Concepte internet

Definiţie şi concepte de bază

Internetul este un termen nou, intrat deja în vocabularul de zi cu zi. Unii autori chiar abordează subiecte legate de "sindromul Internet" sau dependenţa de Internet. Nu vom analiza aici aspecte sociale în conexiune cu acest termen ci vom încerca să clarificăm definiţia acestuia, având în vedere că până şi mulţi utilizatori împătimiţi ai Internetului nu ştiu să facă deosebirea între Internet şi Web sau între serviciul de poştă electronică şi cel de transfer de fişiere.
Trebuie remarcat că nu se poate da o definiţie completă a termenului de Internet în câteva rânduri. Având însă câteva noţiuni de bază şi o serie de caracteristici bine lămurite, ne putem face o privire de ansamblu asupra conceptului de Internet.
În primul rând, Internetul este o reţea de calculatoare (de fapt, o reţea de reţele) la nivel mondial prin intermediul cărora sunt interconectate milioane de echipamente de calcul (aici sunt incluse şi calculatoarele personale) din întreaga lume. O reţea de calculatoare reprezintă o colecţie de calculatoare interconectate între ele, adică sunt capabile să schimbe informaţie între ele [Tanenbaum, 1996].
Pe de altă parte, Internetul este denumirea celei mai vaste grupări de surse de informaţie din lume. Reţeaua Internet este extinsă la întreaga planetă şi cuprinde o cantitate imensă de resurse fizice, logice, informaţionale.
Printre echipamentele interconectate se găsesc: calculatoare personale, staţii de lucru Unix, servere de Web sau de e-mail, laptop-uri, pagere, telefoane mobile etc. De curând au fost conectate la Internet şi dispozitive electrocasnice, cum ar fi frigiderul sau cuptorul cu microunde. Se prevede că în viitor multe dintre echipamentele electrocasnice vor dispune de conexiune Internet. Toate aceste echipamente sunt denumite sisteme gazdă (hosts sau end systems). Aplicaţiile Internet care ne sunt tuturor foarte familiare (poşta electronică sau Web-ul) sunt aplicaţii de reţea ce rulează pe aceste sisteme gazdă.
Pentru a comunica între ele, sistemele gazdă folosesc protocoale pentru controlul transmiterii, recepţiei şi corecţiei informaţiilor care circulă prin Internet. Dintre aceste protocoale, TCP (Transmission Control Protocol) şi IP (Internet Protocol) sunt cele mai importante. De asemenea, pentru asigurarea conexiunii, sistemele gazdă folosesc legături de comunicaţie ce constau din diverse tipuri de cabluri, printre care cablu coaxial, torsadat, fibră optică sau pot fi conexiuni fără fir, prin unde radio, de exemplu. Una dintre caracteristicile importante ale acestor legături este viteza teoretică de transfer a datelor care este denumită lăţime de bandă (bandwidth) şi care se exprimă în biţi sau multipli ai acestora pe secundă (1 Mb/s ≈ 1000 biţi/s).
Sistemele gazdă nu sunt interconectate direct între ele, ci prin intermediul unor dispozitive intermediare denumite rutere. Pe scurt, un ruter este un dispozitiv care preia informaţia ce ajunge la el prin intermediul uneia dintre legăturile (de intrare) de comunicaţie şi o trimite mai departe pe o altă legătură (de ieşire). Formatul informaţiilor care sunt recepţionate şi transmise mai departe între rutere şi sistemele gazdă sunt precizate de protocolul IP. Drumul pe care îl parcurg informaţiile de la transmiţător la receptor poartă numele de rută (route sau path) în reţea.
Modalitatea de stabilire a unei conexiuni în Internet (pentru a putea transmite informaţii de la un transmiţător la un receptor) se bazează pe o tehnică denumită comutare de pachete, care permite mai multor sisteme să comunice pe o rută (sau o porţiune dintr-o rută) Internet, în acelaşi timp. Topologia Internetului (structura sistemelor conectate la Internet) este ierarhizată în modul următor: la bază sunt sistemele gazdă conectate la un ISP (Internet Service Provider - Furnizor de Servicii Internet) local prin intermediul unor reţele de acces, furnizorii locali sunt conectaţi la nişte furnizori naţionali sau internaţionali, iar aceştia din urmă sunt conectaţi împreună la cel mai înalt nivel din această ierarhie.
Trebuie remarcat faptul că pot fi adăugate noi componente sau niveluri (noi reţele sau noi reţele de reţele) în această topologie ierarhică într-o manieră foarte simplă, aşa cum ai adăuga noi piese într-un joc de Lego [Kurose 2001]. Internetul a crescut în ultimii ani şi continuă să crească într-un ritm exponenţial: de exemplu, dacă în prima jumătate a lui 1996 au fost adăugate aproximativ 3.000.000 de host-uri (sisteme gazdă) [Network 1996], în prima jumătate a lui 2001 au apărut 16.000.000 de noi host-uri conectate la Internet [Network 2001].
Această reţea uriaşă nu ar fi s-ar fi putut crea dacă nu ar fi fost realizate, testate şi implementate o serie de standarde. Dacă în faza incipientă a reţelelor de calculatoare (anii 1970) era imposibil să interconectezi computere provenite de la diverşi producători datorită incompatibilităţii protocoalelor folosite, treptat s-a ajuns la concluzia că trebuie folosite standarde generalizate de comunicaţie pentru a putea interconecta diverse echipamente provenite de la diverşi producători. Astfel au luat fiinţă standardele deschise (open-standard) şi necesitatea conectivităţii indiferent de platformă (cross-platform). Aceste standarde sunt dezvoltate de organisme internaţionale specializate, precum IETF (Internet Engineering Task Force) ale cărui documente poartă denumirea de documente RFC (Request For Comments). După cum reiese şi din denumirea originală (cereri pentru observaţii, comentarii), RFC-urile au apărut pentru a rezolva problemele arhitecturale ale predecesorilor Internetului.
Documentele RFC au evoluat astfel încât acum sunt adevărate standarde, documente tehnice şi detaliate, care cuprind definiţii de protocoale cum ar fi TCP, IP, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) sau HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). La ora actuală există peste 2000 de documente RFC. Copii ale documentelor RFC sunt găzduite de numeroase site-uri Web. Una dintre aceste locaţii este la Institutul de Ştiinţe ale Informaţiei (ISI – Information Sciences Institute - http://www.rfc-editor.org). Internetul este un domeniu public, care cuprinde, după cum am mai spus, o varietate de reţele publice ale unor companii private, instituţii educaţionale sau guvernamentale. Există însă şi reţele asemănătoare private, ale căror calculatoare gazdă nu sunt accesibile din afara reţelei respective. O astfel de reţea se numeşte Intranet şi de regulă foloseşte aceleaşi tehnologii ca cele folosite în Internet.

1.1.2. Scurt istoric al Internetului

Funcţionarea Internetului se bazează pe protocolul TCP/IP, care este o colecţie de protocoale dintre care cele mai importante sunt TCP şi IP, de unde provine şi denumirea de TCP/IP. De multe ori întâlnim denumirea de stivă de protocoale TCP/IP (TCP/IP Protocol Stack). Pentru a înţelege funcţionarea unei reţele bazată pe TCP/IP trebuie să cunoaştem o serie de considerente care au stat la baza naşterii reţelei Internet şi a stivei de protocoale TCP/IP.
Dacă la începuturile dezvoltării sistemelor de calcul comerciale (sfârşitul anilor '60, începutul anilor '70) companiile foloseau arhitecturi şi protocoale proprietare, treptat s-a ajuns la nevoia de a achiziţiona echipamente provenite de la mai mulţi producători. Aceste echipamente trebuiau interconectate şi făcute să lucreze împreună pe baza aceloraşi standarde şi protocoale.
Utilizarea computerelor în programul agenţiei americane de stat ARPA (Advanced Research Projects Agency) din cadrul Departamentului de Apărare (DoD – Department of Defense) al SUA a condus la elaborarea coordonării dezvoltării unei reţele independente de producător pentru a conecta marile centre de cercetare. Necesitatea unei astfel de reţele a fost prima prioritate a acestui program, având în vedere că, iniţial, fiecare centru de cercetare folosea tehnologii proprietare. Anul 1968 a marcat începutul elaborării unei reţele bazate pe comutare de pachete, care mai târziu a devenit reţeaua Arpanet.
Reţeaua Arpanet a fost prima reţea de calculatoare de arie largă (WAN – Wide Area Network) din lume, concepută să permită unor pachete de date să fie rutate în reţea ca entităţi de sine stătătoare. Aceasta a reprezentat o revoluţie în domeniu, deoarece reţelele anterioare se bazau pe comutarea de circuite, adică stabilirea de conexiuni dedicate între două locaţii. Mai mult, Arpanet oferea pentru prima dată posibilitatea interconectării mai multor locaţii într-o topologie neregulată, permiţând datelor să circule între oricare dintre aceste locaţii pe diverse rute. Conceptul de bază era următorul: dacă una din locaţii era distrusă (eventual bombardată într-un război – să nu uităm că era vorba despre un proiect militar), acest lucru nu afecta comunicaţiile dintre celelalte locaţii care făceau parte din reţea.
În acelaşi timp şi alţi furnizori de servicii de reţea au început să dezvolte conexiuni cu locaţii din reţeaua Arpanet, ceea ce a dus treptat la apariţia termenului de Internet. În anii următori tot mai multe organizaţii au fost adăugate în Arpanet, în paralel cu dezvoltarea altor reţele şi tehnologii de reţea, precum Ethernet.
Toate aceste dezvoltări ulterioare au condus la concluzia că este nevoie de o serie de protocoale de reţea care să opereze la un nivel superior celui fizic, astfel încât să se permită schimbul de informaţii între diverse reţele fizice. Aceste protocoale trebuiau implementate în software deasupra oricărei topologii de reţea, indiferent că era vorba despre o reţea de arie largă WAN cu comutare de pachete (Arpanet) sau o reţea locală LAN (Local Area Network) Ethernet sau Token Ring.

1.1.3. Definiţia unui protocol de reţea

Unul din termenii cei mai folosiţi atunci când este vorba de o reţea de calculatoare sau de Internet este termenul de "protocol". Vom prezenta în continuare o definiţie şi câteva exemple pentru a putea identifica un protocol.
Probabil că cea mai bună modalitate de a înţelege noţiunea de protocol este aceea de a considera pentru început o serie de analogii cu intercomunicarea din lumea umană. Să considerăm exemplul în care întrebăm pe cineva unde se află o anume stradă (Figura 1.1).
Regulile intercomunicării umane (protocolul uman) sunt reprezentate de mesajele pe care le trimitem şi de acţiunile specifice pe care le întreprindem corespunzătoare răspunsului primit de la interlocutor sau producerii altor evenimente. Mesajele transmise şi cele recepţionate joacă un rol fundamental în cazul protocoalelor umane; dacă o persoană are obiceiuri diferite sau foloseşte un limbaj străin altei persoane, atunci protocoalele diferite nu vor permite intercomunicarea între respectivele persoane. Acelaşi lucru este valabil şi în cazul comunicării între entităţile dintr-o reţea de calculatoare. Pentru a putea comunica, respectivele entităţi trebuie să folosească (să ruleze) acelaşi protocol de reţea.
Un protocol de reţea este asemănător unui protocol uman, excepţie făcând obiectele comunicării: în loc să avem de-a face cu oameni, avem de-a face cu componente hardware sau software ale reţelei. Toate activităţile dintr-o reţea de calculatoare (deci şi din Internet) sunt bazate pe funcţionarea unui anumit set de protocoale. De exemplu, comunicarea dintre două calculatoare în reţea se face prin protocoale implementate în hardware la nivelul plăcii de reţea pentru controlul fluxurilor de biţi transmişi prin intermediul suportului fizic; protocoalele de control al congestiilor controlează viteza de transmitere a datelor între un transmiţător şi un receptor iar protocoalele de poştă electronică guvernează modalitatea de transmitere şi de recepţie a mesajelor de tip e-mail.
În figura 1.1 este prezentat cazul în care un calculator face o cerere unui server Web, se primeşte un răspuns afirmativ de conexiune din partea serverului şi apoi calculatorul foloseşte un mesaj de tip "GET" pentru a recepţiona pagina respectivă. În cele din urmă, serverul returnează conţinutul fişierului către calculatorul care a lansat cererea.
Ca urmare a analogiei cu comportamentul uman, putem da următoarea definiţie a protocolului: un protocol defineşte formatul şi ordinea mesajelor schimbate între două sau mai multe entităţi ce comunică între ele, precum şi acţiunile ce sunt întreprinse odată cu transmiterea sau recepţia unui mesaj sau a unui alt eveniment.
Figura 1.1 Analogie între un protocol uman şi un protocol de reţea

1.1.4. Apariţia protocolului TCP/IP

Naşterea Internetului a dus în 1973 la începutul dezvoltării stivei de protocoale TCP/IP, care se dorea a fi o colecţie de protocoale de reţea implementate în software, care să permită oricărui sistem să se conecteze cu orice alt sistem, folosind orice topologie de reţea. Cinci ani mai târziu, în 1978, era gata versiunea 4 IP, adică aceeaşi versiunea folosită şi în prezent. Imediat după aceea au început să apară o serie de semnale pozitive în legătură cu recunoaşterea TCP/IP: Universitatea Berkeley din California a încorporat stiva de protocoale TCP/IP în versiunea proprie de UNIX-FreeBSD (distribuită gratis) ce avea să devină cel mai folosit sistem de operare în comunităţile academice şi de cercetare.
Introducerea la scară largă a suitei de protocoale TCP/IP a produs o serie de schimbări majore în lumea reţelelor de calculatoare. În primul rând, topologia de bază a unei reţele era concentrată pe un nod central, în care fiecare sistem ataşat trimitea datele unui nod central (pe post de dispecer) pentru a fi procesate. Cu alte cuvinte, utilizatorii din reţea nu aveau independenţă în lucru, orice procesare, tipărire la imprimantă, etc. trebuind să treacă pe la nodul central.

Figura 1.2 Arhitectura generală a Internetului

Odată cu introducerea TCP/IP s-a introdus "descentralizarea", astfel încât fiecare echipament din reţea era tratat independent, fără a mai depinde de un nod central. Această nouă concepţie arhitecturală a permis partajarea aplicaţiilor şi a resurselor la scară largă, având în vedere că un model centralizat top-down nu mai era viabil în cazul existenţei a milioane de echipamente larg răspândite. În plus, acest model oferea siguranţă în exploatare în cazul "căderii" unei componente din reţea, în contrast cu modelul centralizat în care toată funcţionarea se oprea în cazul "căderii" nodului central.