Будущие рост и технология
Как технология TCP/IP, так и Интернет продолжают развиваться. Разрабатываются новые протоколы; пересматриваются старые. NSF значительно усложнила систему, введя свою магистральную сеть, несколько региональных сетей, и сотни университетских сетей. Другие группы также продолжают присоединяться к Интернету. Самое значительное изменение произошло не из-за присоединения дополнительных сетей, а из-за дополнительного траффика. Физики, химики, и астрономы работают и обмениваются обьемами данных гораздо большими, чем исследователи в компьютерных науках, составляющие большую часть пользователей траффика раннего Интернета. Эти новые ученые привели к значительному увеличению загрузки Интернета, когда они начали использовать его, и загрузка постоянно увеличивалась по мере того, как они все активнее использовали его.
Чтобы приспособиться к росту траффика, пропускная способность магистральной сети NSFNET была увеличена вдвое, приведя к тому, что текущая пропускная способность приблизительно в 28 раз больше, чем первоначальная; планируется еще одно увеличение, чтобы довести этот коэффициент до 30, в конце 1990 года. На настоящий момент трудно предсказать, когда исчезнет необходимость дополнительного повышения пропускной способности.
Рост потребностей в сетевом обмене не был неожиданным. Компьютерная индустрия получила большое удовольствие от постоянных требований на увеличение вычислительной мощности и большего обьема памяти для данных в течение долгих лет. Пользователи только начали понимать, как использовать сети. В будущем мы можем ожидать постоянное увеличение потребностей во взаимодействии. Поэтому потребуются технологии взаимодействия с большей пропускной способностью, чтобы приспособиться к этому росту.
Рисунок 1.2 обобщает расширение Интернета и иллюстрирует важную составляющую роста: изменение в сложности, возникшее из-за того, что несколько автономных групп являются частями обьединенного Интернета. Исходные проекты для многих подсистем предполагали централизованное управление. Потребовалось много усилий, чтобы доработать эти проекты для работы при децентрализованном управлении.
| 1980 | 10 | 10**2 | 1 |
| 1990 | 10**3 | 10**5 | 10 |
| 1995 | 10**5 | 10**10 | 100 |
Рисунок 1.2 Рост обьединенного Интернета. Помимо увеличения траффика из-за увеличения размера, Интернет столкнулся с сложностью, явившейся результатом децентрализованного управления как при разработке, так и при работе.
Для дальнейшего изучения
"История ARPANET" Cerf`а[1989] и "История IAB"[RFC 1120] являются замечательными книгами и дают читателю ссылки на множество ранних исследовательских статей по TCP/IP и межсетевому обмену. Denning[Nov-Dec 1989] высказывает другую точку зрения на историю ARPANET. Jennings et. al. [1986] обсуждает важность компьютерного сетевого обмена для ученых. Denning[Sept-Oct 1989] также указывает на важность межсетевого обмена и дает возможный сценарий всемирной объединенной сети.
В [FCCSET], Федеральном Координирующем Комитете по Науке, Производству и Технологии предлагает сделать сетевой обмен национальным приоритетом. FRICC представляет свою точку зрения на национальную объединенную сеть, способную связать все образовательные и исследовательские группы в стране и свой план развития объединенного Интернета в этом направлении на ближайшие годы[1989]. Отчет о Правительственном Профиле Открытых Систем, GOSIP[1989] кратко описывает процедуры приобретения правительством продуктов OSI.
IETF публикует заметки о своих регулярных встречах; их можно получить у Корпорации для Национальных Исследовательских Инициатив в Reston,VA. Отчеты из "Journal of Internetworking: Research and Experience" содержат информацию о межсетевых исследованиях, подчеркивая при этом практическую значимость идей. Периодический "Connexions"[Lynch and Jacobsen 1987] содержит статьи о TCP/IP и Интернете, а также об официальной политике IAB. Наконец, читателю следует помнить, что связка протоколов TCP/IP и Интернет продолжают меняться; новая информация может быть найдена в RFC и трудах конференций, таких как ежегодная конференция InterOp[Lynch 1987].
FNC и NREN
Федеральный Сетевой Совет(FNC) служит для координации деятельности федеральных агентств, финансирующих исследования или разработки в области TCP/IP и Интернета. FNC состоит из представителей DARPA, NSF, NASA, DOE, DOD и HHS. Члены FNC принимают участие во встречах IAB и помогают определять приоритеты в исследовательских и инженерных проектах Интернета.
Учитывая увеличившиеся потребности своих агентств и общенациональную заинтересованность в высокоскоростной вычислительной сети, FNC вместе с лидерами этого технического сообщества выработал план преобразования Интернета в Национальную Исследовательскую и Образовательную Сеть(NREN). В соответствии с этим планом, NREN будет расширяться таким образом, чтобы в конечном счете соединить все образовательные институты и исследовательские лаборатории. Для этого потребуются более высокоскоростные коммуникационные технологии, а также переход от финансируемых федеральным правительством магистральных сетей к средствам, работающим на коммерческой основе. FNC будет использовать федеральные исследовательские фонды для стимуляции исследований и разработки требуемых технологий.
Группа Активности Интернета(IAB).
Так как связка протоколов TCP/IP не была разработана каким-либо производителем или известным профессиональным обществом, естественно задать вопрос:"кто определяет направления развития и решает, когда протоколы становятся стандартами?". Ответом является группа, известная как Группа Активности Интернета(IAB). IAB определяет главное направление разработок на основе протоколов TCP/IP , координирует большинство их и управляет эволюцией обьединенного Интернета. Она решает, какие протоколы являются требуемой частью связки TCP/IP и определяет официальную политику.
Образованная в 1983 году, когда DARPA реорганизовало ICCB, IAB унаследовала много от своих предшественников. Ее начальными целями было стимулировать обмен идеями между людьми, вовлеченными в исследования, связанные с TCP/IP и Интернетом, и держать исследователей в курсе общих целей. После первых шести лет существования IAB из исследовательской группы DARPA превратился в независимую организацию. За эти годы каждый член IAB побывал председателем Целевых Сил Интернета(ITF), отвечая за исследование проблемы или ряда вопросов, представляющих интерес. IAB состояло из приблизительно десяти целевых сил с задачами от исследования, как траффик различных приложений влияет на Интернет, до текущих инженерных проблем Интернета. IAB собиралась несколько раз в год для заслушивания отчетов всех целевых сил, краткого обзора и пересмотра технических направлений, обсуждения политики и обмена информацией с представителями других агентств, таких как DARPA и NSF, которые финансировали работу Интернета и исследования для него.
Председатель IAB имел звание Архитектор Интернета и отвечал за предложение направлений технического развития и координацию работы различных целевых сил. Председатель IAB создавал новые целевые силы по совету IAB и также представлял IAB перед другими организациями.
Новички в TCP/IP иногда удивляются, узнав, что IAB не имел большого бюджета; хотя он и определял направления, он не финансировал большую часть исследований и инженерных разработок. Вместо этого, добровольцы сами выполняли большую часть работы. Члены IAB отвечали за прием добровольцев для работы их в подчиненных им целевых силах, за созыв встреч целевых сил, и за отчеты о работе перед IAB. Обычно, добровольцы появлялись из исследовательского сообщества или коммерческих организаций, использовавших TCP/IP. Активные исследователи принимали участие в целевых силах Интернета по двум причинам. Во-первых, работа в целевых силах обеспечивала возможность узнать новое об исследовательских проблемах. Во-вторых, так как новые идеи и решения проблем выдвигаемые и проверяемые целевыми силами, часто становились частью технологии Интернета, члены понимали, что их работа напрямую влияет на эту область.
Интернет TCP/IP
Правительственные агентства осознали важность и потенциал межсетевой технологии в будущем и стали финансировать исследования, которые сделали бы возможным создание национальной обьединенной сети. Эта книга рассматривает принципы и идеи, лежащие в основе ведущей межсетевой технологии, появившейся в результате проведения разработок, финансировавшихся агентством DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency). Технология DARPA включает набор сетевых стандартов, описывающих детально процесс взаимодействия компьютеров, а также ряд соглашений при взаимодействии сетей и маршрутизации траффика. Официально называемый Связкой Межсетевых Протоколов TCP/IP (а в обыденной речи - TCP/IP по именам двух основных стандартов), он может использоваться для взаимодействия компьютеров с помощью неограниченного числа сетей. Например, некоторые корпорации используют TCP/IP для связи сетей внутри их корпорации, даже если корпорация не имеет связи с внешними сетями. Другие группы используют TCP/IP для связи удаленных друг от друга мест.
Хотя технология TCP/IP интересна сама по себе, она особенно хороша из-за своей жизнеспособности, которую она продемонстрировала. Она стала базовой технологией для большого сообщества сетей, которые связывают большинство исследовательских институтов, включая университетские, обьединенные или правительственные лаборатории. Национальный Научный Фонд(NSF), Министерство Энергетики(DOE), Министерство Обороны(DOD), Агентство по здравоохранению(HHS) и NASA взаимодействуют друг с другом, используя TCP/IP для соединения большого числа их исследовательских центров с центрами DARPA. Получившаяся сущность, известная как обьединенный Интернет, Интернет DARPA/NSF, Интернет TCP/IP, или просто Интернет, позволяет исследователям всех связанных институтов разделять информацию с коллегами по всей стране так же легко, как если бы они были в соседней комнате. Таким образом, Интернет продемонстрировал жизнеспособность технологии TCP/IP и показал, как можно обьединить большое количество разнообразных базовых сетевых технологий.
Большинство материалов в этой книге применимо к любому интернету, использующему TCP/IP, но некоторые главы посвящены специально обьединенному Интернету. Читатели, интересующиеся только технологией, должны четко различать реальную существующую архитектуру Интернета и гипотетический Интернет TCP/IP, который мог бы существовать. Тем не менее, будет ошибкой игнорировать секции, описывающие обьединенный Интернет полностью - сети многих корпораций уже догнали по сложности Интернет десятилетней давности, и многие проблемы, с которыми они сталкиваются сейчас, уже давно решены в обьединенном Интернете.
История создания Интернета
Частью того, что делает Интернет столь замечательным, является почти повсеместное его использование, а также его размеры и темпы роста обьединенного Интернета. DARPA начала работы в направлении разработки межсетевой технологии в середине 70-х, но архитектура и протоколы приняли форму, в которой они известны сейчас, лишь в 1977-1979 годах. В это время DARPA была известна как основное агентство, финансирующее исследования в области сетей с коммутацией пакетов, и внедрила множество новшеств в этой области в хорошо известную ARPANET. ARPANET использовала обычные выделенные линии точка-точка для соединения компьютеров, но DARPA также финансировала использование коммутации пакетов в радиосетях и спутниковых линиях связи. По существу растущее разнообразие аппаратных сетевых технологий вынудило DARPA изучить межсетевое взаимодействие и продвинуться по направлению к обьединенной сети.
Доступность результатов исследований, финансировавшихся DARPA, привлекла внимание нескольких исследовательских групп, особенно тех исследователей, кто уже имел опыт использования пакетной коммутации в ARPANET. DARPA собирало неформальные встречи исследователей для обмена идеями и обсуждения результатов экспериментов. С 1979 года в проект TCP/IP включилось так много исследователей, что DARPA образовало неформальный комитет для координации и управления разработкой протоколов и архитектур развивающегося обьединенного Интернета. Названная Группа по Конфигурации и Управлению Интернетом(ICCB), эта группа регулярно собиралась до 1983 года, когда она была реорганизована.
Обьединенный Интернет начал существовать с 1980 года, когда DARPA начала устанавливать на машинах, присоединенных к ее исследовательской сети, новый протоколы TCP/IP. ARPANET вскоре после создания стал магистральной сетью нового Интернета и был использован для большинства из ранних экспериментов с TCP/IP. Переход к технологии Интернета был завершен в январе 1983 года, когда секретариат МО США установил, что все компьютеры, присоединенные к глобальным сетям, используют TCP/IP. В это же самое время Оборонное Коммуникационное Агентство(DCA) разделило ARPANET на две отдельные сети, одна для дальнейших исследований и одна для военной связи. За исследовательской сетью осталось имя ARPANET, а военная часть, которая была несколько больше, получила название MILNET.
Для того чтобы заставить исследователей в университетах использовать новые протоколы, DARPA стала продавать их реализацию по низкой цене. В это время большинство университетских факультетов компьютерных наук использовали версию операционной системы UNIX, разработанную в программном отделении Берклиевского Университета в Калифорнии, чаще называемую Berkeley UNIX или BSD UNIX. Финансировав создание фирмой Bolt Beranek and NewMan, Inc. (BBN) реализации протоколов TCP/IP для UNIX и финансировав интеграцию этих протоколов в программные продукты, производимые отделением в Berkeley, DARPA смогла организовать взаимодействие с 90% всех компьютерных факультетов университетов. Новое программное обеспечение с протоколами появилось вовремя, так как многие факультеты сразу же приобретали еще компьютеры и соединяли их как локальные сети. Факультетам требовались протоколы взаимодействия, а других протоколов в то время не было в общем пользовании.
Берклиевское программное отделение стало популярным, так как оно предлагало не только базовые протоколы TCP/IP. Помимо стандартных прикладных программ TCP/IP, Беркли предлагало набор утилит для работы с сетью, которые напоминали средства UNIX, используемые на одной машине. Главное преимущество утилит Беркли заключалось в их сходстве со стандартным UNIXом. Например, опытный пользователь UNIX может быстро научиться пользоваться утилитой копирования удаленных файлов Беркли(rcp), так как он ведет себя точно так, как утилита копирования файлов в UNIX, за исключением того, что она позволяет пользователям копировать файлы на удаленную машину или с нее.
Помимо набора служебных программ UNIX Беркли обеспечивает новую абстракцию операционной системы известную как порт(socket), которая позволяет прикладным программам получать доступ к коммуникационным протоколам. Являясь обобщением механизма UNIX для ввода-вывода, порт имеет опции для нескольких типов сетевых протоколов помимо TCP/IP. Ее принципы стали обсуждаться со времени ее разработки, и многие разработчики операционных систем предложили альтернативные варианты. Независимо от своих достоинств, введение абстракции порта было важным, так как позволяло программистам использовать протоколы TCP/IP с минимумом затрат. Поэтому, это стимулировало разработчиков экспериментировать с TCP/IP.
Успех технологии TCP/IP и Интернета в университетской среде вынудил другие группы тоже использовать его. Учитывая, что сетевое взаимодействие вскоре станет важной частью научных исследований, NSF принял активное участие в расширении Интернета TCP/IP среди ученых. Начиная с 1985 года, он начал претворять в жизнь программу создания сетей на основе его шести суперкомпьютерных центров. В 1986 он расширил деятельность в этом направлении, начав финансировать новую глобальную магистральную сеть, названную NSFNET, которая впоследствии связала все суперкомпьютерные центры между собой и ARPANET. Наконец, в 1986 NSF начал частично финансировать многие региональные сети, каждая из которых сейчас соединяет основные научно-исследовательские центры в этом районе. Все сети, финансировавшиеся NSF, используют протоколы TCP/IP, и все являются частью обьединенного Интернета.
За семь лет после своего создания Интернет обьединил сотни индивидуальных сетей, размещенных в США и Европе. Он соединил почти 20000 компьютеров в университетах, правительственных и частных исследовательских лабораториях. Как размер, так и использование Интернета продолжают расти быстрее, чем предполагалось. К концу 1987 года было установлено, что его рост достиг 15% в месяц и оставался таким последние два года. В 1990 году обьединенный Интернет включал более 3000 активных сетей и более чем 200000 компьютеров.
Использование протоколов TCP/IP и рост Интернета не ограничивались проектами, финансирующимися правительством. Основные компьютерные корпорации присоединилось к Интернету, так же как и множество других больших корпораций, включая: нефтяные компании, автомобильные концерны, электронные фирмы и телефонные компании. Вдобавок, многие компании используют протоколы TCP/IP в своих внутренних сетях, даже если они и не присоединены к обьединенному Интернету.
Быстрое расширение привело к проблемам диапазонов, непредусмотренным в исходном проекте, и заставило разработчиков найти технологии для управления большими, распределенными ресурсами. В исходном проекте, например, имена и адреса всех компьютеров, присоединенных к Интернету, хранились в одном файле, который редактировался вручную и затем распространялся по всему Интернету. Но в середине 1980 года стало ясно, что центральная база данных неэффективна. Во-первых, запросы на обновление файла скоро должны были превысить возможности людей, обрабатывавших их. Во-вторых, даже если существовал корректный центральный файл, не хватало пропускной способности сети, чтобы позволить либо частое распределение его по всем местам, либо оперативный доступ к нему из каждого места.
Были разработаны новые протоколы и стала использоваться система имен по всему обьединенному Интернету, которая позволяла любому пользователю автоматически определять адрес удаленной машины по ее имени. Известный как Доменная Система Имен, этот механизм основывается на машинах, называемых серверами имен, отвечающих на запросы об именах. Нет одной машины, содержащей всю базу данных об именах. Вместо этого, данные распределены по нескольким машинам, которые используют протоколы TCP/IP для связи между собой при ответе на запросы.
Обьединенная сеть состоит из набора
Обьединенная сеть состоит из набора связанных сетей, которые взаимодействуют как единое целое. Главным преимуществом Интернета является то, что он обеспечивает универсальное взаимное соединение, позволяя в это же время отдельным группам использовать любое сетевое оборудование, лучше всего подходящее для их целей. Мы рассмотрим принципы, лежащие в основе межсетевого взаимодействия в общем и детали межсетевой связки протоколов в частности. Мы также рассмотрим, как межсетевые протоколы используются в Интернете. Наша демонстрационная технология, названная TCP/IP по имени двух основных протоколов, была разработана DARPA. Она обеспечивает основу объединенного Интернета, большой, работающей объединенной сети, которая соединяет большинство научно-исследовательских институтов, включая многие университетские, правительственные лаборатории. Обьединенный Интернет быстро расширяется и продолжает поддерживаться DARPA, NSF, DOE, NASA и другими правительственными агентствами.
Необходимость Интернета.
Передача данных стала фундаментальной частью вычислений. Сети, разбросанные по всему миру, собирают данные о таких разных предметах, как атмосферные условия, производство продуктов и воздушных перевозках. Группы создают электронные справочные списки, которые позволяют им получать информацию, интересную всем. Любители обмениваются программами для их домашних компьютеров. В научном мире сети данных стали необходимы, так как они позволяют ученым посылать программы и данные на удаленные суперкомпьютеры для обработки, получать результаты и обмениваться научной информацией с коллегами.
К сожалению, большинство сетей являются независимыми сущностями, созданными для удовлетворения потребностей одной группы людей. Пользователи выбирают аппаратную технологию, подходящую для их коммуникационных проблем. Более важно то, что нельзя создать универсальную сеть на основе одной аппаратной технологии, так как нет такой сети, которая удовлетворила бы все потребности. Некоторым пользователям нужна высокоскоростная сеть, соединяющая их машины, но такие сети не могут быть расширены на большие расстояния. Другим нужна более медленная сеть, которая будет соединять машины, находящиеся на расстоянии тысяч километров друг от друга.
Недавно, тем не менее, появилась новая технология , которая сделала возможным взаимное соединение большого числа разделенных физических сетей и заставила их работать как одно единое целое. Эта новая технология, называющаяся межсетевым обменом(internetworking), приспосабливает друг к другу различные аппаратные технологии, лежащие в основе физических сетей, с помощью добавления как физических соединений сетей, так и нового набора соглашений. Технология межсетевого обмена скрывает детали сетевого оборудования и позволяет компьютерам взаимодействовать вне зависимости от типа их физических соединений.
Технология межсетевого обмена, описанная в книге, является примером Взаимодействия Открытых Систем. Они называются открытыми потому, что в отличие от конкретных коммуникационных систем, продаваемых тем или иным производителем, ее спецификации доступны всем. Поэтому любой может создать программное обеспечение, необходимое для взаимодействия в обьединенной сети. Более того, вся эта технология была разработана для того, чтобы упростить взаимодействие между машинами с различными аппаратными архитектурами, чтобы использовать почти любое оборудование сети с коммутацией пакетов, и чтобы позволить взаимодействие различных операционных систем.
Чтобы оценить значение межсетевой технологии, подумайте, как она повлияла на исследования. Представьте на минуту эффект взаимного соединения всех компьютеров, используемых учеными. Любой ученый может обменяться результатами эксперимента с любым другим ученым. Можно создать национальные центры данных, собирающие данные о природных явлениях и делающие их доступными для всех ученых. Компьютерные средства и программы, доступные в одном месте, могут использоваться учеными в других местах. В результате скорость, с которой осуществляются научные исследования, может резко возрасти. Короче говоря, изменения могут быть очень драматичными.
Новая организация IAB
Начиная с лета 1989 года, как технология TCP/IP, так и обьединенный Интернет из исследовательского проекта выросли в средства производства, которыми пользовались тысячи людей в своих каждодневных делах. Больше нельзя было реализовать новые идеи, установив ночью новое программное обеспечение на нескольких машинах. Теперь уже сотни коммерческих компаний, распространявших продукты TCP/IP, определяли, будут ли их продукты взаимно работоспособны, решая вопрос о внесении изменений в их программы.
Исследователи, разрабатывавшие начальные спецификации и тестировавшие новые идеи в лабораториях, больше не могли рассчитывать на быстрое внедрение и использование своих идей. По иронии судьбы исследователи, проектировавшие TCP/IP и наблюдавшие за его развитием, оказались побеждены коммерческим успехом их детища. Коротко говоря, TCP/IP стал успешной, производительной технологией и теперь уже рынок стал управлять его развитием.
Поэтому IAB был реорганизован летом 1989 года для приведения в соответствие с новой политической и коммерческой реальностью TCP/IP и обьединенного Интернета. Председательство изменилось. Исследователи были переведены из IAB во вспомогательную группу, и был создан новый IAB, для того чтобы включать представителей более широкого сообщества.
Помимо самой IAB организация включает две основные группы: Исследовательские Целевые силы Интернета(IRTF) и Инженерные Целевые Силы Интернета(IETF).
Как это следует из ее имени, IETF концентрируется на оперативных и тактических инженерных проблемах. IETF существовала и в старой структуре IAB, и ее успех явился одной из причин реорганизации. В отличие от большинства целевых сил IAB, которые были ограничены несколькими людьми, концентрировавшимися на одной конкретной проблеме, IETF разросся и стал включать сотни активных членов, работавших над многими проблемами параллельно. До реорганизации IETF был разделен на 20 рабочих групп, каждая из которых работала над конкретной проблемой. Рабочие группы собирались на свои встречи для выработки решений проблем. Кроме того, весь IETF собирался регулярно, чтобы заслушивать отчеты рабочих групп и обсуждать предлагаемые изменения или добавления к технологии TCP/IP. Проводимые обычно три раза в год, встречи всей IETF собирали сотни участников и зрителей. IETF стал слишком большим, чтобы им управлял один председатель.
IETF сохранился в реорганизованной структуре IAB, но был разделен на восемь областей, каждая из которых имела своего собственного управляющего. Председатель IETF и восемь управляющих областями составляют Руководящую Инженерную Группу Интернета (IESG), члены которой ответственны за координацию всех проектов рабочих групп IETF.
Так как IETF был широко известен по всему Интернету, и так как его встречи получили широкое одобрение, имя IETF было сохранено при реорганизации и все еще обозначает эту группу целиком, включая председателя, управляющих областями, и всех членов рабочих групп. По аналогичным причинам было оставлено имя "рабочая группа IETF".
Созданные при реорганизации, Исследовательские Целевые Силы Интернета получили такое имя как исследовательское дополнение к IETF. IRTF координирует работы исследователей, связанные с протоколами TCP/IP и архитектурой Интернета в целом. Как и IETF, IRTF имеет небольшую группу, называемую Руководящей Исследовательской Группой Интернета или IRSG, которая устанавливает приоритеты и координирует работы исследователей. В отличие от IETF, IRTF, тем не менее, в настоящее время гораздо меньше по размерам. Каждый член IRSG набирает добровольцев в Исследовательские Группы Интернета, аналогичные рабочим группам IETF; IRTF не поделен на области.
Организация этой книги
Эта книга организована в виде двух томов. Том 1 содержит описание технологии TCP/IP, приложений, которые используют ее и архитектуры обьединенного Интернета. Он рассматривает основы протоколов, таких как TCP и IP, и показывает, как они объединяются. Помимо всего этого, он описывает общие принципы базовых сетевых протоколов и объясняет, почему протоколы TCP/IP так легко адаптируются ко многим базовым технологиям физических сетей. Том 2 рассматривает детально внутренние детали протоколов TCP/IP и показывает, как программисты используют их. Он рассматривает интерфейс между программами и протоколами и показывает, как создавать и управлять обьединенными сетями корпорации.
Итак, мы уже рассказали о технологии TCP/IP и Интернете в общих чертах, обобщив имеющиеся средства и историю его развития. Следующая глава дают краткий обзор типов сетевого оборудования, используемого в Интернете. Их цель - не выделить нюансы оборудования конкретного производителя, а подчеркнуть особенности каждой технологии, которые имеют большое значение для архитектуры Интернета. Следующие главы углубляются в протоколы и Интернет, преследуя три цели: они исследуют общие понятия и дают обзор модели архитектуры Интернета, они изучают детали протоколов TCP/IP и они знакомят со стандартами средств верхнего уровня, такими как электронная почта и электронная передача файлов. Главы с 3 по 12 дают обзор фундаментальных принципов и описывают сетевое программное обеспечение, имеющейся на любой машине, использующей TCP/IP. Последующие главы описывают средства, которые объединяют группы машин, включая распространение информации о маршрутизации, разрешение имен и приложения, такие как электронная почта.
За текстом идет несколько приложений. Первое приложение содержит руководство по RFC. Оно дополняет описание RFC, данное в этой главе, и дает примеры того, что можно найти в RFC. Оно детально описывает, как получить RFC из NIC с помощью электронной почты, обычной почты, и передачи файлов. Наконец, так как индекс RFC приводится в хронологическом порядке, оно представляет список RFC, организованный по разделам для удобства начинающих при поиске RFC, относящегося к данному вопросу.
Второе приложение содержит список в алфавитном порядке терминов и аббревиатур, используемых в литературе и книге. Так как новички часто считают новую терминологию подавляющей и трудной для запоминания, им будет удобнее использовать список в алфавитном порядке вместо просмотра уже прочитанного текста.
Наконец, третье приложение, задуманное как справочник, содержит список официальных протоколов Интернета. Оно включает описание терминологии IAB для определения различий между "рекомендуемыми" и "требуемыми" протоколами, а также список самих протоколов.
Протоколы Интернета и стандартизация.
Читатели, знакомые с сетями передачи данных, понимают, что существует множество стандартов протоколов коммуникации. Многие из них предшествовали Интернету, поэтому возникает вопрос:"Почему разработчики Интернета придумали новые протоколы, когда уже существует так много международных стандартов?". Ответ сложен, но ниже приведена простая максима:
Используйте существующие стандартные протоколы до тех пор, пока эти стандарты применимы; придумывайте новые протоколы только тогда, когда существующие стандарты неэффективны, но приготовьтесь перейти на международные стандарты, когда они станут доступны и обеспечат такие же возможности.
Поэтому, связка протоколов TCP/IP не игнорировала международных стандартов. Она появилась просто потому, что существующие стандарты не удовлетворяли потребностям. Философия использования стандартов, когда они появляются, также означает, что когда появятся международные стандарты и обеспечат ту же самую взаимную работоспособность, что и TCP/IP, Интернет перейдет с TCP/IP на эти новые стандарты. Эти идеи согласуются с политикой федерального правительства, которое приняло Профиль Открытых Систем, который описывает использование межсетевой технологии МОС везде, где эта технология обеспечивает возможности, эквивалентные TCP/IP.
Средства Интернета
Нельзя говорить о технических деталях, лежащих в основе Интернета, не понимая средств, которые он обеспечивает. Эта глава кратко рассматривает средства Интернета, более подробно останавливаясь на тех средствах, которыми пользуется большинство пользователей, и откладывая до следующих глав рассмотрение вопроса о том, как компьютеры присоединяются к Интернету и как реализуются эти средства.
Большая часть описания средств будет посвящена стандартам, называемым протоколами. Протоколы, такие как TCP и IP, дают формулы для передачи сообщений, описывают детали форматов сообщений и указывают, как обрабатывать ошибки. Самое важное то, что они позволяют нам рассматривать стандарты взаимодействия вне зависимости от того, на оборудовании какого производителя, они реализуются. По существу, протоколы являются для коммуникации тем, чем является языки программирования для вычислений. Язык программирования позволяет описать или понять вычисления, не зная системы команд конкретного ЦП. Аналогично, коммуникационный протокол позволяет нам описать или понять процесс передачи данных, не зная на каком оборудовании этот процесс выполняется.
Скрытие низкоуровневых деталей взаимодействия помогает улучшить производительность. Во-первых, программистам, работающим с высокоуровневыми протокольными абстракциями, не нужно знать или помнить множество деталей о конкретных параметрах оборудования. Они могут быстро создавать новые программы. Во-вторых, так как программы, разработанные, используя высокоуровневые абстракции, не ограничены архитектурой конкретной машины или конкретного сетевого оборудования, их не надо изменять при замене машины или изменении конфигурации. В-третьих, так как прикладные программы, построенные, используя высокоуровневые протоколы, независимы от используемого оборудования, они могут обеспечивать прямое взаимодействие различных машин. Программистам не нужно писать специальные версии прикладных программ для перемещения и трансляции данных для всех возможных пар типов машин. Мы увидим, что все сетевые средства описываются протоколами.
Следующие секции рассмотрят протоколы, используемые для описания средств прикладного уровня, а также протоколы, используемые при определении сетевых средств. Следующие главы опишут каждый из этих протоколов более детально.
Средства Интернета прикладного уровня.
С точки зрения пользователя, Интернет TCP/IP является набором прикладных программ, использующих сеть для выполнения полезных коммуникационных задач. Мы будем использовать термин взаимная работоспособность(interoperability) для описания способности различных вычислительных систем взаимодействовать при решении вычислительных задач. Мы утверждаем, что прикладные программы Интернета показывают высокую степень взаимной работоспособности. Большинство пользователей, которые пользуются Интернетом, делают это, просто запуская прикладные программы , не понимая при этом технологии TCP/IP, структуры Интернета, и даже не зная пути, который проходят данные до назначения; они полагаются на то, что прикладные программы сами разберутся с этими деталями. Только программисты, пишущие такие прикладные программы, смотрят на Интернет как на сеть и понимают детали этой технологии.
Самые популярные и широко распространенные прикладные средства Интернета включают:
ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ. Электронная почта позволяет пользователю создать письмо и послать его человеку или группе людей. Другая часть этого приложения позволяет пользователю читать письма, которые он получил. Электронная почта была так успешна, что многие пользователи Интернета используют ее для обычной коммерческой переписки. Хотя существует много систем электронной почты, важно понимать, что использование TCP/IP делает доставку письма более надежной. Вместо того, чтобы полагаться на промежуточные машины при передаче письма, система предоставления письма в TCP/IP работает, напрямую соединяя машину отправителя с машиной получателя. Поэтому отправитель знает, что как только письмо покинуло его машину, оно успешно достигло места назначения.
ПЕРЕДАЧУ ФАЙЛОВ. Хотя пользователи иногда и передают файлы, используя электронную почту, письмо предназначено для коротких, текстовых файлов. Протоколы TCP/IP включают прикладную программу передачи файлов, которая позволяет пользователям передавать или принимать довольно большие файлы программ или данных. Например, используя программу передачи файлов, можно скопировать с одной машины на другую большие обьемы данных, содержащие изображения со спутника, программы, написанные на Фортране или Паскале, или английский словарь. Эта система обеспечивает способ проверки личности пользователя или даже запрещение доступа. Как и письмо, передача файлов по Интернету TCP/IP надежна, так как две взаимодействующие машины делают это напрямую, не полагаясь на промежуточные машины для создания копий файла.
УДАЛЕННЫЙ ДОСТУП. Являясь самым интересным приложением Интернета, удаленный доступ позволяет пользователю, находящемуся на одном компьютере, взаимодействовать с удаленной машиной и выполнять на ней интерактивный сеанс работы. Удаленный доступ позволяет создать впечатление, что терминал пользователя или его рабочая станция присоединены напрямую к удаленной машине, посылая каждый символ, нажатый на клавиатуре пользователя на удаленную машину и отображая каждый символ, возвращенный с удаленной машины, на экране терминала пользователя. Когда сеанс с удаленной машиной завершается, приложение возвращает пользователя в локальную систему.
Мы вернемся к каждому из этих приложений позднее, чтобы рассмотреть его более детально. Мы увидим, как они используют базовые протоколы TCP/IP и почему наличие стандартов прикладных протоколов помогло удостовериться, что они широко распространены.
Средства Интернета сетевого уровня.
Программист, который пишет прикладные программы, использующие протоколы TCP/IP, имеет совершенно другое представление об Интернете, чем пользователь, который просто запускает прикладные программы, такие как электронная почта. На сетевом уровне Интернет предоставляет два основных типа сервиса, который используют прикладные программы. И хотя на данном этапе несущественно понимание деталей этих средств, их нельзя опустить при любом обзоре TCP/IP:
ДЕЙТАГРАММНОЕ СРЕДСТВО ДОСТАВКИ ПАКЕТОВ. Это средство, которое будет впоследствии детально обьяснено, образует основу всех других средств Интернета. Доставка без соединения (дейтаграмная доставка) является абстракцией сервиса, который предоставляет большинство сетей с коммутацией пакетов. Это просто означает, что Интернет TCP/IP определяет маршрут передачи небольшого сообщения от одной машины к другой, основываясь только на адресной информации, находящейся в сообщении. Так как дейтаграмное средство маршрутизирует каждый пакет отдельно, оно не гарантирует надежной доставки пакетов в том порядке, в котором они были посланы. Так как это средство обычно напрямую отображается на лежащее в его основе оборудование, средство без соединения очень эффективно. Более того, использование доставки пакетов без соединения в качестве основы всех средств Интернета делает протоколы TCP/IP адаптируемыми к широкому диапазону сетевого оборудования.
НАДЕЖНОЕ ПОТОКОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО. Большинству приложений требуется нечто большее, чем простая доставка пакетов, так как они требуют от коммуникационного программного обеспечения автоматического восстановления при ошибках передачи, потере пакетов или сбоях промежуточных маршрутизаторов на пути между отправителем до получателем. Надежное транспортное средство обрабатывает эти ситуации. Оно позволяет приложению на одном компьютере устанавливать "соединение" с приложением на другом компьютере, а затем посылать большие обьемы данных по соединению, как если бы это было прямое аппаратное соединение. На самом деле, конечно, протоколы взаимодействия делят поток данных на маленькие сообщения и посылают их затем по одному, ожидая от получателя подтверждения приема.
Много сетей обеспечивает базовые средства, аналогичные описанным выше, поэтому кое-кто может удивиться:"Чем же отличаются средства TCP/IP от других?". Основными отличиями являются:
НЕЗАВИСИМОСТЬ ОТ СЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ. Хотя TCP/IP и основывается на удобной пакетной технологии, он независим от оборудования конкретного производителя. Обьединенный Интернет включает большое число сетевых технологий от сетей, предназначенных для работы в одном здании, до сетей, работающих на больших расстояниях. Протоколы TCP/IP определяют элемент передачи данных, называемый дейтаграммой, и описывают, как передавать дейтаграммы по конкретной сети.
ВСЕОБЩАЯ СВЯЗНОСТЬ. Интернет TCP/IP позволяет любой паре компьютеров, присоединенных к нему, взаимодействовать друг с другом. Каждому компьютеру назначается адрес, который известен по всему Интернету. Каждая дейтаграмма содержит адреса отправителя и получателя. Промежуточные маршрутизаторы используют адрес получателя для того, чтобы принимать решение о дальнейшем маршруте дейтаграммы.
МЕЖКОНЦЕВЫЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ. Протоколы TCP/IP Интернета обеспечивают подтверждения между отправителем и получателем, а не между отправителем и промежуточными машинами на пути, даже когда две машины не связаны общей физической сетью.
СТАНДАРТНЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ ПРОТОКОЛЫ. Помимо базовых средств транспортного уровня(таких, как надежные потоковые соединения), протоколы TCP/IP включают стандарты для наиболее часто используемых приложений, таких как электронная почта, передача файлов и удаленный доступ. Поэтому при разработке прикладных программ, использующих TCP/IP, программисты часто могут обнаружить, что существующее программное обеспечение уже обеспечивает коммуникационные средства, которые им нужны.
Следующие главы рассмотрят в деталях средства, которые предлагаются программисту, а также большинство стандартов прикладных протоколов.
Технические отчеты Интернета
Мы уже говорили, что нет ни производителей, ни профессиональных обществ, владеющих технологией TCP/IP. Поэтому, документацию на протоколы, стандарты, и политику нельзя получить от производителя. Вместо этого, DCA финансирует группу в SRI International, которая получает и распространяет информацию о TCP/IP и обьединенном Интернете. Известная, как Сетевой Информационный Центр ил просто NIC, эта группа управляет многими административными вопросами Интернета помимо распространения документации.
Вся документация о работах в Интернете, предложениях о новых или переработанных протоколах, и стандартах протоколов TCP/IP появляется в виде серии технических отчетов, называемых Request For Comments или RFC(буквальный перевод приблизительно такой - Требуются Комментарии).(Ранние версии RFC были известны как черновые проекты Интернета). RFC могут быть маленькими или большими, могут описывать фундаментальные концепции или детали частного вопроса, и могут быть стандартами или просто предложениями новых протоколов. Редактор RFC называется Делегированным Архитектором Интернета, и является членом IAB.
Пока RFC редактируются, на них не ссылаются так, как это делается с исследовательскими академическими статьями. Также, некоторые отчеты, имеющие отношение к Интернету, уже публиковались в более ранних, параллельных сериях отчетов, названных Инженерными Заметками об Интернете или IEN. Хотя серии IEN более не используются, не все IEN были опубликованы в RFC. Ссылки на IEN и RFC разбросаны по всей книге.
Обе серии RFC и IEN нумеровались последовательно в хронологическом порядке написания. Каждому новому или переработанному RFC назначался новый номер, поэтому читателям нужно быть уверенным в том, что они получили версию документа с наибольшим номером; индекс поможет найти нужную версию.
NIC распространяет RFC и IEN по всему сообществу. Вы можете получить RFC от NIC, послав письмо по обычной почте,электронной почте или напрямую связавшись с ним по Интернету, используя программу передачи файлов. Спросите эксперта по локальным сетям, как получить RFC из вашего места или посмотрите приложение 1для дальнейших инструкций о том, как получить их.
Изучите прикладные программы на
1. 1 Изучите прикладные программы на вашей машине, использующие TCP/IP
1.2 Установите, соединена ли ваша машина с объединенным Интернетом
