Что такое интернет?
Поскольку физической основой сети Веб является Интернет, то для более глубокого понимания многих вопросов данного курса потребуется кратко ознакомиться со структурой и протоколами Интернета.
Что же такое Интернет?
https://www.youtube.com/watch?v=Ytn8sKvYHRY
По сути, это самая большая в мире сеть, не имеющая единого центра управления, но работающая по единым правилам и предоставляющая своим пользователям единый набор услуг. Интернет можно рассматривать как “сеть сетей”, каждая из которых управляется независимым оператором – поставщиком услуг Интернета (ISP, InternetServiceProvider).
С точки зрения пользователей Интернет представляет собой набор информационных ресурсов, рассредоточенных по различным сетям, включая ISP-сети, корпоративные сети, сети и отдельные компьютеры домашних пользователей.
Сегодняшний Интернет обязан своему появлению объединенной сети ARPANET, которая начиналась как скромный эксперимент в новой тогда технологии коммутации пакетов (табл. 1.1). СетьARPANET была развернута в 1969 г. и состояла поначалу всего из четырех узлов с коммутацией пакетов, используемых для взаимодействия горстки хостов и терминалов.
Первые линии связи, соединявшие узлы, работали на скорости всего 50 Кбит/с. СетьARPANET финансировалась управлением перспективного планирования научно-исследовательских работARPA (Advanced Research Projects Agency) министерства обороны США и предназначалась для изучения технологии и протоколов коммутации пакетов, которые могли бы использоваться для кооперативных распределенных вычислений.
На рисунке 1.1 представлен график, показывающий динамику роста числа хостов (как формально зарегистрированных, так и активно функционирующих).
Возможно ли централизованное управление в такой глобальной сети? Ответ на данный вопрос будет отрицательным, поскольку, во-первых, данная сеть является транснациональной и, во-вторых, в силу исторических предпосылок ее формирования.
Тем не менее, в Интернете могут проявляться опосредованные формы централизации в форме единой технической политики, согласованном наборе технических стандартов, назначении имен и адресов компьютеров и сетей, входящих в Интернет.
То есть Интернет является децентрализованной сетью, что имеет свои достоинства и недостатки.
- Достоинства:
- Недостатки:
Существуют различные типы поставщиков услуг Интернета:
2.2. IP-адрес компьютера
Каждый компьютер, подключённый к Интернету, получает свой уникальный 32-битовый идентификатор, называемый IP-адресом. Таких адресов более 4 миллиардов (232 – 1 = 4 294 967 295). Человеку, в отличие от технических систем, сложно работать с длинными цепочками из нулей и единиц.
Поэтому вместо 32-битового представления мы используем запись IP-адреса в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например 204.152.190.71. Для осуществления такого перехода 32-битовая запись разбивается на четыре части (по 8 бит), каждая из которых как 8-разрядное двоичное число переводится в десятичную систему счисления.
Задача. Петя записал IP-адрес школьного сервера на листке бумаги и положил его в карман куртки. Петина мама случайно постирала куртку вместе с запиской. После стирки Петя обнаружил в кармане четыре обрывка с фрагментами IP-адреса. Эти фрагменты обозначены буквами А, Б, В и Г.
Решение
Исследуем возможные комбинации фрагментов адреса с учётом того, что каждое из четырёх чисел в IP-адресе не должно превышать 255.
Так как адрес не может начинаться с точки, в качестве первого фрагмента совершенно точно нельзя использовать фрагмент Б.
Получаем возможные варианты:
Фрагмент Б не может находиться на втором месте, так как он заканчивается на 50 и добавление к нему справа первой цифры любого из оставшихся фрагментов приведёт к образованию числа, превышающего 255.
Если в качестве первого взят фрагмент А, то после него совершенно точно не может следовать фрагмент Г (в противном случае получается число 1922 > 255). Если в качестве первого взят фрагмент В, то после него не может следовать ни один из оставшихся фрагментов.
После фрагмента Г может следовать любой из фрагментов А и В.
Получаем возможные варианты:
После фрагмента АВ мог бы следовать только фрагмент Б, но в рассматриваемом примере он не может быть третьим (по той же причине, что и вторым). По этой же причине после фрагмента ГА может следовать только фрагмент В (фрагмент Б мы исключаем из рассмотрения). После ГВ не могут следовать ни А, ни Б.
Таким образом, существует единственный способ соединения имеющихся фрагментов: ГАВБ. Соответствующий адрес имеет вид: 222.195.162.50
2.3. Доменная система имён
Наряду с цифровыми IP-адресами в Интернете действует более удобная и понятная для пользователей доменная1) система имён (DNS — Domain Name System), благодаря которой компьютеры получают уникальные символьные адреса.
Доменная система имеет иерархическую структуру: домены верхнего уровня, домены второго уровня и т. д. (рис. 4.2).
Вопросы и задания
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Дополняет ли презентация информацию, содержащуюся в тексте параграфа?
2. Что такое Интернет?
3. Благодаря чему в сети Интернет удаётся соединять различные модели компьютеров с разным программным обеспечением?
4. Для чего нужен IP-адрес?
5. Каким образом осуществляется переход от 32-битового IP-адреса к его записи в виде четырёх десятичных чисел?
6. Запишите в тетради 32-битовый IP-адрес в виде четырёх десятичных чисел, разделённых точками:
1) 11001100 10011000 10111110 01000111;
2) 11011110 11000011 10100010 00110010.
7. Запишите в тетради IP-адрес из четырёх десятичных чисел в 32-битовом виде:
1) 210.171.30.128;
2) 10.55.0.225.
8. Петя записал IP-адрес школьного сервера на листке бумаги и положил его в карман куртки. Петина мама случайно постирала куртку вместе с запиской. После стирки Петя обнаружил в кармане четыре обрывка с фрагментами IP-адреса. Эти фрагменты обозначены буквами А, Б, В и Г.
9. Опишите структуру доменной системы имён.
10. Проанализируйте следующие доменные имена:
О роли стандартизации в интернет
Как следует из всего вышеизложенного, Интернет является очень сложной сетью, и соответственно такой же сложной является задача организации взаимодействия между устройствами сети. Для решения такого рода задач используется декомпозиция, т.е. разбиение сложной задачи на несколько более простых задач-модулей.
Одной из концепций, реализующих декомпозицию, является многоуровневый подход. Такой подход дает возможность проводить разработку, тестирование и модификацию каждого отдельного уровня независимо от других уровней. Иерархическая декомпозиция позволяет, перемещаясь в направлении от более низких к более высоким уровням переходить к более простому представлению решаемой задачи.
Специфика многоуровневого представления сетевого взаимодействия состоит в том, что в процессе обмена сообщениями участвуют как минимум две стороны, для которых необходимо обеспечить согласованную работу двух иерархий аппаратно-программных средств.
Каждый из уровней должен поддерживать интерфейс с выше- и нижележащими уровнями собственной иерархии средств и интерфейс со средствами взаимодействия другой стороны на том же уровне иерархии. Данный тип интерфейса называется протоколом (см. рисунок 1.2).
Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком протоколов.
В начале 80-х годов международные организации по стандартизации ISO (International Organization for Standardization), ITU (InternationalTelecommunicationsUnion) и другие разработали стандартную модель взаимодействия открытых системOSI (OpenSystemInterconnection).
Поскольку сеть – это соединение разнородного оборудования, актуальной является проблема совместимости, что в свою очередь, требует согласования всеми производителями общепринятых стандартов. Открытой является система, построенная в соответствии с открытыми спецификациями.
Спецификация представляет собой формализованное описание аппаратных (программных) компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, особых характеристик. Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.
Использование открытых спецификаций при разработке систем позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем аппаратно-программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.
Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, это дает следующие преимущества:
В рамках модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. В распоряжение программистов предоставляется прикладной программный интерфейс, позволяющий обращаться с запросами к самому верхнему уровню, а именно, – уровню приложений.
СетьИнтернет строилась в полном соответствии с принципами открытых систем. В разработке стандартов этой сети принимали участие тысячи специалистов-пользователей сети из вузов, научных организаций и компаний. Результат работы по стандартизации воплощается в документах RFC.
RFC (англ. Request for Comments) — документ из серии пронумерованных информационных документов Интернета, содержащих технические спецификации и Стандарты, широко применяемые во Всемирной сети. В настоящее время первичной публикацией документов RFC занимается IETF под эгидой открытой организации Общество Интернета ( ISOC ).
Правами на RFC обладает именно Общество Интернет. Формат RFC появился в 1969 г. при обсуждении проекта ARPANET. Первые RFC распространялись в печатном виде на бумаге в виде обычных писем, но уже с декабря 1969 г., когда заработали первые сегментыARPANET, документы начали распространяться в электронном виде. В таблице 1.2 приведены некоторые из наиболее известных документов RFC.
Основным организационным подразделением, координирующим работу по стандартизации Интернет, является ISOC (Internet Society), объединяющее порядка 100 тысяч участников, которые занимаются различными аспектами развития данной сети.
Разработкой стандартов для сети Веб, начиная с 1994 года, занимается Консорциум W3C (World Wide Web Consortium), основанный и до сих пор возглавляемый Тимом Бернерсом-Ли.
Консорциум W3C — организация, разрабатывающая и внедряющая технологические стандарты для Интернета и WWW. Миссия W3C формулируется следующим образом: “Полностью раскрыть потенциал Всемирной паутины путем создания протоколов и принципов, гарантирующих долгосрочное развитие Сети”.
W3C разрабатывает для WWW единые принципы и стандарты, называемые ” Рекомендациями “, которые затем внедряются разработчиками программ и оборудования. Благодаря Рекомендациям достигается совместимость между программными продуктами и оборудованием различных компаний, что делает сетьWWW более совершенной, универсальной и удобной в использовании.
Все РекомендацииW3C открыты, то есть, не защищены патентами и могут внедряться любым человеком без каких-либо финансовых отчислений Консорциуму.
Для удобства пользователей Консорциумом созданы специальные программы-валидаторы (англ. OnlineValidationService), которые доступны по сети и могут за несколько секунд проверить документы на соответствие популярным Рекомендациям W3C.
Консорциумом также созданы многие другие утилиты для облегчения работы веб-мастеров и программистов. Большинство утилит — это программы с открытым исходным кодом, все они бесплатные. В последнее время, повинуясь мировым тенденциям, Консорциум, в целом, гораздо больше внимания уделяет проектам с открытым исходным кодом.
В российском сегменте Интернета имеется своя организация – Российский НИИ Развития Общественных Сетей РОСНИИРОС (Russian Institute for Public Networks, RIPN). РОСНИИРОС занимается координацией российских исследований и разработок в Интернете.
Прежде чем перейти к описанию структуры, принципов работы и основных протоколов сети Веб, рассмотрим основной стек протоколов сети Интернет – стекTCP/IP.
Предмет курса
Предметом данного курса являются технологии глобальной сети World Wide Web (сокращенно WWW или просто Web). На русском языке распространенным вариантом является название “Веб”.
В частности, в рамках курса будут рассмотрены такие вопросы как:
- Структура и принципы Веб (базовые понятия, архитектура, стандарты и протоколы);
- Технологии сети Веб (языки разметки и программирования веб-страниц, инструменты разработки и управления веб-контента и приложений для Веб, средства интеграции веб-контента и приложений в Веб).
Прокси-серверы
Прокси-сервер (proxy-server) — служба в компьютерных сетях, позволяющая клиентам выполнять косвенные запросы к другим сетевым службам.
Сначала клиент подключается к прокси-серверу и запрашивает какой-либо ресурс, расположенный на другом сервере. Затем прокси-сервер либо подключается к указанному серверу и получает ресурс у него, либо возвращает ресурс из собственного кеша (если имеется).
В некоторых случаях запрос клиента или ответ сервера может быть изменен прокси-сервером в определенных целях. Также прокси-сервер позволяет защищать клиентский компьютер от некоторых сетевых атак.
Чаще всего прокси-серверы применяются для следующих целей:
- обеспечение доступа с компьютеров локальной сети в Интернет;
- кеширование данных: если часто происходят обращения к одним и тем же внешним ресурсам, то можно держать их копию на прокси-сервере и выдавать по запросу, снижая тем самым нагрузку на канал во внешнюю сеть и ускоряя получение клиентом запрошенной информации.
- сжатие данных: прокси-сервер загружает информацию из Интернета и передает информацию конечному пользователю в сжатом виде.
- защита локальной сети от внешнего доступа: например, можно настроить прокси-сервер так, что локальные компьютеры будут обращаться к внешним ресурсам только через него, а внешние компьютеры не смогут обращаться к локальным вообще (они “видят” только прокси-сервер).
- ограничение доступа из локальной сети к внешней: например, можно запретить доступ к определенным веб-сайтам, ограничить использование интернета каким-то локальным пользователям, устанавливать квоты на трафик или полосу пропускания, фильтровать рекламу и вирусы.
- анонимизация доступа к различным ресурсам. Прокси-сервер может скрывать сведения об источнике запроса или пользователе. В таком случае целевой сервер видит лишь информацию о прокси-сервере, например, IP-адрес, но не имеет возможности определить истинный источник запроса. Существуют также искажающие прокси-серверы, которые передают целевому серверу ложную информацию об истинном пользователе.
Протоколы интернет прикладного уровня
Самый верхний уровень в иерархии протоколов Интернет занимают следующие протоколы прикладного уровня:
Рассмотрим более подробно некоторые из этих протоколов.
- FTP
FTP позволяет подключаться к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер; кроме того, возможен режим передачи файлов между серверами; FTP позволяет обмениваться файлами и выполнять операции над ними через TCP-сети. Данный протокол работает независимо от операционных систем. Исторически протокол FTP предложил открытую функциональность, обеспечивая прозрачный перенос файлов с одного компьютера на другой по сети. Это не так тривиально, как может показаться, так как у разнотипных компьютеров могут различаться размеры слов, биты в словах могут храниться в неодинаковом порядке или использоваться разные форматы слов.
- Telnet
Название “telnet” имеют также некоторые утилиты, реализующие клиентскую часть протокола. Протокол telnet работает в соответствии с принципами архитектуры “клиент-сервер” и обеспечивает эмуляцию алфавитно-цифрового терминала, ограничивая пользователя режимом командной строки. Приложение telnet предоставило язык для общения терминалов с удаленными компьютерами. Когда появилась сеть ARPANET, для каждой компьютерной системы требовались собственные терминалы. Приложение telnet стало общим знаменателем для терминалов. Достаточно было написать для каждого компьютера программное обеспечение, поддерживающее “терминал telnet “, чтобы один терминал мог взаимодействовать с компьютерами всех типов.
- SSH
Сходен по функциональности с протоколами telnet и rlogin, но, в отличие от них, шифрует весь трафик, включая и передаваемые пароли. SSH-клиенты и SSH-серверы имеются для большинства операционных систем.
- Почтовые протоколы.
Хотя telnet и FTP были (и остаются) полезными, первым приложением, совершившим переворот в сознании пользователей компьютеров сети ARPANET, стала электронная почта. До сети ARPANET существовали системы электронной почты, но все они были однокомпьютерными системами. В 1972 г. Рэй Томлинсон (Ray Tomlinson) из компании BBN написал первый пакет, предоставляющий распределенные почтовые услуги в компьютерной сети из нескольких компьютеров. Уже к 1973 г. исследования управления ARPA показали, что три четверти всего трафика сети ARPANET составляла электронная почта. Польза электронной почты оказалась столь велика, что все больше пользователей стремилось подключиться к сети ARPANET, в результате чего возрастала потребность в добавлении новых узлов и использовании высокоскоростных линий. Таким образом, появилась тенденция, сохраняющаяся и по сей день.
Самое главное
Интернет — всемирная компьютерная сеть, соединяющая вместе множество локальных, региональных и корпоративных сетей, в состав которых могут входить разные модели компьютеров. Это возможно благодаря реализации в программном обеспечении компьютеров особых соглашений (правил), называемых протоколами.
Каждый компьютер, подключённый к Интернету, имеет свой IP-адрес — уникальный 32-битовый идентификатор.
DNS — доменная система имён; благодаря ей компьютеры получают уникальные символьные адреса.
По сети файлы передаются небольшими порциями — пакетами. Маршрутизацию пакетов позволяет осуществлять протокол IP. Установление надёжной передачи сетевых пакетов между двумя компьютерами обеспечивает протокол TCP.
Система доменных имен dns
Несмотря на то, что аппаратное и программное обеспечение в рамках TCP/IP сетей для идентификации узлов использует IP-адреса, пользователи предпочитают символьные имена ( доменные имена ).
Первоначально в локальных сетях из небольшого числа компьютеров применялись плоские имена, состоящие из последовательности символов без разделения их на отдельные части, например MYCOMP. Для установления соответствия между символьными именами и числовыми адресами использовались широковещательные запросы.
Однако для больших территориально распределенных сетей, работающих на основе протокола TCP/IP такой способ оказался неэффективным. Поэтому для установления соответствия между доменным именем и IP-адресом используется специальная система доменных имен (DNS, Domain Name System), которая основана на создаваемых администраторами сети таблиц соответствия.
