Интернет: административное устройство и структура глобальной сети
историческое введение Около 20 лет назад Министерство Обороны США создало
сеть, которая явилась предтечей Internet, - она называлась ARPAnet. ARPAnet была
экспериментальной сетью, - она создавалась для поддержки научных исследований
в военно-промышленной сфере, - в частности, для исследования методов построения
сетей, устойчивых к частичным повреждениям, получаемым, например, при бомбардировке
авиацией и способных в таких условиях продолжать нормальное функционирование.
Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet.
В модели ARPAnet всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником
(станцией назначения). Сеть a priori предполагалась ненадежной:
любая часть сети может исчезнуть в любой момент. На связывающиеся компьютеры
- не только на саму сеть - также возложена ответственность обеспечивать налаживание
и поддержание связи. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер
мог связаться как равный с равным с любым другим компьютером. Передача данных
в сети была организована на основе протокола Internet - IP. Протокол IP - это правила
и описание работы сети. Этот свод включает правила налаживания и поддержания
связи в сети, правила обращения с IP-пакетами и их обработки, описания сетевых
пакетов семейства IP (их структура и т.п.). Сеть задумывалась и проектировалась
так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной
структуре сети. Для того, чтобы послать сообщение по сети, компьютер должен поместить
данные в некий ``конверт'', называемый, например, IP, указать на этом
``конверте'' конкретный адрес в сети и передать получившиеся в результате этих
процедур пакеты в сеть. Эти решения могут показаться странными, как и предположение
о ``ненадежной'' сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих
решений вполне разумно и верно. Пока Международная Организация по Стандартизации
(Organization for International Standartization - ISO) тратила годы, создавая
окончательный стандарт для компьютерных сетей, пользователи ждать не желали.
Активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные
типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи
разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам,
которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей.
Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет
работать по сети совместно с другими компьютерами. Примерно 10 лет спустя
после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети (LAN), например,
такие как Ethernet и др. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть
рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена Операционная
Система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с протоколом Internet
(IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения
появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPAnet своей
локальной сетью. Примерно в то же время появились другие организации, которые
начали создавать свои собственные сети, использующие близкие к IP коммуникационные
протоколы. Стало ясно, что все только выиграли бы, если бы эти сети могли общаться
все вместе, ведь тогда пользователи из одной сети смогли бы связываться
с пользователями другой сети. Одной из важнейших среди этих новых сетей была NSFNET,
разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (National Science
Foundation - NSF), аналога нашего Министерства Науки. В конце 80-х NSF создал
пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых
научных учреждениях. Было создано всего лишь пять центров потому, что они очень
дороги даже для богатой Америки. Именно поэтому их и следовало использовать
кооперативно. Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и
предоставить доступ к ним различным пользователям. Сначала была сделана попытка
использовать коммуникации ARPAnet, но это решение потерпело крах, столкнувшись
с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. Тогда NSF
решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPAnet. Центры
были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью
56 Kbps (7 KB/s). Однако, было очевидно, что не стоит даже и пытаться соединить
все университеты и исследовательские организации непосредственно с центрами, т.к.
проложить такое количество кабеля - не только очень дорого, но практически
невозможно. Поэтому решено было создавать сети по региональному принципу. В каждой
части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими
ближайшими соседями. Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной
из своих точек, таким образом суперкомпьютерные центры были соединены вместе.
В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения
через соседей. Это решение было успешным, но настала пора, когда сеть уже
более не справлялась с возросшими потребностями. Совместное использование суперкомпьютеров
позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей,
не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие
организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей.
Поток сообщений в сети (трафик) нарастал все быстрее и быстрее пока, в конце концов,
не перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии.
В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit
Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM
и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз)
телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и сетевые управляющие машины.
Процесс совершенствования сети идет непрерывно. Однако, большинство этих перестроек
происходит незаметно для пользователей. Включив компьютер, вы не увидите
объявления о том, что ближайшие полгода Internet не будет доступна из-за модернизации.
Возможно даже более важно то, что перегрузка сети и ее усовершенствование
создали зрелую и практичную технологию. Проблемы были решены, а идеи развития
проверены в деле. Важно отметить то, что усилия NSF по развитию сети привели
к тому, что любой желающий может получить доступ к сети. Прежде Internet была
доступна только для исследователей в области информатики, государственным служащим
и подрядчикам. NSF способствовал всеобщей доступности Internet по линии
образования, вкладывая деньги в подсоединение учебного заведения к сети, только
если то, в свою очередь, имело планы распространять доступ далее по округе. Таким
образом, каждый студент четырехлетнего колледжа мог стать пользователем Internet.
И потребности продолжают расти. Большинство таких колледжей на Западе уже
подсоединено к Internet, предпринимаются попытки подключить к этому процессу
средние и начальные школы. Выпускники колледжей прекрасно осведомлены о преимуществах
Internet и рассказывают о них своим работодателям. Вся эта деятельность
приводит к непрерывному росту сети, к возникновению и решению проблем этого роста,
развитию технологий и системы безопасности сети. Административное устройство
Internet Internet по организации во многом напоминает церковь. Это организация
с полностью добровольным участием. Управляется она чем-то наподобие совета старейшин,
однако, у Internet нет патриарха, президента или Папы. Составляющие сети
могут иметь своих президентов или аналогичных вождей, но это совсем другое дело;
в Internet нет единственной авторитарной фигуры. Высшая власть, где бы Internet
ни была, остается за ISOC (Internet Society). ISOC - общество с добровольным
членством. Его цель - способствовать глобальному обмену информацией через Internet.
Оно назначает совет старейшин, который отвечает за техническую политику,
поддержку и управление Internet. Совет старейшин представляет собой группу приглашенных
добровольцев, называемую IAB (Совет по архитектуре Internet.). IAB
регулярно собирается, чтобы ``благословить'' стандарты и распределить ресурсы,
такие, например, как адреса. Internet работает, поскольку имеются стандартные способы
общения между компьютерами и прикладными программами. Это позволяет компьютерам
разного типа связываться без особых проблем. IAB ответственен за стандарты;
он решает, когда стандарт необходим и каким ему следует быть. Когда требуется
стандарт, совет рассматривает проблему, принимает стандарт и по сети оповещает
о нем мир. IAB также следит за различными номерами (и другими вещами), которые
должны оставаться уникальными. Например, каждый компьютер в Internet имеет
свой уникальный 32-разрядный двоичный адрес; никакой другой компьютер не имеет
такого же. Как присваивается этот адрес? IAB заботится о такого рода проблемах.
Он не присваивает адресов самолично, но разрабатывает правила, как эти адреса
присваивать. Пользователи Internet высказывают свои жалобы и предложения на встречах
IETF (Оперативного инженерного отряда Internet). IETF - это другая добровольная
организация; также собирается регулярно, чтобы обсудить текущие эксплуатационные
и назревающие технические проблемы. При обсуждении достаточно важной проблемы
IETF создает рабочую группу для ее дальнейшего исследования. (На практике
``достаточно важная'' обычно означает, что для рабочей группы находится достаточное
количество добровольцев). Посещать встречи IETF и состоять в рабочих группах
могут все; главное, чтобы люди работали, дело-то добровольное. Рабочие группы
имеют различные функции: это может быть выпуск документации, выработка стратегии
действий при возникновении проблем, стратегические исследования, разработка
новых стандартов и протоколов, доработка уже существующих (например, изменение
значений отдельных полей). Рабочая группа обычно выпускает доклад. В зависимости
от вида рекомендации, это может быть просто документацией и быть доступной
для любого желающего, что может быть принято добровольно как здравая идея, или
же это может быть послано в IAB и быть объявленной стандартом. Если некая сеть
принимает учение Internet, присоединяется к ней и считает себя ее частью, тогда
она и является частью Internet. Возможно ей многое покажется неразумным, странным,
сомнительным - она может поделиться своими сомнениями с IETF. Некоторые
жалобы-предложения могут оказаться вполне разумными и, возможно, Internet соответственно
изменится. Что-то может показаться просто делом вкуса или традиции, тогда
эти возражения будут отклонены. Если сеть делает что-либо, что может навредить
Internet, она может быть исключена из сообщества до тех пор, пока она не исправится.
Сейчас Internet состоит из более чем 12 тысяч объединенных между собой
сетей. Финансы За Internet никто централизовано не платит; нет такой организации
как Internet Inc., которая собирает плату со всех сетей Internet или пользователей.
Вместо этого каждый платит за свою часть. NSF платит за содержание NSFNET.
NASA платит за Научную Сеть NASA (NASA Science Internet). Представители сетей
собираются вместе и решают, как им соединяться друг с другом и содержать эти
взаимосвязи. Колледж или корпорация платит за ее подключение к некоторой региональной
сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу
государственного масштаба. Как структура Internet сказывается на Пользователе
? То, что Internet не сеть, а собрание сетей, мало как сказывается на конкретном
пользователе. Для того, чтобы сделать что-нибудь полезное (запустить программу
или добраться до каких-либо единственных в своем роде данных), пользователю не
надо заботиться о том, как эти составляющие сети содержатся, как они взаимодействуют
и поддерживают межсетевые связи. Рассмотрим для наглядности телефонную
сеть - тоже в некотором роде Internet. Министерство Связи России, Pacific Bell,
AT,MCI, British Telecom, Telefon's de Mexico и т.д., - все это отдельные корпорации,
которые обслуживают разные телефонные системы. Они же заботятся о совместной
работе, о создании объединенной сети; все, что вам нужно сделать, где бы на
планете вы ни находились и куда бы вы ни звонили, - это набрать номер. Если забыть
о цене и рекламе, вам должно быть совершенно все равно, с кем вы имеете дело:
с МСI, ATили Министерством Связи. Снимаете трубочку, нажимаете кнопочки (крутите
диск) и говорите. Вас, как пользователя, заботит только, кто занимается
вашими заявками, когда появляются проблемы. Если что-либо перестает работать, только
одна из соответствующих компаний может исправить это. Они общаются друг с
другом по проблемным вопросам, но каждый из владельцев сетей ответственен за проблемы,
возникающие на его собственном участке системы, за сервис, который эта
сеть предоставляет своим клиентам. Это же верно и для Internet. Каждая сеть имеет
свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Каждый такой рабочий
центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы. Ваш
регион имеет соглашение с одной из составляющих сетей Internet и ее забота состоит
в том, чтобы люди вашего региона были довольны работой сети. Так что, если
что-то испортится, NOC и есть та самая организация, с кого за это спросят, кого
за это будут бить. Архитектура сетевых протоколов TCP/IP, на базе которых построена
Internet, предназначена специально для объединенной сети. Сеть может состоять
из совершенно разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В
качестве подсетей могут выступать самые разные локальные сети (Token Ring, Ethernet,
пакетные радиосети и т.п.), различные национальные, региональные и специализированные
сети (например, HEPnet), а также другие глобальные сети, такие, например,
как Bitnet или Sprint. К этим сетям могут подключаться машины совершенно
разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими
требованиями и имеет свою природу связи, сама разрешает свои внутренние проблемы.
Однако, предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации
и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Все же не требуется,
чтобы подсеть гарантировала доставку пакетов и имела надежный сквозной
протокол (протокол работы сети в качестве посредника при передаче сообщений между
двух внешних сетей). Природа такого послабления вам станет ясна позже. Таким
образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут напрямую обмениваться
пакетами, а если возникает необходимость передать сообщение машине в другой
подсети, то вступают в силу межсетевые соглашения, для чего подсети используют
свой межсетевой язык - протокол IP; они передают сообщение по определенной цепочке
шлюзов и подсетей, пока оно не достигнет нужной подсети, где оно и будет доставлено
непосредственно получателю. Другими словами, пользователя вся эта кухня
совершенно не заботит. Как и в примере с телефонной сетью, которая представляется
ему единой большой сетью, а не множеством сетей, для него все это пестрое
сборище разнородных и иногда несовместимых между собой сетей представляется одной
сетью - ``Сетью сетей'' - Internet. Потенциальные пользователи Кому же может
быть столь полезна Internet и каким образом? Что так способствует ее развитию?
Полезность Internet повышалась вместе с развитием вычислительной техники с запаздыванием
примерно в 10 лет. В конце 80-х годов появление персональных компьютеров
перенесло информатику из царства знатоков к широкой публике. Internet в ходе
своего развития и повсеместного распространения занимается именно таким переносом.
Internet, как и вычислительная техника, совершила переход от забавы экспертов
к инструменту ежедневного пользования. И сам процесс перехода был совершенно
аналогичен. Сеть постепенно становилась проще в использовании, частично потому
что оборудование стало лучше, а частично потому, что сама стала скорее и надежнее.
И самые смелые из тех, кто сначала не решались связываться с Internet,
начали ее использовать. Эти новые пользователи породили огромную потребность в
новых ресурсах и лучшем инструментарии. Улучшались старые средства, появлялись
новые, предназначенные для доступа к новым ресурсам, что облегчало использование
сети. И вот уже другая группа людей стала понимать пользу Internet. Процесс повторялся.
Этот круговорот продолжает развиваться и по сей день. В общем, все пользователи
Internet ищут одного: общения и информации. И они находят это среди
людей и компьютеров. Легко позабыть о людских ресурсах Internet, но они очень
важны, так же, как и доступные компьютеры. Internet - миролюбивая и дружелюбная
страна. Здесь можно встретить таких же людей, как вы сами. Вы, несомненно, потенциальный
пользователь сети, если, например, вы: - Биолог , которому потребовалась
карта генома дрозофиллы; - Чань-буддист в стане пан-исламистов, ищущий какое-либо
духовное товарищество и понимание; - Эстетствующий интеллектуал, поклонник
классики и рока, кому осточертела поп-"музыка'' в эфире; - Психолог или психотерапевт,
желающий обсудить тонкие моменты отношений тайны исповеди с законом
в очень специфическом случае. И так далее. Всем этим людям Internet предоставляет
великолепную возможность найти единомышленников. Можно - на самом деле, даже
очень легко – найти электронный дискуссионный клуб почти по любой теме (их сейчас
всего около полутора тысяч), или начать новую дискуссию и встать у истоков
нового клуба, который никто до сих пор не догадался создать. Internet открывает
этим людям также и доступ к компьютерным ресурсам. Лектор общества ``Знание''
может связаться с компьютером NASA, который предоставит ему информацию о прошлом,
настоящем и будущем космической науки и программы США. Священник может найти
Библию, Коран, Тору, чтобы процитировать нужные отрывки. Юрист может вовремя
найти копии докладов на заседаниях Верховного Суда США по делу ``Иран-контрас''.
Восьмиклассница может обсудить музыкальную лирику В.Цоя с ровесниками или выступить
экспертом среди новичков, ведь только она и понимает лирику по-настоящему.
И это только начало. Несомненно, в конечном счете, все придут к пониманию того,
что наступает Эра Информации; потребность в ней возрастает и будет возрастать
лавинообразно, количество потребителей тоже. Никуда от этого не деться. Без
надежной и оперативной информации нельзя идти в ногу со временем, развивать науку
и технику на уровне лучших мировых образцов. И все мы, все до единого, - потенциальные
пользователи глобальной информационной сети.91