Принципы построения сети Интернет

Для начала рассмотрим общую схему построения сети Интернет (рис 2.1).

Основным и наиболее распространенным устройством доступа в Интернет для конечного пользователя является компьютер. Для расширения возможностей он может быть оснащен микрофоном, видеокамерой, звуковыми колонками и другими устройствами, превращающими его в мультимедийный центр. Компьютер может находиться дома, в офисе фирмы или в любом другом месте, обладающем современными средствами коммуникации.

Доступ в Интернет, который предоставляется организациями, называемыми поставщиками услуг Интернета (Internet Service Provider, ISP), пользователь может получить, например, из дома через модем или из офиса через локальную сеть организации. Для подключения к поставщику услуг Интернета могут использоваться обычные телефонные линии, кабельные сети телевидения, радио каналы связи или спутниковую связь.

Рис. 2.1. Общая логическая схема построения Интернета

Поставщик обычно имеет одно или несколько подключений к магистральным каналам (backbones) или крупным сетям, которые образуют главную кровеносную систему Интернета.

Границы Интернета довольно расплывчаты. Любой компьютер, подключенный к нему, уже можно считать его частью, и уж тем более это относится к локальной сети предприятия, имеющего выход в Интернет.

Web-серверы, на которых располагаются информационные ресурсы, могут находиться в любой части Интернета: у поставщика услуг, в локальной сети предприятия и т. д., необходимо лишь соблюдение главного условия — они должны быть подключены к Интернету, чтобы пользователи Сети могли получить доступ к их службам. В качестве служб могут выступать электронная почта, FTP, WWW и другие, о которых будет рассказано чуть позже.

Информационной составляющей служб являются самые разнообразные источники. Это могут быть данные, поступающие от информационных агентств и с финансовых рынков, фотографии, документация, звуковые фрагменты, информация, присланная пользователями и т. д. Службы в совокупности с их информационной составляющей являются той главной целью, к которой стремятся пользователи, и которой они достигают посредством подключения к Интернету.

Семейство протоколов TCP/IP

Поскольку семейство протоколов TCP/IP является основой построения Интернета, рассмотрим эти протоколы более подробно.

В пределах каждой физической компьютерной сети подсоединенные к ней компьютеры используют ту или иную сетевую технологию: Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN, соединение типа «точка-точка», а в последнее время к этому списку добавились сеть АТМ и беспроводные технологии. Между механизмами коммуникаций, зависящими от данных физических сетей, и прикладными системами встраивается программное обеспечение, которое делает возможным соединение различных физических сетей друг с другом. При этом детали подобного соединения «скрыты» от пользователей, которым предоставляется возможность работать как бы в одной большой физической сети.

Для соединения двух и более сетей используются маршрутизаторы (routers) — компьютеры, которые физически соединяют сети друг с другом и с помощью специального программного обеспечения передают пакеты из одной сети в другую.

Технология Интернета не навязывает какой-то определенной топологии межсетевых соединений. Добавление новой сети к Интернету не влечет за собой ее подсоединения к некоторой центральной точке коммутации или установке непосредственных физических соединений со всеми уже входящими в Интернет сетями. Маршрутизатор «знает» топологию Интернета за пределами тех физических сетей, которые он соединяет, и, основываясь на адресе в сети назначения, передает пакет по тому или иному маршруту.

В Интернете используются универсальные идентификаторы (адреса) подсоединенных к Сети компьютеров, поэтому любые две машины имеют возможность взаимодействовать друг с другом. В нем также реализован принцип независимости пользовательского интерфейса от физической сети, то есть существует множество способов установления соединений и передачи данных, одинаковых для всех физических сетевых технологий.

С точки зрения конечных пользователей, Интернет представляет собой единую виртуальную сеть, к которой подсоединены все компьютеры — независимо от их реальных физических соединений.

Фундаментальным принципом Интернета является равнозначность всех объединенных с его помощью физических сетей: любая система коммуникаций рассматривается как компонент Интернета, независимо от ее физических параметров, размеров передаваемых пакетов данных и географического масштаба.

Семейство протоколов ТСР/IP позволяет построить универсальную сеть, осуществляющую указанные выше принципы. Оно включает в себя протоколы 4-х уровней коммуникаций (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Уровни стека протоколов TCP/IP

Уровень сетевого интерфейса отвечает за установление сетевого соединения в конкретной физической сети. На этом уровне работают драйвер устройства в операционной системе и соответствующая сетевая плата компьютера.

Сетевой уровень — основа ТСР/IP. Именно на этом уровне реализуется принцип межсетевого соединения, в частности маршрутизация пакетов через Интернет. На сетевом уровне протокол реализует ненадежную службу доставки пакетов по сети от системы к системе без установления соединения (connectionless packet delivery service). Это означает, что будет выполнено все необходимое для доставки пакетов, однако эта доставка не гарантируется. Пакеты могут быть потеряны, переданы в неправильном порядке, продублированы и т. д. Служба, работающая без установления соединения, обрабатывает пакеты независимо друг от друга. Но главное, что именно на этом уровне принимается решение о маршрутизации пакета по межсетевым соединениям.

Надежную передачу данных реализует следующий, транспортный уровень, на котором два основных протокола, TCP и UDP, осуществляют связь между машиной — отправителем пакетов и машиной — адресатом пакетов.

Наконец, прикладной уровень — это приложения типа клиент-сервер, базирующиеся на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и для них обычно не важны способы передачи данных по сети. Среди основных приложений ТСР/IP, имеющихся практически в каждой его реализации, — протокол эмуляции терминала Telnet, протокол передачи файлов FTP, протокол электронной почты SMTP, протокол управления сетью SNMP, используемый в системе World Wide Web протокол передачи гипертекста НТТР и др.

На рис. 2.3 показано, как осуществляется взаимодействие двух компьютеров из разных сетей с использованием стека протоколов TCP/IP. Программное обеспечение IP-протокола с помощью маршрутизатора передает пакеты из одной сети Ethernet в другую. Протоколы верхних уровней, прикладного и транспортного, осуществляют соединения между компьютерами, клиентом и сервером приложения, в то время как IP обеспечивает связь между конечной и промежуточной системами.

Рис. 2.3. Взаимодействие двух компьютеров с использованием стека протоколов TCP/IP

Поскольку в Интернете детали физических соединений скрыты от приложений, прикладной уровень совершенно «не заботится» о том, что клиент и сервер приложения работают в разных сетях, и что в качестве канального протокола в обеих сетях используется протокол Ethernet. Между конечными системами может быть несколько десятков маршрутизаторов и множество промежуточных физических сетей различных типов. Приложение в любом случае будет воспринимать этот конгломерат как единую физическую сеть. Это обуславливает основную силу и привлекательность технологии Интернета.

Коммуникационная система считается универсальной, если при помощи нее два любых компьютера могут взаимодействовать друг с другом. Для того чтобы добиться такой универсальности, необходимо установить глобальный метод идентификации компьютеров в распределенной системе для доступа к ним. В TCP/IP выбрана схема идентификации, аналогичная адресации в физических сетях. Каждому сетевому интерфейсу присваивается уникальный 32-битный адрес (IP-адрес). IP-адрес компьютера имеет определенную структуру. Она задает идентификатор сети, к которой подсоединен компьютер, и уникальный идентификатор самого компьютера. На рис. 2.4 показаны различные классы IP-адресов.

Рис. 2.4. Классы IP-адресов

Для 32-битных IP-адресов принята десятичная нотация, в которой каждый из четырех байтов адреса записывается десятичным числом. Адреса класса С, например, охватывают диапазон от 192.0.0.0 до 223.255.255.255. Структура адресов различных классов делает достаточно очевидным их применение. Адреса класса С, в которых 21 бит отводится для идентификатора сети и только 8 бит для идентификатора оконечного узла сети (хоста), присваиваются компьютерам локальных сетей небольших организаций, которые объединяют до 255 машин. Более крупные организации могут получить адреса класса В, которые способны обслужить до 256 сетей, в состав которых входит до 64 тысяч рабочих станций. И наконец, адреса класса А присваиваются компьютерам, подключенным к ограниченному числу глобальных сетей очень большого масштаба, например, в Arpanet.

Компьютеры, подсоединенные к нескольким физическим сетям (multihomed), имеют несколько IP-адресов — по одному для каждого сетевого интерфейса. Соответственно, эти IP-адреса различаются своими сетевыми идентификаторами. Таким образом, адрес характеризует не отдельную машину, а ее сетевое соединение.

Помимо адресов, предназначенных для одного хоста (unicast), существуют также широковещательные (broadcast) и групповые (multicast) адреса.

Уникальный IP-адрес присваивается каждому сетевому интерфейсу. Назначение идентификаторов хостов обычно находится в ведении системного администратора или поставщика услуг Интернета, а выделение адресов сетям, объединенным в мировую Сеть, в юрисдикции специальной организации — InterNIC (Internet Network Information Center Internet).

В связи с бурным ростом Интернета 32-битная схема адресации нынешней версии IP — IPv4, уже не удовлетворяет потребности мировой Сети. Новая версия, IPv6, проект которой был обнародован в 1991 г., призвана решить эти проблемы. IPv6 обеспечит 128-битный формат IP-адреса и будет поддерживать автоматическое назначение адресов.

TCP/IP предоставляет пользователям возможность работать не только с адресами компьютеров, но и с их именами. Это обеспечивается при помощи распределенной базы данных — доменной системы имен (Domain Name System, DNS), которая обеспечивает отображение IP-адресов в имена хостов. Эта база данных является распределенной, поскольку ни один объект в Интернете не обладает всей информацией об именах компьютеров. Каждый объект поддерживает свою базу данных и имеет серверную программу, к которой могут обращаться другие системы (клиенты) в сети.

Открытость, масштабируемость, универсальность и простота использования — неоспоримые преимущества TCP/IP, но у этого семейства протоколов есть и очевидные недостатки. Столь привлекательная простота доступа оборачивается для Интернета серьезнейшей проблемой защиты информации, которая приобретает особую остроту сейчас, когда мировая Сеть все активнее используется для электронной коммерции. Неупорядоченность передачи пакетов и невозможность отследить маршрут их продвижения также являются важными проблемами, поскольку препятствуют реализации таких необходимых в современных коммуникациях возможностей, как передача мультимедийных данных в реальном времени. Наконец, как уже упоминалось, предоставляемый нынешней версией протокола IP объем адресного пространства, особенно в связи с его неэффективным использованием, уже с большим трудом позволяет удовлетворять потребности гигантской и все более разрастающейся Сети.

Многие указанные проблемы должны быть сняты реализацией уже упоминавшегося протокола IPv6. Помимо четырехкратного увеличения размера адреса, что обеспечит адресное пространство объемом около 4 квадриллионов адресов в сравнении с современными 4 млрд, новый стандарт обеспечивает осуществление встроенных функций защиты от несанкционированного доступа, поддержку передачи данных мультимедиа в реальном времени и возможности автоматического реконфигурирования адресов.

Контролем использования TCP/IP, определением основных направлений развития, разработкой и утверждением стандартов сегодня занимается несколько организаций. Основной из них является ISOC (Internet Society) — профессиональное сообщество, которое занимается общими вопросами эволюции и роста Интернета как глобальной инфраструктуры исследовательских коммуникаций.

Под управлением ISOC действует IAB (Internet Architecture Board) — организация, в ведении которой находится технический контроль и координация Интернета. IAB координирует направления исследований и новых разработок для TCP/IP и является конечной инстанцией при определении новых стандартов для Интернета.

В IAB входят две основные группы: IETF (Internet Engineering Task Force) и IRTF (Internet Research Task Force). IETF — инженерная группа, которая занимается решением ближайших технических проблем Интернета. Она делится на девять подгрупп в соответствии с основными областями (приложения, маршрутизация и адресация, защита информации и т. д.) и определяет спецификации, которые затем становятся стандартами Интернета. В частности, протоколы IPv6 и DHCP являются плодом усилий IETF. В свою очередь, IRTF координирует долгосрочные исследовательские проекты по протоколам TCP/IP и технологии Интернета в целом.

Разнообразная документация, связанная с Интернетом, предложения по стандартам и сами официальные стандарты протоколов TCP/IP публикуются в серии технических сообщений Internet Request for Comments, или RFC. RFC могут быть короткими или длинными, излагать глобальные концепции или описывать детали того или иного проекта, формулировать официальный стандарт или давать предложения по новым протоколам.

Система доменных имен

Как упоминалось ранее, для того чтобы обращение ко всем ресурсам Интернета было наиболее простым и прозрачным с точки зрения пользователей, в Сети действует система доменных имен (DomainNameSystem,DNS). Она предназначена для того, чтобы любой ресурс помимо уникального IP-адреса имел легко запоминающееся доменное имя. Служба доменных имен призвана соотносить IP-адреса с доменным именем машины, и наоборот.

Доменное имя любого ресурса состоит из следующих основных частей: названия зоны, собственного названия домена и названия имени машины. Например: www.rbc.ru. Это доменное имя говорит, что ресурс расположен в географическом домене ru, имеет собственное название rbc и функциональное имя www, то есть выполняет функции WWW-сервера.

Имена зон условно можно разделить на «организационные» и «географические». В старшей зоне (доменах первого уровня) зарегистрированы следующие организационные зоны: · com —commercial(коммерческие); ·  edu — educational (образовательные); ·  gov — goverment (правительственные); · mil —military(военные); ·  net — network (организации, обеспечивающие работу сети); ·  org — organization (некоммерческие организации).

Последнее время активно обсуждается введение новых доменов первого уровня. Уже введены в строй и существует возможность регистрации доменов в двух новых зонах: biz и info. Зонаinfoоткрыта для всех желающих, а biz предназначена для регистрации коммерческих организаций. Также предлагается введение таких общих доменов, какnameиpro, специализированных —museum,coop,aeroи ряда других.

Каждая страна (государство) имеет свой географический домен из двух букв. Вот домены некоторых из стран: · ca —Canada(Канада); · de —Germany(Германия); · fi —Finland(Финляндия); · fr —France(Франция); · jp —Japan(Япония); · ru —Russia(Россия); · ua —Ukraine(Украина); · uk —UnitedKingdom(Англия).

В зонах государств опять же имеются организационные и географические зоны. Организационные зоны в большинстве своем повторяют структуру организационных зон верхнего уровня, разве что вместо com может использоваться имя co. Географические зоны выделяются по городам, областям и другим территориальным образованиям. Непосредственно в тех и других размещаются домены организаций или домены персональных пользователей.

С левого конца доменного имени находятся имена машин. Имена бывают собственные и функциональные. Имена собственные каждый придумывает в меру своей фантазии, а имена функциональные вытекают из функций, выполняемых компьютером, например: ·  www — HTTP-сервер (WWW-сервер); ·  ftp — FTP-сервер.

Процессом оформления и поддержания доменных имен занимаются ряд специализированных организаций. Регистрацией доменов в зоне com (коммерческие серверы), edu (образовательные учреждения), org (некоммерческие организации), net (сетевые проекты) занимается организация InterNIC(InternetNetworkInformationCenter), находящаяся в США по адресу www.internic.net. В Европе ее функцию взяла на себя организацияRIPE, имеющая адрес www.ripe.net. В России регистрацией доменов в зоне ru занимаетсяRIPNс адресом www.ripn.net.

Организации или физическому лицу, желающим зарегистрировать свой домен, следует обращаться к администратору какого-либо уже существующего домена.

В любом случае первоначально необходимо проверить, зарегистрировано ли уже то имя, которое вы желаете взять. Это можно сделать по адресам www.register.com (для доменов com, org, net и edu) и www.ripn.net/nic/whois/ (для зоны ru). Если выбранное имя уже зарегистрировано, то остается попытаться придумать другое. Также можно попробовать выйти на организацию или частное лицо, владеющее данным доменом, и попытаться его перекупить.

Процедура получения домена второго уровня в зоне ru достаточно проста, но требует соблюдения ряда требований, которые в целом соответствуют общепринятым мировым стандартам. Порядок регистрации и делегирования установлен «Правилами и рекомендациями администрирования домена ru». РосНИИРОС осуществляет регистрацию доменов второго уровня ru и делегирует право на их администрирование на основании заявки.

Заявка должна быть заполнена по форме, в которой содержится информация об одном имени домена, а также данные о лицах, которые будут заниматься администрированием домена и его техническим сопровождением, а также о владельце домена.

Зарегистрировать доменное имя можно самостоятельно, изучив инструкции на вышеназванных серверах. Другой возможностью может быть обращение к поставщику услуг, который возьмет на себя хлопоты по регистрации доменного имени. Главное в этом случае проследить, чтобы домен был зарегистрирован именно на вас или вашу компанию, а не на поставщика.