Рассмотрим простой пример. Что такое звук? Акустика нам объясняет, что звук – это волны, возникающие в воздухе под действием колеблющихся предметов. А какие это предметы? Ну, например, ваши голосовые связки, уважаемый читатель. На выдохе они модулируют воздушный поток, проходящий через гортань, и создают звуковую волну. Звуковая волна с помощью микрофона преобразуется в электрический сигнал, который может остаться аналоговым или быть преобразованным в цифровую форму. Если не вдаваться в теорию, то можно сказать, что аналоговое устройство – это такое устройство, в котором сигнал на выходе меняется непрерывно при постепенном изменении сигнала на входе.
Цифровые устройства работают только с импульсными сигналами, причем каждый импульс – это так называемая логическая единица, 1, а отсутствие импульса воспринимается как логический ноль, 0.
Исторически сложилось так, что до недавнего времени почти все радиоэлектронные устройства были аналоговыми, телефонные аппараты и телефонные сети – тоже. А вот компьютеры – устройства цифровые, с аналоговыми сигналами они работать совершенно не умеют. Как же быть? Как передать цифровой сигнал по аналоговой телефонной линии, совершенно для этой цели не предназначенной? Неужели придется расстаться с такой замечательной идеей?
Выход, конечно, нашли, правда, этот выход с инженерной точки зрения неизящный и имеющий кучу недостатков, но на тот момент он был, пожалуй, единственным.
Смысл найденного решения состоял в том, что цифровой сигнал с помощью специальных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) перегоняли в аналоговый, этот аналоговый сигнал, привычный для телефонных сетей, пересылали компьютеру-приемнику, где с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) опять превращали этот многострадальный сигнал в «цифру». Устройства аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования называются модемами («модулятор-демодулятор»), о них более подробно мы поговорим в главе 2, пока же для нас важно то обстоятельство, что модемное подключение к Интернету имеет принципиальное ограничение. Суть его состоит в том, что пропускная способность такого канала ограничена скоростью 56 Кбит/с, но на практике она еще ниже и редко превышает 33,6 Кбит/с. Вспомните, как выглядит обычный телефонный провод-«лапша», и вы поймете, что для широкополосных сигналов он не годится, а если вы заглянете в телефонный кросс-шкаф на первом этаже своего дома и увидите жуткий пук торчащих из него проводов, то потом еще долго будете удивляться: а как это вообще работает?! Основные проблемы при модемном соединении создает как раз оконечная часть разводки телефонных проводов, то, что американцы называют термином «последняя миля».
В последние годы в крупных российских городах быстро развиваются домашние сети. Здесь уже телефонные линии не используются, подключение компьютеров к сети выполняется кабелем типа «витая пара», скорости там не в пример выше, и модемы не нужны.
Но это техническое решение стало возможным только после того, как Интернет набрал популярность, а цены на подключение и доступ в Интернет снизились в несколько раз.
Глобальные компьютерные сети отличаются от локальных, в частности, тем, что они не имеют однородной среды передачи данных. Интернет использует обыкновенные телефонные сети, сети на «витой паре», оптоволоконные линии связи, подводные кабели и даже каналы передачи, предоставляемые спутниками связи. Но для нас, простых пользователей, не имеет никакого значения, каким путем путешествует сигнал от одного компьютера до другого. Мы просто работаем в сети Интернет – и все.
Но Интернет – это не только отдельные компьютеры и локальные сети, объединенные между собой, не только множество сложнейшего и очень дорогого оборудования, обеспечивающего работу сети, это и программное обеспечение, управляющее взаимодействием всех этих средств на основе единого транспортного протокола TCP и адресного протокола IP.
Как и любая компьютерная сеть, Интернет – это иерархическая структура, ну, вроде устройства монархического государства. В основе Интернета лежит так называемая опорная сеть, которая состоит из корневых компьютеров и каналов связи, объединяющих их между собой. Корневые компьютеры также называют серверами.
Поскольку сеть Интернет была создана в США, то ее главные, корневые серверы тоже находятся в США. До недавних пор это всех устраивало, но теперь уже Интернет – достояние всего человечества, и ООН упорно требует, чтобы эти серверы перешли под ее управление. Американцы, естественно, артачатся, но, скорее всего, будут вынуждены отступить.
Вообще, сеть Интернет уникальна тем, что у нее нет единого хозяина. То есть, конечно, отдельные серверы, линии связи, оборудование, компьютеры кому-то принадлежат, но в целом сеть – общая. Относительный порядок в ней поддерживают специальные международные некоммерческие организации.
Каким же образом в Интернете один компьютер находит другой? Это очень интересный вопрос.
Как уже говорилось, Интернет – это глобальная компьютерная сеть с единой адресацией. Это означает, что каждый компьютер имеет в ней собственный уникальный адрес, который называется IP-адресом. Двух компьютеров с одинаковым IP-адресом, подключенных к Сети, быть не может. «Позвольте! – скажет читатель. – Но это же невозможно, компьютеров в мире для этого слишком много!»
Правильно, невозможно. Поэтому на самом деле адреса компьютерам в Интернете присваиваются более хитрым способом.
Представьте себе ЛВС большого учреждения, состоящую из нескольких сотен компьютеров. Для того чтобы сеть могла нормально работать, адрес каждой машины должен быть уникальным для данной сети. А вот в локальной сети соседнего учреждения вполне может быть компьютер, адрес которого совпадает с адресом машины из первой сети.
Почему же не возникает конфликтов и компьютер обувной фирмы не получает информацию, предназначенную для меховой? А потому, что компьютеры локальных сетей не имеют самостоятельного выхода в Интернет, только через сервер своей ЛВС. И вот этот-то сервер свой IP-адрес в сети Интернет имеет. Когда какой-нибудь компьютер из учрежденческой сети посылает запрос в Интернет, сервер пересылает этот запрос, но внутренний сетевой адрес этого компьютера подменяет своим. Когда из Интернета приходит ответ, сервер пересылает его внутрь сети тому компьютеру, который послал запрос и оставил свой IP-адрес на сервере. Таким образом, адреса компьютеров внутри локальных сетей могут быть, вообще говоря, какими угодно, лишь бы они не повторялись.
IP-адреса компьютеров в сети Интернет бывают двух видов: статические и динамические.
Статический адрес присваивается компьютеру, напрямую подключенному к Сети. Например, серверы имеют статические адреса. Статические адреса не могут повторяться.
Динамический адрес присваивается компьютеру на время сеанса подключения к Интернету, например, через модем. Если пользователь, поработав в Сети, отключится, а потом подключится снова, его IP-адрес будет уже другим, он по определенным правилам выбирается из пула (грубо говоря – набора) IP-адресов, принадлежащих провайдеру. Это очень полезная особенность Интернета с точки зрения компьютерной безопасности. Пользователю, подключающемуся к сети с помощью модема, почти не стоит опасаться хакерских атак (подробнее об этом рассказано в главе 6).
Так вот, поиском нужных компьютеров и организацией пересылки им IP-пакетов занимаются специальные устройства, которые называются маршрутизаторами.
Маршрутизаторы установлены на каждом из узлов Сети, они устроены так, что по IP-адресу принятого TCP-пакета способны автоматически определить, на какой из соседних узлов надо переправить этот пакет. Если компьютер-отправитель и компьютер-получатель зарегистрированы в одном узле, все совсем просто, но так бывает редко. Гораздо чаще отправитель и получатель находятся в адресном пространстве разных маршрутизаторов. Все, что может сделать в этом случае маршрутизатор, это передать TCP-пакет на соседний узел, который в сети ближе к компьютеру-получателю. Каждый маршрутизатор постоянно общается с серверами-соседями и их маршрутизаторами и потому знает, где что происходит, какой из соседей «закрыт» на техническое обслуживание или просто перегружен. В этом случае маршрутизатор обязательно найдет другой, обходной, но оптимальный в данный момент путь. Функции маршрутизатора может выполнять компьютерная программа на универсальном сервере, но маршрутизатором может быть и специально выделенный для этой цели компьютер, на котором установлена программа-маршрутизатор.
