Вся школьная информатика. Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ, олимпиадам

§4 Глобальная сеть Интернет

Что такое Интернет?

Вы уже знаете, что это Интернет — это глобальная компьютерная сеть. Слово «Интернет» (англ. Internet) возникло как сокращение от Interconnected Networks — «объединённые сети» или «сеть сетей ».

Первая версия сети была построена в 60-х годах XX века американскими военными. Перед разработчиками поставили задачу: создать сеть, которая осталась бы работоспособной при разрушении 70% узлов (в случае ядерной войны). У такой сети не должно быть центра, от которого зависит её работа. В то же время невозможно соединить каждый компьютер с каждым — на это нужно слишком много линий связи. В результате было найдено решение: сделать сеть, состоящую из ячеек, как рыболовная сетка. Такие сети называются распределёнными.

В узлах сети стоят специальные компьютеры — маршрутизаторы, которые направляют каждый пакет данных кратчайшим маршрутом по адресу, указанному в заголовке пакета. Если же этот канал связи вышел из строя, то пакет будет отправлен по более длинному, но работающему пути.

В Интернете нет единого центра управления. Если бы он существовал, то для разрушения всей сети было бы достаточно уничтожить этот центр.

Информация в Интернете хранится на серверах, связанных скоростными линиями связи (оптоволоконными, спутниковыми). Практически все услуги Интернета основаны на использовании технологии «клиент-сервер»: программа-клиент на компьютере пользователя запрашивает данные, сервер возвращает ответ.

Как подключиться к Интернету?

Пользователь получает доступ к глобальной сети через провайдера — фирму, локальная сеть которой непосредственно связана с Интернетом. Существует несколько способов подключения к провайдеру:

с помощью ADSL-модема, который использует телефонную линию, но позволяет одновременно разговаривать по телефону и работать в Интернете; скорость передачи данных из Интернета к пользователю может достигать 25 Мбит/с. На сегодняшний день практически не используется;
через кабельную локальную сеть провайдера (если она существует в вашем доме); в этом случае телефонная линия не используется;
с помощью оптических сетей с высокой пропускной способностью (англ. PON: Passive Optical Network — пассивная оптическая сеть); в таких сетях для передачи данных со скоростью до 2,5 Гбит/с используются оптоволоконные кабели и оптические разветвители, которые не требуют питания и обслуживания;
с помощью беспроводных модемов (USB-модемов — рис. 1.11), которые используют сети сотовых операторов и работают везде, где доступна мобильная связь; скорость передачи данных для сетей 3-го поколения (англ. 3G : 3^rd generation) достигает 10 Мбит/с, а в сетях 4-го поколения (4G) — до 1 Гбит/с;
c помощью беспроводных каналов связи по технологии Wi-Fi (со скоростью до 54 Мбит/с).

Протоколы Интернета

Вы уже знаете, что для передачи информации источник и приёмник должны использовать один и тот же протокол — набор правил, определяющих порядок обмена данными в сети. В Интернете используется семейство протоколов TCP/IP. Название TCP/IP происходит от двух самых важных протоколов — TCP и IP.

С помощью протокола TCP компьютер устанавливает соединение с другим компьютером и обеспечивает доставку данных. Блок данных, который нужно передать, разбивается на пакеты (размер пакета обычно не превышает 1,5 Кбайта).

IP-протокол устанавливает правила построения пакета и систему IP-адресов, с помощью которой маршрутизаторы определяют маршруты движения пакетов.

Кроме TCP и IP службы Интернета (например, Всемирная паутина, электронная почта и др.) используют свои протоколы «верхнего уровня», но об этом мы поговорим чуть позже.

IР-адреса

В Интернете любые два компьютера могут связаться друг с другом. Для этого каждый из них должен иметь уникальный адрес. С «точки зрения» компьютеров, удобнее работать с числовыми адресами, каждый из которых занимает одинаковое место в памяти. Такие адреса (их называют IP-адресами, потому что они используются IP-протоколом) представляют собой 32-битные числа, например 3232262259 = 11000000101010000110100001110011₂

Для удобства обычно разбивают это число на группы из 8 двоичных разрядов (октеты):

11000000.10101000.01101000.01110011

и записывают каждую группу в десятичной системе счисления:

192.168.104.115

В IP-адресе закодированы номер сети и номер компьютера в сети. Такая структура чем-то напоминает обычный почтовый адрес: индекс определяет номер почтового отделения, а адрес — конкретные улицу, дом и квартиру.

В связи с бурным развитием Интернета адресов, которые можно использовать при таком кодировании, уже не хватает для всех желающих. Поэтому разработана новая система IP-адресов, в которой на каждый адрес отводится 128 бит, а не 32, как сейчас. Такой адрес записывается в виде восьми групп по четыре шестнадцатеричные цифры, разделённых двоеточиями, например:

2001:0DB8:11A3:09D7:1F34:8A2E:07A0:765D

Адреса такого типа использует новая, шестая версия IP-протокола, которая называется IPv6. Полный переход на IPv6 займёт несколько лет, он потребует больших денежных затрат и замены всех устаревших устройств.

IP-адрес присваивается не компьютеру, а каналу связи (интерфейсу). Поэтому один компьютер может иметь несколько IP-адресов, например если у него есть сетевая карта и адаптер Wi-Fi или две сетевые карты.
Любой узел, подключенный к Интернету, должен иметь IP-адрес (или несколько) для идентификации и маршрутизации данных. Без IP-адреса узел не может участвовать в сетевом взаимодействии.

Доменные имена

В отличие от компьютеров человеку неудобно работать с числовыми адресами. Они плохо запоминаются, при вводе IP-адреса легко сделать ошибку. Поэтому в 1984 году была разработана система доменных имён (DNS), которая позволила использовать символьные имена сайтов, например: www.mail.ru.

Домен — это группа символьных адресов в Интернете. Домены образуют многоуровневую структуру (иерархию, дерево), вкладываются друг в друга, как матрёшки.

Чем-то такая система напоминает почтовый адрес, в котором указывается страна, город, улица, дом, квартира.

Точка в корне дерева — это корневой домен. Домены верхнего уровня могут обозначать страну, каждая страна имеет свой двухбуквенный домен. Например, домены ги, рф и su принадлежат России.

Существуют и «общие» домены верхнего уровня, не принадлежащие никакой стране, например: com, net, org, biz, info, name, museum и др.

Таким образом, сейчас в Интернете используется две системы адресов: IP-адреса и доменные имена. Чтобы установить соответствие между ними, на специальных серверах, которые называются DNS-серверами, хранятся таблицы, состоящие из пар «IP-адрес — доменное имя». Их задача — по запросу компьютера-клиента вернуть IP-адрес для заданного доменного имени (или наоборот).

Когда вы вводите адрес сайта (доменное имя) в адресной строке браузера, сначала отправляется запрос на DNS-сервер, цель которого — определить IP-адрес сервера. Если это удалось, направляется запрос на получение главной (домашней) страницы сайта, причём для этого используется полученный IP-адрес, а не доменное имя.