Лекція №1, Вступ, Мережа Інтернет

« Назад

1. Виникнення глобальної мережі Iнтернет

Комп'ютерною мережею називають сукупність обчислювальних машин, з'єднаних між собою каналами передачі даних і призначених для розподілу та колективного використання апаратних, обчислювальних, програмних засобів та інформаційних ресурсів. За територіальним розміщенням мережі поділяють на глобальні (охоплюють території окремих країн, континетнів), регіональні (розташовані в межах певного регіону: області, району, міста), локальні (працюють в межах однієї організації, лабораторії, а іноді в межах міста). Всесвітньо відомою глобальною мережею, яка дозволяє здійснювати комп'ютерний зв'язок між усіма континентами світу, є Iнтернет.

Прообраз мережі Iнтернет було створено в кінці шістдесятих років на замовлення Міністерства оборони США. На той час існувало дуже мало потужних комп'ютерів, і для проведення наукових досліджень виникла потреба забезпечити доступ багатьох вчених до цих машин. При цьому міністерство оборони поставило умову, щоб мережа продовжувала працювати навіть після знищення її частини, тому підвищена надійність Iнтернета була закладена вже при його створенні. Днем народженння Iнтернета можна назвати 2 січня 1969 року. В цей день Агенство перспективних досліджень (ARPA - Advanced Research Projects Agency), що є одним з підрозділів Міністерства оборони США, почало роботу над проектом зв'язку комп'ютерів оборонних організацій. В результаті наукових пошуків була створена мережа ARPANET, в основу функціонування якої покладено принципи, на яких пізніше буде побудовано Iнтернет.

Наступним кроком в розвитку Iнтернета стало створення мережі Національного наукового фонду США (NFS). Мережа, названа NFSNET, об'єднала наукові центри Сполучених Штатів. При цьому основою мережі стали 5 суперкомп'ютерів, з'єднаних між собою високошвидкісними лініями зв'язку. Всі решта користувачів під'єднувалися до мережі і могли використовувати можливості, надані цими комп'ютерами.

Мережа NFSNET швидко зайняла місце ARPANET, і останню ліквідували в 1990 році. Розвиток мережі потребував її реорганізації, тому в 1987 році було створено NFSNET Backbone - базову частину, або хребет мережі. Хребет складався із 13 центрів, з'єднаних один з одним високошвидкісними каналами зв'язку. Центри розміщувалися в різних частинах США. Таким чином з'явилася мережа Iнтернет в США.

Одночасно були створені національні мережі в інших країнах. Комп'ютерні мережі різних країн почали об'єднуватися, і в дев'яностих роках з'явився Iнтернет в його сьогоднiшньому вигляді. Зараз Iнтернет об'єднує тисячі різних мереж, розміщених по всьому світу. До нього мають доступ десятки мільйонів користувачів. Ріст і розвиток Iнтернета продовжується, спостерігається збільшення його ролі у всіх інформаційних технологіях. 

2. Основні сервіси Iнтернета

Широковідомою послугою Iнтернета є всесвітня система розсилання і отримування електронної пошти, яку називають e-mail. По суті, електронна пошта є головною частиною потоку інформації в Iнтернеті, і багато людей користуються лише цією послугою, оскільки дешевизна електронної пошти та оперативність, з якою повідомлення можна відправляти багатьом адресатам по всьому світу, роблять її популярною формою зв'язку.

В Iнтернеті також популярні групи новин Usenet. Їх ще називають телеконференціями або електронними дошками оголошень, оскільки вони дозволяють обмінюватися інформацією деякій кількості зацікавлених осіб. Для цього на комп'ютерах-серверах, які обслуговують телеконференцію, виділяється спеціальна ділянка пам'яті. існують тисячі груп новин, і, коли користувач отримав доступ до Usenet, він може підключитися до них безкоштовно.

Частина Iнтернета, яка називається World Wide Web(WWW або Всесвітня павутина), дозволяє авторам по-новому використати стару систему приміток. Зокрема, коли автор звичайної журнальної статті чи книжки вводить символ примітки, ми дивимося униз сторінки і знаходимо посилання на іншу сторінку або книжку. Автори комп'ютерних документів Iнтернета, по суті, роблять те саме, використовуючи технічний прийом, за допомогою якого в документі підкреслюється чи виділяється слово, фраза, малюнок. Виділений об'єкт говорить читачеві, що в Iнтернеті є додатковий ресурс (часто це інший документ). Цей документ з Iнтернета можна викликати, і він відразу відкриється на екрані. Web також дає можливість зберігати і відтворювати графічні зображення, відеофільми, звукові записи тощо. Використовуючи так звані програми-броузери, можна легко і швидко переглядати інформацію, яку зберігають комп'ютери у різних країнах.

В Iнтернеті зберігається велика кількість файлів. Використовуючи сервіс FTP (File Transfer Protocol), можна одержувати і передавати файли. Цей сервіс залишається одним із основних способів розповсюдження безплатних програм, різних доповнень і поправок до комерційних програм.

Ще однією популярною послугою Iнтернета є Internet Relay Chat (трансляція балачок на Iнтернеті) або Chat (балачка). Chat дозволяє групі людей швидко надсилати одне одному повідомлення. Створюються так звані Chat-канали або Chat-кімнати, в яких обговорюється якась конкретна тема. Ця система чимось схожа на групи новин, але обмін повідомленнями в ній здійснюється без затримок. Під'єднавшись до групи, що обговорює ту чи іншу проблему, ви набираєте своє повідомлення на клавіатурі, і воно миттєво стає доступним іншим учасникам розмови. Аналогічно можна спостерігати на екрані комп'ютера повідомлення інших співрозмовників зразу після того, як вони їх набрали на клавіатурі свого комп'ютера.

Сервіс Archie дозволяє знайти файл в Iнтернеті за його іменем. Останнім часом цей сервіс став менш популярним, бо з'явилися аналогічні системи у Всесвітній павутині(WWW) і пошук файлів став простішим. 

3. Структура та принципи роботи Iнтернета

Як і будь-яка інша комп'ютерна мережа, Iнтернет складається з багатьох комп'ютерів, з'єднаних між собою лініями зв'язку(каналами), і встановлених на цих комп'ютерах програм. Є декілька способів доступу до мережі Iнтернет, які визначаються вибраним каналом.

Найпоширенішим варіантом каналу серед приватних користувачів є так звана комутована лінія, або, інакше кажучи, виділена звичайна телефонна лінія, по якій дані можуть передаватися за допомогою модема. Перевагою такого каналу є дешевизна: при наявності у користувача вдома телефонного зв'язку канал готовий до експлуатації. Недоліками тут є невисока швидкість і якість зв'язку, адже якість зв'язку залежить від того, сучасною чи застарілою є телефонна станція, до якої під'єднано комп'ютер. Бажано теж, щоб комп'ютер користувача був під'єднаний до тієї ж станції, що і сервер провайдера (організація, що надає послуги по під'єднанню до комп'ютерної мережі Iнтернет). Швидкість передачі інформації обмежується меншою з двох наступних величин: максимальною швидкістю, яку "витримує" телефонна лінія (у нас це реально 28.8 Кбіт, в окремих випадках 33.6 Кбіт, 56Кбіт) і швидкістю модема.

Виділена (або некомутована, тобто персональна) лінія є найпоширенішим каналом, яким з'єднані комп'ютери, що працюють в мережі на постійній основі. Негативною стороною такого каналу є, в першу чергу, висока ціна прокладання і трохи вища вартість мережевих послуг. Позитивною - практично бездоганна якість і значно вища швидкість. Для виділеної лінії може використовуватися як звичайний кабель(Ethernet), так і телефонна пара. Дуже перспективним є використання оптоволоконних кабелів.

Якщо "протягнути дріт" проблематично через природні або політичні перешкоди, тоді використовують супутниковий канал.

Як зазначено вище, користувачі Iнтернета під'єднуються до мережі через комп'ютери спеціальних організацій, які називаються провайдерами (provider - постачальник) послуг Iнтернета. До мережі можуть бути під'єднані як окремий комп'ютер, так і локальна мережа. В останньому випадку вважають, що до Iнтернета під'єднані всі комп'ютери даної локальної мережі, хоча лінією зв'язку з Iнтернетом з'єднаний лише один комп'ютер. З'єднання може бути постійним або тимчасовим. Всі організації, з'єднані між собою найшвидшими лініями зв'язку, утворюють базову частину мережі, або хребет Iнтернета.

Насправді відмінність між користувачами і провайдерами досить умовна. Кожен користувач, який під'єднав свій комп'ютер або локальну мережу до Iнтернета і встановив необхідне програмне забезпечення, може надавати послуги під'єднання до мережі інших користувачів, тобто стати провайдером.

В загальному випадку Iнтернет здійснює обмін інформацією між двома довільними комп'ютерами, під'єднаними до мережі. Комп'ютери, під'єднані до Iнтернета, часто називають вузлами Iнтернета, або сайтами. Сайти (вузли), встановлені у провайдерів, забезпечують доступ користувачів до Iнтернета. існують також вузли, що спеціалізуються тільки в наданні інформації.

Особливістю Iнтернета є його висока надійність. При виході з ладу частини комп'ютерів і ліній зв'язку мережа продовжує функціонувати. Така надійність забезпечується тим, що в Iнтернеті немає єдиного центру управління. Якщо виходять з ладу деякі лінії зв'язку або комп'ютери, то повідомлення можуть бути передані іншими лініями зв'язку, оскільки завжди існує декілька шляхів передачі інформації.

Таким чином, Iнтернет - це умовна назва системи взаємопов'язаних мереж, до складу якої входить велика і непостійна кількість комп'ютерів з усього світу, які характеризуються спільними ознаками. По-перше, всі вони з'єднані між собою певними каналами і мають свої унікальні адреси і, по-друге, вміють обмінюватися інформацією згідно із спеціально розробленими правилами - протоколами. Тому зупинимося дещо детальніше на описі таких двох основних понять, як адреса і протокол.

4. Адресація в Iнтернеті

Кожен комп'ютер, під'єднаний до Iнтернета, має свою унікальну адресу навіть при тимчасовому під'єднанні. В будь-який момент часу всі комп'ютери, під'єднанні до Iнтернета, мають різні адреси. Адреса в Iнтернеті однозначно задає місцезнаходження комп'ютера в мережі. Для цього використовується спеціальна система адресів, що носять назву[?] IP(Internet Protocol)-адрес[/?]. Адреса в Iнтернеті - це сукупність чотирьох цілих чисел, кожне з інтервалу [0;255], розділених крапками, наприклад: 194.44.90.33.

Якщо бути більш точним, то ІР-адреса складається з 4 байт, або 32 послідовних біт інформації. Вона записується в десятково-крапковій системі, таким чином, щоб кожен байт переводився в десяткове число які розділені крапками

Наприклад: 215.128.12.1

Пригадаймо системи числення.

Загальноприйнятою в сучасному світі є десяткова позиційна система числення, яка з Індії через арабські країни прийшла в Європу. Основою цієї системи є число десять. Основою системи числення називається число, яке означає, у скільки разів одиниця наступного розрядку більше за одиницю попереднього.

Загальновживана форма запису числа є насправді ніщо інше, як скорочена форма запису розкладу за степенями основи системи числення, наприклад

130678=1*10⁵+3*10⁴+0*10³+6*10²+7*10¹+8

Найпоширенішою для подання чисел у пам'яті комп'ютера є двійкова система числення, яка застосовується при роботі з адресами в комп’ютерних мережах. Для зображення чисел у цій системі необхідно дві цифри: 0 і 1, тобто достатньо двох стійких станів фізичних елементів. Ця система є близькою до оптимальної за економічністю, і крім того, таблички додавання й множення в цій системі елементарні.

Таблиця 1. Значення чисел до 8 у двійковій та десятковій формах.

Виходячи із вище наведеного велике значення мають алгоритми переведення із дійової форми числа в десяткову і на оборот.

Алгоритми переведення чисел з однієї позиційної системи числення в іншу

1. Для переведення чисел із системи числення з основою p в систему числення з основою q, використовуючи арифметику нової системи числення з основою q, потрібно записати коефіцієнти розкладу, основи степенів і показники степенів у системі з основою q і виконати всі дії в цій самій системі. Очевидно, що це правило зручне при переведенні до десяткової системи числення.

Наприклад:

з двійкової в десяткову:

10100101₂=1*10₂⁷+0*10₂⁶+1*10₂⁵+0*10₂⁴+0*10₂³+1*10₂²+0*10₂¹+1*10₂⁰= 1*2₁₀⁷+0*2₁₀⁶+1*2₁₀⁵+ 0*2₁₀⁴+0*2₁₀³+1*2₁₀²+0*2₁₀¹+ 1*2₁₀⁰=165₁₀

2. Для переведення чисел із системи числення з основою p в систему числення з основою q з використанням арифметики старої системи числення з основою p потрібно: для переведення цілої частини послідовно число, записане в системі основою p ділити на основу нової системи числення, виділяючи залишки. Останні записані у зворотному порядку, будуть утворювати число в новій системі числення;

Цим самим правилом зручно користуватися в разі переведення з десяткової системи числення, тому що її арифметика для нас звичніша.

Наприклад: 999₁₀=1111100111₂

Повернімося до IP адресації.

Адреси ділять на три основні класи А, В, С і два додаткових - D, Е.
До якого класу належить адреса можна визначити по перших чотирьох бітах адреси.

Відповідно кожну адресу поділяють на мережеву частину і частину вузла, які виділяються у відповідності до певного класу.

Значення першого октету і характеристики класів

Октет – вісім цифр.

Значення адрес по класах приведені в наступній таблиці.

Адреса виду 255.255.255.255 – називається широкомовна адреса ( broadcast -широкомовна)

Існують також білі або приватні адреси, які ніколи не застосовуються в Інтернет, а призначені для використання в локальних мережах.

А: 10.0.0.0 - 10.255.255.255

В: 172.16.0.0 - 172.16.255.255

С: 192.168.0.0 - 192.168.255.255

Маскування та його призначення.

В ТСР/ІР добавлено ще один рівень адресації, котрий дозволяє локальному адміністратору використовувати подальший розвиток адресного простору і створення підмереж. Це досягається використанням маски підмережі. Маска являє собою 32 бітне число, яке записується по загальних правилах ІР-адреси, в якому старший біт - 1, молодший - 0.Маска призначена для виділення частини ІР-адреси, яка буде ідентифікувати мережу і підмережу. Виділення виконується в бінарній формі адреси виконанням логічного І (&) між ІР-адресою і маскою. Для кожного з класів існує своя маска

А: 255.0.0.0

В: 255.255.0.0

С: 255.255.255.0

D, E: 255.255.255.255

У випадку використання масок можна маючи один діапазон адрес виділити декілька підмереж, використавши в них різні технології, наприклад Token Ring i Ethernet.

Уявімо людину, яка користується мережею і регулярно відвідує не один, а декілька десятків чи навіть сотень Iнтернетівських комп'ютерів. Такому користувачеві потрібно запам'ятати велику кількість наборів цифр, тому йому на допомогу розроблено спеціальну літерну адресацію - DNS(Domain Name System). Згідно з DNS-адресацією, всі комп'ютери мають імена адрес, які складаються із сукупності літер, також розділених крапками. Наприклад, www.if.ua. По-перше, літери запам'ятати легше, по-друге, за детальнішим розглядом, структура DNS -адреси має чітку логіку. Отже, комп'ютери передають інформацію за допомогою цифрових адрес, а користувачі при роботі з Iнтернетом використовують в основному імена адрес. існують організації, що займаються перевіркою і видачею адрес. Тому не можна самостійно присвоювати собі довільну адресу. Розглянемо дещо детальніше структуру імені адреси.

У мережі Iнтернет використовується доменний спосіб адресації, коли весь простір адрес абонентів поділяється на області, які називаються доменами. Така адреса читається справа наліво, на крайній правій позиції є домен першого рівня, який надає нам найбільш загальну інформацію. Він може бути двох видів: вказувати або на тип організації, що є власником комп'ютера, або на географію, тобто країну, в якій комп'ютер знаходиться. існує сім варіантів доменів, що вказують на тип організації:

com - найпоширеніший домен, вказує на те, що комп'ютер належить комерційній організації;

org - власник - некомерційна організація;

edu - власник - університет або інший навчальний заклад;

mil - комп'ютер належить державній військовій організації в США;

gov - власник - державна невійськова організація;

int - власник - деяка міжнародна організація;

net - організації, що ведуть певні роботи, пов'язані з мережами.

Домен, що вказує на країну, складається з двох літер, які, як правило, повторюють міжнародний код держави: ua-Україна, ru-Росія, us-США, uk-Великобританія, fr-Франція.

В імені допускається будь-яка кількість доменів, але найчастіше використовуються імена з кількістю доменів від трьох до п'яти. Кожен власник, що має домен, може створювати і змінювати адреси, що знаходяться під його контролем. Наприклад, якщо у фірмі з адресою firm.ua буде створено новий підрозділ аналітичних досліджень, то за-для його найменування фірма не зобов'язана одержувати жодного дозволу; достатньо лише додати нове ім'я до опису адрес свого домена, наприклад, store. В результаті кожен користувач Iнтернета може звертатися до цієї групи за адресою store.firm.ua.

Досить часто крайня ліва частина імені в адресі пояснює тип інформації, на яку вказує дана адреса. Наприклад, адреса www.toyota.com вказує на сторінку у World Wide Web, а адреса ftp.toyota.com вказує на ftp-сервер, де зберігаються файли. Таке правило адресації не є обов'язковим, а лише використовується для полегшення пошуку інформації.

При роботі в Iнтернеті найчастіше використовуються не просто доменні адреси, а універсальні вказівники ресурсів, що носять назву URL (Universal Resource Locator). URL - це адреса будь-якого ресурсу в Iнтернеті разом з вказівкою, за яким протоколом слід до нього звертатися. URL має такий загальний вигляд: <тип інформаційного простору>://<назва сервера>/<назва файлую>.