Текст книги "Удивительный интернет"

Сейчас даже обычная почта постепенно становится редкостью, а уж голубиная почта кажется вообще чем-то из области фантастики. Между тем всего сто лет назад доставка срочных или секретных депеш с помощью почтовых голубей казалась весьма перспективным способом почтовой связи. Кстати, способом, опробованным в суровых военных условиях. Поэтому неудивительно, что, например, на здании почтамта, построенного в 1929 году в городе Харькове, на вершине центральной башни была предусмотрена голубятня для почтовых голубей и оборудованы три вольера для запуска и приема птиц.

Голубь хорошо помнит, где находится его гнездо, и, будучи перевезен в другое место, возвращается обратно со скоростью около 70 километров в час, преодолевая расстояния до 300 километров. Очень неплохие результаты, особенно если учесть, что высота полета птицы – от 100 до 300 метров, и вряд ли можно проследить за ней или преградить ей путь.

В конце XIX – начале XX века во многих европейских городах были организованы голубиные почтовые станции. На этих станциях содержались «свои» и «чужие» голуби. У «своих» было на станции гнездо, а в гнезде – подруга и птенцы. «Чужих» привозили с других станций голубиной почты. «Свои» голуби тоже то и дело уезжали в «командировку». В специальных повозках, на автомобилях или даже на мотоциклах птиц развозили по голубиным почтовым станциям, где всегда были несколько птиц, готовых вернуться к родным гнездам, неся с собой специально подготовленное письмо.

Будучи уже знакомыми с моделью Шеннона – Уивера, мы легко сможем определить этапы передачи информации по этому, несколько экстравагантному, каналу связи.

1. Кодирование информации происходило посредством переноса текста сообщения на специальные кусочки тонкой бумаги шириной около 6,5 сантиметров, а длиной приблизительно 16,5 сантиметров. В военных условиях сообщение дополнительно шифровали, чтобы в случае захвата почтового голубя сохранить содержание письма в тайне. Иногда «голубеграмму» изготавливали на фотопленке, фотографируя текст нормального размера.

2. Декодирование информации (чтение послания) происходило либо с помощью увеличительного стекла, либо с помощью проекционного аппарата.

3. Каналом связи в голубиной почте служило воздушное пространство. Почтовый голубь переносил информацию так же, как в обычном разговоре ее переносила звуковая волна, а в почтовой связи – конверт. Строго говоря, почтовый голубь и был летящим конвертом. «Голубеграмма» вкладывалась в легкую металлическую трубочку, которая прочно крепилась к лапке голубя. На русской почтовой голубиной службе депешу вкладывали в обрезок голубиного или же гусиного пера и прикрепляли его к одному или двум хвостовым перьям птицы.

Эффективна ли была голубиная почта? Во время франко-прусской войны в 1870–1871 годах, когда германские войска взяли Париж в осаду, почтовая связь со столицей не прерывалась благодаря почтовым голубям. Почта для отправки в Париж готовилась в городе Туре, находящемся по прямой в 220 километрах от Парижа. Почтовый голубь преодолевал это расстояние максимум за 4 часа. То есть с учетом кодировки и декодировки посланий письмо доставлялось адресату в течение одного дня. По тем временам прекрасный результат! За 140 дней осады 73 почтовых голубя предали 150 тысяч официальных депеш и около 1 миллиона частных. Если считать, что 1 депеша занимала 1 лист бумаги формата A4, на котором можно разместить, как мы уже оценили, 1700 байт информации, то за все время осады голубиной почтой было передано около 1955 килобайт информации или приблизительно 2 мегабайта. По нынешним временам такую информацию можно передать с помощью одного электронного письма.

У внимательных читателей уже готов вопрос. Почтовый голубь летит только в одну сторону, например, из Тура в Париж. А как же парижских голубей доставляли в Тур, чтобы связь с помощью голубиной почты не прерывалась? Ответ прост: на воздушных шарах. Из осажденного Парижа в провинцию регулярно летали воздушные шары, переправляя пассажиров, почту и почтовых голубей. За все время осады было совершено 65 полетов и переправлено 11 тонн почты. Попробуйте оценить информационный объем этой почты, переведя тонны в мегабайты или в гигабайты, как это было сделано в предыдущей главе.

Кстати, и помех на этом своеобразном канале связи было совсем немного. Практически все голуби долетали до цели. Правда, немцы, узнав о том, что между Парижем и провинцией действует голубиная почта, решили «поставить помехи», выпустив в воздух специально обученных ястребов. Но этот прием помог мало. Различить почтового голубя среди множества других птиц было невозможно даже хищнику.

Голубиная почта – это, конечно, экзотика. Однако даже такое специфическое средство коммуникации полностью описывается моделью Шеннона – Уивера, а значит, к нему могут быть применимы все выводы теории информации и теории связи, которые лежат и в основе межкомпьютерных коммуникаций.

Серьезные люди, занимающиеся разработкой протоколов Интернета, тоже любят пошутить. 1 апреля 1990 года они запустили в сообщество разработчиков новый стандарт RFC1149 на передачу сообщений с помощью почтовых голубей. Несмотря на очевидную шуточность, этот стандарт оформлен по всем правилам, и по этой причине я бы даже рекомендовал ознакомиться с ним. Конечно, полезнее было бы изучать этот документ в подлиннике, тем самым закрепляя и свое знание английского языка. Адрес текста стандарта RFC1149 на английском языке:

http://tools.ietf.org/html/rfcll49.

А поскольку мир не без добрых людей, в Сети можно также отыскать и перевод этого стандарта на русский язык. Он находится по адресу:

http://goodmaker.livejournal.com/9668.html

То, что одному – полезная информация, другому – помехи. Когда несколько человек стоят рядом и переговариваются каждый о своем, они, естественно, начинают мешать друг другу. Общий канал связи становится неудобным, и возникает желание дать каждой паре беседующих свой, личный канал. Что и происходит в телефонной связи.

Подобная проблема взаимных коллизий возникает также в передаче информации по кабелю Ethernet, но там она решается по-другому. О том, как это делается, будет рассказано далее.

Кодирование сообщения при телефонном разговоре производит микрофон, вмонтированный в телефонную трубку. Он превращает звуковые колебания в электрический сигнал переменной частоты. На другом конце провода происходит декодирование и превращение электрического сигнала в звуковой. Каналом связи является телефонный провод, который представляет собой так называемую витую пару из двух медных проводов. По одному проводу передается сигнал, а второй провод является заземлением. Максимальная скорость передачи информации по «витой паре» – 64 кбит в секунду.

В течение всего телефонного разговора канал связи принадлежит только двум переговаривающимся. О «прослушке», которую освоили едва ли не одновременно с изобретением телефона, мы говорить не станем. И о телеконференциях, когда в переговорах участвуют несколько человек, тоже.

В принципе, каждый абонент телефонной сети может вызвать на разговор каждого. Установление соединения происходит через коммутатор, куда сходятся все телефонные линии.

В начале XX века на телефонных коммутаторах работали и обеспечивали соединение так называемые «телефонные барышни», которые фактически помнили наизусть все номера телефонов даже в таких больших городах, как Москва и Петербург. Отсюда и сакраментальная фраза из советских фильмов про революцию: «Барышня, мне Смольный». Барышня знала номер бывшего Института благородных девиц и соединяла. А поскольку в Смольном был установлен не один телефон, думается, что в ответ на запрос: «Барышня, мне Смольный, Ленина», телефонная барышня тоже производила правильное соединение.

Автоматические коммутаторы, сменившие телефонных барышень, соединяли абонентов быстро и безошибочно. Однако разговоров автоматы не понимали. Поэтому для осуществления соединения следовало знать телефонный номер вызываемого абонента. Телефонный номер был подобием почтового адреса, вот только он не содержал информации о месте нахождения вызываемого абонента.

Телефонный канал связи был сильно подвержен помехам. Даже если не говорить об электрических помехах, его было относительно легко повредить физически. Это стало особенно заметным во время Второй мировой войны, когда телефонный кабель был главным средством связи между воинскими частями и командованием. Суровая статистика военных потерь свидетельствует: связистов убивали чаще, чем обычных пехотинцев. А кроме того, к телефонному кабелю было несложно подключиться и прослушивать идущие по нему сообщения.

Поэтому инженеры-связисты, работавшие в области телефонии, стремились повысить как помехоустойчивость телефонных линий, так и зашифровать передаваемые по ним сообщения. Вспомните, над чем работала «шарашка» в романе А. И. Солженицына «В круге первом»? Над шифрованием телефонных переговоров. А исследования Клода Шеннона, приведшие к созданию теории информации, были направлены на повышение помехоустойчивости линий телефонной связи.

В 1980-е годы ни один уважающий себя офис уже не мог обойтись без факса, аппарата факсимильной связи, который позволял передавать графические документы по телефонной линии. Это было очень удобно, а факсы и дополнительные линии для них стоили недорого. Впрочем, довольно быстро появились факсы, которые работали и как телефонные, и как факсимильные аппараты.

Как это ни удивительно, факсимильную связь придумали раньше телефонной. Первый факс был отправлен в 1843 году по телеграфному каналу. В XX веке факсимильные аппараты разных фирм использовались для передачи географических и метеорологических карт, а также газетных полос из редакции в типографию. В конце 1970-х годов был разработан стандарт передачи информации, принятый всеми производителями факсимильных аппаратов. Благодаря этому факсы разных фирм «научились» понимать друг друга. Именно это обусловило «факс-бум», разразившийся в следующем десятилетии.

Как положено, передача сообщения по телефонной линии начинается с кодировки. Передаваемый документ сканируется, и просканированные друг за другом строчки запоминаются в памяти факса как набор символов. Каждый из этих символов соответствует белой или черной точке изображения. Полутоновые изображения факсы обычно передают не слишком качественно.

После завершения этапа кодирования открывается телефонный канал для передачи сообщения. Открытие телефонного канала инициируется, как обычно, набором номера адресата. После ответа аппарата на другом конце линии канал открывается для связи.

Информация о сканированном документе, хранимая в памяти факса-передатчика, передается по телефонной линии с помощью модулированного звукового сигнала высокой частоты. Факс-приемник демодулирует принятый звуковой сигнал и превращает его в набор символов, соответствующих белым или черным точкам изображения. Эти символы сначала запоминаются в памяти факса-приемника. После завершения передачи телефонный канал закрывается, а содержимое памяти факса выводится на печать в виде строчек белых и черных точек, составляющих изображение. Из прибора выползает лист бумаги с копией документа, переданного из места, расположенного, может быть, за тысячи километров. Не правда ли, при этом испытываешь волшебное чувство удивления могуществом человека? Правда, в эпоху электронной почты подобное чувство мы испытываем все реже и реже, а факс потихоньку выходит из употребления.

В этом разделе мы увидели, как происходят процессы передачи информации (иначе называемые «коммуникациями») между людьми и между различными техническими устройствами. Оказывается, любая коммуникация предполагает существование передатчика, приемника и определенной среды (канала связи), по которой информация передается. Канал связи определяет методы кодирования и декодирования информации. Для того чтобы передача информации началась, канал следует открыть для передачи, для чего должны быть произведены определенные действия. По окончании передачи канал может быть закрыт, а может остаться открытым для последующих передач. Информация может передаваться «в одну сторону», без гарантии того, что она воспринята, а может быть организован диалог приемника и передатчика, то есть сессия. В результате такого диалога передатчик получает от приемника подтверждение в том, что информация получена и приемник готов к получению следующей порции данных.

Какие выводы можно сделать из всего сказанного в этом разделе? Интернет – это средство связи и, имея свои особенности, во многом похож и на обычный разговор, и на почтовую связь, и на связь телефонную. Поэтому если что-то в технике Интернета кажется непонятным, следует поискать аналогию в других, более понятных средствах связи. Можно быть уверенным, что такая аналогия отыщется.

Если кто-то желает потренироваться в применении теории Шеннона – Уивера к экзотическим видам связи, пусть попробует проанализировать, например, «бутылочную почту», когда моряки, потерпевшие кораблекрушение, отправляли просьбу о помощи по волнам в запечатанной бутылке. Что здесь является каналом информации? Что можно назвать сессией в этих условиях? Из-за чего начались приключения в романе Ж. Верна «Дети капитана Гранта»?

Серверы и клиенты

То, что люди объединяются в команду или в бригаду, увеличивает их совместную силу, но не делает всех равными. Каждый остается самим собой, каждый занят своим делом, и – в идеальном случае – оказывается на нужном месте, принося пользу всему объединению. Свободное развитие каждого – залог свободного развития всех! Пусть расцветают сто цветов!

Такой коммунистический идеализм в жизни реализуется плохо, а вот при создании компьютерных сетей – на сто процентов. В локальных сетях и в Интернете находится работа как достаточно слабосильным (а потому дешевым) компьютерам, так и могучим неутомимым бойцам информационного фронта – суперкомпьютерам. Они выполняют различные роли, потому и называются по-разному: первые – клиентами, вторые – серверами.

Происхождение слова «клиент» – латинское. Клиентами в Древнем Риме называли свободных граждан, которые по бедности отдавались под покровительство более богатого или более могущественного римского гражданина. Покровитель при этом становился для них патроном, отцом-благодетелем.

Слово «сервер» («server») – производное от английского слова «to serve» («служить»). А если углубиться в толщу веков, то в Древнем Риме словом «servus» называли рабов, а после падения Римской империи в Европе сервами звали крепостных крестьян. Сейчас этот «рабский» корень живет в большом количестве слов: сервис, сервильность (раболепие, холопство), серводвигатель. Последний, пожалуй, самый могучий из всей «прислуги». А вот сервер – самый умный.

Сервером называется подсоединенный к сети компьютер, специально выделенный для выполнения запросов других компьютеров, которые при этом называются клиентами. Работающее на этом компьютере серверное программное обеспечение тоже иногда называют «сервером». Серверное программное обеспечение, в отличие от пользовательских операционных систем, таких, например, как Windows, работает без участия пользователя и даже различные настройки сервера осуществляются системным администратором дистанционно, со своего рабочего места.

В одной сети может быть один компьютер-сервер, выполняющий все необходимые запросы, а может быть несколько. Если серверов несколько, их размещают в специальных закрывающихся металлических шкафах.

Требования к работоспособности серверов очень высоки. Они должны работать без выключения и без сбоев в течение длительного времени, в идеале – вечно. Надежность сервера диктует повышенные требования к надежности его комплектующих. Так, в серверах используются специальные микросхемы памяти, которые выявляют и устраняют случайные сбои в оперативном запоминающем устройстве. Без этого сбои могли бы привести к аварийной остановке севера и к прекращению работы всей сети. Кроме этого, в сервере используются специальные аппаратные средства с избыточным кодированием данных. Согласно теории информации, разработанной К. Шенноном (см. выше), избыточная информация позволяет обнаруживать и исправлять некоторые ошибки, возникающие при передаче данных. Поэтому микросхемы памяти для серверов стоят гораздо дороже, чем такие же микросхемы для персональных компьютеров.

Для того чтобы сервер мог быстро обслуживать многих пользователей, одновременно обращающихся к нему с запросами, он должен иметь высокое быстродействие. Высокое быстродействие обеспечивает установка специальных накопителей на жестких дисках с высокой скоростью вращения магнитных дисков – порядка 15 тысяч оборотов в минуту – и с более интеллектуальным, чем в персональных компьютерах, интерфейсом. Кроме того, жесткие диски на серверах имеют специальную конструкцию, которая позволяет менять жесткие диски, так сказать, «на ходу», не выключая сервер. Дело в том, что выключение и последующее включение сервера – не такая быстрая процедура, как включение и выключение клиентских персоналок. Каждый такой запуск может занимать десять минут и более.

Специальная конструкция «кармана» для вставки жесткого диска обеспечивает размыкание электрических контактов и остановку вращения диска до того, как диск будет извлечен. Точно так же при установке жесткого диска в «карман» сервера сначала замыкаются контакты питания, диск «разгоняется» и только после этого происходит подключение информационных каналов.

Кроме того, на серверах всегда осуществляется резервирование дисков. Вся записываемая на какой-нибудь диск информация одновременно дублируется на один из резервных дисков. Таким образом, информация хранится на двух (а то и на трех) полностью идентичных носителях информации. Теперь даже при выходе из строя одного из накопителей информация не потеряется.

Для ускорения работы на материнской плате сервера установлены минимум два процессора с несколькими ядрами. Как известно, обычный персональный компьютер спокойно обходится одним процессором.

Несколько процессоров – больше потребление энергии. Соответственно, серверу требуется эффективная система охлаждения. На процессоры устанавливаются радиаторы с вентиляторами. Кроме того, системный блок дополнительно охлаждается мощными вентиляторами с повышенным по сравнению с клиентскими персональными компьютерами ресурсом. При этом охлаждаются не только материнские платы, но и стойки с жесткими дисками. Все вентиляторы снабжены датчиками оборотов; кроме того, внутри системного блока установлено несколько термодатчиков. Так что системный администратор со своего удаленного рабочего места может контролировать исправность и механических, и электронных компонентов системного блока.

Сервер или несколько серверов устанавливаются в металлические шкафы, которые размещаются в специальном закрытом помещении. В таком помещении предусматриваются кондиционеры, обеспечивающие подачу чистого и охлажденного воздуха.

Само помещение, в котором установлены серверы, постоянно закрыто, и доступ туда разрешен ограниченному числу лиц из обслуживающего персонала. Более того, у тех, кто обслуживает серверы, есть четко установленные для каждого участки работы и ограниченный доступ к серверам. Такая организация работы исключает возможность умышленного повреждения оборудования или хранимой информации.

Одно из необходимых условий устойчивой работы серверов – бесперебойное энергоснабжение. Поэтому крупные дата-центры подсоединяют к двум независимым источникам электроэнергии и, кроме того, в подвале у них устанавливают резервный электрический генератор, который сможет некоторое время поддерживать работу серверов, даже если отключение питания все-таки произойдет.

Серверное помещение в дата-центре Фейсбука

Все сказанное выше вовсе не значит, что сервер обязательно должен быть дорогим и «супернавороченным». Для небольшой рабочей группы сервером может стать достаточно мощный персональный компьютер, на который устанавливается серверное программное обеспечение. Этот сервер будет успешно справляться со своими функциями: хранить общие данные и распределять между сотрудниками доступ к ним. Он же сможет управлять выводом распечаток с каждого из компьютеров рабочей группы на общий принтер. Через него же все сотрудники могут быть присоединены к Интернету. Специальная комната такому серверу не понадобится. Он может стоять в той же комнате, где размещено остальное оборудование. Единственное требование – сервер следует подсоединить к источнику бесперебойного питания и, конечно, не выключать по окончании рабочего дня. Сервер должен работать круглосуточно.

Какие функции в сети выполняют серверы?

В первую очередь, они распределяют для всех пользователей такие централизованные ресурсы, как принтеры, Интернет и файлы данных. Соответственно, такие серверы называются принт-сервером, прокси-сервером и файл-сервером. Прокси-серверы обеспечивают безопасный доступ в Интернет, а при необходимости фильтруют исходящий и поступающий в сеть трафик. О прокси-серверах речь еще пойдет далее. Файловый сервер предназначается для организации хранения данных клиентов. Он обеспечивает доступ к файлам только тем, кому этот доступ разрешен, и в тех рамках, которые выделены пользователю. Например, кто-либо из пользователей может только читать данные, кто-то – их изменять и удалять, а кому-то они вообще не будут доступны. Распределение прав доступа – привилегия системного администратора. Кстати, совсем не обязательно для каждого ресурса или для каждой новой сетевой задачи заводить новый сервер. Серверная программа позволяет совмещать несколько серверных служб в одном компьютере.

Вообще говоря, все, что делается в Интернете, делается с помощью специальных серверов. Серверы – надежные «рабочие лошадки» Интернета. О том, как эти лошадки справляются со своей работой, будет рассказано позже. А уже в следующем разделе читателя ожидает встреча с одним из самых сложных вопросов в теории Интернета – с эталонной сетевой моделью взаимодействия. На основе этой модели пишутся все протоколы Интернета. Всякий, кто собирается работать в области Интернета, должен иметь представление об этой модели. И чем более четким будет это представление, тем лучше. Так что поиск правильной аналогии с другими средствами связи очень пригодится при изучении этого нелегкого вопроса.

Один и тот же компьютер может быть в разных случаях как сервером, так и клиентом. Это происходит, например, в файло-обменных сетях (об этом будет рассказано в Части 3).

Ну, а теперь, как говорил М. А. Булгаков, за мной, читатель!