7. Глобальная компьютерная сеть Интернет
Расширение локальных сетей и удлинения линий связи привело к необходимости создания распределенных или глобальных сетей, в которых компонентами служат не отдельные компьютеры, а локальные сети, называемые сегментами.
Глобальные сети объединяют компьютеры, расположенные на значительном расстоянии друг от друга (в разных городах и странах). Для соединения компьютеров в глобальную сеть используются специальные средства связи: оптоволоконные линии, телефонные каналы, радиорелейные линии, космическая связь и т.п. Скорость передачи данных в сети зависит от качества канала связи. Наиболее массовым каналом связи в настоящее время является телефонный канал. Для подключения компьютера к телефонному каналу необходимо устройство, которое называется модемом (модулятор-демодулятор). Большие расстояния, через которые передаются данные в глобальных сетях, требуют особого внимания к процедуре передачи цифровой информации с тем, чтобы посланные в сеть данные дошли до получателя в неискаженном виде.
Объединение большого числа отдельных сетей привело в итоге к образованию единой всемирной компьютерной сети – Интернет.
Отличительной особенностью Интернет является высокая надежность. При выходе из строя части компьютеров и линий связи сеть будет продолжать функционировать. Такая надежность обеспечивается тем, что в сети Интернет нет единого центра управления. Если выходят из строя некоторые линии связи, сообщения передаются по другим линиям. Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в локальные сети, подключённые к нему.
Основные ячейки Интернет – локальные вычислительные сети. Если локальная сеть подключена к Интернет, то и каждый компьютер этой сети также может подключиться к Интернет. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Интернет, называемые хост-компьютерами (host – хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой уникальный адрес в Интернет.
Пользователи подключаются к сети через поставщиков услуг сети Интернет, которые называются провайдерами. Провайдеры имеют множество линий для подключения пользователей и высокоскоростные линии связи для подключения к остальной части Интерент. Мелкие поставщики подключены к более крупным и т.д. Все организации, соединенные между собой высокоскоростными линиями связи, образуют базовую часть, или хребет Интерне. Если поставщик подключен непосредственно к хребту, то скорость передачи информации будет максимальной.
7.2. Модель взаимодействия открытых систем
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационных ресурсов (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи основано на так называемой модели взаимодействия открытых систем OSI (Model of Open System Interconnection). Она разработана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).
Основным понятием модели является система – автономная совокупность вычислительных средств, осуществляющих обработку данных прикладных процессов пользователей. Прикладной процесс – важнейший компонент системы, обеспечивающий обработку информации. Роль прикладного процесса в системе выполняет человек-оператор, программа или группа программ. Основная задача сети состоит в обеспечении взаимодействия прикладных процессов, расположенных в различных системах. Система считается открытой, если она обеспечивает стандартные функции взаимодействия, принятые в сети.
Чтобы разобраться в данном вопросе, рассмотрим простой пример взаимодействия двух корреспондентов с помощью обычной почты. Если они регулярно обмениваются письмами, то они могут считать, что между ними существует соединение. Однако это не совсем так. Такое соединение можно назвать виртуальным. Оно было бы физическим, если бы каждый из корреспондентов сам носил другому письма и вручал в собственные руки. Реально он бросает письмо в почтовый ящик и ждет ответа.
Сбором писем из общественных почтовых ящиков и доставкой их в личные почтовые ящики занимаются местные почтовые службы. Это другой уровень в системе связи, лежащий ниже пользовательского. Для того, чтобы письмо достигло адресата в другом городе, должна существовать связь между местными почтовыми службами городов. Эта связь так же является виртуальной, поскольку никакой физической связью эти службы не обладают. Они только сортируют поступившую корреспонденцию и передаю её на уровень федеральной почтовой службы.
Федеральная почтовая служба опирается на почтово-багажную службу железнодорожного ведомства. И только эта служба опирается на физическое соединение – железнодорожный путь, связывающий два города.
Таким образом, в работе почты имеется несколько виртуальных соединений между аналогичными службами, находящимися в пунктах отправки и приёма. не вступая в прямой контакт, эти службы взаимодействуют между собой. На каком-то уровне письма укладываются в мешки, мешки пломбируют, к ним прикладывают сопроводительные документы, которые где-то в другом городе изучают и проверяют на аналогичном уровне.
Каждый новый уровень увеличивает количество функций системы. Местная почтовая служба работает не только с письмами, но и с бандеролями и посылками. Почтово-багажная служба занимается ещё и доставкой грузов. вагоны перевозят не только почту, но и людей. По рельсам ходят не только почтово-пассажирские поезда, но и грузовые составы. Чем выше уровень в системе связи, тем больше различных функциональных служб его использует.
Рассмотрим, как в модели OSI происходит обмен данными между пользователями (рис. 17). В модели ISO используется семь уровней соединений:
- прикладной;
- представительный;
- сеансовый;
- транспортный;
- сетевой;
- канальный;
- физический.
Рис. 17. Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем Для обеспечения совместимости на каждом из семи уровней действую специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Разные уровни систем не взаимодействуют друг с другом напрямую, а только через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются и снабжаются дополнительной информацией, которая анализируется протоколами соответствующего уровня на стороне получателя. Это создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой.
| Уровень | Функциональное назначение |
| 7. Прикладной | Обеспечение связи между прикладными процессами |
| 6. Уровень представления | Согласование формы представления информации |
| 5. Сеансовый | Обеспечение диалогового режима для прикладных процессов |
| 4. Транспортный | Обеспечение обмена информацией между вычислительными системами |
| 3. Сетевой | Маршрутизация данных в сети |
| 2. Канальный | Управление передачей данных по каналу связи |
| 1. Физический | Обеспечение передачи данных через передающую среду |
Самый верхний уровень – прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый низкий уровень – физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец обратного перемещения на верхний уровень и воспроизведения сообщения на экране компьютера. На прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение рисунок и т.п.). На уровне представления операционная система компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т.п.) и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем. На сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на выход в сеть и передают документ на транспортный уровень. На транспортном уровне документ преобразуется в форму, в которой положено его передавать в используемой сети. Например, он может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера. Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. На канальном уровне выполняется управление передачей данных по линии связи, контроль её состояния, контроль правильности передачи данных а также преобразование данных в физическую форму, используемую в данном канале, например, преобразование в импульсы тока в телефонной линии. В компьютере эту функцию выполняет сетевая карта или модем. На физическом уровне происходит реальная передача данных через передающую среду (телефонная линия, коаксиальный кабель, оптоволоконная линия и т.д.), выполняется установка, поддержание и разъединение каналов связи. 
Рис. 18. Передача сообщения в сети На рис. 18. показан пример конкретной многоуровневой архитектуры компьютерной сети. Между отправителем информации и получателем включен промежуточный узел. Пакет, поступающий по физической среде, связывающей исходный узел с промежуточным, направляется на сетевой уровень этого узла, на котором определяется следующая часть пути в составе маршрута через сеть.
Глобальная сеть Internet
На примере всемирной глобальной сети Internet рассмотрим структуру глобальной сети. Сеть Internet представляет собой совокупность взаимосвязанных коммуникационных центров, к которым подключаются региональные поставщики сетевых услуг и через которые осуществляется их взаимодействие, т.е. Internet имеет типичную для глобальных сетей структуру (рис. 1). До 1995 года сеть Internet контролировалась National Science Foundation (NSF), которая создала три мощных коммуникационных центра: в Нью-Йорке, Чикаго и Сан-Франциско. Затем были созданы центры на Восточном и Западном побережье и много других федеральных и коммерческих коммуникационных центров. Между этими центрами устанавливаются договорные отношения о передаче информации и поддержании высокоскоростной связи. Совокупность коммуникационных центров образует подсеть связи, поддерживаемую рядом мощных компаний. С точки зрения пользователя в Internet выделяются поставщики услуг, поддерживающие информацию на серверах, и потребители этих услуг — клиенты. Взаимодействие поставщиков с потребителями осуществляется через коммуникационную систему с множеством узлов (рис. 2). Рис.2. Логическая схема глобальной сети Internet Принципы работы глобальной сети Работа Internet возможна потому, что разработаны стандартные способы общения между компьютерами и прикладными программами. Это позволяет компьютерам разного типа связываться между собой без особых проблем. IAB ответственен за стандарты; он решает, когда стандарт необходим и каким ему следует быть. Когда требуется стандарт, совет рассматривает проблему, принимает стандарт и по сети оповещает о нем мир. IAB также следит за различными номерами (и другими вещами), которые должны оставаться уникальными. Например, каждый компьютер в Internet имеет свой уникальный 32-разрядный двоичный адрес. Как присваивается этот адрес? IAB заботится о такого рода проблемах. Он не присваивает адресов самолично, но разрабатывает правила, как эти адреса присваивать. Адрес присваивает конкретный провайдер, обеспечивающий подключение компьютера к сети. Рассмотрим в самых общих чертах принципы работы глобальной сети с коммутацией пакетов, использующей протокол TCP/IP. Этот протокол лежит в основе как сети Internet, так и многих других. Знание основ построения сети позволяет понять смысл многих действий, которые придется выполнять пользователю для получения доступа к многочисленным и разнообразным ресурсам сети.