Глава 1. Интернет, как технология
1.1 Структура Интернет
Интернет представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само ее название означает "между сетей". Это сеть, соединяющая отдельные сети. Логическая структура Интернет представляет собой некое виртуальное объединение имеющее свое собственное информационное пространство. Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сеть подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. [2] Соединение сетей обладает громадными возможностями. С собственного компьютера любой абонент Интернет может передавать сообщения в другой город просматривать каталог библиотеки Конгресса в Вашингтоне, знакомиться с картинами на последней выставке в музее Метрополитен, в Нью-Йорке, участвовать в конференции IEEE и даже в играх с абонентами сети из разных стран. Интернет предоставляет в распоряжение своих пользователей множество всевозможных ресурсов. [1]
Компьютер пользователя с помощью линии связи подключается к компьютеру провайдера, который, в свою очередь подключен к другому компьютеру сети и т.д. Информация в сети хранится как на компьютерах провайдера, так и на специальных компьютерах, которые называются информационными серверами. Компьютеры, к которым подключаются многие другие компьютеры, называют серверами. Провайдером называется организация, через которую рядовые компьютеры подключаются к глобальной сети.
Принципы соединения множества компьютеров в сеть: [3]
1. Компьютеры должны быть соединены с помощью линий связи.
2. Для подключения линий связи к компьютерам используются специальные электронные устройства.
3. На каждом компьютере устанавливаются программы для совместной работы в сети.
В настоящее время для рядовых пользователей самым популярным способом подключения к глобальной компьютерной сети является подключение с помощью телефонной линии.
Основные ячейки Интернет - локальные вычислительные сети. Это значит, что Интернет не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соединения для более крупных единиц – групп компьютеров. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к Интернет, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Интернет. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Интернет. Они называются хост - компьютерами (host – хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.[8]
Важной особенностью Интернет является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии – все компьютеры, подключенные к сети равноправны.
1.2 Система адресации в Интернет
Каждый компьютер в сети Интернет имеет свой адрес, который состоит из 2 частей – сетевой и собственный адрес компьютера в сети. Для каждого компьютера устанавливаются два адреса: цифровой IP-адрес (IP – Internetwork Protocol - межсетевой протокол) и доменный адрес. [10]
Оба эти адреса могут применяться равноценно. Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а доменный адрес – для восприятия пользователем.
Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичном виде. Адрес содержит полную информацию необходимую для идентификации компьютера.
Два блока определяют адрес сети, а два другие – адрес компьютера внутри этой сети. Существует определенное правило для установления границы между этими адресами. Поэтому IP – адрес включает в себя три компонента: адрес сети, адрес подсети и адрес компьютера в подсети. [4]
Пример 1. В двоичном коде цифровой адрес записывается так: 10000000000101000010010001000. В десятичном коде он имеет вид: 19245.9.200:
Адрес сети – 192.45;
Адрес подсети – 9;
Адрес компьютера в подсети – 200.
Доменный адрес определяет область представляющую ряд хост – компьютеров. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке. Вначале идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится.
В системе адресов Интернет приняты домены, представленные географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв.
Пример 2.
Географические домены некоторых стран:
– Франция – Fr;
– Канада – Ca;
– Россия – RU.
Существуют и домены, разделенные по тематическим признакам. Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название.
Пример 3.
Учебные заведения – EDU;
Правительственные учреждения – GOV;
Коммерческие организации – COM.
Компьютерное имя включает как минимум два уровня доменов. Уровни отделяется друг от друга точкой. Слева от домена верхнего уровня располагаются другие имена. Все имена находящиеся слева – поддомены для общего домена.
Для того чтобы представлять адреса в удобном для пользователя виде, используют символьную адресацию (в отличие от двоичных чисел, с которыми работают машины). Это так называемые доменные имена. Доменные имена строятся по иерархическому признаку, каждый следующий по иерархии уровень отделяется точкой. [16]
• Нулевой уровень, или корневой домен, обозначаемый точкой (.), находится на конце доменного имени, часто в записи имени эта точка опускается.
• Следующим идет первый уровень, он объединяет названия «международных доменов», относящихся к большим территориям, например .ru – Россия, .su – США и др. Кроме того, к первому уровню доменов относятся названия, связанные с характером организации, для которой регистрируется имя домена, например: .com – коммерческие, .org – некоммерческие, .edu – образовательные организации.
• Второй уровень доменного имени выделяется непосредственно организации, запрашивающей доменный адрес внутри домена первого уровня.
• Третий и последующий уровни иерархии относятся к имени группы хостов, имени хоста внутри группы и т.д.
Каждое доменное имя должно быть уникальным в рамках одного домена (наддомена). Полное имя домена состоит из имён всех доменов, в которые он входит, разделённых точками. Например, полное имя nets.foratec – com.ru.(с точкой в конце, она может быть опущена) обозначает домен nets третьего уровня, который входит в домен второго уровня foratec – com, который входит в домен ru, который входит в корневой домен. [15]
Таким образом, домен это область (ветвь) иерархического пространства доменных имён сети Интернет, которая обозначается уникальным доменным именем.
Доменная зона – это совокупность доменных имён определённого уровня, входящих в конкретный домен. Например, зона foratec-com.ru. означает все доменные имена третьего уровня в этом домене. [5]
Для преобразования доменного имени в IP – адрес и наоборот служит система DNS. Эта система состоит из иерархической структуры DNS – серверов, каждый из которых является держателем одной или нескольких доменных зон и отвечает на запросы, касающиеся конкретно этой зоны, а также DNS-резолверов, которые отвечают на запросы, касающиеся любых зон. Функции держателя зоны и резолвера часто совмещаются в одной программе.
Для обеспечения уникальности и защиты прав владельцев доменные имена можно использовать только после их регистрации, которая производится регистраторами доменных имён. Регистратор доменных имён – организация, имеющая полномочия создавать (регистрировать) новые доменные имена и продлевать срок действия уже существующих доменных имён в домене, для которого установлена обязательная регистрация.
Обязательной регистрации подлежат: [11]
• домен нулевого уровня (корневой домен)
• все домены первого (или верхнего) уровня
• некоторые домены второго уровня (например, com.ru или co.uk).
Во всех прочих доменах для создания поддоменов специальных полномочий не требуется.
Пример доменного имени, глобального IP-адреса и локального адреса хоста:
nets.foratec-com.ru Доменное имя
82.195.28.129 Глобальный IP-адрес
25-A7-10-B8-01-5F Локальный, или аппаратный (MAC-адрес) адрес интерфейса
IP-адреса делятся на классы A, B, C, D, E, отличающиеся тем, сколько разрядов отведено под номер устройства в сети и номер сети. (Для А класса – 1 байт из четырех отведен под номер сети и 3 байта под номер узла, для B класса – по 2 байта под номер узла и номер сети, для C класса – 1 байт под номер узла и 3 байта под номер сети.)
Соответственно, адресов класса А очень мало, как и сетей класса А, так как под номер сети отведен всего один байт (на самом деле отведено даже меньше одного байта, так как первый бит у этого класса 0). Получить при регистрации адрес класса А практически невозможно, в отличие от адресов класса В, которых гораздо больше (кол-во сетей выражается двумя байтами), однако и адреса класса В уже довольно редки. Больше всего адресов класса С, их в основном выдают при регистрации. Классы A, B и С служат для задания «индивидуальных адресов», присваиваемых отдельным устройствам (сетевым интерфейсам). Существует еще несколько вспомогательных технических классов адресов, которые используются сетевыми устройствами при взаимодействии в сети. Класс D служит для задания групповых адресов, если сеть распознает адрес группы D, то пакет информации должен быть доставлен всем устройствам, входящим в группу. IP-адрес класса D выделяется при необходимости вместе с индивидуальными IP-адресами классов A и B. Класс E зарезервирован для будущих применений. [12]
Если в поле номера сети стоят нули, то такой адрес говорит о том, что узел назначения принадлежит той же сети, что и адрес отправителя. Если все разряды IP-адреса равны 1, то пакет информации отправляется всем узлам сети отправителя, такой адрес называется ограниченным широковещательным. Наконец, если в поле номера узла стоят единицы, то пакет, имеющий такой IP-адрес, отправляется всем узлам сети, номер которой указан в соответствующих полях. Эти адреса называются широковещательными.
1.3 Протоколы Интернет
Формы и правила, определяющие формат и последовательность сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами. Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. [14]
Понятие "протокол" чаще применяют при описании правил взаимодействия компонент одного уровня, расположенных на разных узлах сети. Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.
При этом соотношение между протоколом называют формально определенной процедурой взаимодействия.
Протоколом - средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.
Существует два основных типов протоколов:
- Первая группа протоколов с установлением соединения (connection-oriented network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново. Например телефон.
- Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - это пример связи без установления соединения.
И так протокол — набор правил, благодаря которым возможна передача данных между компьютерами. Эти правила работают в рамках модели ISO/OSI и не могут отступать от нее ни на шаг, поскольку это может повлечь за собой не¬ совместимость оборудования и программного обеспечения. [5]
Каждый уровень модели ISO/OSI обладает своими особенностями, и реализовать все особенности в рамках одного протокола невозможно. Мало того, это даже не¬выгодно, поскольку значительную часть логики можно разрабатывать на уровне аппаратного обеспечения, что приводит к ускорению работы с данными. Исходя из этих соображений, было разработано множество узконаправленных протоко¬лов, каждый из которых с максимальной отдачей и быстродействием выполняет свою задачу.
Типы протоколов: [7]
- Низкоуровневые протоколы появились достаточно давно и с тех пор не пре¬терпели никаких кардинальных изменений. За длительное время использо-вания таких протоколов в них были найдены и устранены все возможные «дыры» и ошибки.
- Высокоуровневых протоколов, то они постоянно разрабатываются и совершенствуются. В этом нет ничего плохого, даже наоборот: всегда существу-ет возможность придумать новый, более эффективный, способ передачи данных.
Технические характеристики: [7]
1. Основные характеристики
До 30 одновременных постоянных виртуальных соединений (PVC), обеспечивающих множество одновременных направлений
Качество обслуживания асинхронный режим передачи (АТМ) для каждого PVC : фиксированная (CBR), переменная (VBR-nrt) и неопределенная скорость передачи (UBR), с формированием верхнего трафика для каждого соединения (VP / VC)
Текущий контроль с помощью обратной петли блока передачи информации ITU-T 1.610 F4 /F5, аварийные сообщения (AIS / RDI) и проверки непрерывности
Многопротоколовая инкапсуляция RFC1483 / 2684 для AAL5 / ATM : поддерживается уплотнение как на основе стандартного протокола сетевого доступа (LLC / SNAP), так и виртуального соединения (VC)
Независимость от платформы
2.Характеристики мостов [7]
Многопортовый (до 10 PVC) самообучающийся прозрачный мост согласно IEEE 802.1D для внутренних соединений локальной сети
Порты дистанционных мостов изолированы друг от друга
Мгновенное срабатывание мостов (свыше 160.000 Гц)
3. Характеристики передачи данных по коммутируемой сети (реле двухточечной связи РРР)
Двухточечный протокол асинхронного режима передачи (АТМ) посредством передачи из РРРоА в протокол туннелирования двухточечного соединения (РРТР)
Множество туннелей РРТР для каждого конечного пользователя, обеспечивающие одновременные соединения в виртуальной частной сети (VPN) между множеством сетевых устройств и направлений
4. Инкапсуляция [13]
Сетевые протоколы для АТМ (IpoA) :
Поддержка для непронумерованных сетевых протоколов и для множественных адресов сетевых протоколов
"Истинная" классическая инкапсуляция сетевых протоколов для АТМ RFC1577 / 2225: поддерживает протоколы ATMARP и InATMARP, основанные на RFC1293.
Сетевые протоколы для Ethernet (IpoE) :
Инкапсуляция маршрутизации RFC1483 / 2684 MAC (RFC1483 / 2684 соединены)
Поддержка для непронумерованных сетевых протоколов и для множественных адресов сетевых протоколов
Встроенные клиенты двухточечной связи (РРР):
PPP RFC2364 для инкапсуляции ATM
PPP RFC2516 для инкапсуляции Ethernet
Завершение сеансов с множественными РРР согласно RFC1661
Графический интерфейс пользователя для передачи данных по коммутируемой сети, позволяющий устанавливать сеанс РРР с провайдером услуг.
Аутентификация принципа сеанса, протокол аутентификации пароля PAP (RFC1334), протокол аутентификации вызов-приветствие CHAP (RFC1994 / 2484) и протокол MS-CHAP (RFC2443).
