Internet: как иерархия сетей

Слово Internet происходит от выражения interconnected networks (связанные сети). Это глобальное сообщество малых и больших се­тей. В широком смысле — это глобальное информационное пространство, хранящее огромное количество информации на миллионах ком­пьютеров, которые обмениваются данными.

К концу 1969 г. в США был завершен проект ARPAnet подклю­чением в одну компьютерную сеть 4 исследовательских центров. Проект также предусматривал проведение экспериментов в области компьютерных коммуникаций, изучение способов поддержания связи в ус­ловиях ядерного нападения и разработку концепции децентрализо­ванного управления военными и гражданскими объектами в период ведения войн. В 1972 г. Минобороны США начало разработку но­вой программы Internetting Project; с целью изучения методов соеди­нения сетей между собой. Выдвигались требования максимальной надежности передачи данных при заведомо низком качестве коммуникаций, средств связи и оборудования и возможности пере­дачи больших объемов информации. В 1974 г. была поставлена зада­ча разработки универсального протокола передачи данных, которая была решена созданием протокола передачи данных и объединения сетей − Transmission Control Protocol/Internet Protocol (ТСР/IР). В 1983 г. был осуществлен перевод ARPAnet на ТСР/IР. В 1989 г. в Европейской лаборатории физики элементарных частиц (Швейцария, Женева) Тим Бернерс-Ли разработал технологию гипер­текстовых документов — World Wide Web, позволяющую пользовате­лям иметь доступ к любой информации, находящейся в сети Интер­нет на компьютерах по всему миру. К 1995 г. темпы роста сети показали, что регулирование вопросов подключения и финансиро­вания не может находиться в руках одного Национального научного фонда США, и в этом же году произошла передача региональным сетям оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к на­циональной магистрали.

Рассмотрим схему подключения компьютера к Интернет и про­следим, по каким каналам передается информация, посылаемая в Сеть и принимаемая из Сети. Подключение к Интернету домашнего компьютера выполняется, как правило, с помощью модема (рис.). При этом чаще всего осуществляется так называемое сеансовое со­единение с провайдером по телефонной линии. Набирается один из телефонных номеров, предоставленных провайдером, для соединения с одним из его модемов. У провайдера имеется набор модемов, так называемый модемный пул. После того, как вы соединились с ISP (Internet Service Provider), ваш компьютер становится частью сети данного ISP. Каждый провайдер имеет свою магистральную линию.

ISP-провайдеры имеют так называемые точки присутствия РОР (Point of Presence), где происходит подключение локальных пользо­вателей. Провайдер может иметь точки присутствия РОР в несколь­ких городах. В каждом городе находятся аналогичные модемные пулы, на которые звонят локальные клиенты этого провайдера в дан­ном городе. Провайдер обычно арендует волоконно-оптические линии у телефонной компании для соединения всех своих точек при­сутствия. Крупные коммуникационные компании имеют собствен­ные высокопропускные каналы.

Пусть имеются опорные сети двух Интернет-провайдеров. Оче­видно, что все клиенты провайдера А могут взаимодействовать меж­ду собой по собственной сети, а все клиенты провайдера В − по сво­ей, но при отсутствии связи между сетями А и В клиенты разных провайдеров не могут связаться друг с другом. Для реализации та­кой услуги провайдеры А и В подключаются к так называемым точ­кам доступа NАР (Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя сетями течет через NАР. Аналогично организуется под­ключение к другим магистральным сетям, в результате чего образу­ется объединение множества сетей высокого уровня. В Интернете действуют сотни крупных провайдеров, их магистральные сети свя­заны через NАР в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAР-узлы.

В офисе компьютеры, скорее всего, подключены к локальной сети. В этом случае рассмотренная схема видоизменяется. Варианты подключения к провайдеру могут быть различными, хотя чаще всего это выделенная линия.

На сегодняшний день существует множество компаний, имею­щих собственные опорные сети, которые связываются с помощью NАР с сетями других компаний по всему миру. Благодаря этому каждый, кто находится в Интернете, имеет доступ к любому его узлу, независимо от того, где он расположен территориально.

Скорость передачи информации на различных участках Интер­нета существенно различается. Магистральные линии − это высоко­скоростные каналы, построенные на основе волоконно-оптических кабелей. Кабели обозначаются ОС (optical carrier), например ОС-3, ОС-12 или ОС-48. Так, линия ОС-3 может передавать 155 Мбит/с, а ОС-48 — 2488 Мбит/с (2,488 Гбит/с). Но максимальная скорость по­лучения информации на домашний компьютер с модемным подклю­чением, как правило, не превышает 56 Кбит/с.

Как же происходит передача информации по всем этим много­численным каналам? Доставка информации по нужному адресу вы­полняется с помощью маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор — это устрой­ство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выб­ранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляет­ся по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения.

Таким образом, маршрутизатор выполняет две взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным ка­налам, предотвращая закупорку узких мест в Сети; во-вторых, про­веряет, что информация следует в нужном направлении. При объе­динении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую. В некоторых случаях он осуществ­ляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защи­щая сети от лишнего трафика.