История создания протокола TCP/IP

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

        Революционизирующее влияние Интернета на мир компьютеров и коммуникаций не имеет исторических аналогов. Изобретение телеграфа, телефона, радио и компьютера подготовило почву для происходящей ныне беспрецедентной интеграции.

     

       Интернет одновременно является и средством общемирового вещания, и механизмом распространения информации, и средой для сотрудничества и общения людей, охватывающей весь земной шар.

 

       Интернет представляет собой один из наиболее успешных примеров того, какую пользу могут принести долгосрочные вложения, поддержка исследований и разработки информационной инфраструктуры. Начиная с ранних исследований в области пакетной коммутации, американское правительство, промышленность и академическая наука оставались партнерами в развитии и развертывании этой новой изумительной технологии. В наши дни словосочетания вроде "berners-lee@hotmail.com" и "www.w3.org" легко слетают с языка первого встречного.

 

      Сейчас об Интернете, в том числе об истории, технологии и использовании этой всемирной Сети, написано очень много. Почти в любом книжном магазине можно найти целые полки, заставленные трудами по этой тематике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Глава 1. История возникновения Интернет

    Первым документальным описанием социального взаимодействия, которое станет возможным благодаря Сети, была серия заметок, написанных Дж. Ликлайдером (J.C.R. Licklider) из Массачусетского технологического института (MIT) в августе 1962 года. В этих заметках обсуждалась концепция "Галактической сети" (Galactic Network). Автор предвидел создание глобальной сети взаимосвязанных компьютеров, с помощью которой каждый сможет быстро получать доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере.

1.1 DARPA

 

     4 октября 1957 года Советский Союз запустил первый искусственный спутник Земли, что показало отставание США. Запуск первого искусственного спутника и послужил причиной подписания президентом США Дуайтом Эйзенхауэром документа о создании в рамках министерства обороны Агентства по перспективным научным проектам и исследованиям – DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency). В октябре 1962 года Ликлайдер стал первым руководителем исследовательского этого компьютерного проекта. Управление Advanced Research Projects Agency (ARPA) сменило название на Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) в 1971 году, затем вернулось к прежнему названию ARPA в 1993 году и, наконец, снова стало именоваться DARPA в 1996 году. В статье используется текущее название – DARPA. Ликлайдер сумел убедить своих преемников по работе в DARPA - Ивана Сазерленда (Ivan Sutherland) и Боба Тейлора (Bob Taylor), а также исследователя из MIT Лоуренса Робертса в важности этой сетевой концепции.

1.2 ARPANET

     В конце 1966 года Робертс начал работать в DARPA над концепцией компьютерной сети. Довольно быстро появился план ARPANET, опубликованный в 1967 году.  Cеть ARPANET была разработана и развернута в 1969 году компанией “Bolt, Beranek and Newman” (BBN) по заказу Агентства передовых исследовательских проектов (ARPA) министерства обороны США в целях создания системы надежного обмена информацией между компьютерами, а также (что явилось одной из главных целей) для отработки методов поддержания связи в случае ядерного нападения. Слово “надежно” предполагало весьма жесткое условие: выход из строя любых составляющих системы (т. е. компьютеров и соединяющих их линий связи) не должен сказаться на бесперебойности обмена информацией между остальными компьютерами. ARPANET позволяла каждому из своих компьютеров связываться с любым другим даже при условии выхода из строя существенной части элементов сети.

Основатели ARPANET первоначально  позволяли ученым только войти в  систему и запустить программу  на удаленном компьютере. Скоро к этим возможностям прибавились передача файлов, электронная почта и списки рассылки, обеспечившие общение исследователей, интересовавшихся одной и той же областью науки и техники. Вследствие развития ARPANET проявился Интернет.  

   В 1982 году на смену первым протоколам ARPANET пришли новые стандарты: стандарт “Transmission Control Protocol”, описывающий способ разбиения информационного сообщения на пакеты и их передачи, и “Internet Protocol”, управляющий адресацией в сети. Эти мощные протоколы были предложены еще в 1974 году Робертом Кэном, одним из основных разработчиков ARPANET, и ученым-компьютерщиком Винтоном Серфом. Разработчики из Америки, Англии и Скандинавии начали создавать IP-программы для всех мыслимых типов компьютеров. При поддержке ARPA (Агентства передовых исследовательских проектов) были разработаны протоколы межсетевого обмена для разнообразных сетей. Практическим следствием этого стала возможность обмена информацией между компьютерами различных изготовителей. Это привлекло университеты и многочисленные правительственные учреждения, которые исторически имели парк разнотипной техники и теперь получали возможность обмениваться информацией.

   В 1983 году Агентство связи министерства обороны США приняло решение об использовании протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на всех узловых машинах ARPANET. Таким образом, был установлен стандарт, согласно которому могла развиваться сеть Internet. С этого момента стало возможно добавлять шлюзы и подсоединять к ней новые сети, оставляя первоначальное ядро неизменным. В этом же году начальная ARPANET была разделена на сеть MILNET, предназначавшуюся для использования в военных целях, и ARPANET, ориентированную на продолжение исследований в сетевой области. Сама ARPANET прекратила свое существование в июне 1990 года, а ее функции постепенно перешли к более разветвленной структуре Internet.

1.3 INTERNET

 

     24 октября 1995 года Федеральный сетевой совет (FNC) единодушно одобрил резолюцию, определяющую термин "Интернет". Это определение разрабатывалось при участии специалистов в области сетей и в области прав на интеллектуальную собственность.

     Из резолюции: Федеральный сетевой совет признает, что следующие словосочетания отражают наше определение термина "Интернет".

     Интернет - это глобальная информационная система, которая логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, основанных на Интернет-протоколе (IP) или на последующих расширениях, или преемниках IP;

 

     способна поддерживать коммуникации с использованием семейства Протокола управления передачей/Интернет-протокола (TCP/IP) или его последующих расширений/преемников и/или других IP-совместимых протоколов;

     обеспечивает, использует или делает доступными на общественной или частной основе высокоуровневые услуги, надстроенные над описанной здесь коммуникационной и иной связанной с ней инфраструктурой.

      За два десятилетия своего существования Сеть "Интернет" претерпела кардинальные изменения. Она зарождалась в эпоху разделения времени, но сумела выжить во времена господства персональных компьютеров, одноранговых сетей, систем клиент-сервер и сетевых компьютеров. Она проектировалась до первых локальных вычислительных сетей (ЛВС), но впитала эту новую сетевую технологию, равно как и появившиеся позднее технологии коммутации ячеек и кадров. Она задумывалась для поддержки широкого спектра функций, от разделения файлов и удаленного входа до разделения ресурсов и совместной работы, породив электронную почту и, в более поздний период, - Всемирную паутину. Но важнее всего то, что Сеть, создававшаяся вначале как объект деятельности небольшого коллектива исследователей, выросла до коммерчески выгодного предприятия, в которое ежегодно вкладываются миллиарды долларов.

Интернет (англ. Internet от лат. inter между и англ. net сеть, паутина), международная (всемирная) компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и др. сети. Способствует значительному увеличению и улучшению обмена информацией, прежде всего научно-технической. Объединяет свыше 50 млн. коллективных и индивидуальных пользователей (каждый со своим электронным адресом) во всем мире. 

     Сеть Internet — мировая ассоциация компьютерных сетей. Она представляет собой яркий пример реализации концепции интерсетей, то есть интегрированной сетевой паутины, состоящей из различных физически неоднородных коммуникационных сетей, объединенных между собой в единую логическую архитектуру. Internet объединяет множество серверов, на которых находится огромный объем информации по разнообразным темам. Информация на серверах организована для доступа пользователей различными способами. По этому признаку наиболее популярными являются серверы FTP, WWW и Telnet (см. Виды серверов).

 

Глава 2. История создания протокола TCP/IP

 

IP (Internet Protocol) обеспечивает  негарантированную доставку пакета  от узла к узлу, в работе  с нижними уровнями использует ARP и RARP.

TCP (Transmission Control Protocol) обеспечивает  гарантированный поток данных  между клиентами, установившими виртуальное соединение. Поток представляет собой неструктурированную последовательность байт, их интерпретация согласуется передающей и приемной стороной предварительно. Для идентификации используются порты, аналогично UDP-портам. Активная сторона (инициатор обмена) обычно использует произвольный порт, пассивная - известный порт, соответствующий используемому протоколу верхнего уровня. Комбинация IP-адреса и номера порта называется гнездом TCP (TCP Socket).

TCP буферизует входящий поток,  ожидая перед посылкой заполнения большой дейтаграммы. Поток сегментируется, каждому сегменту назначается последовательный номер. Передающая сторона ожидает подтверждения приема каждого сегмента, при его длительном отсутствии делает повторную передачу сегмента. Процесс, использующий TCP, получает уведомление о нормальном завершении передачи только после успешной сборки потока приемником. Протокол обеспечивает полный дуплекс, это означает, что потоки данных могут идти одновременно во встречных направлениях.

1970, узлы ARPANet начали работу  с использованием протокола Network Control Protocol (NCT)

1972, выпущена первая  спецификация по протоколу Telnet, “Ad hoc Telnet Protocol”, описанная в документе  RFC 318

1973, появился документ RFC 454, описывающий File Transfer Protocol

1974, опубликованы подробности Transmission Control Program (TCP)

1981, опубликован документ RFC 791, посвящённый стандарту IP

1982, Агентство военных  коммуникаций (Defense Communications Agency, DCA) и  ARPA объединили протоколы Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP) в единый набор TCP/IP

1983, ARPANet перешла с протокола  NCT на работу с TCP/IP

1984, основана система  серверов имён Domain Name System (DNS)

2.1 Хронология возникновения TCP/IP в истории Интернета

    DARPA заключило три контракта на реализацию TCP/IP - со Стэнфордом (Серф), с BBN (Рэй Томлинсон) и с Университетским колледжем Лондона (UCL, Петер Кирстен - Peter Kirstein). (В статье Серфа и Кана использовалось название TCP, за которым скрывались оба протокола.) Стэнфордская команда, возглавляемая Серфом, подготовила детальные спецификации, после чего примерно за год были выполнены три реализации TCP, способные взаимодействовать друг с другом. Начался долгий период экспериментов и разработок, направленных на развитие и шлифовку концепций и технологий Интернета. Отправляясь от первых трех сетей (ARPANET, Packet Radio, Packet Satellite) и образовавшихся вокруг них коллективов исследователей, экспериментальное окружение росло, вбирая в себя, по существу, все виды сетей и очень широкое сообщество исследователей и разработчиков. Каждое расширение ставило новые задачи.

     Ранние реализации TCP были выполнены для больших систем с разделением времени, таких как Tenex и TOPS 20. Когда начали появляться настольные системы, многие посчитали, что для персональных компьютеров TCP - слишком большой и сложный протокол. Дэвид Кларк и его исследовательская группа из MIT решили доказать возможность компактной и простой реализации TCP, выполнив ее сначала для Xerox Alto (ранняя персональная рабочая станция, созданная в Xerox PARC), а затем для IBM PC. Эта реализация обладала полной интероперабельностью с другими воплощениями TCP, но была специально настроена на набор приложений и параметры производительности персональных компьютеров. Таким образом, удалось продемонстрировать, что рабочие станции могут войти в Интернет наряду с большими системами с разделением времени. В 1976 году Клейнрок опубликовал первую книгу по ARPANET. В ней он обращал особое внимание на сложность протоколов и связанные с этим опасности. Книга способствовала распространению идей пакетной коммутации среди очень широкого сообщества.

     Большое распространение в 1980-е годы локальных сетей, персональных компьютеров и рабочих станций дало толчок бурному росту Интернета. Технология Ethernet, разработанная в 1973 году Бобом Меткалфом (Bob Metcalfe) из Xerox PARC, в наши дни является, вероятно, доминирующей сетевой технологией в Интернете, а ПК и рабочие станции стали доминирующими компьютерами. Переход от небольшого количества сетей с умеренным числом систем с разделением времени (первоначальная модель ARPANET) к множеству сетей привел к выработке ряда новых концепций и внесению изменений в базовые технологии. Прежде всего, были определены три класса сетей (A, B и C), чтобы учесть разные масштабы конфигураций.

       В класс A входят большие сети общенационального масштаба (малое количество сетей с большим числом компьютеров). Класс B предназначен для сетей регионального масштаба, класс C - для локальных сетей (большое количество сетей с относительно малым числом компьютеров). Рост Интернета вызвал важные изменения и в подходе к вопросам управления.   Чтобы сделать сеть более дружественной, компьютерам были присвоены имена, делающие ненужным запоминание числовых адресов. Первоначально, при небольшом количестве компьютеров, было разумно иметь единую таблицу с их именами и адресами. Переход к большому числу независимо администрируемых сетей (таких, как ЛВС) сделал идею единой таблицы непригодной. Пол Мокапетрис (Paul Mockapetris) из Института информатики Университета Южной Калифорнии (USC/ISI) придумал доменную систему имен (Domain Name System, DNS). DNS позволила создать масштабируемый распределенный механизм для отображения иерархических имен компьютеров (например www.acm.org) в Интернет-адресах.

      С ростом Интернета пришлось пересмотреть и характер функционирования маршрутизаторов. Первоначально существовал единый распределенный алгоритм маршрутизации, единообразно реализуемый всеми маршрутизаторами в Интернете. В условиях быстрого увеличения числа сетей стало невозможно расширять этот ранний подход в нужном темпе. Его пришлось заменить иерархической моделью маршрутизации с Внутренним шлюзовым протоколом (Interior Gateway Protocol, IGP), используемым внутри каждой области Интернета, и Внешним шлюзовым протоколом (Exterior Gateway Protocol, EGP), применяемым для связывания областей между собой.