Журнал Радио 1 номер 2002 год. РАДИО - О СВЯЗИ

Журнал Радио 1 номер 2002 год. "РАДИО" - О СВЯЗИ ИНТЕРНЕТ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА А. ГОЛЫШКО,
главный эксперт ЗАО "Компания "МТУ-Информ",
г. Москва  

"Правда слишком многогранна для того, чтобы кто-либо позволял себе думать, что он знает всю правду"

Джавахарлал Неру

Дабы читатель не утомился от перечисления достижений сети Интернет, коих, помимо сказанного в предыдущих статьях, было еще немало, вероятно,

пора немного переключиться на подоплеку всех этих разнообразных событий. Ведь идеи по созданию единой Сети не менее интересны.

Во времена зарождения и становления Интернета существовал только один общий метод объединения сетей на базе коммутации каналов, при котором сети объединяются на канальном уровне, а отдельные биты информации передаются в синхронном режиме по сквозному соединению между двумя оконечными объектами.

Параллельно развивалась и другая технологическая база для передачи информации. Ведь в последней трети XX века передача данных стала ассоциироваться не с телеграфией, а с компьютерными сетями. Впервые компьютеры были соединены по схеме "точка—точка" в середине 60-х годов прошлого века. Еще в 1961 г. один из создателей сети Интернет Леонард Клейнрок указал в своих работах на преимущества системы коммутации пакетов. Чтобы понять, зачем это понадобилось, вероятно, будет весьма полезным сказать пару слов о таком фундаментальном телекоммуникационном понятии, как коммутация.

Коротко о коммутации

"Первобытные" сети связи, использующие верблюжьи караваны, голубиную почту или (позднее) прямые провода, успешно решали телекоммуникационную задачу лишь для осуществления соединений типа "точка—точка", что при сколько-нибудь серьезном росте числа пользователей сразу же делало размеры телекоммуникационной сети поистине угрожающими. На современном языке такие сети с установлением долговременных соединений называются сетями с кроссовой коммутацией и их экономические показатели в части числа необходимых каналов связи прямо пропорциональны квадрату числа пользователей. Как говорится, мало не покажется.

Первыми столкнулись с указанной угрозой еще телеграфисты, которые с 30-х годов XIX века пользовались изобретением Сэмуэла Морзе. Уже тогда стало ясно, что для упрощения сетевой инфраструктуры желательно иметь средства для переключения линий, ведущих к пользователям. Так родились более экономичные сети с оперативной коммутацией (к ним и относятся все современные телекоммуникационные сети), когда при каждом сеансе устанавливается новое соединение с частичным использованием одних и тех же линий связи. Число необходимых каналов при этом существенно сокращается и пропорционально числу пользователей. Такие сети стали называться "истинно" коммутируемыми сетями, главным "действующим лицом" которых является так называемый коммутационный узел (КУ). С давних пор и по настоящее время все коммутаторы (вне зависимости от назначения) выполняли и выполняют одну и туже функцию. На современном техническом языке она звучит так: автоматическое переключение трафика с входного на выходной интерфейс. Главным же остается способ их соединения друг с другом: "каждый с каждым"; "дерево"; "радиально-узловой". На основе этих сетевых построений каждый оператор волен решать опросы быстродействия, надежности и экономии пучков каналов в зависимости от текущей обстановки и применяемого способа коммутации.

Исторически сложилось так, что все существующие системы коммутации, на базе которых и выполняются УК, обладают как общими, так и уникальными свойствами. Общие связаны общими принципами построения таких систем с организацией как непосредственного соединения, так и соединения с накоплением информации.

Самыми первыми (вероятно, потому что были самыми логичными в тот момент) появились системы, осуществляющие коммутацию каналов и являющиеся воплощением принципа установления непосредственного соединения, когда через цепь УК организуется прямой (сквозной) путь (канал) от одного пользователя до другого, а уж потом осуществляется непосредственно передача информации. Именно так устроены уже более 120 лет телефонные сети.

Однако все в мире имеет свою противоположность. Таковыми для систем коммутации каналов стали системы с коммутацией пакетов, которые, как и системы с коммутацией сообщений, являются разновидностью систем коммутации с накоплением. Недостаток последних заключается в невозможности организации живого диалога между пользователями, ибо оконечные устройства не могут работать в реальном масштабе времени, поскольку ориентированы на прием сообщения целиком. Устранением этого неудобства мир и обязан коммутации пакетов, когда каждое сообщение разбивается на небольшие группы битов (пакеты), передаваемые в точно определенный промежуток времени. Все пакеты пронумерованы и "прошнурованы" (в точке приема их расставят в прежней последовательности).

Коммутация пакетов позволяет более эффективно использовать канал связи для передачи информации сразу от многих пользователей. Она очень пригодилась для решения задач объединения компьютерных сетей и создания всемирной сети Интернет. Принцип разбиения сообщения на пакеты, каждый из которых снабжается заголовком и рассматривается как отдельное сообщение, получил название дейтаграммного режима коммутации пакетов. Для обеспечения режима реального времени время задержки в сети должно быть соизмеримо со временем обработки сообщения его получателем, что, в общем-то, можно обеспечить. Итак, сети с коммутацией пакетов, как и сети с коммутацией каналов, оказались пригодны для организации диалога между пользователями. Узлами коммутации таких сетей становятся пакетные УК, они же маршрутизаторы (разумеется, полностью "электронные"), которые поддерживают соответствующие таблицы маршрутизации (аналог телефонных номеров в сетях с коммутацией каналов) для направления пакетов по назначению.

Сегодняшняя телекоммуникационная практика говорит о том, что, во-первых, многим операторам еще долго придется иметь дело с набором сетей, выполненных с использованием различных видов систем коммутации, а во-вторых, современная технологическая база подчас позволяет интегрировать в одной системе и то, и другое. Появляются системы с гибридной коммутацией, работающие при необходимости как с каналами, так и с пакетами. Появляются так называемые разновидности быстрой коммутации каналов, при которой канал связи образуется на время передачи одного пакета, и быстрой коммутации пакетов, когда устанавливается виртуальное соединение и экономится память в маршрутизаторе, а на сверхскоростных оптических сетях будут использовать оптическую коммутацию блоков (IP-пакетов). Но это уже будущее, а сейчас вернемся к другому краеугольному камню Интернета.

Открытая архитектура

Итак, указанные выше идеи Л. Клейнрока по пакетной коммутации в сочетании со специализированными устройствами межсетевой связи стали основой альтернативного подхода (по отношению к сетям с коммутацией каналов) к построению сети Интернет.

Справедливости ради, следует отметить, что были и другие частные методы сетевого объединения. Но они исповедовали принцип подчинения, когда требуется, чтобы одна сеть выступала как часть другой, а не как равноправный партнер по предоставлению сквозных (от одной оконечной системы связи до другой) сервисов. С высоты сегодняшнего дня можно констатировать, что такую идеологию должны были ожидать неважные перспективы. Впрочем, компьютерный мир выбрал другой более демократичный путь.

Открытая сетевая архитектура подразумевает, что отдельные сети могут проектироваться и разрабатываться независимо, со своими уникальными интерфейсами, предоставляемыми пользователям и/или другим поставщикам сетевых услуг, включая услуги Интернет.

При проектировании каждой такой сети могут быть приняты во внимание специфика окружения, различный территориальный охват или особые требования пользователей. Но, конечно, до известного предела, ибо некие прагматические соображения все-таки должны сужать спектр возможных решений. Иначе на практике просто не удастся согласовать все и вся.

Как известно, идея открытой сетевой архитектуры была впервые высказана Робертом Каном в 1972 г., вскоре после того, как он начал работать на DARPA. Деятельность, которой занимался Р. Кан, первоначально была частью программы пакетных радиосетей, но впоследствии она переросла в полноправный проект под названием "Internetting". Ключевым для работоспособности пакетных радиосистем был надежный сквозной протокол, способный поддерживать надежную связь несмотря на радиопомехи или экранирующие особенности ландшафта.

Далее по протоколу

Сначала Р. Кан предполагал разработать протокол, специфичный для пакетных радиосетей, поскольку это избавило бы от необходимости иметь дело с множеством различных операционных систем и позволило бы продолжать использовать протокол NCR Однако NCP не содержал средств для адресации сетей (и машин), расположенных за местом назначения, так что назревала некоторая модификация NCR Если в том варианте NCP какие-либо пакеты терялись, протокол (и, естественно, поддерживаемые им приложения) должен был остановиться. Вероятно, сегодня это покажется диким, но в модели NCP отсутствовала коррекция ошибок, поскольку считалось, будто ARPANET должна была являться единственной существующей сетью, причем настолько надежной, что от компьютеров, собственно, и не требовалось умения как-то реагировать на ошибки.

Но в итоге Р. Кан решил разработать новую версию протокола, удовлетворяющую требованиям окружения с открытой сетевой архитектурой. Этот протокол позднее и будет назван известным нам именем: Transmission Control Protocol/Internet Protocol или TCP/IP (Протокол управления передачей/Межсетевой протокол). В то время как NCP действовал в духе драйвера устройства, новинка должна была в большей мере напоминать коммуникационный протокол.

Вероятно, сам того не подозревая, Р. Кан положил в основу своих первоначальных рассуждений четыре принципа.

Каждая сеть должна сохранять свою индивидуальность. При подключении к Интернет сети не должны подвергаться внутренним переделкам. Связь должна осуществляться по принципу "максимум возможного". И если пакет не прибыл в пункт назначения, источник должен вскоре повторно передать его. Для межсетевых соединений должны использоваться "черные ящики", которые впоследствии были названы шлюзами и маршрутизаторами. Эти устройства не должны хранить информацию об отдельных протекающих через них потоках данных и функционально должны оставаться максимально простыми, без сложных средств адаптации и восстановления после разного рода кризисных ситуаций. На эксплуатационном уровне не должно существовать глобальной системы управления. Но все вышесказанное подразумевало решение целого набора указанных ниже сопутствующих проблем: Разработка алгоритмов, препятствующих разрыву связи из-за потери пакетов и позволяющих источнику повторно их передать. Разработка средств "конвейеризации" потоков данных между компьютерами, позволяющих маршрутизировать множество пакетов на всем пути от отправителя до получателя с точностью до компьютеров, участвующих в процессе передачи, если промежуточные сети дают такую возможность. Разработка шлюзов, позволяющих правильно обрабатывать поступившие пакеты. Имеется в виду чтение IP-заголовков для маршрутизации, обслуживание интерфейсов, разбиение при необходимости пакетов на более мелкие и т. п. Необходимость сквозного контрольного суммирования, пересборки пакетов из фрагментов, выявления повторяющихся пакетов при появлении таковых. Необходимость глобальной адресации. Разработка методов сквозного управления потоками данных. Обеспечение взаимодействия операционными системами различных типов. Были и другие проблемы, такие как эффективность реализации и производительность объединенной сети, но поначалу их отодвинули на второй план.

Еще будучи сотрудником уже упоминавшейся ранее компании BBN, Р. Кан начал работать над коммуникационно-ориентированными принципами операционных систем. Он зафиксировал некоторые из своих ранних соображений в виде внутреннего меморандума компании BBN, озаглавленного "Коммуникационные принципы операционных систем" ("Communications Principles for Operating Systems"). P. Кан понял, что для эффективного встраивания любого нового протокола необходимо изучить детали реализации каждой операционной системы. В результате весной 1973 г., после образования проекта "Internetting", P. Кан и пригласил работавшего в то время в Стэнфор-де В. Серфа для совместной работы над детальной спецификацией нового протокола. В. Серф активно участвовал в проектировании и реализации NCP, поэтому он уже обладал информацией об интерфейсах с существующими операционными системами. Вооружившись архитектурным подходом Р. Кана к коммуникациям и полученным

во время работ над NCP опытом В. Серфа, ученые коллеги объединились для уточнения деталей того, что впоследствии станет семейством протоколов TCP/IP.

Первые результаты

Взаимообогащение и конвергенция идей дали превосходные результаты, и первая документированная версия выработанных спецификаций была распространена на специальной встрече Международной сетевой рабочей группы (INWG), которая состоялась на конференции в Суссекском Университете в сентябре 1973 г. В свое время В. Сер-фу предложили возглавить эту группу, и он, конечно же, не упустил случая организовать встречу членов INWG, поскольку большинство из них присутствовало на конференции в Суссексе.

В процессе сотрудничества между Р. Каном и В. Серфом были сформулированы следующие основополагающие принципы сетевого строительства:

Общение между двумя процессами логически должно представляться как обмен непрерывными последовательностями байтов (октетов в терминологии авторов). Для идентификации октета используется его позиция в последовательности. Управление потоком данных осуществляется на основе механизмов скользящих окон и подтверждений. Получатель может выбирать, когда посылать подтверждение, распространяющееся на все полученные к этому моменту пакеты. Вопрос о том, как именно отправитель и получатель договариваются о параметрах окон, оставлен открытым. Первоначально используются заранее оговоренные значения.

Хотя в то время в Исследовательском центре компании Ксерокс в Пало Альто (Xerox PARC) уже велись работы над сетями Ethernet, массового распространения локальных сетей пока не случилось. Ведь о персональных компьютерах и рабочих станциях просвещенный мир еще не знал. Напомним, что компании IBM еще только предстояло разработать компактный персональный компьютер с открытой архитектурой и, как следствие, быстро пасть жертвой многочисленных конкурентов, воспользовавшихся этой открытостью. Что, в свою очередь, открыло дорогу массовому производству недорогих ПК, а затем и дальнейшей популяризации Интернета.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 1 номер 2002 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.