Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

Илл. 1.11. WAN на основе предоставляемой ISP сети

1.3.6. Объединенные сети

В мире существует множество сетей, нередко использующих разные технологии аппаратного и программного обеспечения. При этом люди, использующие различные сети, хотят общаться между собой. Для этого необходима возможность соединения зачастую несовместимых сетей. Набор взаимосвязанных между собой сетей называется объединенной сетью (internetwork), или просто интерсетью (internet). Обратите внимание, что глобальный интернет является лишь одной из многих интерсетей. Интернет соединяет поставщиков контента, сети доступа, корпоративные, домашние и многие другие сети между собой. Мы детально обсудим интернет далее в этой книге.

Сеть представляет собой сочетание подсети и хостов. Впрочем, термин «сеть» часто применяется также в более расплывчатом (и вводящем в заблуждение) смысле. Например, сетью можно считать подсеть, как в случае с cетью интернет-провайдера (ISP) на илл. 1.11. Интерсеть можно также считать сетью, как в случае WAN на илл. 1.9. Мы будем следовать этой логике, а там, где нужно отличать сеть от других архитектур, будем придерживаться определения сети как набора вычислительных устройств, соединенных между собой при помощи одной и той же технологии.

Объединенная сеть подразумевает взаимосвязи отдельных, независимо функционирующих сетей. На наш взгляд, соединение LAN и WAN или соединение двух LAN — обычный способ формирования интерсети. Однако стоит уточнить терминологию. По большому счету, если две или более независимые сети платят за взаимное соединение либо две или более сети используют принципиально разные базовые технологии (например, широковещание и двухточечное соединение либо проводную и беспроводную технологии), то речь, вероятно, идет об интерсети.

Устройство, которое реализует соединение между двумя или более сетями и обеспечивает необходимые преобразования с точки зрения аппаратного и программного обеспечения, называется шлюзом (gateway). Шлюзы различаются по уровню в иерархии протокола, на котором они функционируют. Более подробно уровни и иерархии протоколов рассмотрены в следующем разделе. Пока что примите к сведению, что высшие уровни сильнее связаны с приложениями (например, Web), а низшие — с каналами передачи (например, Ethernet). Весь смысл интерсети заключается в соединении компьютеров из разных сетей. Поэтому использовать слишком низкоуровневый шлюз нежелательно — он не сработает для различных типов сетей. Также не подойдет шлюз излишне высокого уровня, так как соединение будет работать только для определенных приложений. Оптимальный уровень, золотую середину, часто называют сетевым уровнем. Шлюзом, производящим коммутацию пакетов на сетевом уровне, служит маршрутизатор. Как правило, интерсети соединяются шлюзами сетевого уровня — маршрутизаторами; впрочем, даже отдельная крупная сеть обычно содержит много маршрутизаторов.

5 Города, расположенные на разных побережьях Австралии. — Примеч. пер.

1.4. Примеры сетей

Предмет изучения сетей включает множество их видов, крупных и небольших, популярных и малоизвестных. У них могут быть разные задачи, масштабы и технологии. В следующих разделах мы рассмотрим несколько примеров, чтобы составить представление о разнообразии сферы вычислительных сетей.

Мы начнем с интернета, вероятно, самой известной «сети», и расскажем о его истории, эволюции и используемых технологиях. Далее перейдем к мобильным сетям: в техническом отношении они довольно сильно отличаются от интернета. Затем мы познакомим вас с IEEE 802.11, главным стандартом беспроводных LAN.

1.4.1. Интернет

Интернет представляет собой обширное собрание сетей, использующих некоторые общие протоколы и предоставляющих определенные общие сервисы. Необычность этой системы в том, что она не была задумана и не контролируется какой-либо одной организацией. Чтобы лучше разобраться в устройстве интернета, начнем с истоков и выясним, как он был создан и почему. История создания интернета замечательно описана в книге Джона Нотона (John Naughton, 2000). Это одна из редких книг, которые не только интересны простому читателю, но и содержат при этом 20 страниц ссылок на серьезные исследования. Некоторые материалы в данном разделе основаны на этой книге. Более актуальная история интернета представлена в книге Брайана Маккалоу (Brian McCullough, 2018).

Конечно, интернету, его истории и протоколам также посвящен гигантский массив технической литературы. Больше информации можно найти, например, в работе Северанса (Severance, 2015).

ARPANET

История интернета начинается в конце 1950-х. В самый разгар холодной войны Министерству обороны США понадобилась система командования и управления, способная пережить ядерную войну. В это время все военные коммуникации осуществлялись через общественную телефонную сеть, которая считалась уязвимой. Причины этого ясны из илл. 1.12 (а). На нем черные точки соответствуют коммутационным станциям, к каждой из которых подключены тысячи телефонов. Эти коммутационные станции, в свою очередь, подключены к коммутационным станциям более высокого уровня (центральным АТС). В результате сформировалась общенациональная иерархия с очень незначительной избыточностью. Уязвимость этой системы состояла в том, что уничтожение всего нескольких ключевых центральных АТС раздробило бы ее на множество изолированных участков, так что генералы из Пентагона не смогли бы дозвониться до базы в Лос-Анджелесе.

Илл. 1.12. (а) Структура телефонной системы; (б) Предложение Бэрана

В начале 1960-х Минобороны заключило с корпорацией RAND контракт на поиск решения этой проблемы. Один из сотрудников компании, Пол Бэран (Paul Baran), разработал сильно распределенную и отказоустойчивую архитектуру, изображенную на илл. 1.12 (б). Длина пути между любыми двумя коммутационными станциями теперь значительно превышала расстояние, которое аналоговые сигналы могут проходить без искажений. Поэтому Бэран предложил использовать цифровую технологию коммутации пакетов. Бэран написал несколько отчетов для Минобороны, в которых подробно описал свои идеи (Baran, 1964). Представители Пентагона оценили его концепцию и предложили компании AT&T (на тот момент монополиста в сфере телефонных услуг в США) создать опытный образец системы. AT&T сразу же отмели идеи Бэрана. Крупнейшая и богатейшая корпорация в мире не собиралась позволять какому-то выскочке из Калифорнии6 (AT&T тогда базировались на Восточном побережье США) указывать ей, как выстраивать телефонную систему. В компании заявили, что сеть Бэрана в принципе нереализуема, и идея была загублена на корню.

Прошло несколько лет, а у Минобороны все еще не было улучшенной системы командования и управления. Чтобы понять, что произошло далее, придется вернуться в октябрь 1957-го, когда СССР победил США в космической гонке, запустив первый искусственный спутник Земли. Когда президент США Дуайт Эйзенхауэр попытался выяснить, чей это был недосмотр, он был шокирован тем, как армия, ВМС и ВВС пререкались из-за бюджета Пентагона на исследования. Эйзенхауэр немедленно создал единую организацию для исследований в оборонной сфере, ARPA (Advanced Research Projects Agency — Управление перспективных исследовательских проектов). У ARPA не было своих ученых или лабораторий; фактически оно представляло собой один офис с маленьким (по меркам Пентагона) финансированием. Его работа состояла