Internet, сети с маркерным доступом, телефонные линии (см. рис.). Рисунок 1. Аппаратные средства Internet.

Телефонные линии и сети Ethernet эквивалентны автомобилям и самолетам службы доставки почты. Маршрутизаторы – это почтовые подстанции; они принимают решения о том, куда направлять данные («пакеты»), так же, как почтовая подстанция решает, куда направлять конверты с почтой. Каждая подстанция, или маршрутизатор, не имеет связи с остальными станциями.

Если Вы опустили письмо в почтовый ящик в Нью-Хэмпшире, а адресат живет в Калифорнии, то местное почтовое отделение не будет бронировать самолет, чтобы доставить Ваше письмо в Калифорнию. Местное почтовое отделение посылает письмо на подстанцию, подстанция посылает его на другую подстанцию и так далее, пока письмо не дойдет до адресата. Таким образом, каждой подстанции нужно знать только, какие имеются соединения и какой из «следующих скачков» будет лучшим для перемещения пакета ближе к пункту назначения.

Похожая ситуация складывается и в Internet: маршрутизатор смотрит, куда адресованы Ваши данные, и решает, куда их посылать. Откуда Internet знает, куда следует направить Ваши данные? Если Вы отправляете письмо, то, просто опустив его в почтовый ящик без конверта, Вы не можете рассчитывать, что корреспонденция будет доставлена по назначению. Письмо нужно вложить в конверт, написать на конверте адрес и наклеить марку. Точно так же, как почтовое отделение следует по правилам, которые определяют порядок работы почтовой сети, определенные правила регламентируют порядок работы Internet.

Эти правила называют протоколами. Межсетевой протокол (Internet Protocol, IP) отвечает за адресацию, т.е. гарантирует, что маршрутизатор знает, что делать с Вашими данными, когда они поступят. Следуя нашей аналогии с почтовым ведомством, можно сказать, что межсетевой протокол выполняет функции конверта. Некоторая адресная информация приводится в начале Вашего сообщения. Она даёт сети достаточно сведений для доставки пакета данных. Internet — адреса состоят из четырёх чисел, каждое из которых не превышает 256. При записи числа отделяются одно от другого точками, например: 192.112.36.5 128.174.5.6 Адрес фактически состоит из нескольких частей.

Поскольку Internet – это сеть сетей, то начало адреса содержит информацию для маршрутизаторов о том, к какой сети относится Ваш компьютер. Правая часть адреса служит для того, чтобы сообщить сети, какой компьютер должен получить этот пакет.

Каждый компьютер в Internet имеет свой уникальный адрес. Здесь нам опять поможет аналогия со службой доставки почты. Возьмем адрес «50 Kelly Road, Hamden, CT». Элемент «Hamden, CT» похож на адрес сети. Благодаря этому конверт попадает в необходимое почтовое отделение, то, которое знает об улицах в определенном районе. Элемент «Kelly Road» похож на адрес компьютера; он указывает на конкретный почтовый ящик в районе, который обслуживает данное почтовое отделение. Почтовое ведомство выполнило свою задачу, доставив почту в нужное местное отделение, а это отделение положило письмо в соответствующий почтовый ящик. Аналогичным образом, Internet выполнила свою задачу, когда ее маршрутизаторы направили данные в соответствующую сеть, а эта локальная сеть – в соответствующий компьютер. По целому ряду технических причин (в основном это аппаратные ограничения) информация, посылаемая по IP- сетям, разбивается на порции, называемые пакетами.

В одном пакете обычно посылается от одного до 1500 символов информации.

Это не дает возможности одному пользователю монополизировать сеть, однако позволяет каждому рассчитывать на своевременное обслуживание. Это также означает, что в случае перегрузки сети качество ее работы несколько ухудшается для всех пользователей: она не умирает, если ее монополизировали несколько солидных пользователей. Одно из достоинств Internet состоит в том, что для работы на базовом уровне достаточно только межсетевого протокола.

Сеть будет не очень дружественной, но если Вы будете вести себя достаточно разумно, то решите свои задачи. Поскольку Ваши данные помещаются в IP- конверт, то сеть имеет всю информацию, необходимую для перемещения этого пакета из Вашего компьютера в пункт назначения. Здесь, однако, возникает сразу несколько проблем. Во-первых, в большинстве случаев объем пересылаемой информации превышает 1500 символов. Если бы почта принимала только открытки, Вас бы это, естественно, разочаровало. Во-вторых, может произойти ошибка.

Почтовое ведомство иногда теряет письма, а сети иногда теряют пакеты или повреждают их при передаче. Вы увидите, что в отличие от почтовых отделений Internet успешно решает такие проблемы. В-третьих, последовательность доставки пакетов может быть нарушена. Если Вы послали по одному адресу одно за другим два письма, то нет никакой гарантии, что они пойдут по одному маршруту или придут в порядке их отправления. Такая же проблема существует и в Internet. Поэтому следующий уровень сети даст нам возможность пересылать более крупные порции информации и позаботиться об устранении тех искажений, которые вносит сама сеть. 4.4 ПРОТОКОЛ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧЕЙ (ТСР). Для решения упомянутых выше проблем используется «протокол управления передачей» (Transmission Control Protocol, TCP), который часто упоминают вместе с протоколом IP. Как следовало бы поступить в случае, если Вы хотите послать кому-нибудь книгу, а почта принимает только письма? Выход один: вырвать из книги все страницы, вложить каждую в отдельный конверт и бросить все конверты в почтовый ящик. Получателю пришлось бы собирать все страницы (при условии, что ни одно письмо не пропало) и склеивать обратно в книгу.

Вот эти задачи и выполняет ТСР. Информацию, которую Вы хотите передать, ТСР разбивает на порции.

Каждая порция нумеруется, чтобы можно было проверить, вся ли информация получена, и расположить данные в правильном порядке. Для передачи этого порядкового номера по сети у протокола есть свой собственный «конверт», на котором «написана» необходимая информация.

Порция Ваших данных помещается в конверт ТСР. Конверт ТСР, в свою очередь, помещается в конверт IP и передается в сеть. На принимающей стороне программное обеспечение протокола ТСР собирает конверты, извлекает из них данные и располагает их в правильном порядке. Если каких-нибудь конвертов нет, программа просит отправителя передать их еще раз. После размещения всей информации в правильном порядке эти данные передаются той прикладной программе, которая использует услуги ТСР. Это, однако, несколько идеализированное представление о ТСР. В реальной жизни пакеты не только теряются, но и претерпевают изменения по дороге ввиду кратковременных отказов в телефонных линиях.

ТСР решает и эту проблему. При помещении данных в конверт производится вычисление так называемой контрольной суммы. Контрольная сумма – это число, которое позволят принимающему ТСР выявлять ошибки в пакете. Когда пакет прибывает в пункт назначения, принимающий ТСР вычисляет контрольную сумму и сравнивает ее с той, которую послал отправитель. Если значения не совпадают, то при передаче произошла ошибка.

Принимающий ТСР отбрасывает этот пакет и запрашивает повторную передачу. 4.5 ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ. Большинство пользователей не испытывают интереса к потоку битов между компьютерами, какими бы скоростными не были линии и какой бы экзотической не была технология, которая позволила его получить. Они хотят быстро использовать этот поток битов для каких-то полезных задач, будь то перемещение файла, доступ к данным или просто игра. Прикладные программы – это части программного обеспечения, которые позволяют удовлетворить эти потребности.

Такие программы составляют еще один уровень программного обеспечения, надстраиваемый над сервисом ТСР или UDP. Прикладные программы предоставляют пользователю средства для решения конкретной задачи. Диапазон прикладных программ широк: от доморощенных до патентованных, поставляемых крупными фирмами-разработчиками.

В Internet есть три стандартные прикладные программы (удаленный доступ, пересылка файлов и электронная почта), а также другие, широко используемые, но не стандартизированные программы. В главах 5-14 показано, как использовать самые распространенные прикладные программы Internet. Когда речь идет о прикладных программах, следует учесть одну особенность: Вы воспринимаете прикладную программу так, как она выглядит в Вашей локальной системе.

Команды, сообщения, приглашения и т.д появляющиеся у Вас на экране, могут несколько отличаться от тех, которые Вы увидите в книге или на экране у своего друга. Не стоит волноваться, если в книге приводится сообщение «connection refused», а компьютер выдает «Unable to connect to remote host: refused»; это одно и то же. Не цепляйтесь к словам, а попытайтесь понять суть сообщения. Не беспокойтесь, если некоторые команды имеют другие имена; большинство прикладных программ снабжены достаточно солидными справочными подсистемами, которые помогут найти необходимую команду.

Структура доменной системы. Доменная система имён представляет собой метод назначения имён путём возложения на разные группы пользователей ответственности за подмножества имён. Каждый уровень в этой системе называется доменом. Домены отделяются один от другого точками: ux.cso.uiuc.edu nic.ddn.mil yoyodyne.com В имени может быть любое число доменов, но более пяти встречается редко. Каждый последующий домен в имени (если смотреть слева направо) больше предыдущего.

В имени ux.cso.uiuc.edu элемент ux – имя реального компьютера с IP — адресом. (См. рисунок). Рисунок 2. Структура доменного имени. Имя этого компьютера создано и курируется группой cso, которая есть не что иное, как отдел, в котором стоит этот компьютер. Отдел cso является отделом университета штата Иллинойс (uiuc). uiuc входит в национальную группу учебных заведений (edu). Таким образом, домен edu включает в себя все компьютеры учебных заведений США; домен uiuc.edu – все компьютеры университета штата Иллинойс и т.д. Каждая группа может создавать и изменять все имена, находящиеся под её контролем. Если uiuc решит создать новую группу и назвать её ncsa, она может ни у кого не спрашивать разрешения.

Всё, что нужно сделать – это добавить новое имя в свою часть всемирной базы данных, и рано или поздно тот, кому нужно, узнает об этом имени (ncsa.uius.edu). Аналогичным образом cso может купить новый компьютер, присвоить ему имя и включить в сеть, не спрашивая ни у кого разрешения.

Если все группы, начиная с edu и ниже, будут соблюдать правила, и обеспечивать уникальность имён, то никакие две системы в Internet не будут иметь одинакового имени. У Вас могут быть два компьютера с именем fred, но лишь при условии, что они находятся в разных доменах (например, fred.cso.uiuc.edu и fred.ora.com). Легко узнать, откуда берутся домены и имена в организации типа университета или предприятия. Но откуда берутся домены «верхнего уровня» типа edu? Они были созданы, когда была изобретена доменная система. Изначально было шесть организационных доменов высшего уровня.

Таблица 1. Первоначальные домены верхнего уровня. № Домен Использование 1. Com Коммерческие организации 2. Edu Учебные заведения (университеты, средние школы и т.д.) 3. Gov Правительственные учреждения (кроме военных) 4. mil Военные учреждения (армия, флот и т.д.) 5. org Прочие организации 6. net Сетевые ресурсы Когда Internet стала международной сетью, возникла необходимость предоставить зарубежным странам возможность контроля за именами находящихся в них систем.

Для этой цели создан набор двухбуквенных доменов, которые соответствуют доменам высшего уровня для этих стран. Поскольку ca – код Канады, то компьютер на территории Канады может иметь такое имя: hockey.guelph.ca Общее число кодов стран – 300; компьютерные сети существуют приблизительно в 170 из них. Окончательный план расширения системы присвоения имён ресурсов в Internet был наконец-то объявлен комитетом IAHC (International Ad Hoc Committee). Согласно новым решениям, к доменам высшего уровня, включающим сегодня com, net, org, прибавятся: firm – для деловых ресурсов Сети; store – для торговли; web – для организаций, имеющих отношение к регулированию деятельности в WWW; arts – для ресурсов гуманитарного образования; rec – игры и развлечения; info – предоставление информационных услуг; nom – для индивидуальных ресурсов, а также тех, кто ищет свои пути реализации, которые отсутствуют в приведённом убогом списке.

Кроме того, в решениях IAHC сказано, что учреждается 28 уполномоченных агентств по присвоению имён во всём мире. Как заявлено, новая система позволит успешно преодолеть монополию, которая была навязана единственным уполномоченным – компанией Network Solutions.

Все новые домены будут распределены между новыми агентствами, а прежние будут отслеживаться совместно Network Solutions и National Science Foundation до конца 1998 года. В настоящее время ежемесячно регистрируется примерно 85 тысяч новых имён. Годовая оплата имени составляет 50 долларов.

Новые регистрационные агентства должны будут представлять семь условных географических регионов. Для претендентов на роль агентств из каждого региона будут устроены лотереи. Компании, желающие участвовать в них, должны внести вступительный взнос в размере 20 тысяч долларов и иметь страховку на сумму не менее 500 тысяч долларов на случай неспособности справиться с ролью регистратора доменных имён. 5 ЧТО МОЖНО ДЕЛАТЬ В INTERNET? Что можно делать в Internet – сложный вопрос. Internet – не просто сеть, а сеть сетей, каждая из которых может иметь свою собственную политику и собственные правила.

Поэтому здесь следует учитывать правовые и этические нормы, а также политические соображения. Взаимосвязь этих факторов и степень их важности не всегда одинаковы. Для того, чтобы чувствовать себя вполне уверенно, достаточно запомнить несколько основных принципов.

К счастью, эти принципы не сильно ограничивают пользователя; если не выходить за установленные пределы, можно делать всё, что угодно. Если Вы оказались в затруднительной ситуации, обратитесь к своему поставщику услуг, чтобы точно определить, что можно делать и чего нельзя. Вполне возможно, что то, что Вы хотите, делать разрешается, но Ваша обязанность – выяснить, так ли это. Рассмотрим некоторые принципы, чтобы определить границы допустимого. 5.1 СКОЛЬ ВЕЛИКА INTERNET СЕЙЧАС? Марк Лоттор (Mark Lottor), бывший научный сотрудник Стэндфордского исследовательского института (Stanford Research Institute), а ныне президент консультационной компании Network Wizard, опубликовал полугодовой отчёт о состоянии Internet.

Согласно новейшим данным, Сеть состоит из 828 тысяч доменов, в неё подключено 16,1 млн. конечных устройств в 176 странах мира. Как справедливо предупредил Лоттор, совершенно невозможно определить число пользователей Internet, поскольку существует неопределённое количество многопользовательских компьютеров, шлюзов в корпоративные сети и специальных приложений, которые выглядят извне как единичные компьютеры.

Кроме того, хотя за прошедший год отмечен рост количества подключённых к Сети устройств на 70%, на самом деле это значительно меньше реальных изменений, поскольку многие системы скрываются за брандмауэрами и недоступны для прощупывания и учёта. В Internet больше всего ресурсов, которые включают в состав имени «WWW». Их количество в январе 1997 года составило 408382 по сравнению с 75000 в январе 1996 года. Самым большим доменом высшего уровня является «COM», который имеют 3,96 млн. сайтов, что составляет 25% их общего количества.

Наиболее быстро расширяются домены COM, EDU, NET, Japan и MIL. Как сообщает Лоттор, глобальные домены высшего уровня и домены 89 стран показали годовой рост, превышающий 100%. Объединяет свыше 50 млн. коллективных и индивидуальных пользователей (каждый со своим электронным адресом) во всем мире. 5.2 УСЛУГИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ СЕТЬЮ. Все услуги предоставляемые сетью Internet можно условно поделить на две категории: обмен информацией между абонентами сети и использование баз данных сети. К числу услуг связи между абонентами принадлежат: Telnet — удаленный доступ.

Дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети Internet как на своей собственной. То есть запускать программы, менять режим работы и т.д. FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов. Дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

NFS (Network File System) — распределенная файловая система. Дает возможность абоненту пользоваться файловой системой удаленного компьютера, как своей собственной. Электронная почта — обмен почтовыми сообщениями с любым абонентом сети Internet. Существует возможность отправки как текстовых, так и двоичных файлов.

На размер почтового сообщения в сети Internet накладывается следующее ограничение — размер почтового сообщения не должен превышать 64 килобайт. Новости — получение сетевых новостей и электронных досок объявлений сети и возможность помещения информации на доски объявлений сети. Электронные доски объявлений сети Internet формируются по тематике. Пользователь может по своему выбору подписаться на любые группы новостей. Rsh (Remote Shell) — удаленный доступ.

Аналог Telnet, но работает только в том случае, если на удаленном компьютере стоит ОС UNIX. Rexec (Remote Execution) — выполнение одной команды на удаленной UNIX-машине. Lpr — сетевая печать. Отправка файла на печать на удаленном (сетевом) принтере. Lpq — сетевая печать. Показывает файлы стоящие в очереди на печать на сетевом принтере. Ping — проверка доступности удаленной ЭВМ по сети. Talk — дает возможность открытия "разговора" с пользователем удаленной ЭВМ. При этом на экране одновременно виден вводимый текст и ответ удаленного пользователя.

Iptunnel — дает возможность доступа к серверу ЛВС NetWare с которым нет непосредственной связи по ЛВС, а имеется лишь связь по сети Internet. Whois — адресная книга сети Internet. По запросу абонент может получить информацию о принадлежности удаленного компьютера, о пользователях. Finger — получение информации о пользователях удаленного компьютера. Кроме вышеперечисленных услуг, сеть Internet предоставляет также следующие специфические услуги: Webster — сетевая версия толкового словаря английского языка.

Факс-сервис — дает возможность пользователю отправлять сообщения по факсимильной связи, пользуясь факс — сервером сети. Электронный переводчик — производит перевод присланного на него текста с одного языка на другой. Обращение к электронным переводчикам происходит посредством электронной почты. Шлюзы — дают возможность абоненту отправлять сообщения в сети, не работающие с протоколами TCPIP (Fido, Goldnet, AT50). К системам автоматизированного поиска информации в сети Internet принадлежат следующие системы.

Gopher — наиболее широко распространенное средство поиска информации в сети Internet, позволяющее находить информацию по ключевым словам и фразам. Работа с системой Gopher напоминает просмотр оглавления, при этом пользователю предлагается пройти сквозь ряд вложенных меню и выбрать нужную тему. В Internet в настоящее время свыше 2000 Gopher-систем, часть из которых является узкоспециализированной, а часть содержит более разностороннюю информацию. Gopher позволяет получить информацию без указания имен и адресов авторов, благодаря чему пользователь не тратит много времени и нервов.

Он просто сообщит системе Gopher, что именно ему нужно, и система находит соответствующие данные. Gopher-серверов свыше двух тысяч, поэтому с их помощью не всегда просто найти требуемую информацию. В случае возникших затруднений можно воспользоваться службой VERONICA. VERONICA осуществляет поиск более чем в 500 системах Gopher, освобождая пользователя от необходимости просматривать их вручную.

WAIS — еще более мощное средство получения информации, чем Gopher, поскольку оно осуществляет поиск ключевых слов во всех текстах документов. Запросы посылаются в WAIS на упрощенном английском языке. Это значительно легче, чем формулировать их на языке алгебры логики, и это делает WAIS более привлекательной для пользователей-непрофессионалов. При работе с WAIS пользователям не нужно тратить много времени, чтобы найти необходимые им материалы.

В сети Internet существует более 300 WAIS — библиотек. Но поскольку информация представляется преимущественно сотрудниками академических организаций на добровольных началах, большая часть материалов относится к области исследований и компьютерных наук. WWW — система для работы с гипертекстом. Потенциально она является наиболее мощным средством поиска. Гипертекст соединяет различные документы на основе заранее заданного набора слов. Например, когда в тексте встречается новое слово или понятие, система, работающая с гипертекстом, дает возможность перейти к другому документу, в котором это слово или понятие рассматривается более подробно. WWW часто используется в качестве интерфейса к базам данных WAIS, но отсутствие гипертекстовых связей ограничивает возможности WWW до простого просмотра, как у Gopher.

Пользователь со своей стороны может задействовать возможность WWW работать с гипертекстом для связи между своими данными и данными WAIS и WWW таким образом, чтобы собственные записи пользователя как бы интегрировались в информацию для общего доступа.

На самом деле этого, конечно, не происходит, но воспринимается именно так. WWW — это относительно новая и динамично развивающаяся система. Установлены несколько демонстрационных серверов, в том числе Vatican Exibit в библиотеке Конгресса США и мультфильм о погоде "Витки спутника" в Мичиганском государственном университете. В качестве демонстрационных также работают серверы into.funet.fi (Финляндия); into.cern.ch. (Швейцария) и eies2.njit.edu (США). Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер.

Сервером в сети Internet называется компьютер способный предоставлять клиентам (по мере прихода от них запросов) некоторые сетевые услуги. Взаимодействие клиент-сервер строится обычно следующим образом. По приходу запросов от клиентов сервер запускает различные программы предоставления сетевых услуг. По мере выполнения запущенных программ сервер отвечает на запросы клиентов.

Все программное обеспечение сети также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и получение ответов от него. Место абонентского программного обеспечения в комплексе программных средств сети Internet. Как уже упоминалось, Internet построена в основном на базе компьютеров, работающих под ОС Unix. Но ОС Unix требуют обычно мощных машин с большими объемами НЖМД и оперативной памяти.

К тому же почти все реализации ОС Unix имеют как правило плохой пользовательский интерфейс. Немалую сложность представляет также процесс администрирования и настройки таких систем. Поэтому в деле приобщения к сети новых абонентов приобретают особое значение пакеты абонентского программного обеспечения. Такие пакеты работают в ОС MS-DOS или MS-Windows. Они несравнимо дешевле чем ОС Unix, как правило просты в использовании и предоставляют доступ почти ко всем ресурсам сети Internet.

Абонентское программное обеспечение весьма разнообразно. Его выпускают фирмы-производители сетевого программного обеспечения, а также организации, занимающиеся исследованиями в области глобальных сетей. Именно ввиду большого числа таких пакетов и важности абонентского программного обеспечения для развития сети, на дипломное проектирование была поставлена задача: собрать информацию о пакетах абонентского программного обеспечения, исследовать их возможности, сравнить пакеты по заданным критериям и дать рекомендации по использованию пакетов в сети. Все программное обеспечение, которым можно пользоваться для работы в сети Internet, можно поделить на две части.

Это телекоммуникационные пакеты и абонентское программное обеспечение для работы в сети Internet.