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.
6.8. Назначение, возможности и структура сети Интернет.
Интернет – это глобальная сеть сетей, взаимосвязанных протоколом TCP/IP и другими информационными протоколами.Интернет создан и функционирует в результате сотрудничества многих частных, общественных, правительственных и промышленных компьютерных сетей. Задача согласованного взаимодействия различных ресурсов сети решается с помощью системы протоколов. Протокол — система формализованных правил, определяющих последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты разных узлов сети.
Основные протоколы Интернет:
TCP – Transmission Control protocol – это коммуникационный протокол транспортного уровня; IP – протокол, относящийся к сетевому.
Протокол TCP – протокол управления передачей, осуществляет контроль целостностью данных в процессе передачи.
IP-протокол контролирует перемещение данных по Интернет. Протокол ТСР разбивает передаваемую информацию на порции и затем формирует их. С помощью протокола IP все части передаются получателю. Далее с помощью протокола ТСР проверяется, все ли части получены. При получении всех порций протокол ТСР располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. Различают 2 категории сетей, которые могут подключаться к Интернет и взаимодействовать с другими частями сети:
- Вход в Интернет на основе единых технологии и правил:
- Сети, где вход в Интернет или подключение к какому-либо шлюзу Интернет осуществляется таким образом, что между этими сетями можно вести обмен.
- Универсальное адресное пространство сети Интернет.
- Набор коммуникационных протоколов TCP/IP.
- Шлюзы и технологии межсетевой маршрутизации сообщений.
6.9. Система адресации и основные протоколы сети Интернет.
Маршрутизация – это доставка пакетов сети, осуществляемая с помощью коммуникационных узлов, которые могут быть выполнены аппаратно или являются программами на компьютерах. Основной функцией коммуникационных узлов является выбор оптимального маршрута для доставки пакета получателю..Каждый пакет в сети должен иметь адрес получателя и адрес отправителя.В коммуникационном узле проверяется адрес получателя пакета и на его основании определяется оптимальный путь посылки пакета к месту назначения.Маршрут включает все коммуникационные узлы на пути к пункту назначения. Используя эти таблицы, маршрутизатор вычисляет кратчайший путь к месту назначения, а в случае сбоя ищет другой путь. Протокол — это набор единых формализованных правил, по которым должны общаться между собой компьютеры, даже если они относятся к разным типам и используют разные операционные системы. Базовым протоколом для сети Интернет является протокол TCP/IP. Основные протоколы Интернет: TCP – Transmission Control protocol – это коммуникационный протокол транспортного уровня; протокол управления передачей, осуществляет контроль целостностью данных в процессе передачи. IP – протокол, относящийся к сетевому, контролирует перемещение данных по Интернет. Протокол ТСР разбивает передаваемую информацию на порции и последовательно нумерует их. С помощью протокола IP все части передаются получателю. Он гарантирует, что коммуникационный узел определит наилучший путь доставки пакета. Далее с помощью протокола ТСР проверяется, все ли части получены. При получении всех порций протокол ТСР располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. Протоколы TCP/IP являются протоколами нижнего уровня модели открытых систем (OSI). Кроме них существует целый ряд протоколов более высокого уровня, которые отвечают за передачу и обработку данных определённого назначения. Протокол НТТР – это протокол передачи гипертекста при пересылке страниц с одного компьютера на другой. FTP – протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. POP (post office protocol) – это стандартный протокол почтового соединения. SMTP – набор правил для передачи почты. TELNET – протокол удалённого доступа. Web-узел – это собрание страниц, доступных на сервере. www – веб-сервер или «мировая паутина». Адресами служат имена доменов. В настоящее время существует сеть доменов первого уровня: Com – коммерция.Int – международные организации.Edu – образование.Gov – правительство США.Mil – минобороны США.Net – сетевые организации.Org – некоммерческие организации Кроме того, более 200 двухбуквенных доменов первого уровня соответствует различным странам. Домен второго уровня – это уникальное имя, под которым регистрируется узел Интернета. Основным средством представления документов в www является язык HTML (язык гипертекстовой разметки). URL – универсальный указатель ресурса. Он включает не только имя документа, но и полное его описание. Существует также ряд протоколов, делающих возможными коммуникации через Интернет. Интернет-адрес назыв IP-адресом, который состоит из 4-х чисел, разделенных точками 200.198.0.1. Слева–направо: номер сети, номер подсети, номер локальной сети, номер конкретного компьютера. Каждый адрес уникальный, но физические номера сложны для запоминания. Поэтому на практике все числовые номера заменяются на символические доменные адреса www.vzfei.ru, где www – веб-сервис, далее – имя сети и страна. Каждое доменное имя отделяется точкой. Перевод физических адресов в доменные и обратно занимает DNS-сервер домена. .
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.