История возникновения Интернета

История возникновения Интернета 
 

Сеть ARPANET была разработана и развернута в 1969 году компанией "Bolt, Beranek and Newman" (BBN) по заказу Агентства передовых  исследовательских проектов (ARPA) министерства обороны США в целях создания системы надежного обмена информацией между компьютерами, а также (что явилось одной из главных целей) для отработки методов поддержания связи в случае ядерного нападения. Слово "надежно" предполагало весьма жесткое условие: выход из строя любых составляющих системы (т. е. компьютеров и соединяющих их линий связи) не должен сказаться на бесперебойности обмена информацией между остальными компьютерами. ARPANET позволяла каждому из своих компьютеров связываться с любым другим даже при условии выхода из строя существенной части элементов сети.

Основатели ARPANET первоначально позволяли ученым только войти в систему и запустить программу на удаленном компьютере. Скоро к этим возможностям прибавились передача файлов, электронная почта и списки рассылки, обеспечившие общение исследователей, интересовавшихся одной и той же областью науки и техники. Вследствие развития ARPANET проявился Интернет.

В 1982 году на смену первым протоколам ARPANET пришли новые стандарты: стандарт "Transmission Control Protocol", описывающий  способ разбиения информационного сообщения на пакеты и их передачи, и "Internet Protocol", управляющий адресацией в сети. Эти мощные протоколы были предложены еще в 1974 году Робертом Кэном. одним из основных разработчиков ARPANET, и ученым-компьютерщиком Винтоном Серфом. Разработчики из Америки, Англии и Скандинавии начали создавать IP-программы для всех мыслимых типов компьютеров. При поддержке ARPA (Агентства передовых исследовательских проектов) были разработаны протоколы межсетевого обмена для разнообразных сетей. Практическим следствием этого стала возможность обмена информацией между компьютерами различных изготовителей. Это привлекло университеты и многочисленные правительственные учреждения, которые исторически имели парк разнотипной техники и теперь получали возможность обмениваться информацией.

В 1983 году Агентство связи министерства обороны США приняло решение  об использовании протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на всех узловых машинах ARPANET. Таким образом, был установлен стандарт, согласно которому могла развиваться сеть Internet. С этого момента стало возможно добавлять шлюзы и подсоединять к ней новые сети, оставляя первоначальное ядро неизменным. В этом же году начальная ARPANET была разделена на сеть MILNET, предназначавшуюся для использования в военных целях, и ARPANET, ориентированную на продолжение исследований в сетевой области. Сама ARPANET прекратила свое существование в июне 1990 года, а ее функции постепенно перешли к более разветвленной структуре Internet.

Интернет (англ. Internet от лат. inter между и англ. net сеть, паутина), международная (всемирная) компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и др. сети. Способствует значительному увеличению и улучшению обмена информацией, прежде всего научно-технической. Объединяет свыше 50 млн. коллективных и индивидуальных пользователей (каждый со своим электронным адресом) во всем мире.

Сеть Internet — мировая ассоциация компьютерных сетей. Она представляет собой яркий  пример реализации концепции интерсетей, то есть интегрированной сетевой паутины, состоящей из различных физически неоднородных коммуникационных сетей, объединенных между собой в единую логическую архитектуру. Internet объединяет множество серверов, на которых находится огромный объем информации по разнообразным темам. Информация на серверах организована для доступа пользователей различными способами. По этому признаку наиболее популярными являются серверы FTP, WWW и Telnet (см. Виды серверов). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Протоколы Internet

• Сетевой уровень:

IP (Internet Protocol) обеспечивает негарантированную  доставку пакета от узла к  узлу, в работе с нижними уровнями использует ARP и RARP. 

ARP (Address Resolution Protocol) динамически преобразует  IP-адрес в физический (MAC).

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) обратный к  ARP, преобразует физический адрес  в IP-адрес.

ICMP (Internet Control Message Protocol) управляет передачей  управляющих и диагностических сообщений между шлюзами и узлами, определяет доступность и способность к ответу абонентов-адресатов, назначение пакетов, работоспособность маршрутизаторов и т. д. ICMP взаимодействует с вышестоящими протоколами TCP/IP. Сообщения передаются с помощью IP-дейтаграмм. 

• Транспортный уровень:

UDP (User Datagram Protocol) обеспечивает негарантированную доставку пользовательских дейтаграмм без установления соединения между заданными процессами передающего и принимающего узлов. Взаимодействующие процессы идентифицируются протокольными портами (Protocol Ports) - целочисленными значениями в диапазоне 1-65535. Порты 1-255 закреплены за широкоизвестными приложениями (Well-known port assignments), остальные назначаются динамически перед посылкой дейтаграммы. UDP-дейтаграмма имеет заголовок, включающий номера порта источника (для возможности корректного ответа), порта назначения и поле данных. Длина поля данных UDP-дейтаграммы произвольна, протокол обеспечивает ее инкапсуляцию (помещение в поле данных) в одну или несколько IP-дейтаграмм и обратную сборку на приемной стороне.

UDP позволяет множеству клиентов  использовать совпадающие порты:  дейтаграмма доставляется клиенту (процессу) с заданным IP-адресом и номером порта. Если клиент не находится, то дейтаграмма отправляется по адресу 0.0.0.0 (обычно это "черная дыра").

TCP (Transmission Control Protocol) обеспечивает гарантированный  поток данных между клиентами,  установившими виртуальное соединение. Поток представляет собой неструктурированную последовательность байт, их интерпретация согласуется передающей и приемной стороной предварительно. Для идентификации используются порты, аналогично UDP-портам. Активная сторона (инициатор обмена) обычно использует произвольный порт, пассивная - известный порт, соответствующий используемому протоколу верхнего уровня. Комбинация IP-адреса и номера порта называется гнездом TCP (TCP Socket).

TCP буферизует входящий поток, ожидая  перед посылкой заполнения большой  дейтаграммы. Поток сегментируется, каждому сегменту назначается последовательный номер. Передающая сторона ожидает подтверждения приема каждого сегмента, при его длительном отсутствии делает повторную передачу сегмента. Процесс, использующий TCP, получает уведомление о нормальном завершении передачи только после успешной сборки потока приемником. Протокол обеспечивает полный дуплекс, это означает, что потоки данных могут идти одновременно во встречных направлениях. 

•   Уровень представления данных и  прикладной уровень:

TelNet - обеспечение удаленного терминала  (символьного и графического) UNIX-машины.

FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов на основе TCP.

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - тривиальный протокол  передачи файлов на основе UDP.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол передачи  электронной почты, определяющий правила взаимодействия и форматы управляющих сообщений.

RIP (Routing Information Protocol) - протокол обмена  трассировочной информацией между  маршрутизаторами, обеспечивающий  динамическую маршрутизацию.

DNS (Domain Name System) - система обеспечения  преобразования символических имен и псевдонимов сетей и узлов в IP-адреса и обратно.

SNMP (Simple Network Management Protocol) - простой протокол  управления сетевыми ресурсами

RPC (Remote Procedure Call) - протокол вызова удаленных  процедур (запуска процессов на  удаленном компьютере).

NFS (Network File System) - открытая спецификация  сетевой файловой системы, введенная  Sun Microsystems.

Среди протоколов прикладного уровня наиболее употребимы FTP, HTTP. Telnet и SMTP и POP.

Протокол  передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP) обеспечивает пересылку файлов из файловой системы сервера в локальную файловую систему клиента и наоборот (см. Виды серверов). 
 
 
 
 
 
 

Адресация и маршрутизация в Internet 

В отличие от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкретной сетевой архитектуры, IP-адрес любого узла сети представляется четырехбайтным числом. Соответствие IP-адреса узла его физическому адресу внутри сети (подсети) устанавливается динамически посредством широковещательных запросов ARP-протокола.

При написании IP-адрес состоит из четырех чисел, представляемых в двоичной, восьмиричной, десятичной или шестнадцатеричной системе счисления и разделяемых точками. Адрес состоит из сетевой части, общей для всех узлов данной сети, и хост-части, уникальной для каждого узла. Соотношение размеров частей адреса зависит от класса сети, однозначно определяемого значениями старших бит адреса. Классы сетей введены для наиболее эффективного использования единого адресного пространства Internet.

Сети  класса А имеют 0 в старшем бите адреса, у них на сетевой адрес отводятся младшие 7 бит первого байта, хост-часть - 3 байта. Таких сетей может быть 126 с 16 миллионами узлов в каждой.

Сети  класса В имеют 10 в двух старших  битах адреса, у них на сетевой  адрес отводятся младшие 6 бит  первого байта и второй байт, хост-часть - 2 байта. Их может быть около 16 тысяч по 65 тысяч узлов.

Сети  класса С имеют 110 в трех старших  битах адреса, у них на сетевой  адрес отводятся младшие 5 бит  первого байта, второй и третий байты, хост-часть - 1 байт. Их может быть около 2 миллионов по 254 узла.

Для разделения трафика сетей с большим  количеством узлов применяется  разделение на подсети (Subnet) требуемого размера. Адрес подсети использует несколько старших бит хост-части IP-адреса, оставшиеся младшие биты - нулевые.

В общем виде IP-адрес состоит из адреса сети, подсети и локального хост-адреса.

Комбинации  из всех нулей или всех единиц в  сетевой, подсетевой или хост-части  зарезервированы под широковещательные сообщения и служебные цели.

Внутренний  трафик (под)сети изолируется от остальной сети маршрутизатором. Область адресов (под)сети определяется значением маски (под)сети. Маска представляет собой 32-битное число, представляемое по общим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие сетевой и подсетевой частям адреса, имеют единичное значение, младшие (локальная хост-часть) - нулевые.

При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает IP-адрес назначения со своим IP-адресом  и накладывает на результат маску (под)сети. Ненулевое значение результата этой операции является указанием на передачу пакета из (под)сети во внешнюю сеть.

Термин Routing - маршрутизация - означает передачу дейтаграммы (datagram) от одного узла к  другому.

Direct Routing - прямая маршрутизация - осуществляется  между узлами одной (под)сети. В этом случае источник знает конкретный физический адрес получателя и инкапсулирует IP-дейтаграмму во фрейм сети, содержащий этот адрес и непосредственно передающийся по сети получателю.

Indirect Routing - непрямая маршрутизация - передача дейтаграмм между узлами различных (под)сетей. Обнаружив расхождение немаскированной (сетевой) части IP-адресов, источник посылает фрейм с IP-дейтаграммой по физическому адресу маршрутизатора. Маршрутизатор анализирует IP-адрес назначения полученной дейтаграммы и, в зависимости от адресов прямо подключенных к нему (под)сетей, посылает дейтаграмму либо прямо но адресу назначения, либо к следующему маршрутизатору. Для обеспечения межсетевого обмена все узлы сети (в том числе и маршрутизаторы) должны иметь списки IP-адресов доступных маршрутизаторов.

Информация  в TCP/IP передается пакетами со стандартизованной  структурой, называемыми IP-дейтаграммами (IP Datagram), имеющими поле заголовка (IP Datagram Header) и поле данных (IP Datagram Data). Поле заголовка  содержит собственно заголовок, IP-адреса источника и приемника. Длина дейтаграммы определяется сетевым ПО так. чтобы она умещалась в поле данных сетевого фрейма, осуществляющего ее транспортировку. Поскольку по пути следования к адресату могут встречаться сети с меньшим размером поля данных фрейма, IP специфицирует единый для всех маршрутизаторов метод сегментации - разбивки дейтаграммы на фрагменты (тоже IP-дейтаграммы) и реассемблирования - обратной ее сборки приемником. Фрагментированная дейтаграмма собирается только ее окончательным приемником, поскольку отдельные фрагменты могут добираться до него различными путями.