Нельзя говорить о технических деталях, лежащих в основе Интернета, не понимая средств, которые он обеспечивает. Эта глава кратко рассматривает средства Интернета, более подробно останавливаясь на тех средствах, которыми пользуется большинство пользователей, и откладывая до следующих глав рассмотрение вопроса о том, как компьютеры присоединяются к Интернету и как реализуются эти средства.
Большая часть описания средств будет посвящена стандартам, называемым протоколами. Протоколы, такие как TCP и IP, дают формулы для передачи сообщений, описывают детали форматов сообщений и указывают, как обрабатывать ошибки. Самое важное то, что они позволяют нам рассматривать стандарты взаимодействия вне зависимости от того, на оборудовании какого производителя, они реализуются. По существу, протоколы являются для коммуникации тем, чем является языки программирования для вычислений. Язык программирования позволяет описать или понять вычисления, не зная системы команд конкретного ЦП. Аналогично, коммуникационный протокол позволяет нам описать или понять процесс передачи данных, не зная на каком оборудовании этот процесс выполняется.
Скрытие низкоуровневых деталей взаимодействия помогает улучшить производительность. Во-первых, программистам, работающим с высокоуровневыми протокольными абстракциями, не нужно знать или помнить множество деталей о конкретных параметрах оборудования. Они могут быстро создавать новые программы. Во-вторых, так как программы, разработанные, используя высокоуровневые абстракции, не ограничены архитектурой конкретной машины или конкретного сетевого оборудования, их не надо изменять при замене машины или изменении конфигурации. В-третьих, так как прикладные программы, построенные, используя высокоуровневые протоколы, независимы от используемого оборудования, они могут обеспечивать прямое взаимодействие различных машин. Программистам не нужно писать специальные версии прикладных программ для перемещения и трансляции данных для всех возможных пар типов машин. Мы увидим, что все сетевые средства описываются протоколами.
Следующие секции рассмотрят протоколы, используемые для описания средств прикладного уровня, а также протоколы, используемые при определении сетевых средств. Следующие главы опишут каждый из этих протоколов более детально.
Средства Интернета прикладного уровня
С точки зрения пользователя, Интернет TCP/IP является набором прикладных программ, использующих сеть для выполнения полезных коммуникационных задач. Мы будем использовать термин взаимная работоспособность(interoperability) для описания способности различных вычислительных систем взаимодействовать при решении вычислительных задач. Мы утверждаем, что прикладные программы Интернета показывают высокую степень взаимной работоспособности. Большинство пользователей, которые пользуются Интернетом, делают это, просто запуская прикладные программы , не понимая при этом технологии TCP/IP, структуры Интернета, и даже не зная пути, который проходят данные до назначения; они полагаются на то, что прикладные программы сами разберутся с этими деталями. Только программисты, пишущие такие прикладные программы, смотрят на Интернет как на сеть и понимают детали этой технологии.
Самые популярные и широко распространенные прикладные средства Интернета включают:
Электронная почта позволяет пользователю создать письмо и послать его человеку или группе людей. Другая часть этого приложения позволяет пользователю читать письма, которые он получил. Электронная почта была так успешна, что многие пользователи Интернета используют ее для обычной коммерческой переписки. Хотя существует много систем электронной почты, важно понимать, что использование TCP/IP делает доставку письма более надежной. Вместо того, чтобы полагаться на промежуточные машины при передаче письма, система предоставления письма в TCP/IP работает, напрямую соединяя машину отправителя с машиной получателя. Поэтому отправитель знает, что как только письмо покинуло его машину, оно успешно достигло места назначения.
Хотя пользователи иногда и передают файлы, используя электронную почту, письмо предназначено для коротких, текстовых файлов. Протоколы TCP/IP включают прикладную программу передачи файлов, которая позволяет пользователям передавать или принимать довольно большие файлы программ или данных. Например, используя программу передачи файлов, можно скопировать с одной машины на другую большие обьемы данных, содержащие изображения со спутника, программы, написанные на Фортране или Паскале, или английский словарь. Эта система обеспечивает способ проверки личности пользователя или даже запрещение доступа. Как и письмо, передача файлов по Интернету TCP/IP надежна, так как две взаимодействующие машины делают это напрямую, не полагаясь на промежуточные машины для создания копий файла.
Являясь самым интересным приложением Интернета, удаленный доступ позволяет пользователю, находящемуся на одном компьютере, взаимодействовать с удаленной машиной и выполнять на ней интерактивный сеанс работы. Удаленный доступ позволяет создать впечатление, что терминал пользователя или его рабочая станция присоединены напрямую к удаленной машине, посылая каждый символ, нажатый на клавиатуре пользователя на удаленную машину и отображая каждый символ, возвращенный с удаленной машины, на экране терминала пользователя. Когда сеанс с удаленной машиной завершается, приложение возвращает пользователя в локальную систему.
Все приложения используют базовые протоколы TCP/IP.
Средства Интернета сетевого уровня.
Программист, который пишет прикладные программы, использующие протоколы TCP/IP, имеет совершенно другое представление об Интернете, чем пользователь, который просто запускает прикладные программы, такие как электронная почта. На сетевом уровне Интернет предоставляет два основных типа сервиса, который используют прикладные программы. И хотя на данном этапе несущественно понимание деталей этих средств, их нельзя опустить при любом обзоре TCP/IP:
Это средство, которое будет впоследствии детально обьяснено, образует основу всех других средств Интернета. Доставка без соединения (дейтаграмная доставка) является абстракцией сервиса, который предоставляет большинство сетей с коммутацией пакетов. Это просто означает, что Интернет TCP/IP определяет маршрут передачи небольшого сообщения от одной машины к другой, основываясь только на адресной информации, находящейся в сообщении. Так как дейтаграмное средство маршрутизирует каждый пакет отдельно, оно не гарантирует надежной доставки пакетов в том порядке, в котором они были посланы. Так как это средство обычно напрямую отображается на лежащее в его основе оборудование, средство без соединения очень эффективно. Более того, использование доставки пакетов без соединения в качестве основы всех средств Интернета делает протоколы TCP/IP адаптируемыми к широкому диапазону сетевого оборудования.
Большинству приложений требуется нечто большее, чем простая доставка пакетов, так как они требуют от коммуникационного программного обеспечения автоматического восстановления при ошибках передачи, потере пакетов или сбоях промежуточных маршрутизаторов на пути между отправителем до получателем. Надежное транспортное средство обрабатывает эти ситуации. Оно позволяет приложению на одном компьютере устанавливать "соединение" с приложением на другом компьютере, а затем посылать большие обьемы данных по соединению, как если бы это было прямое аппаратное соединение. На самом деле, конечно, протоколы взаимодействия делят поток данных на маленькие сообщения и посылают их затем по одному, ожидая от получателя подтверждения приема.
Много сетей обеспечивает базовые средства, аналогичные описанным выше, поэтому кое-кто может удивиться:"Чем же отличаются средства TCP/IP от других?". Основными отличиями являются:
Хотя TCP/IP и основывается на удобной пакетной технологии, он независим от оборудования конкретного производителя. Обьединенный Интернет включает большое число сетевых технологий от сетей, предназначенных для работы в одном здании, до сетей, работающих на больших расстояниях. Протоколы TCP/IP определяют элемент передачи данных, называемый дейтаграммой, и описывают, как передавать дейтаграммы по конкретной сети.
Интернет TCP/IP позволяет любой паре компьютеров, присоединенных к нему, взаимодействовать друг с другом. Каждому компьютеру назначается адрес, который известен по всему Интернету. Каждая дейтаграмма содержит адреса отправителя и получателя. Промежуточные маршрутизаторы используют адрес получателя для того, чтобы принимать решение о дальнейшем маршруте дейтаграммы.
Протоколы TCP/IP Интернета обеспечивают подтверждения между отправителем и получателем, а не между отправителем и промежуточными машинами на пути, даже когда две машины не связаны общей физической сетью.
Помимо базовых средств транспортного уровня(таких, как надежные потоковые соединения), протоколы TCP/IP включают стандарты для наиболее часто используемых приложений, таких как электронная почта, передача файлов и удаленный доступ. Поэтому при разработке прикладных программ, использующих TCP/IP, программисты часто могут обнаружить, что существующее программное обеспечение уже обеспечивает коммуникационные средства, которые им нужны.