Билет№10 Структура и основные принципы построения сети Интернет
Internet – всемирная информационная компьютерная сеть, представляющая собой объединение множества региональных компьютерных сетей и компьютеров, обменивающих друг с другом информацией по каналам общественных телекоммуникаций (выделенным телефонным аналоговым и цифровым линиям, оптическим каналам связи и радиоканалам, в том числе спутниковым линиям связи).
Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и выполнять другие задачи. Обмен информацией между серверами сети выполняется по высокоскоростным каналам связи (выделенным телефонным линиям, оптоволоконным и спутниковым каналам связи). Доступ отдельных пользователей к информационным ресурсам Internet обычно осуществляется через провайдера или корпоративную сеть. Провайдер — поставщик сетевых услуг – лицо или организация предоставляющие услуги по подключению к компьютерным сетям. В качестве провайдера выступает некоторая организация, имеющая модемный пул для соединения с клиентами и выхода во всемирную сеть. Основными ячейками глобальной сети являются локальные вычислительные сети. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к глобальной, то и каждая рабочая станция этой сети может быть подключена к ней. Существуют также компьютеры, которые непосредственно подключены к глобальной сети. Они называются хост — компьютерами (host — хозяин). Хост – это любой компьютер, являющийся постоянной частью Internet, т.е. соединенный по Internet – протоколу с другим хостом, который в свою очередь, соединен с другим, и так далее.
Для подсоединения линий связи к компьютерам используются специальные электронные устройства, которые называются сетевыми платами, сетевыми адаптерами, модемами и т.д. Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть сети Интернет. Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet — провайдеров (Internet Service Provider — ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны. Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet. Передача информации в Интернет обеспечивается благодаря тому, что каждый компьютер в сети имеет уникальный адрес (IP-адрес), а сетевые протоколы обеспечивают взаимодействие разнотипных компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем. В основном в Интернет используется семейство сетевых протоколов (стек) TCP/IP. На канальном и физическом уровне стек TCP/IP поддерживает технологию Ethernet, FDDI и другие технологии. Основой семейство протоколов TCP/IP является сетевой уровень, представленный протоколом IP, а также различными протоколами маршрутизации. Этот уровень обеспечивает перемещение пакетов в сети и управляет их машрутизацией. Размер пакета, параметры передачи, контроль целостности осуществляется на транспортном уровне TCP. Прикладной уровень объединяет все службы, которые система предоставляет пользователю. К основным прикладным протоколам относятся: протокол удаленного досткпа telnet, протокол передачи файлов FTP, протокол передачи гипертекста HTTP, протоколы электронной почты: SMTP, POP, IMAP, MIME.
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.
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.