1_SEMESTR_1 / Материалы к сессии (лектор Бобкова В.А.) / Материал к вопросам со звездочкой / Принципы построения сети Интернет
Интернет (англ. Internet, от Interconnected Networks — объединённые сети) — глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов. Служит физической основой для Всемирной паутины. Часто упоминается как Всемирная сеть, Глобальная сеть, либо просто Сеть.
Интернет состоит из многих тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря протоколу IP (англ. Internet Protocol) и принципу маршрутизации пакетов данных.
Что же такое протокол? Протокол — это правила передачи данных между узлами компьютерной сети. Для того, чтобы различные компьютеры сети могли взаимодействовать, они должны «разговаривать» на одном «языке», то есть использовать один и тот же протокол. Основными протоколами, используемыми в сети Интернет для передачи данных, являются TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol — «протокол управления передачей/межсетевой протокол»), HTTP (Hypertext Transfer Protocol — «протокол передачи гипертекста»), FTP (File Transfer Protocol — «протокол передачи файлов»).
Каждый компьютер, подключенный к Интернету, имеет уникальный адрес. Для записи адресов используются два равноценных формата — IP и DNS адреса.
IP-адрес состоит из четырех чисел со значениями от 0 до 255, разделенных точками (например, 195.27.38.172), и включает в себя две логические части — номер сети и номер узла в сети. Такая схема нумерации позволяет иметь в сети более четырех миллиардов компьютеров. Когда локальная сеть или отдельный компьютер впервые присоединяется к сети Интернет, специальная организация (провайдер) присваивает им IP-адрес, гарантируя его уникальность и правильность подключения.
Для удобства компьютерам в Интернете кроме цифровых адресов присваиваются собственные имена. При этом, как и в случае с IP-адресами, необходима уникальность этого имени. С этой целью была создана специальная система адресации — DNS (Domain Name System – «доменная система имен»). Доменные имена, в отличие от IP-адресов, необязательны, они приобретаются дополнительно. DNS-адрес вместо цифр содержит буквы, разделяемые точками на отдельные уровни. Первым в DNS-адресе стоит имя реального компьютера с IP-адресом. Далее последовательно идут адреса доменов, в которые входит компьютер, вплоть до домена страны (для них принята двухбуквенная кодировка). Рассмотрим DNS-имя dit.isuct.ru. Здесь ru – национальный домен первого уровня, обозначающий Россию; isuct – доменное имя второго уровня, обозначающее организацию ИГХТУ; dit – доменное имя третьего уровня. По такому принципу иерархии строятся все DNS-имена.
Основными службами сети Интернет являются Всемирная паутина (World Wide Web), электронная почта (electronic mail), поисковые системы, веб-форумы, различные рассылки, файлообменные серверы и телеконференции (Usenet). Найти веб-страницу или файл в Интернете можно с помощью универсального указателя ресурсов – URL.
URL — это стандартизированный способ записи адреса ресурса в сети Интернет. Он включает в себя протокол доступа к документу, доменное имя сервера или его IP-адрес, а также полный путь к файлу на веб-сервере. Например, адрес статьи «Интернет» портала Википедия имеет вид
где http:// — протокол доступа, ru.wikipedia.org – доменное имя сервера, /wiki/Интернет – путь к файлу.
Просмотр веб-страниц осуществляется с помощью специальных программ просмотра – браузеров. Браузер позволяет пользователю открывать и просматривать веб-страницы, а также перемещаться между документами в веб-пространстве. В настоящее время наиболее распространенными браузерами являются Mozilla Firefox, Opera и Internet Explorer.
4.3.4.2. Структура сети Internet
Сеть Internet не имеет столь четкой структуры как ТФОП. Это объясняется тем, что Internet содержит некое множество сетей, каждая из которых создавалась без заранее установленных правил. По этой причине при описании структуры сети Internet лучше оперировать иными «строительными модулями», чем коммутационное оборудование, привычное, в частности, для анализа ТФОП.
В некоторых сетях, входящих в Internet, используются специфические протоколы маршрутизации. Характерным примером таких решений можно считать сети спутниковой связи [110]. Подобная сеть обычно рассматривается как автономная система Internet, известная специалистам по аббревиатуре AS [111]. Связь между каждой парой AS может быть организована напрямую или через точки обмена трафиком IXP. На рисунке 4.33 показан фрагмент сети Internet с пятью автономными системами. Для взаимодействия автономных систем разработан межсетевой протокол BGP.
Связь между автономными системами Internet
Подобный способ описания сети Internet представляет интерес для математического анализа структурных характеристик на неориентированных графах. Возможные маршруты обмена IP пакетами между двумя локальными сетями или компьютерами (две вершины графа) могут быть определены как совокупность маршрутизаторов, которые связаны между собой определенным образом. Кстати, среднее число маршрутизаторов в тракте передачи IP пакетов с 1998 по 2001 год увеличилось с 18 до 20 [112]. Понятно, что такая тенденция стимулирует пересмотр принципов построения сети Internet.
На рисунке 4.34 приведен пример фрагмента сети Internet, в котором между двумя локальными сетями показаны возможные пути обмена IP пакетами. Такое представление об Internet позволяет расширить область анализа характеристик сети. В частности, подобная модель удобна для исследования вероятностно-временных характеристик процессов обмена IP пакетами.
Модель связи двух локальных сетей
Те представления, которые свойственны рассматриваемой модели сети Internet, не учитывают иерархические принципы связи ее узлов. Для анализа иерархической модели Internet целесообразно выбрать подходящие элементарные блоки, формирующие сеть. В качестве таких элементов целесообразно выбрать сети Операторов, которые выполняют функции Провайдеров услуг Internet. Они более известны по аббревиатуре ISP (Internet Service Provider). На рисунке 4.35, приведенном в [106], показана модель сети, которая учитывает иерархическую структуру Internet.
Иерархическая модель сети Internet
На нижнем уровне иерархии расположены местные ISP. Для данной модели показаны пять таких узлов, в которые включены ПК пользователей (клиентов). Два ПК окрашены; для них чуть позже мы будем рассматривать маршрут прохождения пакетов. На следующем уровне находятся региональные ISP. Они обеспечивают подключение местных ISP. Кроме того, предусмотрен выход на национальный уровень. Он, в свою очередь, обеспечивает доступ на транзитный (международный) уровень.
Эти уровни иногда называют ярусами. Это чаще встречаемый перевод с английского языка термина «tier», который используется для описания иерархической структуры сети Internet. Каждый ISP нижнего уровня рассматривается как клиент для ISP более высокого уровня, который выполняет функции Поставщика. Этот факт отмечен в левой верхней части рисунка 4.35.
Для ПК2 и ПК4 может быть создано несколько маршрутов обмена информацией. Стрелками показан самый «длинный» маршрут, выбор которого обусловлен отказом одного из направлений связи, отмеченного крестиком. Очевидно, что подобные маршруты должны использоваться в редких случаях. Для экономичного построения сети в условиях растущего трафика Internet необходимо организовывать маршруты, проходящие через меньшее число иерархических уровней. С этой точки зрения принципы развития ТФОП и Internet совпадают.
Однако распределение трафика по уровням иерархии в ТФОП и Internet меняется вследствие различных причин. Для российской ТФОП за последние пять лет соотношение между междугородным и международным трафиком изменилось примерно в два раза. Суммарный трафик стабильно растет, но темпы увеличения международной нагрузки более существенны. Характер этого процесса, по всей видимости, обусловлен спецификой развития российской экономики. Для Internet соотношение между междугородным и международным трафиком также за пять лет изменилось в пять раз [113]. В настоящее время около 60% генерируемого трафика замыкается внутри Рунет. Эта тенденция, скорее всего, объясняется размещением на отечественных сайтах информационных ресурсов, которые необходимы российским пользователям.