Технологии Интернет

Основные понятия

Интернет - сообщество соединенных между собой сетей, с которых используются общие правила или протоколы обмена данными между компьютерами. В наши дни Интернет объединяет тысячи глобальных, региональных и локальных сетей, рассеянных по всему земному шару и околоземному космическому пространству.

Под пользователями Интернет понимаются пользователей сетей, входящих в его состав. Эти пользователи получают доступ к информационным услугам или сервисам Интернет (www, E-mail, ftp, telnet, icq и т.д.).

Сети крупных предприятий сами по себе имеют сложную структуру, представляя собой "Интернет в миниатюре". Внутри этих сетей используются те же технические решения и сервисы, как и в большом Интернете. Для таких сетей используется термин "Интранет". Термин "интранет" подразумевает либо полную изолированность корпоративной сети от Интернета, либо использование при подключении специальных защитных программных и аппаратных средств. Обычно пользователи подключаются к Интернету через посредство сети провайдера - фирмы, предоставляющий услуги доступа к мировой сети. Провайдеры соединены друг с другом скоростными каналами связи - спутниковыми или кабельными. Крупные сети подключают к провайдеру при помощи специально проложенных линий связи (их называют выделенными). Для подключения к провайдеру отдельных компьютеров или небольших локальных сетей чаще всего используется обычный телефонный канал, называемый коммутируемой линией. Для того, чтобы передать информацию по коммутируемой линии, используются специальные устройства - модемы. Модем, получив команду на установку связи, набирает телефонный номер провайдера, устанавливает соединение с модемом на другой стороне линии, преобразует компьютерные данные в электрический сигнал специальной формы, пригодной для передачи по телефонной линии и осуществляет прием-передачу данных.

Протокол TCP/IP

Правила межсетевой передачи информации были разработаны еще в начале 1970-х годов в рамках проекта американского проекта ARPANET. В 1974 году они были зафиксированы в протоколах заседаний межсетевой рабочей группы, работавшей под руководством Винтона Серфа (Vinton Cerf). Вскоре был опубликован документ, получивший название протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Этот документ и стал основным стандартом Интернета. Предложенные в нем принципы таковы:

1. Каждый компьютер в сети (или на сетевом жаргоне хост (host) - узел сети, не являющийся маршрутизатором, т.е. не передающий информацию из одной сети в другую) имеет уникальный двоичный 4-х байтовый адрес, идентифицирующий его в Интернет. Например, 10111110101001110010001000000010. Для наглядности каждый байт (или октет) адреса выделен особым цветом. Во избежание ошибок принято после каждого октета адреса, кроме последнего, ставить точку. Тогда адрес запишется как 10111110.10100111.00100010.00000010 или 190.167.34.2, если перевести каждый октет в десятичную систему счисления. Таким образом, адрес компьютера записывается в формате A.B.C.D, где 0<=A<=255, 0<=B<=255, 0<=C<=255, 0<=D<=255. Этот адрес называют IP-адресом. Задание 1. а) Проверьте правильность примера, приведенного выше. б) Запишите двоичный IP-адрес 11111110101111110110001000000111 в стандартном формате. Задание 2. Подсчитайте, сколько всего компьютеров может быть в Интернете. Расчет с необходимыми пояснениями запишите в отчет.

2. Протокол передачи данных не зависит от физической среды передачи. Это означает, что протокол TCP/IP может использоваться для передачи информации в локальной сети Ethernet, по оптоволоконной или спутниковой линии или коммутируемой/выделенной линии с равным успехом. Требование универсальности вынуждает строить многоуровневую модель передачи данных, встраивая протокол TCP/IP в промежуток между физическим уровнем( к нему относятся сетевые карты, модемы, кабели и их протоколы передачи данных) и уровнем прикладных программ (браузер Интернет, почтовая программа):

3. Протокол TCP/IP является открытым, с его официальным описанием (RFC-791, RFC-793) может познакомится в Интернет любой желающий. Неудивительно, что существуют программные реализации этого протокола практически для любой операционной системы. Например, Microsoft TCP/IP для Windows, Berkly TCP/IP для Unix линии BSD и т.д. И, хотя этот протокол не стандартизован ни одним госудаством мира, он стал фактически международным стандартом Интернет.

Задание 3. При помощи любой известной вам поисковой системы определите число документов Интернет, в которых цитируется описание протокола IP. Попробуйте найти собственно описание протокола. Указание. Этот документ называется RFC-791 (Request For Comments-791).

Как происходит передача данных

1. IP-адрес в двоичном представлении разбивается на 2 части - адрес сети (левая часть адреса) и адрес хоста (правая часть адреса). Например, в адресе 190.167.34.2 первые 24 бита могут быть адресом сети, а последние 8 - адресом хоста. Тогда наш адрес будет выглядеть как 10111110101001110010001000000010, где зеленым цветом выделена сетевая часть адреса (она одинакова для всех хостов локальной сети), а красным - часть адреса, адресующая хост внутри локальной сети. Для того, чтобы быстро вычислять по IP-адресу адрес сети или хоста, используется понятие маски подсети (subnet mask). Это двоичное число, в котором все биты адреса сетевой части адреса равны 1, а все остальные биты равны нулю. В нашем случае для адреса 10111110101001110010001000000010 получим маску подсети 11111111111111111111111100000000. Маску подсети принято записывать в том же десятичном формате, что и IP-адрес. Для этого нужно каждый байт маски перевести в десятичное число и записать полученные десятичные числа через точки. В нашем случае 11111111₂=255 11111111₂=255 11111111₂=255 00000000₂=0 Ответ: 255.255.255.0 - маска подсети. Маску подсети в настоящее время все чаще называют маской сети, что точней отображает ее смысл.

2. Информационные пакеты пересылаются напрямую от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю только в пределах одной сети. Если компьютер-получатель находится в другой сети, то информация пересылается специальному компьютеру сети, который называется шлюзом (gateway). Его адрес всегда известен. Об этом заботится системный администратор. Компьютер-шлюз имеет связь с как минимум с одной другой сетью и ретранслирует информацию в нужном направлении. Этот процесс называется маршрутизацией (routing). Если ваш компьютер, имеющий IP адрес 192.169.204.12 и маску подсети 255.255.192.0 должен отправить информацию компьютеру с адресом 192.169.198.15, то прежде всего ваш компьютер проверит, находится ли получатель информации в той же сети. Для этого двоичное представление адреса получателя он побитово умножит на двоичное представление маски подсети, то в результате получится адрес сети: 11000000101010001100011000001100 (адрес компьютера - получателя) * 11111111111111111100000000000000 (текущая маска подсети) ---------------------------------------------------------- 11000000101010001100000000000000 (адрес сети получателя) Аналогичную процедуру компьютер проделает со своим адресом для того, чтобы узнать адрес своей собственной сети: 11000000101010011100110000001100 (адрес компьютера - отправителя) * 11111111111111111100000000000000 (текущая маска подсети) ---------------------------------------------------------- 11000000101010011100000000000000 (адрес своей собственной сети) Адрес сети получателя совпадает с адресом собственной сети. Следовательно, получатель находится в локальной сети, и информация может быть послана напрямую. Если бы совпадения не произошло, то информация была бы отправлена шлюзу (с адресом, например,192.168.192.2) с указанием адреса получателя 192.169.204.15, а он переслал бы ее в другую сеть. Этот процесс продолжался бы до тех пор, пока информация не дошла бы до получателя. Задание 4. Выясните, каков будет порядок отправки информацию по адресам 192.168.193.31 и 192.167.192.3 для хоста с адресом 192.167.12.3 и маской подсети 255.255.0.0. Решение задачи запишите в отчет.

Определение настроек протокола IP вашего компьютера

Для этого достаточно запустить программу ipconfig (в Windows 9X есть еще программа с графическим интерфейсом winipcfg). Чтобы получить доступ к командной строке, запустите программу FAR Manager и напечатайте ipconfig. Нажмите клавишу <Enter> и для того, чтобы увидеть результат, закройте панели FAR (например, нажмите сочетание клавиш <Ctrl>+<O> ).

Занесите полученные параметры в отчет. Примечание. Настройка протокола IP на каждом компьютере локальной сети - одна из задач системного администратора. Он может в принципе задать все параметры вручную. Но если число компьютеров в сети больше десятка, то удобней назначать настройки автоматически в момент загрузки компьютера. Для этого разработан специальный протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Наличие у компьютера правильного IP-адреса является совершенно необходимым условием его работы в Интернет.

Проверка наличия/качества связи по протоколу IP с другим компьютером

Для тестирования связи достаточно запустить стандарную программу ping, указав ей в качестве параметра IP-адрес компьютера, связь с которым необходимо проверить. Ваш компьютер посылает назначенному компьютеру серию из 4-х тестовых запросов с просьбой прислать ответ. После получения ответа рассчитывается время, затраченное на его получение и отчет выводится на экран:

Если ответ не приходит (такого адреса нет в сети в принципе, или хост выключен), программа ping выводит следующее сообщение:

Задание 5. а). Узнайте у кого-либо из ваших друзей, работающих в компьютерном классе, IP-адрес его компьютера. Протестируйте соединение с его хостом при помощи программы ping. Результат тестирования занесите в отчет. б). Протестируйте соединение с каким-либо хостом Интернета, находящимся за пределами локальной сети школы. (Например, можно попробовать сервер www.mail.ru, имеющий IP-адрес 194.67.57.51). Сравните полученные результаты с полученными в задании 5.а. Есть ли отличия? Объясните, в чем их причина.

Сервис доменных имен Интернет

Все пользователи Интернет имеют доступ к информационным услугам или сервисам Интернет. Некоторые из них имеют прикладной характер. Современному человеку не надо долго объяснять, зачем нужны такие услуги, как www, E-mail, icq и т.д. Существуют и менее известные, хотя очень важные сервисы. Некоторые из них являются системными, без них невозможно функционирование Интернет. Самое смешное, что пользователи сети часто не догадываются об их существовании пока все работает нормально. Но как только происходит отказ подобной службы - нормальная работа сети прекращается. Сейчас мы познакомимся с одним из них.

На прошлом занятии вы узнали, что каждый хост Интернет (кстати, что такое хост - объясните этот термин в отчете!) имеет уникальный 32-битовый IP-адрес. Уже на заре Сети стало ясно, что обращаться к хостам по их IP-адресам крайне неудобно. При наборе числовых адресов пользователи часто ошибались, да и запомнить бессмысленные наборы цифр было очень сложно.

Тогда было решено поставить в соответствие каждому IP-адресу символьное имя, организованное по иерархическому принципу. Такое имя называется полным доменным именем хоста (FQDN -Fully Qualified Domain Name). Структура доменного имени такова:

Самое правая часть имени - домен первого уровня. Как правило, он имеет определенную государственную принадлежность. Например, Россия имеет домен ru и унаследованный от exUSSR su, Германия - домен de, Израиль - домен il. Такие домены называют национальными (ccTLD - country code Top Level Domains). Национальные доменные имена всегда двухбуквенные.

Задание 1. Найдите в Интернет список национальных доменов первого уровня и поместите их в отчет. Сколько существует таких доменов?

Кроме национальных, существуют трехбуквенные общие или интернациональные домены (gTLD - generic Top Level Domains). Общие домены привязаны к роду деятельности организации-владельца.

Первоначально общие домены принадлежали США - родине Интернета. До сих пор национальный домен США (.us) используется редко и большинство ресурсов американского Интернета размещено в общих доменах. Например, www.whitehouse.gov - сайт Белого дома, www.yale.edu - сайт Йельского университета. В настоящее время география общих доменов расширилась за пределы США. Появились, например, российские серверы, имеющие домен первого уровня .com, .org, .net (например, www.ripn.net - сервер Российского института публичных сетей).

Доменные имена первого уровня выдаются Международным сетевым координационным комитетом (INTERNIC). Как правило, это происходит при появлении на карте мира новых государств, хотя есть и исключения. В последние годы появились общие домены для физических лиц (.name), лиц свободных профессий (.pro) и т.д. Так что, если вы встретите где-либо адрес vasya.pupkin.name, не удивляйтесь!

Доменные имена второго уровня выдают национальные сетевые организации. В России этим занимается Российский институт развития публичных сетей - РОСНИИРОС (www.ripn.net). Имена хостов придумывают системные администраторы. Если на хосте размещен web-сервер, часто используют имя www. В принципе, имя хоста может быть опущено вообще (Сравните www.ya.ru и ya.ru - разные интерфейсы одного и того же поискового сервера Яндекс).

Преобразование доменных имен в IP-адреса и обратное преобразование IP-адресов в доменные имена выполняется специальными серверами Интернет - серверами доменных имен (DNS-Domain Name Servers). Эти серверы дают возможность при работе в Сети использовать дружественные доменные имена хостов вместо IP-адресов. При настройке протокола IP хоста кроме IP-адреса, маски подсети и адреса шлюза, указываются и IP-адрес сервера имен. Часто для большей надежности указывают адреса двух серверов имен - первичного и вторичного. Задание 2. Узнайте доменное имя вашего компьютера и IP-адрес сервера имен вашего компьютера при помощи программы ipconfig, запущенной с ключем /all. Указание. Чтобы получить доступ к командной строке, запустите программу FAR Manager и напечатайте ipconfig /all. Нажмите клавишу <Enter> и для того, чтобы увидеть результат, закройте панели FAR (например, активизируйте главное меню клавишей F9 и найдите в выпадающих подменю команду закрытия панели). Если информация не умещается на экране, используйте программу-фильтр more, которая разбивает вывод на экран на порции по 25 строк. Напишите в командной строке ipconfig /all | more и нажмите <Enter>.

Благодаря службе DNS, доменные имена можно использовать повсеместно вместо IP-адресов. Например, при проверке связи командой ping можно использовать с равным успехом доменное имя хоста.

Задание 3. Проверьте связь с хостом вашей локальной сети. Какой у него IP-адрес?

Вы наверняка обратили внимание на параметр TTL, значение которого выводится для каждого тестового пакета при выполнении команды ping. Этот параметр определяет время жизни пакета (TTL - Time To Live). Для каждого новорожденного пакета его значение равно 255. При прохождении через шлюз или маршрутизатор, значение TTL уменьшается на величину временной задержки на маршрутизаторе. Если значение TTL становится меньше или равно нулю, пакет уничтожается. Данное правило принять для предотвращения бесконечного блуждания пакетов по кольцевым маршрутам Сети.

Для того, чтобы проследить конкретный маршрут информационного пакета в Интернет, существуют программы, посылающие серии тестовых пакетов с монотонно возрастающими значениями TTL. Маршрутизатор, на котором значение TTL достигло нуля, посылает диагностическое сообщение о "смерти" пакета хосту, отправившему пакет в сеть. Таким образом можно проследить маршрут пакета. Windows-версия программы называется tracert (trace route - трассировка пути)

Задание 4. Проследите маршрут до какого-либо хоста локальной сети, российского сервера Интернет, зарубежного сервера Интернет, расположенного в Европе, заокеанского сервера Интернет. Сравните маршруты трассировки. Указания. а). Для трассировки наберите в командной строке FAR manager'а tracert имя хоста. б). Остановить трассировку можно, нажав сочетание клавиш <Ctrl>+<c>. в). Чтобы скопировать результаты трассировки в виде текста, нажмите на кнопку "копировать" на панели кнопок окна Far manager'а . Далее выделите нужный фрагмент экрана мышкой и нажмите <Enter>. Данные скопированы. Этот прием универсален для любой консольной Windows или DOS-программы.

Поместите результаты трассировки в отчет и сравните полученные маршруты. На каком маршрутизаторе пакеты выходят за пределы локальной сети, за границы Рунета (Российского Интернета), за пределы Европейского Интернета?

Задание 5. Повторите трассировку какого-либо заокеанского хоста некоторое время спустя. Есть ли расхождения в новом и старом маршрутах? Объясните результат.

Задание 6. Определите, где территориально находятся хосты www.icq.com, www.google.com, 195.161.161.6, 206.24.226.99. Указание. В именах маршрутизаторов часто содержится информация об их географическом местонахождении и организационной принадлежности. Например, aa-s4-1-3.Moscow.Rostelekom.ru - один из московских маршрутизаторов РАО "Ростелеком" - Российского естественного монополиста в области телекоммуникаций.