Файл: Аналитический обзор развития технологий Интернета (Протоколы Интернет).pdf

Сеть Интернет связывает между собой множество компьютеров, каждый из которых обладает собственной аппаратной платформой и операционной системой. Именно по этой причине необходим единый набор правил и стандартов для передачи сообщений. Данные правила обычно называют соглашениями или протоколами.

В настоящее время в интернете существует достаточно большое количество предоставляемых услуг, позволяющих пользователям использовать дополнительные возможности коммуникации.

Актуальность данной работы заключается в том, что на данный момент существует большая разрозненная система сервисов и услуг в сети Интернет, с которой знаком не каждый пользователь. Целью данной работы является структурирование и исследование основных протоколов и услуг сети Интернет для лучшего понимания функционирования сети.

Задачами данной работы являются:

обзор основных аспектов истории развития Интернета;
рассмотрение понятий протокола и Интернета;
изучение набора протоколов TCP/IP;
подробное рассмотрение основных услуг сети Интернет.

1 Протоколы Интернет

1.1 Понятие Интернет

Интернет является всемирной системой объединенных компьютерных сетей для передачи и хранения информации. Интернет часто упоминается как Всемирная или Глобальная сеть и построен на базе стека протоколов TCP/IP. На основе сети Интернет работает Всемирная паутина и множество других систем передачи данных.

К 30 июня 2012 года число пользователей, которые регулярно используют интернет, составило более чем 2,4 млрд человек, что представляет собой более трети населения Земли.

На сегодняшний день интернет достиг небывалого охвата аудитории и стремительно расширяется^[1].

В настоящее время в интернете существует достаточно большое количество сервисов, которые обеспечивают работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными среди этих сервисов являются:

сервис DNS, который обеспечивает возможность использования для адресации узлов сети мнемонических имен вместо числовых адресов;
электронная почта, которая обеспечивает возможность обмена сообщениями между двумя или более абонентами;
сервис IRC, который предназначен для поддержки текстового общения в реальном времени;
телеконференции или группы новостей, которые обеспечивают возможность коллективного обмена сообщениями^[2];
сервис FTP, который обеспечивает пересылку и хранение файлов различных типов;
сервис Telnet, который предназначен для управления удаленными компьютерами в терминальном режиме;
гипертекстовая система World Wide Web, которая предназначена для интеграции различных сетевых ресурсов в единое информационное пространство;
потоковое мультимедиа^[3].

Данные сервисы относятся к стандартным, что означает наличие международных стандартов построения клиентского и серверного программного обеспечения и протоколов взаимодействия. Это значит, что разработчики программного обеспечения при реализации данных сервисов обязаны соблюдать общие технические требования.

Помимо стандартных сервисов существуют и нестандартные, представляющие собой оригинальную разработку той или иной компании. В качестве примера можно привести интернет-пейджеры ICQ и Skype, трансляции радио и видео и множество других подобных. Важной особенностью таких систем является отсутствие международных стандартов, что может привести к возникновению технических конфликтов с другими подобными сервисами^[4].

Для стандартных сервисов также стандартизируется и интерфейс взаимодействия с протоколами транспортного уровня. В частности, за каждым программным сервером резервируются стандартные номера TCP- и UDP-портов, остающиеся неизменными независимо от особенностей той или иной фирменной реализации компонентов сервиса и транспортных протоколов. Номера портов клиентского программного обеспечения так жестко не регламентируются. Это объясняется двумя факторами:

на пользовательском узле может функционировать несколько копий клиентской программы, и каждая из них должна однозначно идентифицироваться транспортным протоколом, то есть за каждой копией должен быть закреплен свой уникальный номер порта;
клиенту важна регламентация портов сервера, чтобы знать, куда направлять запрос, а сервер сможет ответить клиенту, узнав адрес из поступившего запроса^[5] [2, 4].

1.2 История Интернет

В 1957 году, после запуска СССР первого искусственного спутника Земли, Министерство обороны США посчитало, что Америке нужна надежная система передачи информации на случай войны. Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США поручила Стэнфордскому исследовательскому центру, Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре и Университету Юты разработать для этого компьютерную сеть. Компьютерная сеть была названа ARPANET, и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила эти четыре учреждения. Все работы финансировались Министерством обороны США. Затем сеть ARPANET начали использовать ученые из разных областей науки. Первый сервер ARPANET был установлен в сентябре 1969 года в Калифорнийском университете на компьютере Honeywell DP-516, имеющем 24 Кб оперативной памяти^[6].

В 21:00 29 октября 1969 года был проведен сеанс связи между Стэнфордским исследовательским институтом и Калифорнийским университетом Лос-Анджелеса — двумя находящимися на расстоянии в 640 км. первыми узлами сети ARPANET. Чарли Клайн пытался выполнить удаленное подключение из Лос-Анджелеса к компьютеру в Стэнфорде. Успешную передачу каждого введенного символа его коллега Билл Дювалль из Стэнфорда подтверждал по телефону. В первый раз удалось отправить всего два символа «L» и «O», после чего сеть перестала функционировать. Изначально предполагалось передать LOG, которое должно обозначать слово LOGIN. В рабочее состояние систему вернули уже к 22:30, и следующая попытка оказалась успешной. Именно эту дату можно считать днем рождения интернета^[7].

К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети. В 1973 году к сети были подключены первые иностранные организации из Норвегии и Великобритании через трансатлантический телефонный кабель, сеть стала международной.

В 1970-х годах сеть в основном использовалась для пересылки электронной почты, в то же время появились первые доски объявлений, новостные группы и списки почтовой рассылки. Но в те дни сеть еще не могла легко взаимодействовать с другими сетями, построенными на других технических стандартах. К концу 1970-х годов начали бурно развиваться протоколы передачи данных, стандартизированные в 1982—1983 годах. Активную роль в стандартизации и разработке сетевых протоколов играл Джон Постел. В январе 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP, который успешно применяется до сих пор для объединения сетей. Именно в 1983 году термин «интернет» закрепился за сетью ARPANET^[8].

В 1984 году была разработана система доменных имен DNS. В этом же году у сети ARPANET появился серьезный соперник: Национальный научный фонд США основал обширную межуниверситетскую сеть NSFNet, которая была составлена из более мелких сетей и имела гораздо больше пропускной способности, чем ARPANET. К этой сети за год подключились около 10000 компьютеров, название «интернет» начало плавно переходить к NSFNet.

В 1988 году был разработан протокол Internet Relay Chat, благодаря чему в интернете стало возможно общение в реальном времени.

В 1989 году в Европе, в Европейском совете по ядерным исследованиям родилась концепция Всемирной паутины. Ее предложил знаменитый британский ученый Тим Бернерс-Ли, он же в течение двух лет разработал идентификаторы URI, язык HTML и протокол HTTP^[9].

В 1990 году сеть ARPANET прекратила свое существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к интернету по телефонной линии. В 1991 году Всемирная паутина стала общедоступна в интернете, а в 1993 году появился знаменитый веб-браузер NCSA Mosaic.

В 1995 году NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, маршрутизацией всего трафика интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда. В том же году Всемирная паутина обогнала по трафику протокол пересылки файлов FTP. став основным поставщиком информации в интернете. Был образован Консорциум Всемирной паутины. С 1996 года Всемирная паутина почти полностью подменяет собой понятие «интернет»^[10].

В 1990-е годы интернет объединил в себе большинство существовавших тогда сетей. Объединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов интернета, что делало сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний. К 1997 году в интернете насчитывалось уже около 10 млн. компьютеров, было зарегистрировано более 1 млн. доменных имен^[11].

В настоящее время подключиться к интернету можно через радиоканалы, спутники связи, телефон, кабельное телевидение, электропровода, специальные оптико-волоконные линии или сотовую связь. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

В течение пяти лет Интернет достиг аудитории свыше 50 миллионов пользователей. С 22 января 2010 года прямой доступ в интернет получил экипаж Международной космической станции^[12].

Основные этапы развития интернета представлены на рисунке 1 [1, 5, 7].

Рисунок 1 – Основные этапы развития интернета

1.3 Понятие протокола

Протокол передачи данных является набором соглашений интерфейса логического уровня, определяющих обмен данными в сети Интернет или между различными программами. Данный набор соглашений задает общий способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесенной в пространстве аппаратуры, которая соединена тем или иным интерфейсом^[13].

В сети Интернет существуют два типа протоколов: базовые и прикладные. Базовые протоколы отвечают за физическую пересылку электронных сообщений между компьютерами в сети Интернет. Такими протоколами являются IP и TCP, их чаще всего обозначают единым термином протокола TCP/IP. Прикладные протоколы отвечают за функционирование специализированных служб интернета, они принадлежат более высокому уровню. В качестве примеров таких протоколов можно привести http для передачи гипертекстовых сообщений, ftp для передачи файлов, telnet для удаленного доступа, SMPT и POP 3 для электронной почты^[14] [3, 8].

1.4 Набор протоколов TCP/IP

Набор протоколов передачи данных TCP/IP получил название от двух принадлежащих ему протоколов: Transmission Control Protocol и Internet Protocol. Протокол TCP разбивает любое сообщение на несколько составных частей, называемых пакетами. Каждый пакет для передачи снабжается дополнительными данными, такими как идентификатор сообщения, адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении и другими подобными. За сам процесс доставки отвечает протокол IP.

Стек протоколов TCP/IP включает в себя четыре уровня: прикладной, транспортный, сетевой и канальный^[15].

На прикладном уровне работает большинство сетевых приложений, имеющих собственные протоколы обмена информацией. В качестве примера таких протоколов можно привести HTTP для WWW, FTP для передачи файлов, SMTP для электронной почты, SSH для безопасного соединения с удаленной машиной, DNS для преобразования символьных имен в IP-адреса и многие другие.

В обычно данные протоколы работают поверх UDP или TCP и привязаны к определенному порту. В качестве конкретных портов можно привести привязки:

HTTP на TCP-порт 80 или 8080;
FTP на TCP-порт 20 для передачи данных и 21 для управляющих команд;
SSH на TCP-порт 22;
запросы DNS на UDP-порт 53;
обновление маршрутов по протоколу RIP на UDP-порт 520^[16].

Данные порты определены Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов.

Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений, а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют приложение, для которого предназначены данные.

Логически представленные на этом уровне протоколы автоматической маршрутизации работают поверх IP и на самом деле являются частью протоколов сетевого уровня^[17].

TCP является гарантированным транспортным механизмом с предварительным установлением соединения, который предоставляет приложению надежный поток данных. Данный протокол дает уверенность в безошибочности получаемых данных за счет перезапроса данных в случае потери и устранения дублирования данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Также TCP гарантирует правильность последовательности полученных данных, что отличает его от UDP^[18].