Bib: Informatika 2, Rač. komuniciranje
Predavanje: Računalniška omrežja 1. Uvod in zgodovina Interneta
Pri tem predmetu nas zanimajo predvsem informacijske storitve, zato se bomo s tehničnimi podatki na nivoju osnovne omrežne infrastrukture ukvarjali le površno.
Vsako omrežje sestavljata dva ali več računalnikov, povezanih na način, ki omogoča izmenjavo ali deljeno uporabo sporočil, datotek ali storitev.
(c) Network Solutions Inc., 1997
Računalniki so v omrežja povezani s pomočjo strojne in programske opreme. Strojna oprema omogoča fizično priključevanje računalnika na komunikacijski medij, pretvorbo informacij iz računalniku lastne oblike v obliko, primerno za prenos po komunikacijskem mediju ter pretvorbe informacij na prehodih med različnimi komunikacijskimi mediji. Programska oprema seveda krmili delovanje strojne opreme ter posreduje med strojnimi komponentami omrežja in človekom.
Pomemben del omrežja je komunikacijski medij. To so lahko koaksialni kabli, optični kabli, telefonsko omrežje (najete ali klicne linije), javna omrežja za prenos podatkov, satelitske in druge povezave.
Sodobna omrežja omogočajo povezovanje računalnikov različnih tipov in z različnimi operacijskimi sistemi. Tako povezovanje je mogoče le, če je obnašanje v omrežju standardizirano. Računalniki morajo ubogati ista pravila - protokole.
(c) Network Solutions Inc., 1997
Lokalna omrežja (LAN, Local Area Networks) povezujejo računalnike in računalniško opremo (tiskalnike, deljene pomnilniške naprave...) na geografsko omejenem območju. Tipično je to stavba ali skupina stavb. Povezave med računalniki so zelo hitre, zato taka omrežja omogočajo visoko stopnjo integracije in komunikacijsko intenzivne porazdeljene aplikacije.
Pri tem predmetu nas zanimajo predvsem prostrana omrežja (WAN, Wide Area Networks, omrežja širokega dosega...). Gre za omrežja, ki pokrivajo večja geografska področja (mesto, država, celina...) ali pa geografsko sploh niso omejena. V zgodnejših stopnjah razvoja so v takih omrežjih pogosto sodelovali le računalniki istega proizvajalca (npr. DECNET - omrežja računalnikov tovarne DIGITAL, omrežja IBM-ovih računalnikov...). Danes je ena od osnovnih značilnosti prostranih omrežij t.i. interoperabilnost. V omrežjih aktivno sodeluje računalniška oprema različnih proizvajalcev in namembnosti - od osebnih računalnikov do superračunalnikov. Še več, velika prostrana omrežja so konglomerat manjših omrežij, ki delujejo po svojih pravilih, sporočila, ki potujejo preko njihovih meja, pa pretvarjajo po pravilih, ki veljajo v skupnem omrežju.
Prva računalniška omrežja so fizično povezovala vse računalnike. Povezave so bile križne, računalnikov, ki so bili tako povezani pa malo. Danes se računalniki povezujejo preko hrbtenice. Hrbtenica je množica povezav in komunikacijske opreme, vključno z računalniki, ki so namenjeni samo vzdrževanju komunikacij. Zanjo skrbi posebna organizacija. Podrobnosti zgradbe in delovanja so uporabnikom skrite. Vsak računalnik ima eno vstopno točko v hrbtenico in se ne zaveda ostalih računalnikov, dokler z njimi ne komunicira. S tem je omogočeno načelo, ki odločilno poenostavi vzdrževanje omrežja: vsak računalnik se mora prilagoditi le pravilom, ki veljajo v hrbtenici, ne pa vsem ostalim računalnikom.
Računalniki se redko priključujejo v prostrana omrežja samostojno. Običajnejši način je priključevanje preko lokalnega ali manjšega prostranega omrežja, katerega član je posamezen računalnik.
Značilnosti prostranih omrežij bomo obdelali na primeru največjega med njimi - Interneta.
Slika 1: Načini povezovanja računalnikov v omrežja (po E. Hudomalj. Gradivo za predavanja)
Internet je bil v svojih zametkih projekt, ki ga je vodila agencija ARPA (Advanced Research Projects Agency) pri ameriškem obrambnem ministrstvu.
Že v 60-tih letih je bilo jasno, da bodo morebitni vojaški spopadi v prihodnosti potekali z računalniško podporo. V tem času so bili računalniki veliki, energetsko potratni, odvisni od kontroliranih pogojev okolja in zato zelo ranljivi v vojaškem smislu. Osnovna zamisel, ki je rodila Internet je bila povezana z varstvom podatkov in dostopa do njih. Če bi bili računalniki povezani, bi bili lahko pomembni podatki nameščeni na več računalnikih, pa kljub temu dostopni z neke kontrolne točke. Če bi bile povezave med računalniki pomnožene, bi bil, tudi v primeru prekinitve nekaterih med njimi, dostop do podatkov še vedno možen.
Že tedaj so se zavedali problematike naslavljanja podatkov in varnosti prenosa. Omrežje, ki naj poskrbi, da bodo podatki prišli na računalnik, kamor so bili poslani, se mora zavedati lokacije računalnikov, v podatkih pa mora biti ciljni naslov tudi jasno zapisan. Omrežje tudi ne sme dovoliti, da bi prišli podatki na cilj pokvarjeni. Rešitve teh osnovnih problemov so temeljile na raziskavah o paketno-preklopnih mrežah, objavljenih že leta 1962. Prva shema načrtovanega omrežja je bila javno predstavljena leta 1967.
Leta 1969 je ARPA zgradila prvo eksperimentalno omrežje, imenovano ARPANET. Na začetku so v njem sodelovali samo štirje veliki računalniki na ameriških univerzah: UCLA, Stanford University, UCSD in Utah University. Omrežje je že omogočalo prenos sporočil in deljenje datotek. Na tem omrežju so nastale in se razvijale vse velike ideje, ki so privedle do nastanka Interneta, kot ga poznamo danes.
V 70-tih letih se je ARPANET hitro širil. Leta 1972 je povezoval že 37 velikih računalnikov. Zanimivo je, da je bil, kljub vojaškemu pokroviteljstvu, ves čas omogočen dostop civilnim raziskovalnim organizacijam, večina najodmevnejših raziskav pa je bila objavljena. Tako je prvi program za elektronsko pošto nastal že leta 1972. Leta 1973 so bile opravljene prve transatlantske povezave v ARPANET iz Anglije in Norveške. ARPANET se je počasi preoblikoval iz mreže navzkrižno povezanih računalnikov v hrbtenico. K temu je največ pripomoglo priključevanje prvih manjših omrežij, ki so nastala po ARPANETovem vzoru (npr. ALOHAnet v l. 1972).
Širjenje omrežja je pospešilo razvoj omrežnih orodij. Nekatera med tedanjimi, sicer posodobljena, uporabljamo še danes. Leta 1972 je National Center for Supercomputing Applications (NCSA) razvil program Telnet, namenjen priključevanju in delu na oddaljenem računalniku. FTP (File Transfer Protocol) in ustrezni podporni programi, uvedeni naslednje leto, so močno poenostavili prenos datotek med računalniki.
Preoblikovanje v hrbtenico je pospešilo tudi razvoj protokolov. Leta 1974 je nastala prva verzija družine protokolov, imenovana TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), namenjena standardizaciji postopkov v omrežju. TCP/IP je bil na voljo zastonj, kar je dodatno pripomoglo pri njegovi širitvi. Pojavi se prvi javni ponudnik omrežnih storitev s čemer se začne tudi komercializacija ARPANETa.
80-ta leta so prinesla odločilne spremembe, tako v tehničnem, kot v organizacijskem smislu. V letih 1982 in 1983 se pojavijo prvi namizni računalniki in s tem se začne množiti število raziskovalcev, ki žele dostop v omrežje. TCP/IP sprejmejo leta 1983 kot standard, ki velja za celo hrbtenico ARPANETa. Večina novih namiznih računalnikov dela z operacijskim sistemom UNIX in TCP/IP postane kmalu sestavni del tega operacijskega sistema. Samostojna omrežja pospešeno nastajajo in se priključujejo ARPANETu.
V tem času ARPANET postane preobsežen in preveč pester, da bi ga še lahko obvladovala ena organizacija. Leta 1983 se razcepi v dve hrbtenici: ARPANET, ki ostane raziskovalno in razvojno omrežje ter MILNET, ki prevzame vojaški del nalog.
Zasnova ARPANETa se ni veliko spremenila od začetkov in z eksponentno rastjo omrežja postane to kmalu prepočasno. Leta 1986 začne delovati veliko hitrejša hrbtenica NSFNET. Vodi jo NSF - National Science Foundation. NSFNET temelji na mreži superračunalnikov, nameščenih na ameriških univerzah. NSF podpira razvoj in priključevanje novih omrežij tako, da financira ustrezni razvoj na ameriških univerzah. Uveljavitev enotnih pravil dela, ki jih uvedel TCP/IP in vloga NSF sta verjetno najpomembnejša faktorja v razvoju iz relativno omejenega ARPANETa v Internet, kot ga poznamo danes. Po svetu nastajajo številne javne in privatne hrbtenice, ki se zlivajo z NSFNET.
V 90-tih letih je tehnična zasnova Interneta ustaljena. Nove rešitve prinašajo predvsem hitrejši prenos podatkov, kar posledično prinaša tudi eksponentno rast količine informacij, ki so na Internetu na voljo javnosti. Vedno očitnejša postaja potreba po učinkovitejših orodjih za iskanje informacij in dostop do njih. V letih 1991 in 1993 se pojavita orodji Gopher in World Wide Web. Gopher omogoča hierarhično menujsko ureditev informacijskih virov, World Wide Web pa uvede v globalno omrežje idejo hipertekstnega povezovanja dokumentov. Leta 1994 se pojavita pregledovalnika Mosaic in Netscape, ki omogočita vključevanje nebesedilnih podatkov v dokumente na WWW.
Aprila 1995 NSFNET preneha delovati. Zamenja ga še hitrejša hrbtenica - vBNS.
Internet je torej globalno omrežje omrežij, ki delujejo v skladu z družino protokolov TCP/IP ali pa pretvarjajo svoja sporočila v skladu s TCP/IP. Internet ni centraliziran sistem, ker ga sestavljajo medsebojno neodvisne hrbtenice. Posamezne hrbtenice lahko delujejo po protokolih, ki niso TCP/IP, vendar se v Internet povezujejo preko vmesnikov (gateways). Vmesnik je strojna in računalniška oprema, ki pretvarja obliko sporočil med med nekim protokolom in TCP/IP ter obratno. Hrbtenica je ločeno upravljan del omrežne infrastrukture, ki zagotavlja veliko hitrost in zanesljivost prometa znotraj same sebe in z ostalimi hrbtenicami. Posamezne hrbtenice so namenjene različnim skupinam uporabnikov, predvsem akademsko-raziskovalnim in komercialnim. V skladu z namembnostjo hrbtenice poteka tudi upravljanje in financiranje.