Компьютерные сети. Лекции_1_2. Введение в компьютерные сети 1 Основные понятия

• Название: Введение в компьютерные сети 1 Основные понятия
• Анкор: Компьютерные сети
• Дата: 08.09.2022
• Размер: 1.61 Mb.
• Имя файла: Лекции_1_2.pdf
• Тип: Документы; #667516
• страница: 2 из 4

Базовые элементы топологии сегментов ЛВС и способ конструирования из них более крупных сегментов рассматриваются в параграфе 1.4.
Рис. 1.3. Типовая схема топологии WAN
1.3.3 Классификация сетей по типу среды передачи и пропускной способности каналов
В качестве среды передачи данных в различных подсетях компьютерных сетей может использоваться проводная или беспроводная среда. К проводным средам относятся несколько типов медного кабеля и волоконно-оптические кабели. К беспроводным средам относятся радиосреда, оптическая атмосферная среда и среда
СВЧ-излучения. Величина пропускной способности каналов (называемой также емкостью
каналов), построенных на базе различных сред передачи варьируется в достаточно широких пределах в зависимости от используемой среды передачи.

1.4. Базовые топологии сегментов ЛВС
Напомним, что сегментом
ЛВС является совокупность компьютеров, непосредственно соединенных общей, совместно используемой средой передачи. В настоящем параграфе рассмотрим базовые топологии сегментов ЛВС а также способы построения более крупных сегментов из “элементарных” сегментов, имеющих базовые топологии. К числу таких топологий обычно относят шинную, кольцевую и звездообразную. Мы дополним этот перечень видимо “очевидной” двухточечной топологией. В настоящем параграфе рассматриваются все указанные базовые топологии, а также способы “укрупнения” сегментов путем объединения в одну общую среду передачи нескольких сегментов одной и той же, либо различных базовых топологий.
Отметим, что такая общая среда передачи обеспечивает взаимную доступность всех подключенных к ней компьютеров средствами протоколов наиболее низкого из доступных программисту ― канального уровня (см. параграф 1.7).
1.4.1 Шинная топология
В шинной (bus) топологии сегмента ЛВС все входящие в этот сегмент компьютеры объединены общей одновременно доступной всем этим компьютерам средой передачи, как это показано на рис. 1.4 .
Рис. 1.4. Шинная топология
Типичным примером “по определению” шинной среды, является радиосреда, воспринимаемая всеми без исключения радиоприемниками и доступная для передачи всем без исключения радиопередатчикам. Поэтому неудивительно, что сегмент ЛВС, созданный на базе точки доступа WiFi, имеет шинную топологию.
Однако такую топологию могут иметь и кабельные сегменты. Так первые разновидности широко распространенных сетей, построенных по технологии Ethernet имеют шинную топологию. В дальнейшем мы будем называть указанные разновидности этой технологии “базовой Ethernet“. Отметим, что само название Ethernet, т.е. “эфирная сеть” говорит о том, что разработчики этой технологии использовали метафору радиосреды при создании всех механизмов взаимодействия компьютеров через кабельную среду Ethernet, разновидности которой рассматриваются в параграфе 2.2.
Механизм взаимодействия компьютеров через шинную среду таков. В каждый момент времени среда может передавать только один пакет данных от одного из компьютеров сегмента другому компьютеру-получателю (или всем входящим в сегмент компьютерам). Поэтому, если некоторый компьютер сегмента (точнее - сетевая карта

этого компьютера) готов начать передачу пакета данных (в заголовке которого содержится информация о получателях пакета), он “прослушивает” шину, определяя, свободна ли она, и, в случае если шина не занята, выполняет отправку пакета. Иначе компьютер переходит в режим ожидания освобождения шины. Однако, возможна ситуация, когда после завершения передачей шины некоторого пакета сразу несколько компьютеров, ожидавших освобождения шины, практически одновременно начинают передачу своих пакетов. Такая ситуация называется столкновением (пакетов). Она оперативно обнаруживается, передача пакетов прекращается и обеспечивается случайный выбор компьютера, которому предоставляется право первым начать передачу своего пакета. Все остальные компьютеры постоянно “прослушивают” шину и начинают считывать все передаваемые пакеты, определяя по информации, содержащейся в заголовках этих пакетов, входят ли они в число получателей пакета. Если да, то пакет считывается до конца, в противном случае пакет “отбрасывается”. Более детально метод передачи пакетов через разделяемую шину описан в параграфе 2.2.
Рассмотренная процедура является простой и поэтому устройства, реализующие ее выполнение, относительно недорогие. Это является одним из главных достоинств шинной топологии. Другим достоинством среды передачи, основанной на использовании коаксиального кабеля, является предельно малый метраж используемого кабеля, что влечет снижение стоимости кабельной системы сегмента. Кабельные системы, построенные с использованием витой пары, внешне похожи на звезду, в центре которой находится концентратор (hub), но логика работы этого концентратора такова же, как и логика работы шины.
Однако у шинной топологии есть и недостатки. Во-первых, кабельные системы, построенные на коаксиальном кабеле, приходят в полностью нерабочее состояние даже при повреждении кабеля в единственной точке или при плохом контакте лишь в одном соединительном разъеме (в этом случае в кабеле распространяется отраженный сигнал, искажающий все передаваемые пакеты). И, во-вторых, (и это является главным недостатком) шинные сегменты, построенные с использованием любой среды передачи, плохо масштабируемы. Дело в том, что при вхождении в состав сети N компьютеров, возможно до [N/2] пар компьютеров, нуждающихся в передаче пакетов между ними.
Поэтому если общая пропускная способность шины составляет B (Bandwidth) бит/сек, то на каждому из сетевых соединений будет доступно в среднем лишь B/[N/2] бит/сек.
Очевидно, что при возрастании N скорость соединений между парами компьютеров в сети будет уменьшаться в обратно пропорциональной зависимости, что зачастую является недопустимым.
Отметим, что при развитии технологии Ethernet указанный недостаток базовой
Ethernet был преодолен путем создания специальных коммуникационных устройств - коммутаторов Ethernet, реализующих другую топологию сегментов ЛВС. Указанные коммуникационные устройства будут сначала вкратце, а затем - подробно рассмотрены в пункте 1.4.3 и параграфе 2.3 соответственно.

1.4.2 Кольцевая топология
В кольцевой (ring) топологии сегмента ЛВС все входящие в этот сегмент компьютеры объединены общей кабельной средой передачи, соединяющей компьютеры по кольцу, как это показано на рис. 1.5.
В сегментах с кольцевой топологией совместное использование и разделение общей кольцеобразной среды передачи выполняется по следующей схеме. Все передаваемые по кольцу пакеты (от источника до получателя, определяемого по содержащейся в заголовке пакета адресной информации) пересылаются в определенном направлении. При этом отправка пакета некоторым компьютером возможна не в произвольный момент времени, а только в момент прохождения через этот компьютер специального технологического пакета - маркера (token). Пересылаемый пакет присоединяется к маркеру и “путешествует” с ним по кольцу до достижения компьютера, являющегося получателем пакета. Во время такого “путешествия” присоединение к пересылаемому пакету никаких дополнительных пакетов невозможно. По прибытии пакета к получателю тот забирает пакет и освобождает маркер. Текущий и все следующие за ним по маршруту пересылки маркера могут присоединять к нему пакеты.
Кроме индивидуальных компьютеров в кольцо могут включаться концентраторы
(hub) FDDI
, к которым могут подключаться несколько индивидуальных компьютеров и/или устройств сопряжения с другими сегментами ЛВС.
Рис. 1.5. Кольцевая топология
Отметим, что для кольцевой топологии, точно так же как и для шинной, актуальна проблема масштабирования количества компьютеров в сегменте. Средняя пропускная способность, “достающаяся на долю” одного сетевого соединения все так же обратно пропорциональна количеству компьютеров в сегменте.
Примерами сетевых технологий, основанными на использовании этой топологии являются уже давно не используемая технология Token Ring (буквально “маркерное кольцо”) и довольно популярная в 1990-х и в первом пятилетии 2000-х годов технология
FDDI (Fiber
Distributed
Data Interface - распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных). В этой технологии компьютеры связываются двойным волоконно- оптическим кольцом. При этом пересылка пакетов данных выполняется только по внешнему кольцу. Внутреннее кольцо используется для резервирования каналов

пересылки данных. При повреждениях внешнего кольца в компьютерах по обе стороны места повреждения внешнее кольцо замыкается на внутреннее и пакеты начинают пересылаться в обход места повреждения по внутреннему кольцу (в направлении, противоположном направлению пересылки пакетов по внешнему кольцу. Во время своего появления технология FDDI обеспечивала 10 кратное превосходстве в скорости передачи по сравнению с существовавшими на тот момент технологиями семейства Ethernet (100 против 10 Мбит/сек) и, благодаря использованию волоконно-оптических каналов - возможность взаимной удаленности компьютеров кольца на десятки километров.
Одновременно технология FDDI, также как и Ethernet использовала относительно простую логику взаимодействия, эффективно реализуемую в коммуникационном оборудовании, и также была относительно дешевой. Поэтому эта технология была использована в качестве магистральной технологии построения созданной в 1995 году
Южно-Московской опорной сети ЮМОС.
Однако, в отличии от технологии Ethernet, FDDI не эволюционировала в направлении повышения пропускной способности используемых каналов передачи данных и разработки средств, обеспечивающих возможности масштабирования количества компьютеров сегмента,
и была практически вытеснена современными технологиями семейства Ethernet, рассматриваемыми в параграфе 2.3 настоящей книги.
1.4.3 Звездообразная топология
В звездообразной (star) топологии сегмента ЛВС входящие в этот сегмент периферийные компьютеры соединены расположенными как лучи звезды каналами с находящимся в центре этой звезды центральным компьютером, как это показано на рис.
1.6 .
Рис. 1.6. Звездообразная топология
Пересылка данных между любыми парами периферийных компьютеров выполняется через центральный компьютер. При этом центральный компьютер обеспечивает возможность одновременной передачи данных между любыми парами периферийных компьютеров.

Отметим, что при такой организации пересылки пакетов данных к центральному компьютеру предъявляются повышенные требования надежности и производительности.
Повышенная надежность необходима поскольку отказ в работе центрального компьютера влечет отказ в работе всего сегмента сети. Повышенная производительность необходима для обеспечения возможности параллельной по времени пересылки пакетов между любыми парами периферийных компьютеров.
Необходимость использования дополнительного центрального компьютера (и соединения каждого периферийного компьютера с центральным компьютером отдельным кабелем) вкупе с предъявляемыми к нему высокими требованиями влечет существенное увеличение стоимости кабельного и коммуникационного оборудования звездообразных сегментов по сравнению с шинными и кольцеобразными сегментами.
Но, в отличие от последних типов сегментов звездообразный сегмент меньше страдает проблемами плохого масштабирования. Все пересылки данных между любыми парами периферийных компьютеров выполняются с одинаковой скоростью. Если возможности масштабирования (увеличения количества периферийных компьютеров) начинают ограничиваться из-за ограниченного количества сетевых портов центрального компьютера, можно решить возникающую проблему путем увеличения количества таких портов, что на практике обычно достигается путем замены используемой модели центрального на более производительную (по суммарной скорости одновременно выполняемых передач пакетов данных в рамках различных соединений) и поддерживающую большее число портов.
Однако потребность масштабирования количества компьютера сегмента в достаточно широких пределах была столь востребованной, а обеспечение этой потребности звездообразной архитектурой сегмента с высокопроизводительным и высоконадежным центральным компьютером этой сети, обеспечивающем выполнение лишь коммуникационных функций столь естественным, что были предприняты успешные усилия, направленные на максимально возможное снижение стоимости таких компьютеров путем их узкой специализации и разработки коммутаторов пакетов, предназначенных для использования в качестве центральных компьютеров звездообразных сегментов. А последующее массовое производство таких коммутаторов еще более снизило их стоимость, что, наряду с широкими возможностями масштабирования привело к массовому использованию звездообразных структур в топологиях большинства ЛВС. Подробнее принципы функционирования коммутаторов и множество предоставляемых ими возможностей на примере коммутаторов Ethernet рассматриваются в параграфе 2.3.
1.4.4 Двухточечная топология
В двухточечной топологии единая среда передачи данных, по сути являющаяся единственным каналом передачи данных, соединяет два компьютера и/или коммуникационных устройства (Рис 1.7).

Рис. 1.7 Двухточечная топология
При помощи множества двухточечных соединений может быть построен граф произвольной топологии, но, как правило, такое соединение выполняется при помощи устройств, работающих выше канального уровня сетевых протоколов. Но топологии первых вычислительных сетей строились на базе двухточечных каналов
Двухточечные соединения используются как правило либо для организации каналов передачи данных между различными сетями, принадлежащими разным владельцам, каналов передачи данных от “основной части” корпоративной сети, к подсетям ее филиалов, а также для создания каналов подключения к сети индивидуальных удаленных абонентов. В последнем случае канал зачастую создается на базе телефонного кабеля и подключается к одному из сегментов сети при помощи специального устройства Ethernet мост-модем (вкратце рассматриваемого в следующем пункте), интегрирующего этот двухточечный канал в топологию единой среды передачи данных упомянутого сегмента.
1.4.5 Способы объединения нескольких сегментов ЛВС в единую среду передачи
Итак, в предыдущих пунктах настоящего параграфа нами рассмотрены 4 базовые топологии, используемые при построении сегментов ЛВС. При использовании разновидностей медного кабеля общая длина создаваемых на их базе сегментов не превышала 100 - 175 метров (в зависимости от типа используемого кабеля). А на практике зачастую требовались сегменты большей длины. Поэтому были разработаны средства “удлинения” сегментов, позволяющие объединить 2 или более сегментов в единую среду передачи данных. Первыми из таких средств стали двухпортовые повторители сигнала (repeater) и двух- или многопортовые мосты (bridge). Повторители являлись простыми усилителями сигнала, передаваемого с каждой из сторон и не представляют для нас дальнейшего интереса.
А мосты предоставляют две важные и востребованные до настоящего времени возможности. В частности, двухпортовые мосты могут иметь порты различного типа и выполнять взаимную трансляцию формата пакетов технологий передачи данных, используемые в сегментах по обе стороны моста. Такие мосты называются транслирующими. В качестве одного из примеров транслирующего моста можно указать упомянутый выше Ethernet мост-модем, имеющий порт для подключения к сети Ethernet с одной стороны и порт для подключения к телефонному кабелю с другой стороны. В качестве другого примера упомянем мост FDDI-Ethernet, соединяющий сегменты, работающие на основе соответствующих технологий.
Вторая возможность является еще более важной. Четырех- и более портовые мосты с портами одинакового типа (называемые прозрачными мостами), обеспечивают

параллельную во времени пересылку пакетов между соединяемыми парами сегментов!
Таким образом они делают первый шаг в направлении повышения уровня масштабируемости совокупности объединенных сегментов по количеству подключенных к ним компьютеров. А следующими шагами стало увеличение количества портов до достаточно большого числа (от 8 до 128) с одновременной заменой названия “мост” на название “коммутатор” (switch) и создание на их базе управляемых коммутаторов. Между тем, базовые алгоритмы организации пересылки пакетов из соединяемых сегментов, используемые еще в мостах, без существенных изменений “перекочевали” и в коммутаторы. Отметим, что под “однотипностью” портов коммутаторов понимается факт использования ими одной и той же технологии, передачи данных, например семейства технологий Ethernet. Но при этом различные порты коммутатора могут различаться по скорости передачи данных конкретного семейства.
С учетом возможности использования рассмотренных средств объединения сегментов может быть, например, создан сегмент с топологией, представленной на рис. 1.8
Рис 1.8. Пример сегмента, интегрирующего базовые элементы различных топологий
Достаточно типичным видом топологии “составных” сегментов ЛВС является древовидная топология. На верхнем уровне этой топологии находится иерархическая структура звездообразных сегментов. К коммутаторам (центрам звезд) нижних уровней иерархии могут подключаться сегменты, построенные на базе концентраторов (hub-ов), лишь внешне имеющих сходство со звездообразной топологией, но функционирующих с использованием логики взаимодействия шинных сегментов. Пример подобной древовидной структуры изображен на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Древообразная топология ЛВС
После того, как коммутаторы стали использоваться шире, “тиражи” выпуска коммутаторов сильно возросли. Это позволило существенно снизить стоимость единицы продукции, что повлекло еще более широкое использование коммутаторов и дальнейшее снижение их стоимости. Таким образом, при создании сетей Ethernet стала все шире внедряться практика построения полностью коммутируемых сегментов ЛВС, не содержащих элементов с шинной (или кольцеобразной) топологией, и представляющих из себя созданную на базе иерархического подключения коммутаторов друг к другу иерархическую структуру. В параграфе 2.3 мы узнаем о предоставляемых управляемыми коммутаторами Ethernet возможности использования неориентированных циклов в графе топологии связи коммутаторов. Эта возможность обеспечивает резервные пути передачи данных, используемые при выходе из строя тех или иных каналов, входящих в состав циклических структур. Таким образом на базе технологии Ethernet могут, в частности, реализоваться сильносвязные топологические структуры, востребованные для построения магистральных сегментов территориально-распределенных сетей.
1.6 Краткая история развития компьютерных сетей
История развития компьютерных сетей включает доинтернетовский период и период становления и развития интернета. Последний период, в свою очередь, включает два этапа: довебовский этап и этап становления и развития веб-технологий. Такое разбиение на периоды и этапы более естественно для конечных пользователей и сетевых программистов (на которых и ориентирована настоящая книга), чем более привычная для профессиональных связистов разбиение на этапы развития технологий построения все более и более скоростных средств передачи данных. Поэтому далее в настоящем

параграфе мы будем придерживаться предложенного нами разбиения на этапы и периоды, но постараемся на фоне “высокоуровневых” содержательных достижений каждого из этапов по возможности не забыть и об основных “низкоуровневых” достижениях в области развития высокоскоростных технологий передачи данных.
1.6.1 Доинтернетовский период развития компьютерных сетей
Первые компьютерные сети были созданы в конце 1950-х - начале 1960-х годов (по данным разных источников от 1959 г. до 1962 г.) для решения задачи обеспечения доступности вычислительных ресурсов чрезвычайно редких “суперкомпьютеров” того времени, называвшихся тогда мэйнфреймами (mainframe), для пользователей удаленных на значительные (порою - гигантские) расстояния других обычных компьютеров.
По своему территориальному масштабу такие сети зачастую были глобальными, по количеству входящих в них компьютеров и топологиям связей между ними - локальными
(обычно- древовидная структура с возможными резервными каналами, построенная на базе соединяемых через компьютеры двухточечных сегментов), по принадлежности - корпоративными и/или ведомственными. Эти сети были доступны ограниченному кругу сотрудников организаций (ведомств), владеющих этими сетями. Отметим, что одним из разработчиков таких сетей было и агентство ARPA, впоследствии создавшее прототип интернета (см. ниже). Однако используемые в таких сетях протоколы взаимодействия компьютеров кардинально отличались от протоколов интернета и не обеспечивали сколь либо высокой степени масштабируемости построенных с их использованиям сетей и устойчивости к отказам отдельных каналов передачи данных.
Компьютеры первых компьютерных сетей были связаны совокупностью двухточечных соединений каналами, созданными на базе обычных телефонных кабелей пропускной способностью от 9.6 до 19.2 Кбит/сек. Поэтому даже работа таких немногочисленных сетевых приложений, как удаленное выполнение программ (в пакетном режиме их выполнения в операционной системе мэйнфрейма), пересылка файлов с исходными данными и результатами вычислений между компьютером пользователя и мейнфреймом, была весьма “неторопливой”.
Но основным недостатком доинтернетовских компьютерных сетей была совсем не медленная скорость решения их пользователями своих прикладных задач. Главным недостатком была необходимость явного указания пользователем сетевого приложения при вызове этого приложения (обычно - из командной строки) всей цепочки промежуточных компьютеров (называемой маршрутом передачи данных), используемой для последовательной пересылки данных по всем компьютерам цепочки между компьютером пользователя и мэйнфреймом. Это требовало от пользователей приложений знания топологии связей между компьютерами и умения “вручную выполнять всю маршрутизацию” при вызове каждого сетевого приложения. Конечно, пользователь мог запоминать (в том числе - и в командных файлах) маршруты, соединяющие его компьютер с нужными ему компьютерами сети. Но при изменении топологии сети в результате отказа одних и введения в работу других (резервных) каналов связи

возникала объемная и требующая значительного времени выполнения работа по оповещению всех пользователей сети о произошедших изменениях топологии сети и по выполнению этими пользователями “перепрограммирования” маршрутов между используемыми ими компьютерами. При сколь либо большом увеличении количества компьютеров в сети эта задача становилась совершенно “неподъемной” и фактически вызывала весьма продолжительный во времени отказ в доступности сетевых услуг. Для критически важных приложений такая ситуация становилась совершенно недопустимой.
Вот почему однажды произошло событие, упоминаемой в самом начале следующего пункта.
Все существовавшие с начала 20 века телефонные сети работали по принципу коммутации каналов. При каждом телефонном звонке обеспечивалось контактное соединение в единый канал (в одну электрическую цепь) совокупности всех промежутков между телефонными коммутаторами, находящимися на пути соединения. Организация междугородних каналов связи стоила недешево. Для компьютеров, нуждающихся в наличии постоянного соединения со всеми узлами сети, такой принцип коммутации являлся плохо масштабируемым и требовал больших затрат. Сэкономить средства позволил пакетный способ передачи данных, принципы которого разработал Леонард
Клейнрок в 1961г., будучи аспирантом Массачусетского технологического института. В сетях с коммутацией пакетов все контактные соединения на каналах между коммуникационными устройствами постоянны и не изменяются в процессе установления соединений между компьютерами. Данные, передаваемые между компьютерами, разбиваются на пакеты, которые пересылаются каждым из коммуникационных устройств по тому каналу, который ведет в направлении к получателю. В режиме коммутации пакетов сеть работает как конвейер: освободившиеся маршрутизаторы могут приступить к передаче данных от других абонентов. В режиме коммутации каналов ― все части пути заняты, пока данные не достигнут точки назначения.
Появившийся впоследствии предшественник интернета ARPANet был основан на технологии коммутации пакетов.
1.6.2 Этап становления и начального развития интернета
В начале 1969 года министерством обороны США (DoD - Department of Defence) была поставлена перед подчиненным ему (до сих пор) Агентством перспективных исследовательских проектов ARPA (Advanced Research Project Agency) задача разработки методов и протоколов построения компьютерных сетей, которые позволяли бы сохранить работоспособность и бесперебойность функционирования этих сетей даже при массовом выходе из строя каналов связи, например в случае нанесения противником массированного ядерного удара.
Агентство ARPA привлекло к выполнению этих работ Калифорнийский университет г. Лос-Анджелеса, Стэнфордский исследовательский центр, Университет штата ЮТА и
Калифорнийский университет г. Санта-Барбара.
В первой половине 1969 года коллектив исследователей из этих организаций занимался разработкой уровневой организации протоколов взаимодействия компьютеров в создаваемой сети (см. параграф 1.7), с конца сентября начались простейшие эксперименты в сети, состоящей из двух компьютеров, и к

концу 1969
г. была создана конфигурация сети, объединяющая по одному из компьютеров участников проекта. Созданная сеть получила название ARPANet (“net” по английски означает “сеть”). Эксперименты продолжались еще более года и в 1971 году была создана конфигурация, обеспечивающая доступ к сети с 17 терминалов. В качестве каналов связи использовались арендованные у телефонной корпорации AT&T Bell
Laboratories цифровые каналы пропускной способностью 56 Кбит/сек. Первыми прикладными протоколами (службами) этой сети стали протоколы удаленного терминала и пересылки файлов. Протокол электронной почты ARPAnet (вместе с форматом адреса
“пользователь@компьютер”) был разработан уже в 1973 г. Иногда именно 1971 год считают годом создания сети ARPANet, протоколы которой (основанные на протоколе
NCP - Network Control Protocol
) послужили основой создания протоколов TCP/IP
(стандартизованных только в 1983 г.),
являющимися протоколами интернета, а сама сеть
ARPANet стала тем ядром, вокруг которого “вырос” интернет.
Интересно отметить, что параллельно с рассмотренными событиями началось выполнение другой цепочки событий, впоследствии тесно переплёвшейся с историей развития интернета. Речь идет о том, что в том же 1969 году два сотрудника уже упоминавшейся телефонной корпорации AT&T Bell Laboratories
Денис Ритчи и Кеннет
Томпсон в свободное от основной работы время разработали интерактивную многотерминальную операционную систему UNIX которая устраивала их (а потом - и их руководителей) больше, чем использовавшаяся в то время в их корпорации ОС Multics, выполнявшей пакетную обработку нескольких потоков заданий.
В 1971 году (этот год мы уже упоминали в предыдущем абзаце) ОС UNIX была полностью переписана на специально разработанном для этого языке C (названием этого языка стало третье из рабочих названий промежуточных версий этого языка: A, B и С) и стала первой ОС, полностью написанной на языке высокого уровня.
А в 1973 году пути развития ARPANet и ОС UNIX впервые и надолго (по сей день) пересеклись. Именно в этом году произошли два знаменательных события (и еще четыре события высокой значимости для дальнейшего развития интернета). Во-первых протоколы сети ARPANet были переданы для их дальнейшего развития широкому кругу университетов США. И, во-вторых, этому же кругу были переданы исходные тексты OC
UNIX
, также для дальнейшего развития этой системы. Поэтому далеко не случайно большинство производительных современных серверов интернета работают под управлением различных (довольно многочисленных) версий ОС UNIХ и операционной системой широкого круга моделей мобильных устройств доступа к интернету является ОС
Android
, принадлежащая к славному семейству многочисленных версий ОС UNIХ.
Университетом, по-видимому внесшим наибольший вклад в развитие как системы
UNIX
, так и протоколов TCP/IP, является Калифорнийский университет г. Беркли
(Berkeley
). Созданная сотрудниками и студентами этого университета ОС BSD UNIX, ставшая прототипом таких свободно распространяемых ОС семейства UNIX как Free BSD и Linux, ядро которого используется в
ОС Android. Одновременно Берклиевский университет внес большой вклад в развитие и создание сетевых протоколов семейства
TCP/IP..
Четырьмя другими знаменательными событиями истории развития интернета, произошедшими в 1973 году (в некоторых источниках первые два из этих событий

датируют 1972 годом), стало подключение к сети ARPAnet компьютеров из организаций двух государств северо-запада Европы - Великобритании и Норвегии; подключение к
ARPANet компьютера из Гавайского университета (расположенного в центре Тихого океана); начало разработки протокола TCP и обеспечение возможности подключения к сети ARPANet внешних сетей (а не просто удаленных компьютеров. Первое из подключений было выполнено с использованием каналов передачи данных, основанных на “медленном” трансатлантическом телефонном кабеле (существенно более медленном, чем арендуемые у AT&T междугородние телефонные каналы), но сделало сеть международной и межконтинентальной. Для второго подключения был использован спутниковый канал - первый скоростной канал сети фактически межконтинетального масштаба. Упомянутые события по сути стали началом создания “сети сетей”, то есть - интернета.
Следующий значимой вехой в расширении территориального охвата и количества подключенных к ней компьютеров из разных стран Европы являлось создание в 1997 году нескольких скоростных спутниковых каналов между ARPANet и странами Европы. К этому моменту общее количество компьютеров громадной по территориальному охвату сети составляло всего “круглую цифру” 111 (что это по сравнению с сегодняшними миллиардами подключенных к интернету компьютеров и мобильных интеллектуальных устройств?). Столь медленный рост количества компьютеров в сети объяснялся не только очень высокой в ту пору стоимостью компьютеров, но и низкой пропускной способностью (и дороговизной) каналов связи, не способных “вместить” информационные потоки между сколь либо большим количеством пар взаимодействующих компьютеров.
Тем не менее, с момента создания указанных трансатлантических спутниковых каналов, используемых для подключений к сети ARPANet подсетей из разных стран
Европы одновременно возросли как количество компьютеров, подключенных к ARPANet, так и степень ее международности. Так к 1983 г количество подключенных компьютеров
“перевалило” за 4000. В силу же приобретения сетью ARPANet явно международного статуса, она к концу 1970-х годов стала называться ARPA Internet.
В 1983 году разрабатывавшиеся с 1973 года протоколы TCP/IP были приняты
Министерствам обороны США в качестве стандартных протоколов сети ARPANet (вместо изначального протокола NCP), а сама сеть ARPANet была разбита на 2 независимых сети: военную сеть MILNet, включившую в себя большую часть инфраструктуры исходной сети, и научную сеть ARPANet. Однако с 1986 года эта сеть перестала оставаться единственной научной сетью после создания Национальным научным фондом США NSF
(National Science Foundation
) собственной научной сети NSFNet, соединившей совокупность созданных в 1985 году этим фондом ряда суперкомпьютерных центров 56- килобитными каналами (и соединенную с сетью ARPANet каналами передачи данных). С этого момента поддержка развития ARPANet со стороны научного сообщества уменьшилась и эта сеть стала приобретать все более коммерческий характер. После этих событий из названия международной сети “ARPA Internet” постепенно исчезло первое слово и сеть стала называться просто “Internet”. В конце концов в 1990 г. Министерство обороны США также прекратило финансовую поддержку ARPANet и приняло решение о расформировании этой сети с передачей ее оставшейся инфраструктуры в состав сети
NSFNet
. И в этом же году к сети Internet была подключена первая компьютерная сеть из

Советского Союза - компьютерная сеть Курчатовского института. После этого, уже на вебовском этапе развития сети в
России название
“Internet” сначала транслитерировалось в “Интернет”, а затем из имени собственного превратилось в имя нарицательное - “интернет”.
На протяжении всего рассмотренного периода с 1970 по 1990 годы непрерывно шло развитие как “внутренних”, так и пользовательских (прикладных) сетевых протоколов. Так разработка “внутренних” протоколов TCP/IP заняла 10 лет с 1973 (год создания первой версии протокола TCP, создание протокола IP началось годом позже) по 1983 годы. Все это время проводились многочисленные эксперименты с различными версиями этих протоколов. В частности, только для базового протокола маршрутизации IP в 1983 году была стандартизована 4-я его версия, называемая в настоящее время IPv4. В 1983-1984 годах была разработана служба DNS - доменная служба именования компьютеров в интернете.
Что касается прикладных протоколов, то помимо созданных в самом начале развития сети ARPANet протоколов удаленного терминала telnet, пересылки файлов ftp и протокола электронной почты за указанный период были разработаны первая сетевая файловая система NFS (Network File System), службы новостей UseNet и ListServ, графическая оконная система
X Window System и используемый ею протокол удаленного графического терминала X11, служба Gopher поиска информации в сети, служба WhoIs поиска информации о зарегистрированных в сети личностях, служба электронных досок объявлений BBS (Bulletin Board System), являвшихся порталами доступа удаленных dial-up пользователей (подключаемых к сети по коммутируемым телефонным каналам) к различным сетевым службам, и ряд других сетевых служб и соответствующих им протоколов. Часть указанных служб и протоколов была впоследствии вытеснена появившимися на следующем этапе развития интернета и стремительно развившимися в ширину и в глубину веб технологиями, оставшись при этом достаточно яркими явлениями в развитии интернета.
Другая часть прикладных сетевых служб с успехом применяется и по сей день и будет подробнее рассмотрена в главе 6 настоящей книги.
Параллельно с развитием сетевой инфраструктуры и сетевых протоколов сети ARPANet на рассматриваемом этапе ее развития наблюдался огромный прогресс в развитии средств вычислительной техники и технологий построения каналов передачи данных.
В области средств вычислительной техники на смену ламповым компьютерам пришли компьютеры, построенные на базе сначала больших интегральных схем (БИС), затем ― сверхбольших интегральных схем (СБИС), и, наконец ― выполненных “на одном кристалле” чипов (миниатюрных компоновочных блоков) процессоров, блоков памяти и других блоков компьютера. Результатом всего этого стало создание сначала мини- и микро-ЭВМ, а затем персональных компьютеров, компактных серверов и интеллектуальных коммуникационных устройств (в настольном или предназначенном для монтажа в коммуникационную стойку исполнении) и, в частности, X-терминалов, аппаратно реализующих протокол X11 и
“терминальную” часть X Window System и ставших первыми тонкими клиентами в истории развития интернета. При этом с наряду с кардинальным уменьшением размера компьютеров и коммуникационных устройств произошло не менее кардинальное уменьшение их стоимости, резко увеличившее количество покупателей такого оборудования, способных строить собственные локальные вычислительные сети и подключать их к внешним сетям, в частности к ARPANet. Поэтому не удивительно, что с учетом соответствующего прогресса технологий

передачи данных (рассматривается чуть ниже) только за предпоследний год в истории
ARPANet
(1989 год) количество узлов этой сети возросло вдвое с 80 тысяч в начале года до
160 тысяч в его конце.
В области развития технологий построения каналов передачи данных к середине 1980-х годов был создан целый ряд высокоскоростных для того времени 10-мегабитных технологий построения локальных вычислительных сетей, таких как Ethernet, Token Ring и Arcnet. Более того, в 1986-1988 годах была создана 100-мегабитная технология FDDI, основанная на использовании 100 мегабитного волоконно-оптического кабеля.
Для “дальних” каналов передачи данных стремительный рост их пропускной способности начался с внедрения волоконно-оптических кабельных систем. Первый протяженный волоконно-оптический кабель был создан в 1977 году в Западной Германии компанией Deutsche Telekom. А в 1988 г. был проложен работавший до 2002 года трансатлантический кабель TAT-8, включавший в себя 3 канала пропускной способностью по
20 Мбит/сек. Затем был создан еще ряд трансатлантических кабелей, уже выведенных из употребления. До 2010 года эксплуатировался созданный в 1994 году кабель CANTAT-3 (2 канала по 2,5 Гбит/сек). До сих пор работают созданный в 1996 г. TAT-12/13 (2 канала по 5
Гбит/сек) и созданный в 2001 году ТАТ-14 (64 канала по 10 Гбит/сек). Все эти каналы обеспечивают одновременную передачу (в режиме разделения емкости канала) цифрового сигнала множества телефонных каналов и каналов сетей передачи данных. Такая возможность обеспечивалась ранее технологией PDH и с первой половины 1990-х годов (это уже следующий этап развития интернета) обеспечивается технологией SDH (SONET), применяющейся и по настоящее время.
1.6.3 Этап становления и развития веб-технологий
Знаменательно, что 1989 год - год, предшествующий “упразднению” сети ARPANet, стал годом появления революционно новых технологий построения сетевых служб ― технологий работы со всемирной информационной паутиной WWW (World Wide Web), коротко называемых сегодня Web-технологиями или веб-технологиями. То влияние, которое эти технологии оказали на последующее развитие интернета, трудно переоценить. Поэтому не случайно многие отождествляют технологии интернета с веб- технологиями и склонны считать год их создания годом создания интернета, а разработчика этих технологий Тима
Бернерса-Ли
―
создателем интернета.
Тим
Бернерс-Ли, будучи техническим консультантом в Европейской лаборатории физики частиц при Европейском центре ядерных исследований CERN в Женеве написал на паскале программу ENQUIRE, которая стала прообразом будущей WWW. Программа служила для удобной навигации между веб-страницами (тогда они назывались карточками), описывающими книги, статьи, людей, программы, изобретения и т.п.
Занимаясь несколько лет поддержкой проекта, Бернерс-Ли осознал, что архитектура службы с одним сервером, только на страницы которого можно было делать гиперссылки, сильно ограничивает масштабируемость системы. Поэтому было принято решение начать работу над новым проектом, который бы позволил организовывать гиперсвязи между страницами по всему интернету, вне зависимости от операционной системы и используемого протокола. Всего через пару лет (в 1991 г.) был написан первый сервер и

браузер, который совмещал в себе функции веб-редактора и назывался WorldWideWeb.
Первый сайт бережно хранится CERN и доступен по адресу: http://info.cern.ch
В 91-92 годах всемирная паутина потихоньку росла, пополняясь веб-страницами университетов и научных лабораторий. В 1993 году появляются первые развлекательные сайты (комиксы). Все браузеры тех времен поддерживали два протокола: HTTP
Бернерса-Ли и доминировавший в интернете протокол Gopher. Владелец лицензии на технологию Gopher
―
университет Миннесоты
―
объявил о намерении взимать лицензионные отчисления за использование своей интеллектуальной собственности. В ответ на это образованный при поддержке DARPA (изменившего свое название агентства
ARPA
, буква “D” вначале явно отражает оборонную (Defence) принадлежность этого агентства) консорциум всемирной паутины W3C во главе с Тимом Бернерсом-Ли разрешает всем использовать стандарты WWW на безвозмездной основе. Это послужило толчком к бурному развитию всемирной паутины, в том числе и ее коммерческого сектора.
Большую роль в истории WWW сыграли создатели первого всемирно популярного браузера Netscape Navigator (изначально называвшегося Mosaic). Перу (клавиатуре :-) этих разработчиков принадлежит один из самых популярных сегодня языков программирования
― Javascript и защищенный протокол передачи данных SSL (Secure
Sockets Layer
), который сегодня использует большинство крупных веб-сайтов.
К сожалению, компания Netscape не смогла состязаться с гигантом Microsoft, и в результате
“войны браузеров” Internet Explorer полностью вытеснил навигатор. Группа программистов, разработавшая Navigator, впоследствии основала проект Mozilla для создания свободного браузера с открытым исходным кодом.
Появление стандарта CGI в 1993г. взаимодействия веб-сервера и сторонних программ придало Вебу новую функциональность. Раньше в WWW размещались только документы, теперь все больше и больше коммерческих сайтов, используя CGI и
Javascript
, предлагали через Веб свои сервисы: отправка почты, поиск информации, заказы товаров, и т.д. Последующее развитие этой функциональной составляющей клиентов и серверов WWW привело сейчас к тому, что веб-технологии начали использоваться как самая удобная кроссплатформенная система работы сетевых приложений. На рынке успешно продаются устройства с единственной программой на борту
―
браузером и операционной системой Chromium OS. Все остальные функции владельцы этих устройств получают благодаря веб-приложениям.
Конец 90-х отмечен рождением большого числа крупных компаний, основавших свой бизнес на технологиях всемирной паутины: интернет-магазинов Amazon.com, поисковых систем Yahoo, Google, Рамблер, Яндекс, системы электронных платежей PayPal, почтовой службы Mail.ru, студии веб-дизайна Артемия Лебедева. Быстрый успех WWW- предпринимателей настолько вдохновил инвесторов, что те уверились в наступлении
“новой экономики” и начали активно искать и инвестировать деньги в любые проекты веб- стартапов, лишь бы их название оканчивалось на “.com”
(произносится как “дотком”).
Бизнес-модели появлявшихся компаний зачастую не были продуманы, а деньги акционеров тратились на рекламу и привлечение новых финансовых вливаний. Это привело к резкому обвалу цен акций на американской бирже в марте 2000 года, цен на серверные технологии и последующему кризису. Пузырь доткомов лопнул, сотни

интернет-компаний обанкротились, а руководители некоторых были осуждены за мошенничество.
Всемирная паутина постепенно стала самым популярным источником информации и одним из самых популярных средств общения людей. Основанная в 2001 году Википедия сейчас является самым крупным и наиболее популярным справочником во всемирной паутине. Многие интернет-пользователи предпочитают общаться на сайтах социальных сетей, нежели по электронной почте, мессенджерам или телефону. Всемирная паутина оказала такое же (если не большее) влияние на мир, как и изобретение книгопечатания.
Отдельно следует упомянуть технологии облачных вычислений, первые идеи создания которых были предложены еще при зарождении ARPANet в 1970 году. Суть этих идей заключалась в том, что в число сетевых услуг (сетевых сервисов) предлагалось включить услуги хранения данных и программ, а также выполнения программ на
“облачных” ресурсах (in Cloud), расположенных где-то в недрах интернета. Но впервые эти идеи были реализованы в более или менее полном объеме в 2006 году, когда компания Amazon запустила веб сервис Elastic Compute cloud (EC2), где пользователи могли не только хранить и обрабатывать свои данные с использованием предоставляемых “облаком” приложений (эти возможности Amazon предоставила уже в
2002 году), но и запускать “в облаке” свои собственные приложения. С тех пор количество и разнообразие доступных облачных технологий существенно возросло. Например, стали доступны облачные решения для почтовых серверов (вместе со всеми их почтовыми ящиками), серверы АТС систем IP-телефонии и многие другие серверные приложения.
При этом облачная среда обеспечивает автоматическое резервирование баз данных таких приложений. Отметим также, что текст настоящей книги создавался авторами в облачной среде коллективного редактирования документов Google docs.
Параллельно с развитием веб-технологий происходило стремительное развитие технологий создания компьтеров (с такими же стремительными уменьшениями их размеров и роста производительности и объемов оперативной и внешней памяти) и не менее стремительное развитие различных технологий передачи данных. Существующий протокол IP (IPv4) оказался не вполне готовым к такому бурному росту, и в середине
1990- х годов была разработана очередная версия этого протокола (IPv6), допускающая совместное использование старого и нового протоколов в растущей сети и предполагающая постепенный плавный переход всех сетей на новую версию протокола.
Переходя к развитию технологий передачи данных отметим, что в начале 1990-х годов были созданы высокоскоростные волоконно-оптические технологии построения магистральных каналов SDH (уже упоминалась нами) и ATM, а также технология построения “локальных” (до нескольких десятков километров в диаметре) сетей FDDI.
Первая из указанных технологий с успехом используется и по сей день в “самых магистральных” сетях интернета, участвующих в передаче данных между огромным числом подключенных к интернету сетей. Значительный вклад в развитие технологий построения высокоскоростных сетей внесла технология ATM, предоставившая наряду с высоким быстродействием сети в целом возможности обеспечения гарантированного качества обслуживания (в частности, требуемой пропускной способности) для отдельных сетевых соединений (между конкретной парой подключенных к этой сети устройств).
Благодаря своим достоинствам эта технология к концу 1990-х годов получила довольно

широкое распространение, но из-за дороговизны используемого оборудования и стремительного развития существенно более дешевых, а затем и более производительных технологий семейства Ethernet, постепенно уступила свою
“экологическую нишу” последним технологиям уже с начала 1-го пятилетия 2000-х годов.
Важным этапом развития технологий высокоскоростной передачи данных стало также создание в начале 2000-х годов технологий WDM и DWDM многократного увеличения пропускной способности волоконно-оптических кабелей за счет передачи по единственному оптическому волокну большого количества каналов, для каждого из которых передаваемый сигнал представляется “цветным” лучём света одним из множества возможных окрасок.
Переходя к стремительному развитию Ethernet отметим два основных направления этого развития: повышение быстродействия (от 100 Мбит/сек в середине 1990-х годов до
40 Гбит/сек в 2003 году) и переход к коммутируемым сетям, обеспечивающим построение иерархических звездообразных топологий, дополненных возможностью использования резервных каналов (создающих циклические структуры в топологии сетей), а также рядом других крайне полезных функциональных возможностей.
И, естественно, рассмотрение прогресса в передаче данных будет неполным без рассмотрения технологий, “выросших” из мобильной телефонной связи, начиная от появившейся в первом пятилетии 2000-х годов в сетях мобильной телефонной связи стандарта GSM технологии “скачивания” файлов GPRS, через быстро сменившие указанную технологию сети мобильного доступа к интернету 3-го поколения 3G (тоже основанные на GSM) к высокоскоростным технологиям 4-го поколения 4G (LTE).
Появление технологий мобильного доступа к интернету 3G и 4G совместно с миниатюризацией компьютеров и “упаковкой” их в оболочки смартфонов, “умных часов”, специальных контроллеров управления разнообразными “умными” устройствами и системами, обеспечило возможность высокоскоростного доступа к интернету индивидуальным пользователям и техническим системам, как размещенным в постоянном месте, так перемещающихся по любой части обитаемой территории поверхности Земли.
1.8 Сетевые протоколы и их многоуровневая организация
1.8.1 Определение и принципы уровневой организации сетевых протоколов
Коротко говоря, сетевыми протоколами называются правила взаимодействия компьютеров сети при совместном решении ими тех или иных задач. В русском языке слово “протокол” может иметь два различных значения. Так протоколом называют зачастую некоторый документ, фиксирующий процесс выполнения некоторого мероприятия (протокол собрания) или достигнутого соглашения (протокол о намерениях сторон). Но протоколом же называют и некоторый свод правил, регламентирующих

взаимодействие сторон (дипломатический протокол). Именно последнее значение слова
“протокол” и используется в термине “сетевой протокол”. И так же, как и в дипломатическом протоколе, для сетевого протокола любое отклонение какой-либо из взаимодействующих сторон от соблюдения определяемого протоколом свода правил может повлечь за собой полный разрыв каких-либо отношений, либо даже катастрофу
(вплоть до военного конфликта, в случае нарушений дипломатического протокола, либо вывод на запредельный уровень сердечников ядерного реактора, управляемого через компьютерную сеть, при несоблюдении сетевых протоколов).
Приведем более формальное определение сетевого протокола.
Сетевой протокол – это совокупность правил, методов, стандартов и реализующих их аппаратных и программных средств, совместно обеспечивающих взаимодействие компьютеров в компьютерной сети.
Отметим, что указанная совокупность включает чрезвычайно широкий спектр правил, стандартов и пр. и не может быть реализована в аппаратуре и программном обеспечении без специальной структуризации этой совокупности. С одной стороны указанного спектра находятся “низкоуровневые”, неинтересные и обычно непонятные конечному пользователю (но необходимые для обеспечения возможности передачи между компьютерами каких-либо данных) требования к используемой среде передачи данных, способу представления цифрового сигнала некоторым сигналом этой среды, соединительным разъемам и аппаратной реализации приемо-передающих устройств и т.д. С другой стороны ― “высокоуровневые” требования к языку общения пользователя с некоторым сетевым приложением и языку взаимодействия клиентской и серверной частей этого приложения.
Поэтому естественным способом структуризации сетевых протоколов, зачастую используемым при реализации других сложных программных систем, является их уровневая организация, в которой все множество сетевых протоколов разбивается на несколько (скажем на N) иерархически упорядоченных уровней. При этом пересылку данных через среду передачи могут выполнять лишь протоколы нижнего (1-го) уровня; с пользователем взаимодействуют лишь протоколы верхнего (N-го) уровня; а каждый из промежуточных уровней i взаимодействует лишь через стандартизованные интерфейсы пересылки сообщений (никаких глобальных переменных!) между этим уровнем и соседними с ним уровнями i-1 и i+1.
Под интерфейсом между парой уровней (верхним и нижним) как обычно понимается совокупность параметризованных функций нижнего уровня, путем вызова которых осуществляется взаимодействие верхнего уровня с нижним. Обратное взаимодействие реализуется путем возврата значений вызываемых функций и их изменяемых параметров.
Более детально: для пересылки информации через сеть i-й уровень (i ∈ [2,N])
“выполняет” требуемую пересылку путем “отправки” соответствующего сообщения своему соседу снизу, т.е. уровню i-1 (напомним, что фактически такая “отправка” обычно реализуется как передача параметров при вызове соответствующей функции следующего уровня); при получении информации из сети уровень j (j ∈ [1, N-1]) направляет эту

информацию по направлению к пользователю путем отправки соответствующего сообщения уровню j+1 (обычно в виде результата выполнения функции текущего уровня вызывавшей его функции более высокого уровня и/или измененных значений параметров таких функций).
Обычно при уровневой разработке сложных систем ее ведут по принципу “снизу вверх”. Определяют на нижнем (первом) уровне некоторый набор функций, при помощи которого можно будет, не вдаваясь в несущественные для следующего (второго) уровня детали, запрограммировать функции второго уровня, за ним - третьего, и т.д. В случае сетевых протоколов довольно естественной функцией первого уровня представляется пересылка данных между смежными (непосредственно связанными средой передачи) компьютерами, на 2-м уровне ― обеспечение транзитной передачи данных между несмежными компьютерами через промежуточные с решением на каждом узле задачи маршрутизации, состоящей в выборе одного из нескольких возможных направлений пересылки. На третьем уровне могла бы решаться задача надежной доставки пакетов данных, включая повторную пересылку потерянных пакетов.
При рассмотренной выше организации взаимодействия уровней сетевых протоколов обеспечивается соблюдение двух принципов, известных как принципы построения открытых систем.
1)
Реализация каждого из уровней полностью независима от реализации любых других уровней (при условии неизменности интерфейсов) этого и соседних с ним уровней и может быть изменена без нарушения работоспособности всей совокупности сетевых протоколов. Соблюдение этого принципа уменьшает объем независимо решаемых задач при изначальном создании сетевых протоколов и позволяет выполнять независимое развитие протоколов различных уровней.
2)
Взаимодействие одноименных (имеющих одинаковый номер в иерархии) уровней различных компьютеров сети прозрачно по отношению к другим уровням. На обоих концах сети эти уровни, при их взаимодействии друг с другом, “видят” только интерфейс к более низкому уровню, воспринимаемый ими как интерфейс друг к другу.
Соблюдение указанных принципов при построении любых сложных систем сетевого программного обеспечения делает их открытыми для понимания и независимого изменения различных “частей” указанных систем.
Иллюстрация взаимодействия уровней сетевых протоколов приведена на рис. 1.14.

Рис. 1.14 Схема организации взаимодействия протоколов в многоуровневой модели
На этом рисунке представлена одновременно и картина реального взаимодействия модулей (стрелки, соединяющие соседние уровни в “столбцах” уровней, соответствуют интерфейсам между этими уровнями) и картина прозрачного взаимодействия одноименных уровней (точечные стрелки).
Рассмотренная нами схема взаимодействия уровней является абстрактной, применимой к любым протоколам с уровневой организацией. Но в силу своей абстрактности она не дает никакого представления ни о реальном количестве уровней, ни о функциональности каждого из уровней. Поэтому далее мы рассмотрим две конкретные модели: эталонную модель уровневой организации сетевых протоколов OSI/ISO и уровневую организацию протоколов семейства TCP/IP.
1.8.2 Эталонная модель уровневой организации сетевых протоколов OSI/ISO
Для начала расшифруем смысл аббревиатуры “OSI/ISO”. OSI (Open Systems
Interconnection - взаимодействие открытых систем) - это название соответствующего стандарта, рекомендуемого в качестве эталона всем разработчикам новых сетевых протоколов. ISO (International Standard Organization - международная организация по стандартам) - это название организации, разработавшей указанный стандарт.
Организация ISO разрабатывала свою эталонную модель уровневой организации сетевых протоколов OSI одновременно с повсеместным внедрением протоколов TCP/IP.
Поэтому обсуждаемая в пункте 1.7.3 близость модели OSI и уровневой организации протоколов TCP/IP совершенно не случайна.
В соответствии с эталонной моделью OSI множество всех сетевых протоколов разбивается на следующие 7 уровней, указанные нами в порядке сверху вниз:
7. Прикладной (Application layer)
6. Уровень представления данных (Presentation layer)

5. Сеансовый уровень (Session layer)
4. Транспортный уровень (Transport layer)
3. Сетевой уровень (Network layer)
2. Уровень каналов данных (Data link layer)
1. Физический уровень (Physical layer)
Охарактеризуем кратко каждый из уровней в порядке “снизу вверх”, указав основные функции, их форму реализации и соответствующие стандарты. При рассмотрении функций уровней мы будем называть сетевыми устройствами 1) компьютеры
(смартфоны, планшеты и другие мобильные устройства мы отнесем к категории компьютеров) или 2) коммуникационные устройства, обеспечивающие пересылку данных между сегментами сети и называемые маршрутизаторами.