Текст книги "Удивительный интернет"

Краткий обзор истории удивительного человеческого изобретения – Интернета – мы заканчиваем приблизительно в 2000 году. Но не потому, что дальше в этой отрасли высоких технологий ничего не случилось. О-го-го сколько еще появилось чудес, о которых можно рассказывать и рассказывать! Почему же 2000 год?

Ну, во-первых, потому что нужно же на чем-то закончить рассказ о том, что было, и перейти к тому, как это все устроено. А во-вторых, потому что, по моим наблюдениям, приблизительно этот год можно считать своеобразным водоразделом в общественном сознании. Этот водораздел отметил и мудрый Джон Постел: «Мы прошли удивительный и интересный – очень интересный – этап, когда вы берете журнал и читаете какую-то статью по вопросам, связанным с компьютерами, и вдруг видите, что авторы употребляют слово «Интернет» и не объясняют, что это такое».

Да, приблизительно в 2000 году Интернет сделался повседневным явлением, совсем не робко, а уверенно войдя в наши дома. Из увлечения «фриков» он стал любимой игрушкой детей и подростков (которые всегда первыми осваивают новинки, и полезные, и вредные). Вскоре Интернетом как средством коммуникации приучились пользоваться папы и мамы, которых не слишком пугали сложности общения с компьютером, зато привлекало море «халявы». Например, благодаря скайпу резко снизились расходы на междугородные и международные переговоры, а все, с кем хотелось бы пообщаться, приблизились. А сейчас, благодаря планшетным компьютерам, Интернет «затягивает» и старшее поколение, освободив его от трудностей общения с «большим и сложным» компьютером и предлагая удовольствия и развлечения на вкус этой части человечества.

Надеюсь, что, дойдя до этой страницы, мои читатели узнали много нового для себя. Может быть, даже немного поняли, как устроен этот удивительный Интернет. Разбирая историю предмета, можно хотя бы отчасти уяснить его устройство. Кажется, Гегель когда-то отметил эту интересную особенность истории. Только тем история и полезна, что она чему-то учит. Или, по крайней мере, развлекает.

Может быть, читатель разочарован тем, что так и не получил ответа на вопрос: кто же все-таки изобрел Интернет? Ничего удивительного! Все современные открытия не делаются единолично. Все выдающиеся современные изобретения создаются совместным трудом. Времена гениальных одиночек уже давным-давно прошли. Нет, гении востребованы по-прежнему, но вот одиночкам сейчас трудно…

Кто-нибудь заметит, что среди этой плеяды гениев, трудами которых была создана новая отрасль науки и техники, нет ни одного лауреата Нобелевской премии. В самом деле, нет, и, скорее всего, никогда и не будет. Потому что в 1900 году Альфред Нобель учредил свою, ставшую впоследствии знаменитой, премию только для тех отраслей человеческой деятельности, которые он лично считал важными для человечества. Естественно, что информатика в число этих отраслей войти не могла. Ее еще просто не было.

Но с 1966 года лучшие работы в области информатики стали награждаться «своей» престижной премией, Премией Тьюринга (Turing Award). Премия названа в честь английского математика, логика и криптографа с трагической судьбой Алана Тьюринга, о котором мы уже говорили. Среди широкой публики эта премия не так известна, как «нобелевка», но в списке ее лауреатов можно найти многих из упомянутых в кратком очерке истории развития Интернета, который вы только что прочли.

Что еще может удивить моих читателей? То, что обо всех перечисленных в этой части людях, создававших Интернет, в школе не говорили ни слова. Тоже понятно. Любой школьный учебник, как бы хорош он ни был, описывает даже не вчерашний – позавчерашний день. Ведь его задача – быть «вратами учености», как говаривал великий Михаила Ломоносов. Разложить все по полочкам и дать, так сказать, первоначальный толчок великому любопытству. Не знаю, можно ли в современном школьном учебнике встретив имена изобретателей телевидения или автомобиля.

Если воспользоваться аналогией с автомобилем, то в следующей части мы с читателем поднимем крышку капота и поинтересуемся, как же устроен двигатель нашей замечательной машины. Что происходит, когда мы поворачиваем ключ зажигания или нажимаем на педаль газа? Что такое, наконец, карбюратор? Есть ли он вообще у нашей машины?

Часть 2. Как устроен и как работает интернет

К чему должен быть готов читатель

Читатель должен быть готов к тому, что эта часть ни в коей мере не претендует на роль учебника. Учебники гораздо серьезнее и гораздо толще. Не скажу, что интересней.

Здесь же, по возможности коротко и без излишней серьезности, будет рассказано о некоторых ключевых понятиях, на которых основана вся Интернет-индустрия, и о некоторых технических устройствах, без которых современный Интернет никак обойтись не может.

Что потребуется от читателя, чтобы не без пользы «доплыть» до конца этой части?

Во-первых, некоторая смелость. Интернет часто считают штукой ужасно сложной, совсем не для простых людей. Так вот, смелость нужна для того, чтобы сказать себе: я смогу это понять! И ведь действительно сможете.

Однако некоторая способность к усвоению технических знаний и элементарная логика от читателя потребуются. Это во-вторых. Если читатель в детстве любил всякие головоломки и пазлы, надеюсь, он получит от предстоящего чтения свою толику удовольствия. Знание математики понадобится на уровне начальных классов средней школы. Вообще для сетевика главное – логика, а не утомительные расчеты. «Пусть компьютеры считают, они железные».

В-третьих, потребуется умение читать английские слова, написанные английскими буковками. Читать, понимать и запоминать. Ничего не поделаешь, большая часть терминологии взята из английского языка. Почему это так, человеку, прочитавшему первую часть, объяснять уже не нужно. Интернет созидали в основном люди англоговорящие, американцы и англичане.

Вообще, если мои читатели захотят связать свою жизнь со сферой высоких технологий, им придется выучить английский язык на хорошем уровне. Не упоминая о прочих преимуществах такого знания, скажем только, что все мало-мальски важное в области компьютерных технологий и Интернета публикуется по-английски. Ожидать, пока кто-нибудь переведет это на родной язык, – неоправданная трата времени. Тем более что компьютерные технологии и Интернет изменяются чрезвычайно быстро.

Быстрые изменения в той сфере, о которой я хочу рассказать, позволяют усомниться: не устареет ли эта книжка, пока выйдет в свет? Такое сплошь да рядом случается с «бумажной» литературой. Электронные публикации гораздо более оперативны, чем передача знаний с помощью традиционных способов. С другой стороны, в области Интернет-технологий имеются некоторые важные понятия, которые не устареют, пока существует сама мировая Сеть. Именно о таких основах Интернета и будет рассказано в этой части.

Анатомия компьютера

Знаменитый английский математик и логик Алан Тьюринг, с работами которого мы уже познакомились в Части 1, в 1950 году опубликовал статью «Может ли машина мыслить?». Тьюринг не рассматривал вопрос о том, что такое мышление, тем более не обсуждал, насколько оно присуще вычислительным машинам. Однако он доказал, что машина всегда может умело «притвориться» человеком. То есть, иными словами, решить любую задачу, которую может решить человек.

Не только работа вычислительной машины имитирует поведение человека, но и ее «анатомия» немного похожа на «устройство» человека. У компьютера имеется «мозг», который называется центральным процессором. Центральный процессор выполняет все вычисления по программе, которая хранится в памяти компьютера (в оперативном запоминающем устройстве, ОЗУ).

В современном компьютере центральный процессор – небольшая, но очень важная микросхема, размещенная вместе с другими микросхемами на главной, «материнской» плате компьютера. На материнской плате современного компьютера местоположение микропроцессора указывают закрепленные на нем радиатор охлаждения и вентилятор. Без интенсивного охлаждения мощные компьютерные «мозги» будут перегреваться во время работы.

Есть у компьютера и аналог нервной системы. Он называется управляющей шиной. Подобно тому как нервы соединяют мозг, органы чувств и мышцы человеческого тела, управляющая шина связывает микропроцессор и все другие устройства компьютера.

Собственно говоря, в компьютере целых две шины, различающиеся скоростью передачи по ним данных. Быстрая системная шина соединяет процессор с оперативной памятью компьютера. Она обычно проложена прямо на материнской плате компьютера и «выходов наружу» не имеет. Управляющая шина не такая быстрая. Зато она имеет стандартные разъемы, в которые без труда вставляются специально сконструированные платы-адаптеры, с помощью которых устанавливается связь управляющей шины (а значит, и центрального процессора) с периферийными устройствами.

Так выглядит материнская плата компьютера

Периферийные устройства – это и «органы чувств» компьютера, и его исполнительные органы. Так сказать, глаза и руки. В разъемы управляющей шины можно, например, вставить звуковую карту, к которой подключаются громкоговорители, и веселенькая музычка будет радовать нас во время скучной работы.

Длительное время доступ персонального компьютера к Интернету осуществлялся при помощи телефонной линии. Для этого в один из разъемов управляющей шины вставляли карту модема. Модем (напомним: «модулятор – демодулятор») преобразовывал цифровые сигналы компьютера в звуковые, которые можно было передавать по обычной телефонной линии, а на другом конце этой линии такой же модем производил обратное преобразование звукового сигнала в цифровой. Кроме того, модем был приспособлен для приема факсов.

В разъем управляющей шины можно вставить и специально изготовленную печатную плату, которая будет принимать сигналы от процессора и преобразовывать их в конкретные управляющие сигналы какого-нибудь внешнего устройства. Строго говоря, внешним устройством может быть все, что угодно. Например, относительно небольшой компьютер может управлять громадным прокатным станом или сложной рентгеновской установкой. А может продавать билеты в кинотеатр.

Производители чаще всего интегрируют в материнскую плату наиболее популярные на данный момент карты управления периферийными устройствами. Это ускоряет быстродействие и освобождает разъемы управляющей шины. Так, когда оказалось, что «звучащий» компьютер востребован всеми потребителями, звуковую карту сделали неотъемлемой частью материнской платы, предусмотрев на ней гнезда для ввода-вывода звуковых сигналов. Точно так же всего десять лет назад на материнской плате размещали модем и розетку для телефонного кабеля – куда же без факса и без подключения к Интернету по телефонной линии? Сейчас модемы уже вышли из моды. Поэтому в материнскую плату интегрируют сетевой адаптер, а телефонный разъем повсеместно заменил разъем для кабеля Ethernet (см. Часть 1). Он немного похож на телефонный, однако конец телефонного кабеля в него не вставишь, как ни старайся.

Вообще все разъемы, с помощью которых компьютер обменивается информацией с внешним миром, делают непохожими друг на друга по форме, а иногда специально окрашивают в разные цвета. Чтобы ни в коем случае не перепутать один с другим. В каждом доме должны быть свои ворота!

Кстати, «ворота» на латинском языке называются «porta». От этого слова происходит название места, куда заходят корабли, «порт». Портом называется и любой разъем, с помощью которого компьютер «переговаривается» с внешним миром. Все порты компьютера обычно сконцентрированы в одном месте, например, на задней его части или на боковой стенке.

Порты компьютера обычно находятся на задней его части

Некоторые из портов компьютера работают исключительно «в одну сторону». Например, порты мышки (1) и клавиатуры (2) только принимают сигналы, а порт монитора (7) работает только на передачу. Порты для ввода и вывода звукового сигнала (9) находятся рядом, и их чаще всего рассматривают как один звуковой порт. По форме они совпадают, и для отличия их окрашивают в разные цвета.

Но имеются порты, которые предназначены как для приема, так и для передачи сигналов. Это последовательный порт с девятью контактами (5), параллельные порты с 25 и 15 контактами (6, 8), порты USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) (4) и сетевой разъем Ethernet (3). Именно эти порты позволяют компьютеру обмениваться информацией с другими приборами, а главное – с другими компьютерами.

Как видим, компьютер – вовсе не «аутист», он может общаться с внешним миром самыми разнообразными способами.

А теперь разберемся в том, что значит «общаться».

Что такое коммуникация

Так же, как устройство компьютера во многом повторяет устройство нервной системы человека, процесс межкомпьютерной коммуникации копирует то, как происходит общение между людьми.

Первую математическую модель коммуникации предложили в 1949 году двое американских ученых, Клод Шеннон (Claude Elwood Shannon, 1916–2001) и Уоррен Уивер (Warren Weaver, 1894–1978). Эта модель возникла в ходе исследований для одной из телефонных компаний, но результаты ее применения вышли за узкие прикладные рамки. В конечном счете, на основе модели Шеннона – Уивера была создана новая отрасль науки – теория информации, лежащая на стыке математики и техники связи.

Коммуникация в модели Шеннона – Уивера рассматривается как передача сообщения от отправителя информации к получателю через передатчик, канал связи и приемник. В передатчике сообщение кодируется, то есть принимает форму сигнала, который можно передать по каналу связи. Канал связи ведет к приемнику, где происходит декодировка сообщения. С приемника сообщение поступает адресату. Эта модель позволила ввести математическое понятие информации и определить формулы для ее расчета. Кстати, слово «бит» для минимальной единицы информации придумал именно К. Шеннон. Он образовал это слово из двух английских слов: «binary digit», то есть «двоичная цифра». Придумка оказалась не без юмора. Ведь слово «bit» по-английски означает также «кусочек».

Модель коммуникации Шеннона – Уивера

Канал связи не идеален. В процессе передачи по нему сигнал искажается шумом, или помехами. В результате переданный и полученный сигналы будут в той или иной степени отличаться друг от друга, а полученное сообщение более или менее искажено.

Теория информации К. Шеннона позволила решить основные проблемы, связанные с передачей сообщений по каналам связи. Стало возможным оценить количество информации, передаваемой по тому или иному каналу, а также степень ее избыточности. С помощью специальных приемов перекодировки избыточность можно снизить или, наоборот, повысить. И то, и другое находит применение в практике связи. Научные способы снижения избыточности информации позволяют «сжимать» без ухудшения качества изображения или звуковые сообщения, благодаря чему скорость их передачи по линиям связи возрастает. Мы легко можем обмениваться друг с другом любимыми песнями и кинофильмами. Сколько их помещается на одной маленькой «флэшке»!

С другой стороны, правильное повышение избыточности сообщений позволяет бороться с искажением их содержания в результате воздействия помех. Теория информации позволила изобрести для этого специальные виды кодирования. При этом длина сообщения несколько увеличится, а скорость передачи немного снизится. Зато при любом уровне шума всегда можно будет достичь безошибочной передачи сообщения.

А теперь попробуем применить модель Шеннона – Уивера к нескольким случаям обыденных коммуникаций. Это позволит нам по-новому увидеть некоторые особенности процесса передачи данных, которые были учтены при создании эталонной сетевой модели взаимодействия. Эта модель является сейчас общепринятой для всех, кто работает в области Интернета. Мы подробно разберем ее в следующем разделе.

Наверное, не придумаешь более распространенного случая коммуникации, чем разговор двух человек. Посмотрим на эту коммуникацию через увеличительное стекло модели Шеннона – Уивера.

Отправителем информации является тот, кто говорит, а получателем – тот, кто слушает. Передатчиком в данном случае являются голосовые связки. Они осуществляют кодирование сообщения в виде модулированных звуковых волн. Приемником является барабанная перепонка. Канал связи – это воздух, передающий звуковые колебания.

В зависимости от того, где происходит разговор, канал связи может быть более или менее зашумлен. На улице уровень шума выше, чем в учебном классе, а у Рейхенбахского водопада – еще выше. Первое, что делает говорящий, если хочет, чтобы, несмотря на шум, его услышали, – повышает уровень сигнала, чтобы он стал выше уровня помех. Для этого говорящий старается говорить громче или применяет какие-нибудь технические средства, например мегафон или рупор. А во-вторых, тот, кто говорит, попытается приблизиться к слушателю. И правильно сделает. Поскольку звук, перемещаясь в воздухе, рассеивается и ослабевает пропорционально квадрату расстояния, то, сократив расстояние вдвое, можно повысить слышимость вчетверо.

Понять то, что нам говорят, даже при сильном шуме позволяет избыточность человеческого языка. Это означает, что и слова, которые мы употребляем, длиннее, чем это необходимо, и количество их тоже больше необходимого. Намного ли? Как говорят исследования, на 50, а то и на 70 процентов. Благодаря этому мы можем успешно расшифровать даже не полностью дошедшее до нас сообщение.

В разговоре мы еще более повышаем избыточность сообщения, добавляя в него так называемые «невербальные» символы: жесты, выражение лица, интонацию. Это позволяет правильно понять сообщение даже тогда, когда тому, к кому обращена речь, не все слова понятны.

Балаганов не понял, что означает «статус-кво». Но он ориентировался на интонацию, с какой эти слова были произнесены.

Гадливо улыбаясь, он принял Паниковского под мышки, вынес из машины и посадил на дорогу.

И. Ильф, К Петров. «Золотой теленок»

В модели Шеннона – Уивера передача информации происходит только в одном направлении, от говорящего к слушателю. На самом деле вещать только в одну сторону нельзя. Источник информации должен знать, доходят ли до адресата его слова, получая этому некоторое подтверждение. То есть в ходе реального разговора обе стороны, осуществляющие общение, постоянно меняются ролями, постоянно обмениваются информацией. Слушатель то и дело подтверждает: «Я слушаю, я понимаю». Если отправитель видит, что получатель его не понял, он может принять меры к тому, чтобы исправить это положение. Чаще всего отправитель информации увеличивает избыточность сообщения: повторяет его, изменяет формулировки, приводит примеры.

Подобный диалог по уже открытому каналу в теории и практике связи называется сессией. Сессия может прекратиться либо по инициативе сторон, либо по техническим причинам. Например, многие сайты прекращают открытую сессию, если пользователь, зашедший на сайт, в течение определенного времени не проявляет активности.

Я к Вам пишу – чего же боле?

Одним из самых древних способов передачи информации является почта. До недавнего времени она была и самым востребованным средством связи. Которое, в силу своей популярности, было многократно и подробно описано в литературе, в живописи, в театре и кино. Эпистолярный жанр процветал, умению излагать свои мысли на бумаге учили в школе. И, надо сказать, правильно делали. Лучшее время задуматься о своей жизни и своих деяниях – описывая их для другого человека. Это тебе не «лайк» поставить!

Модель Шеннона – Уивера применима и к этому способу коммуникаций.

Сам процесс написания письма – это кодирование сообщения. До эпохи всеобщей грамотности не всякий мог написать письмо. И прочесть его мог не всякий, даже если оно было написано на родном языке. А если на незнакомом языке? А если еще к тому же какими-нибудь непонятными письменами, как, например, в рассказе А. Конан-Дойла о пляшущих человечках? А если основное послание написано между строк невинного по содержанию письма невидимыми чернилами? В общем, неудивительно, что серьезная и нужная наука о шифрах и тайнописи – криптография – появилась едва ли не с момента организации регулярных почтовых сообщений в древних империях.

Но кроме собственно написания сообщения, его следовало еще подготовить к отправке по почтовым каналам – поместить в конверт и запечатать. Или хотя бы сложить специальным образом в виде треугольника, как это было с фронтовыми письмами времен Великой Отечественной войны. Конверт не только охранял тайну переписки, он ускорял сортировку и транспортировку писем.

Заметим, что при пересылке письма в конверте избыточность передаваемой информации сильно снижается. Все конверты почти неотличимы друг от друга, а до их содержания нам нет никакого дела. И пересылаются конверты как самостоятельные почтовые отправления вне зависимости от того, кто их написал. Хорошая аналогия с пакетной пересылкой информации по Интернету.

Пересылка писем по почте в стандартных конвертах позволила измерять количество информации не битами или байтами, а – как это ни покажется странным – килограммами. Ведь на самом деле почтальонов с «толстой сумкой на ремне» больше волновал вес сумки, а не количество информации, в ней содержащееся.

Приблизительный перевод байтов в килограммы несложен. Простое письмо в конверте весит около 20 граммов и может вмещать в себя 2–3 сложенных листа бумаги формата A4 (297×210 мм). На одной странице такого формата размещается около 1700 символов. Если запись ведется на обеих сторонах бумажного листа, один лист будет содержать 3400 символов, а в конверт можно упаковать 3 таких листа; итого 10 200 символов. Известно, что один символ содержит 8 бит (1 байт) информации. Значит, в одном конверте весом в 20 граммов может находиться 10 200 байт или приблизительно 10 килобайт информации. Итого, один килобайт почтовой информации весит около двух граммов. Почтовые отделения российского областного центра обрабатывают в день 500–600 килограммов писем. Легко оценить, какое количество информации передается за день по почтовому каналу – всего каких-то 2,5–3,0 мегабайт!

Важной особенностью письма является наличие двух адресов: адреса получателя и адреса отправителя. Сейчас адреса стандартизированы, а в старое время дома в городах не имели номеров. Тогда и адрес получателя, и адрес отправителя выглядели весьма затейливо. Вот, например, какие адреса встречаются в романе А. Рыбакова «Кортик»: «Его Превосходительству Петру Николаевичу Подволоцкому. Москва, Ружейный переулок, собственный дом. От В. В. Терентьева, С.-Петербург, Мойка, дом С. С. Васильевой».

Несмотря на такую, казалось бы, путаную информацию, доблестные почтари отыскивали адресата и передавали письмо ему прямо в руки. Если выражаться языком современной теории связи, канал связи, который открывало первое письмо, оставался открытым до тех пор, пока те, кто этим каналом пользовался, желали поддерживать между собой связь. То есть канал почтовой связи мог существовать много лет. А каждое письмо, посланное по этому каналу, начинало новую сессию, которая заканчивалась с получением ответного письма.

Не всякий адрес мог открыть канал почтовой связи. Простенький адрес: «На деревню дедушке Константину Макарычу» приводил к тому, что письмо возвращалось к отправителю с пометкой о том, что указанный адрес отсутствует или же что указанный адресат по данному адресу не проживает. Такое случается и при попытке открыть канал связи в Интернете, если адрес получателя по тем или иным причинам оказывается недосягаемым.

Кстати, если вы отправите письмо в Иерусалим с адресом, например, «Богу», это письмо назад не возвратится, а будет доставлено, скажем так, к порогу получателя, то есть вложено между камнями Стены плача. На израильской почте есть служба по доставке писем с подобными адресами, которых сюда приходит изрядное количество. Выражаясь языком теории связи, почтовый канал открыт, сессия тоже открыта. Отправитель ожидает ответа, но ответ, если и придет, то по другому, не почтовому, каналу. Как и было запрошено.

Бывают ли помехи в канале почтовой связи? Конечно, бывают. И в литературе довольно часто такие помехи становятся завязкой произведения. Например, с подмены гонца и письма начинаются приключения в пушкинской «Сказке о царе Салтане»:

 
Шлет с письмом она гонца,
Чтоб обрадовать отца.
А ткачиха с поварихой,
С сватьей бабой Бабарихой,
Извести ее хотят,
Перенять гонца велят;
Сами шлют гонца другого
Вот с чем от слова до слова:
«Родила царица в ночь
Не то сына, не то дочь;
Не мышонка, не лягушку,
А неведому зверюшку.
 

Роман В. Каверина «Два капитана» тоже начинается с того, что произошла помеха на канале почтовой связи. Почтальон утонул, и в руки главного героя попадают письма, не доставленные адресатам по этой причине.

Зачем в книге об Интернете уделять столько внимания такому древнему и явно сходящему со сцены средству связи, как почта? Ну, во-первых, до схода почты со сцены еще далековато. Несмотря на то, что переписка наша почти на 100 % стала электронной, посылки (например, товары, заказанные в Интернет-магазинах) нам все же доставляет почта. А во-вторых, почтовая связь – замечательная метафора, которая позволяет понять, как работает Интернет, и к ней мы обязательно вернемся уже в одном из следующих разделов.