Інформаційні технології та моделювання бізнес-процесів - Томашевський О.М. - 11. Технології глобальної мережі Інтернет

11.1. Основи структури та функціонування мережі Інтернет

У 1961 році Defence Advanced Research Agensy (DARPA) за завданням Міністерства оборони США розпочало розробку експериментальної мережі передачі інформаційних пакетів. Ця мережа, що мала назву ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), призначалася насамперед для підтримки наукових досліджень у військово-промисловій галузі - вивчення методів забезпечення надійного зв'язку між комп'ютерами різних типів; дослідження принципів побудови мереж, що здатні функціонувати в умовах часткового пошкодження (у разі ядерного удару). Основною метою побудови ARPANET було забезпечення надійного зв'язку між комп'ютером-джерелом та комп'ютером-приймачем незалежно від наявності будь-якої частини мережі. Також підтримувалась умова однакового статусу усіх комп'ютерів мережі - забезпечувався зв'язок із довільним комп'ютером мережі.

Передачу даних в мережі було організовано на основі протоколів IP (Інтернет Protocol), що містить в собі правила і опис роботи мережі та TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управління передачею даних.

Експеримент із ARPANET був настільки успішним, що в 1973 році до неї було підключено мережі у Великобританії та Норвегії - вона стала міжнародною. Відповідальність за адміністрування мережі взяло на себе Defence Communication Agency (DCA), що сьогодні має назву Defence Information Systems Agency (DISA). В цей період з'явились комп'ютери, що отримали назву робочих станцій та використовувались при побудові локальних мереж (Local Area Network, LAN) багатьох організацій. На більшості станцій було встановлено ОС UNIX, що дало можливість роботи в мережі з IP або близьким до нього комунікаційним протоколом. Виникла необхідність забезпечення зв'язку між локальними мережами з метою обміну інформацією.

Однією з найважливіших новостворених локальних мереж була NSFNET, розроблена за ініціативою Національного Наукового Фонду (National Science Foundation - NSF). Наприкінці 80-х років налічувалось п'ять суперкомп'ютерних NSF-центрів, що містили різноманітні наукові дані. Причому фізичний доступ до них був відкритий для будь-яких наукових організацій.

Для спільного використання центрів необхідно було їх об'єднати та забезпечити доступ до них різним категоріям користувачів. Спроби застосувати для цього комунікації ARPANET виявились невдалими через той факт, що у 1983 році з ARPANET виділилася MILNET (від "Military"), і обидві мережі відносились до Міністерства оборони США. В 1990 році мережа ARPANET повністю припинила своє існування.

В 1984 році NSF розпочав розробку власної мережі (саме вона називається тепер Інтернет), в основі якої були технології ARPANET. Центри були об'єднані спеціальними телефонними лініями з пропускною здатністю 56 Kbps. Для економії коштів на фізичне об'єднання локальних мереж із центрами було розроблено регіональний спосіб: зацікавлені організації повинні були об'єднатись із своїми найближчими сусідами. Отримані "ланцюжки" підключались до суперкомп'ютера в одній точці. При такій топології будь-які два комп'ютери мережі могли з'єднатись між собою, передаючи повідомлення через сусідів.

Кількість користувачів нової мережі стрімко зростала по всьому світу, причому її використання перестало носити виключно науково-дослідницький характер. Потік повідомлень каналами зв'язку (трафік) зростав з кожним днем, і вже не відповідала пропускній здатності мережі. В 1987 році контракт на управління та розвиток мережі Інтернет було передано компанії Merit Network Inc., що спеціалізувалась на освітній мережі штату Мічиган спільно із IBM. Застарілу фізично мережу оновили більш швидкими телекомунікаціями - її пропускна здатність збільшилась в 20 разів.

До сьогоднішнього часу Інтернет розвивалась та вдосконалювалась, і цей процес буде продовжуватись і надалі - поки існує сама мережа.

Розвиток та структура всесвітньої мережі. Для розуміння всієї глобальності такого явища, як Інтернет, розглянемо статистичні дані:

Таблиця 11.1. Регіональний розподіл Інтернет-користувачів

Для порівняння, чисельність населення на Землі станом на 30 червня 2010 року становила 6 845 609 960. Отже, приблизно 1/4 світу є користувачами мережі Інтернет. На рис.11.2. проілюстровано ріст числа хостів, підключених до мережі Інтернет.

Хост - довільний комп'ютер, сервер, маршрутизатор, що підключений до локальної чи глобальної мережі

Найчастіше під терміном "хост" розуміється пристрій, що підтримує протокол ТСР/ІР при наданні послуг користувачу.

Рис.11.1. а) Зростання кількості хостів, підключених до Інтернет; б) візуальне представлення регіонального розподілу користувачів Інтернет;

Розглянемо шлях, що проходить запит користувача в мережі з коротким описом задіяних при цьому компонентів (рис.11.2).

Маршрутизатор - засіб з'єднання двох або декількох локальних мереж, що використовують однакові протоколи передачі даних

Маршрутизатор представляє собою пристрій, що визначає наступний пункт у мережі, до якого пересилається повідомлення в напрямку пункту призначення. Маршрутизатори розташовуються на будь-якому з'єднанні чи вході мереж. Зазначимо, що інформація передається довільним каналом зв'язку у вигляді пакетів. В одному пакеті, як правило, надсилається від одного до 1500 символів інформації. Кожний з цих пакетів окремо нумерується і включає адресу місця призначення в мережі Інтернет. Причому окремі пакети одного повідомлення можуть бути спрямовані різними шляхами. В пункті призначення пакети знову об'єднуються у єдине повідомлення.

Рис.11.2. Схема функціонування мережі Інтернет

Маршрутизатор сполучено як мінімум з двома мережами і обрання шляху пересилання пакету залежить від поточного стану мережі. Маршрутизатор створює та підтримує таблицю доступних маршрутів та умов і використовує цю інформацію разом з алгоритмами дистанції і вартості, щоб визначити найкращий маршрут для даного пакету.

Пакетну передачу інформації наочно ілюструє програма Download Express у вкладці "Карта": в процесі скачування файлу з Інтернет показано прогрес закачування кожного з пакетів (рис.11.3).

Призначення Віртуального Серверу полягає у присвоєнні імені домену номеру IP-протоколу. Наприклад, домену name.com буде присвоєно номер 24.162.247.30. Отримані дані зберігаються у файлі.

Домен - частина простору ієрархічних імен мережі Інтернет, що обслуговується групою серверів доменних імен (DNS-серверів) та централізовано адмініструється

За допомогою присвоєного номеру можна управляти інформацією, що міститься в домені (за наявності відповідних прав доступу), а саме: керувати каталогами файлів, додавати адреси електронної пошти, управління реєстрацією і аналіз статистики, підтримка паролів, тощо.

Рис.11.3. Ілюстрація пакетного завантаження файлу з мережі Інтернет

Хост-сервер відіграє роль "таблиці вмісту Інтернет" та складається з множини файлових серверів. Центральний сервер підпорядковано Network Solutions, Inc., компанії, що керує реєстрацією імені домена і головним списком імен домена верхнього рівня .com, .net, .org, і т.п.