Я познаю мир. Компьютеры и интернет

Когда не видно ни зги...

Каждая разновидность больших систем чаще всего явление уникальное. Никто ведь не станет создавать две дорогостоящие системы сбора информации о погоде, если достаточно одной. Но количество больших систем разного назначения растет с каждым годом. Невозможно представить «вещью в себе» искусственные спутники Земли и орбитальные корабли. Следит за их полетом, принимает от них информацию и передает на Землю большая система, управляемая центральным координационновычислительным центром. Немыслима без наземных служб и аэродромов, размещенных по всему миру., работа национальных и международных авиалиний гражданского воздушного флота. Трудно себе представить, как можно разлучить поезда с вокзалами и системой стальных магистралей, а современный автомобилизм немыслим без системы автозаправочных станций и пунктов техобслуживания...

Словом, в настоящее время различных больших систем насчитывается столько, что, для того чтобы справиться с ними, специалисты разделили их на два класса – детерминированные и недетерминированные системы.

Типичный пример детерминированной системы – автоматическая телефонная станция. В каждом городе есть своя АТС. В крупных городах даже несколько АТС. Система типа АТС работает по жесткой, наперед заданной программе и работает безупречно, пока в ней что–то не поломается. Но поломка тоже нестрашна: придет наладчик – все исправит. И при этом наверняка можно сказать, что с непредвиденной ситуацией он не столкнется.

Детерминированная система потому так и называется, что все ее «выкрутасы» можно знать наперед и составить для обслуживающего персонала четкий перечень инструкций, как действовать в той или иной обстановке. Никакая поломка ведь не заставит АТС города Парижа вдруг перейти на обслуживание абонентов Москвы или, того удивительней, заняться вдруг выпечкой французских булочек.

Иное дело системы недетерминированные. Здесь неопределенностей хоть отбавляй. Классическим примером может послужить система, управляющая воздушным движением в районе того или иного аэропорта. Такая система, состоящая из множества не только машин, но и людей, перерабатывает информацию, поступающую из многих и многих источников: радиолокационных станций, метеобюро, самолетов, наземных служб...

И все идет более или менее гладко, если вся эта информация поступает бесперебойно, погода хорошая и нигде не произошло никакого сбоя, ЧП или аварии. В этом случае с регулированием движения вполне может справиться и ЭВМ. Более того, при работе по отлаженному алгоритму компьютер даст сто очков вперед самому квалифицированному оператору.

Но вот случилась авария, нарушилась радиосвязь или просто испортилась погода... А может и вообще соединились сразу несколько причин, как это, например, описано в романе Артура Хейли «Аэропорт» и в фильме, снятом по этому роману: и буран налетел, и самолет на полосе застрял, и террорист бомбу взорвал...

В общем, причин для нарушения нормального режима множество, их нельзя предугадать заранее, нельзя составить перечень возможных нарушений, а следовательно, и алгоритм решений, требуемых для ЭВМ. Значит, в недетерминированных системах надежда по–прежнему лишь на опыт и интуицию человека–оператора, управляющего системой? А ведь сложность больших систем растет с каждым годом, увеличиваются нагрузки на управленцев, дороже обходятся допускаемые ими ошибки. Неужто ничего нельзя сделать?..

Иерархия в мире машин

Известно, что ныне со многими ЭВМ можно связаться, не выходя из дома, – был бы телефон под рукой. Телефонными каналами связи ЭВМ «связаны» в огромные вычислительные комплексы или, как их еще называют, в вычислительные сети. Там, где один компьютер не может справиться с возложенной на него задачей, справляются все сообща.

В настоящее время в мире действует несколько вычислительных.сетей. Первая территориальная сеть обработки данных ARPA, названная так по начальным буквам слов «Advanced Research Project Agency» – «управление перспективных исследований» – начала функционировать в 1969 году. Она стала прообразом многих других сетей – французской CYCLADES, Европейского экономического сообщества, Международной европейской вычислительной сети, канадской АТА–РАС... Все они устроены примерно одинаково.

В каждой из вычислительных сетей есть своя подсеть из коммутационных процессоров, обеспечивающих обмен информацией между всеми компьютерами, входящими в систему.

В заявках указывается абонент, которому нужна та или иная информация или решение задачи, и адресат, к которому он намерен обратиться за помощью. Адресат может и не указываться, тогда указываются лишь требования к нему – нам зачастую все равно, какая именно ЭВМ решит нашу задачу, лишь бы она сделала это побыстрее. Тогда коммутационный процессор пересылает заявку ближайшей свободной машине с подходящим объемом памяти.

Для облегчения функционирования коммутационных процессоров в сети, как правило, имеются еще коммутационные процессоры–терминалы, которые служат своеобразными буферами между компьютерами и подсетью коммутационных процессоров. С их помощью отыскиваются наилучшие варианты выхода к той или иной машине или группе машин. Вычислительная сеть, как правило, решает сразу множество задач, и поэтому, если данная машина занята, абоненту приходится некоторое время выжидать, пока она освободится.

Если же пользователь ждать не может, он присваивает своей задаче высокий приоритет (нулевой считается высшим), и тогда машина прервет решение задачи с низшим приоритетом и тотчас займется решением более важной и спешной. Вычислительные сети отдельных стран через коммутационные процессоры и каналы связи, в число которых входят и спутниковые, могут быть связаны между собой во всемирную вычислительную сеть.

Как это все может выглядеть на практике, мы с вами сейчас проиллюстрируем с помощью такого примера.

Мегрэ в затруднении

...Ограбление шло как по писаному. Пока слитки золота и пачки денег складывали в мешки (драгоценностей не брали – слишком много возни с их последующей продажей), Жак внимательно оглядывал операционный зал банка и искал зрачки телекамер. О трех из них он знал заранее и обезвредил. Но нет ли где еще?

«Впрочем, чего бояться этих «клопов»? – успокоил сам себя Жак. – Ведь маска надежно скрывает лицо, а мешковатый комбинезон – фигуру!»

Но беспокоился он, в общем–то, не напрасно. В ближайшем полицейском участке уже была объявлена тревога. Дежурный внимательно следил за телевизионным изображением, передаваемым из операционного зала. Рядом работал видеомагнитофон, фиксирующий все происходящее в банке на пленку.

Телевизионный датчик был установлен в люстре, и никто в банке, кроме президента и трех его заместителей, не знал об этом. Он висел на люстре вместе с другими «висюльками» и почти ничем не отличался от них.

Датчик работал непрерывно днем и ночью, посылая изображение в ЭВМ, установленную поблизости. Машина анализировала изображение и классифицировала его как «нормальное» или «ненормальное». В первом случае ничего не следовало, а во втором – изображение вместе с сигналом тревоги передавалось в ближайший полицейский участок, где дежурный должен был принять решение – ограбление это или случайное стечение обстоятельств в зале, классифицированное ЭВМ как ненормальное.

Признаков «ненормальности» много – быстрое движение людей, их нестандартное расположение, не говоря уж о выстрелах и криках... На сей раз сработала нестандартность ситуации – у каждого окошка и каждой двери дежурило по налетчику, а часть людей – клиенты и сотрудники банка – были уложены на пол.

Дежурный вызвал комиссара Мегрэ и подготовил все необходимое: наряд полиции с автоматами уже находился в машине, ворота гаража были открыты, движение по дороге к банку остановлено, а на столе лежали план банка и несколько фотографий с телеэкрана, на которых цифрами указан момент съемки с точностью до десятых долей секунды.

Мегрэ, взглянув на экран, сразу оценил ситуацию: «Дать отбой тревоги! – и на недоуменный взгляд дежурного пояснил: – В зале – заложники. При штурме банка полицией они пострадают первыми...»

Так он и доложил позвонившему начальнику, тот взъярился, но когда Мегрэ предложил ему взять на себя ответственность за жертвы среди населения, которые неизбежны при атаке банка и погоне за бандитами, пошел на попятную. «Ладно, действуйте, как сочтете нужным. Но чтобы бандиты были пойманы уже сегодня...»

Мегрэ усмехнулся и положил трубку. Иного он и не ждал. И принялся действовать.

Прежде всего, он приказал дежурному переслать видеозапись в центральный компьютерный центр. Пусть компьютеры попробуют проанализировать изображение – вдруг да найдут в облике бандитов какие–то отклонения от стандарта...

Ну а пока вычислительные машины решают предложенную им задачу, мы с помощью профессора Леонарда Андреевича Растригина, который и придумал наглядный пример с Мегрэ, попробуем разобраться в технических аспектах данной операции.

Комиссар раскидывает сети

Каким образом ЭВМ может отличить стандартную ситуацию от нестандартной? В этом ей помогли математики–программисты, которые отобразили все возможные ситуации в виде матриц «О» и «1». В итоге система получила большую надежность, чем если бы дежурный все время наблюдал за телеэкраном. Ведь людям свойственно уставать, засыпать в самое неподходящее время, отлучаться по своим естественным надобностям т.д. Электронный же страж нападение не проспит. Как и произошло в нашем примере.

Записанное телеизображение тоже было закодировано набором цифр, характеризующих степень яркости каждой из его точек. Например, нуль характеризует черную точку, а единица – белую. Тогда S определяет серую точку и т. д. Каждая точка изображения на телевизионном экране таким образом характеризуется тремя числами: номером строки, номером столбца и яркостью.

Полученный массив данных загнали в память центрального компьютера, и тот стал по специальной методике искать отличия от нормы.

Однако час проходил за часом, но конца этим поискам было не видно. Тогда Мегрэ попросил сотрудников центра связаться с другими ЭВМ по линии Интерпола (так называется международная полицейская организация, занимающаяся розыском преступников по всему миру).

Интернета в ту пору еще не существовало – не забывайте, что последний роман о комиссаре Мегрэ был написан еще четверть века назад, но специализированные экспертные сети уже существовали. И десятки машин тут же принялись решать одну задачу.

Причем для быстроты с ними связывались не по обычной телефонной сети, а через спутник. Такой способ хорош уже тем, что радиосигнал со спутника может быть одновременно воспринят многими абонентами.

И всеобщими усилиями, перебрасывая друг друг части задачи и сведения о полученных решениях, ЭВМ все же решили задачу Мегрэ. Еще через час он получил сообщение, что один из налетчиков, бывших в банке, немного прихрамывает.

Этого оказалось вполне достаточно, чтобы центральный полицейский компьютер Парижа выдал личные дела трех подозреваемых. Среди них Мегрэ сразу выделил Весельчака Жака, своего старого знакомца. Жак по его сведениям давно был без средств, и хотя обычно работал один, на сей раз мог пойти на дело в компании.

Мегрэ составил список знакомых Жака и через пятнадцать минут перехватил его, уже прогуливавшегося у собственного дома для обеспечения алиби.

«Жак, – сказал комиссар без предисловий, – за ограбление банка придется отвечать. Тебя вычислил компьютер, так что не отвертишься. И если не хочешь сидеть один, укажи, кто из них еще был с тобой...»

Грабитель был настолько ошарашен таким оборотом: дела, скоростью, с которой его вычислили, что не смог долго сопротивляться. И указал еще несколько имен из списка.

Мегрэ прямо из машины позвонил начальнику. «Докладываю: задержан один из бандитов – Жак Волье, – сказал он. – Остальные известны, их розыск начинается немедленно...»

Мечта академика Глушкова

Положа руку на сердце, нужно признать – не очень успешно. Дает себя знать как наше первоначальное отставание, вызванное тем обстоятельством, что кибернетику у нас некоторое время считали буржуазной лженаукой, так и наши нынешние проблемы в промышленности – она никак не может наладить выпуск дешевых и качественных российских компьютеров в достаточных количествах.

И все–таки наши отечественные повелители компьютеров не унывают. Они разрабатывают машины новых поколений, придумывают новые способы развития микротехнологий и выдвигают оригинальные новые идеи, касающиеся развития компьютерных систем и сетей в будущем.

К примеру, еще лет двадцать назад рано ушедший из жизни академик В. М. Глушков выдвинул идею кибернетического города. По его мнению, общество будущего не сможет обходиться без помощи компьютеров ни секунды. «Родилась идея – продиктовал ее машине, чтобы додумала, пока ты умываешься. А то ведь, знаете, как бывает? Новая идея ученому ни отдохнуть, ни заснуть не даст, все он будет думать, чтобы не забыть до завтра...»

Ну а коль в квартире появляется компьютер, то ему можно найти и другую работу. Скажем, уходя в гости, можно дать компьютеру задание переключать все телефонные звонки на другой номер. Поставил человек на плиту чайник и дал машине задание, чтобы вскипятила воду к такому–то часу. Задержался, звонишь по телефону, меняешь программу.

Заболел кто–то из младших членов семейства – врач запретил в школу ходить. Пожалуйста, дисплей расскажет и покажет все, что проходят в классе. Если педагоги составят специальную программу, то машина сможет заниматься с каждым учеником индивидуально. Тут уж не схалтуришь, не спишешь...

ЭВМ будет также пунктуально следить за здоровьем каждого члена семьи. Позволит иметь на дому библиотеку по всем интересующим его проблемам – микрокопии редких книг будут передаваться по телеканалу компьютером центральной библиотеки, а копию отпечатает ваш домашний дисплей.

На пути к кибергороду

Мечта академика постепенно начинает сбываться. В США и Японии построены первые образцы так называемых или «сообразительных интеллектуальных» жилищ, в которых вся домашняя техника подчиняется командам компьютера. Он, например, каждый вечер дает команду на полив садика под окном. Если же на улице идет дождь, сообразительная ЭВМ отложит полив до более подходящей погоды. Разрабатывается прототип подобного жилища и у нас.

Компьютерные жилища, по мысли Глушкова, должны объединяться в компьютерный город. И тут у нас есть интересные разработки. Не столь давно, к примеру, мне довелось беседовать с ученым секретарем научно–производственного объединения АСУ «Москва» А.Д. Маловым.

«Сокращение АСУ расшифровывается так – автоматизированная система управления, – пояснил Андрей Дмитриевич. – Конечно, такой большой и разветвленной системой, какой является современное городское хозяйство, очень трудно управлять вручную. Поэтому мы и решили возложить эту задачу на плечи ЭВМ. Комплекс взаимосвязанных автоматизированных систем управления хозяйством столицы включает в себя АСУ самого разного уровня, начиная от автоматизированного рабочего места и кончая общегородскими и межотраслевыми автоматизированными системами. Уже на первом этапе своего развития комплекс «Москва» должен объединить более 500 автоматизированных систем управления предприятиями, организациями и объединениями»...

Все это хозяйство базируется на сети вычислительных центров коллективного пользования. Причем каждый территориальный центр имеет систему абонентских терминалов, приспособленных для работы людей самых разных специальностей – научных работников, инженеров, архитекторов...

Перечень обязанностей АСУ «Москва» довольно длинен. Вот лишь некоторые из них: межотраслевая АСУ «Строительство», система автоматизированного проектирования «Застройка», подпрограмма «Расчет пассажиропотоков и транспортной сети города»...

Например, обращение к «Застройке» тут же вызывает на экран дисплея план городского района. Причем он был, что называется, живым: по командам Малова условные значки, обозначавшие дома и скверы, проезжие магистрали и пешеходные дорожки, перемещались словно стеклышки в калейдоскопе – машина искала наилучший вариант застройки.

«Хочется ведь, чтобы и как можно меньшее количество земли было занято домами, и чтобы подъезды к зданиям были удобные, и чтобы у каждого микрорайона был свой зеленый уголок, и чтобы до школы, магазина, троллейбусной остановки было недалеко», – пояснил А. Д. Малов действия компьютера.

Но вот окончательный вариант планировки готов. Машина может также увязать его с Генеральным планом развития столицы, проведет разработку сметно–проектной документации, организует инженерную подготовку намеченных под строительство площадей, закрепит их за теми или иными строительными организациями...

Так что, как видите, польза от АСУ «Москва» большая. А на очереди создание еще АСУ «Санкт–Петербург», «Новосибирск»... Так большая система будет расти вширь. Возможно и развитие ввысь. Мы уже говорили о том, что АСУ базируется на сети вычислительных центров коллективного пользования – ВЦКП. В случае необходимости эти центры подсоединяются к межотраслевым ВЦКП, а те, в свою очередь, координируются центральным ВЦКП города. И на том цепочка не заканчивается, поскольку центральный вычислительный центр может стать частью создаваемой в настоящее время государственной сети вычислительных центров – ГСВЦ. А там, в общем–то, недалеко и до ОГАС – общегосударственной автоматизированной системы.

Во всяком случае, так представлял себе развитие всей цепочки академик В. М. Глушков.

Правда, нынешние экономисты уже говорят, что чрезмерная централизация вредна для производства. И приводят в качестве примера автомобильную империю Форда. Действительно, какое–то время назад концерн едва не потерпел крах из–за управленческих трудностей. Чтобы спасти положение, нынешний автомобильный «король», внук Форда–1, разделил концерн на несколько фирм, которым теперь разрешено не только сотрудничать, но и конкурировать друг с другом.

Различные точки зрения на централизацию и децентрализацию в какой–то мере связаны с социальными условиями, в которых приходится работать специалистам. Никто ведь, например, не говорит всерьез о сколь–нибудь строгом общегосударственном планировании в условиях капитализма, когда очень многое в производстве определяет стихия рынка. Перестают считать централизацию панацеей от всех бед и в нашей стране. Напротив, специалисты ныне считают, что многие беды нашей экономики происходят сегодня как раз от чрезмерной централизации управления.

Примирить спорщиков можно, пожалуй, с помощью такой аналогии. Хороший оркестр в принципе может играть и без дирижера. Однако при этом слаженно и синхронно он исполнит хорошо знакомую, до мелочей разученную с дирижером вещь. Если же нужно выучить новое произведение, помощь дирижера необходима. Он не заставляет музыкантов играть, он лишь направляет, координирует их усилия.

На таких же принципах, видимо, и надо строить общегосударственную и всемирную экономику. Каждая страна пусть исполняет свою партию, выполняет свою часть работы. Но чтобы своей деятельностью она не вносила диссонанс в общий хор, ее усилия должны быть скоординированы, соразмерены с другими. Как раз такой деятельностью и могут заниматься вычислительные сети, которые рано или поздно объединят все компьютеры Земли в единую, общепланетную сеть – еще более всемогущую, чем нынешний Интернет.

Мир, опутанный сетью

Необходимость в объединении вычислительных машин возникла из повседневной практики. Первые ЭВМ были ужасно громоздкими и дорогими. Далеко не всякий университет или научный центр мог позволить себе подобную роскошь – обзавестись персональной ЭВМ. С другой стороны, там, где они были, компьютеры довольно часто простаивали – потребители не могли загрузить их работой на все 24 часа в сутки. А простой ЭВМ – это опять–таки убытки...

Тогда и родилась идея распределения вычислительной мощности. Пусть один компьютер обслуживает сразу нескольких потребителей, которые связываются с ним с помощью терминалов. Как выглядел такой терминал, мы можете понять, взглянув на нынешний персональный компьютер – его клавиатура и телемонитор ведут свое начало именно с того времени.

Сама же по себе необходимость в обмене информацией существует столько же времени, сколько и сам человек. Развитие речи, «язык» дымов и там–тамов, морской флажковый и световой телеграф – вот лишь некоторые способы такого обмена.

Однако подлинный прогресс в этом деле начался, пожалуй, лишь с открытием электричества. В 1832 году российский изобретатель П.П. Шиллинг создал первый электромагнитный телеграф. Ему же принадлежит и идея прокладки подземных и подводных кабелей – прототипов большинства нынешних линий связи. В начале XX века к проводам и кабелям прибавилась еще и радиосвязь, которая в наши дни все чаще становится спутниковой.

Одна их первых подобных систем – ARPA – появилась в начале 70–х годов XX века в Управлении перспективных исследований Министерства обороны США. А сеть, связывающую воедино ее пользователей, соответственно – ARPAnet («net» в переводе «сеть», «тенета»).

В конце 80–х годов местных, локальных систем стало настолько много, что они объединились в большую международную сеть. Ее название родилось как бы само собой – Internet – «всемирная паутина».

Спрос рождает предложения

Поначалу локальные сети были, как правило, специализированными. Например, и по сей день многие пользуются услугами сети Министерства путей сообщения «Экспресс–2», покупая с ее помощью билеты. Аналогичная система «Сирена» есть и в Аэрофлоте. Свои специализированные сети имеют Минтопэнерго, Мингазпром, другие министерства и ведомства.

Поскольку они зачастую обмениваются информацией и между собой, то, чтобы не посылать для этого курьеров, как делалось еще в гоголевские времена, ведомственные сети стали объединяться с помощью телефонных и иных каналов связи. Ныне это сделать просто: подсоединил свой персональный компьютер к телефонной сети и, пожалуйста, – можно как принимать информацию, так и посылать ее без всяких препятствий.

Устройство, позволяющее подсоединить персональный компьютер или рабочую станцию к информационной сети, называется модемом. Задача модема – преобразовать сигналы, посылаемые и принимаемые компьютером, в такую форму, чтобы, с одной стороны, они без помех проходили по телефонной и прочим сетям, с другой – без помех воспринимались компьютерами как на одном, так и на другом конце связующей линии.

Все эти проблемы на сегодняшний день решены, и всякий владелец персонального компьютера при желании может подсоединиться к Интернету. Лишь бы был у него в доме телефон, а в данном городе или населенном пункте – оборудование для подсоединения к системе спутниковой связи. Остальное просто – несколько нажатий клавиш на клавиатуре – и вот вы уже в глобальной информационной сети.

Но за этой простотой скрыта напряженная работа инженерной мысли.

Шлите информацию пакетами

Для того чтобы установить связь между удаленными друг от друга компьютерами, естественнее всего было использовать телефонные линии – ведь они уже существуют, не надо тратиться на прокладку новых.

Однако уже первые эксперименты показали, что телефонная связь не очень надежна. При этом неизбежны потери данных, а это вело к серьезным сбоям в работе компьютеров. Необходимо было придумать, как по ненадежным линиям связи передавать информацию с высокой надежностью.

Эту головоломку решили американские инженеры Леонард Клейнрок и Лоренс Робертс. Ими был разработан пакетный принцип передачи данных. Вся информация, предназначенная к передаче, предварительно разбивается на мелкие фрагменты–«пакеты», в которые кроме собственно передаваемых данных записываются и сведения об отправителе и адресате. Такие «пакеты» могут вполне независимо передаваться по линиям связи, а уже на компьютере–получателе вновь собираться в единое целое, подобно мозаике.

Были сконструированы и специальные устройства, которые обрабатывали данные, переводили их в форму «пакетов» в соответствии с определенными правилами – на техническим языке это называется «по специальному протоколу» – и отправляли другому компьютеру. Там, естественно, тоже стояло устройство, которое принимало «пакеты» и собирало их содержимое в единое целое.

Краткое название таких устройств «IMP», что расшифровывается как Interface Message Processor. – «обработчик межкомпьютерных сообщений». Вообще же слово «интерфейс» в среде компьютерщиков обозначает метод, способ или программу взаимодействия.

Заодно имейте в виду, что и слово «протокол» на компьютерном языке не имеет ничего общего, скажем, с милицией. Компьютерщики обозначают им свод правил, нечто вроде особого языка, на который компьютер переводит передаваемую информацию, чтобы та была принята и понята другим компьютером. Всякая компьютерная сеть строится на основе единого для всех протокола. Иногда, впрочем, их бывает несколько.

Как возникла «сеть сетей»?

ARPAnet была введена в действие в декабре 1969 года. Она состояла всего лишь из четырех компьютеров Калифорнийского университета Лос–Анджелеса, Стэнфордского исследовательского института, Калифорнийского университета Санта–Барбары и Университета штата Юта. Через два года сеть включала в себя уже более двадцати ЭВМ, которые стали называть хостами. Так и поныне именуют компьютеры, постоянно подключенные к сети.

В октябре 1972 года сеть ARPAnet была представлена широкой публике на Первой международной конференции по компьютерам и коммуникациям, проведенной в Вашингтоне. Вскоре и в США, и Западной Европе стали возникать другие сети. Так начала превращаться в реальность казавшаяся некогда фантастической идея создания «галактической сети». Однако соединить разрозненные сети воедино можно было лишь в том случае, когда передача информации в них происходила бы единым способом.

И вот в 1974 году американцы Боб Кан и Винтон Серф предложили поистине революционное решение, которое открыло дорогу к созданию «сети сетей». Ими был разработан TCP/IP (transmission control protocol/internet protocol) – протокол контроля передачи (данных)/интернет протокол. Он и стал универсальным языком общения различных сетей друг с другом.

Первая демонстрация передачи данных через три разные сети состоялась в 1977 году. Данные путешествовали по территории США, Великобритании, Швеции и Норвегии и прошли около 150.000 километров без малейших потерь.

Всемирное «метро»

Понять, как работает Интернет, проще всего на таком наглядном примере. Во многих крупных городах есть метрополитен. Приехав, скажем, в Москву, люди поначалу теряются, пытаясь запомнить, куда и как можно проехать. Но потом осваиваются. Выбирая маршрут, надо просто посмотреть на схему и прикинуть, на каких станциях надо сделать пересадки.

В какой–то мере отдельные линии метро можно сравнить с региональными сетями, входящими в Интернет. Информация тоже может путешествовать, как с «пересадками», так и без них. Роль пересадочных станций играют в межсетевом пространстве специальные компьютеры, которые называют «шлюзами» (по–английски «gateway»). Они соединяют сети между собой, и «пакет» данных, следующий к адресату, может встретить на пути больше десятка шлюзов.

Когда мы выбираем оптимальный маршрут следования по схеме метрополитена, то учитываем не только количество станций, разделяющих начальный и конечный пункты маршрута, но и некоторые другие соображения. Например, известно, что в часы пик лучше не ездить по кольцевой линии, забитой пассажирами. И если есть иная возможность, то лучше проехать 2–3 лишние остановки, но по радиальным линиям.

Аналогичная ситуация возможна и в Интернете. Прямой путь может оказаться забитым информацией, и тогда логичнее переслать свои «пакеты» кружным путем – все равно они прибудут на конечный пункт быстрее. Выбрать оптимальный маршрут в этом случае помогают опять–таки компьютеры–«шлюзы» и компьютеры–«маршрутизаторы» (по–английски «routers»). Именно они определяют, куда, в какую сеть отправить дальше «пакет», чтобы обеспечить самую высокую скорость передачи.

Правда, любящие точность профессионалы могут сказать, что «шлюз» и «маршрутизатор» – „строго говоря, это не совсем одно и то же самое; Однако лишь немногим удается объяснить различие, не забираясь глубоко в компьютерные дебри. Так что давайте будем считать, что это одно и то же. А более подробно о способах и методах пересылки «пакетов» информации мы поговорим в главе «Кровеносная система Интернета».

Революция, которую заметили немногие

На протяжении 70–х и 80–х годов XX века Интернет набирал силы прежде всего за счет роста и развития новых сетей по всему миру. Так, в 1979 году для передачи электронной почты и организации «телеконференций» была создана сеть USENET. Чуть позже возникла британская JANET. В 1982 году начала работу EUnet (Европейская Юникс–сеть). Еще два года спустя к строительству сетей присоединилась Страна восходящего солнца, организовав Японскую Юникс–сеть (JUNET). И наконец, в 1986 году первое сообщение в сеть USENET было отправлено из СССР.

«Холодная война» близилась к концу, и наша страна тоже стремилась войти в мировое сетевое сообщество. Однако тут же выяснилось, что состояние телефонной сети на территории СССР близко к катастрофическому. Вспоминается один анекдот, наглядно характеризующий качество телефонии в нашем отечестве. Человек, отчаянно пытающийся дозвониться из Урюпинска в Жмеринку, в конце концов звонит в Нью–Йорк и просит тамошнюю телефонистку связать его со Жмеринкой. «Yes, mister!» – любезно отзывается та.

Ныне с телефонной связью дела более–менее налаживаются. А вот в Интернете бывает и так, что связь с компьютером, расположенным даже не на Украине, а здесь, в России, все равно идет через США. Дело в том, что именно на родине Интернета находятся и наиболее современные линии связи, и наиболее мощные «шлюзы», способные с высокой скоростью обрабатывать и передавать по назначению огромный поток компьютерных данных.

Слабым местом Интернета во многих случаях и по сей день остается малая пропускная способность отдельных компьютеров–«хостов».‘Чтобы «сеть сетей» работала быстро, ей нужны сверхмощные компьютеры–маршрутизаторы. Первой опять–таки спохватилась Америка. В 1985–1986 годах в США по инициативе Национального научного фонда (NSF) для нужд науки и образования была создана общенациональная сеть NSFnet. Основу новой сети составили пять суперкомпьютеров–маршрутизаторов, обрабатывавших информацию со скоростью 56.000 байт в секунду.

Еще одно благоприятное событие в истории глобальной сети произошло в 1991 году, когда были сняты ограничения на доступ частных пользователей в сеть NSFnet. Важнейшая роль в развитии Интернета отныне досталась коммерческим компаниям, которые могли продавать услуги доступа в Интернет всем желающим. С этого момента количество персональных компьютеров в сети стало расти невероятными темпами.

Как отловить льва в пустыне?

Впрочем, чтобы Интернет действительно стал общедоступной сетью, чтобы им мог пользоваться практически каждый человек после минимального обучения, должно было произойти еще одно событие. А именно в 1991 году в Швейцарии, в Европейском центре физики высоких энергий (CERN), группа научных сотрудников разработала систему, которая значительно облегчила поиск тех или иных источников в Интернете. В ее основу был положен так называемый гипертекст.

Идею создателей гипертекста опять–таки проще всего изложить с помощью анекдота. Как–то один литературный герой, а именно Тартарен из Тарраскона, предложил такой способ отлова льва в пустыне: «Надо просеять весь песок. Он высыпется, алев останется...»

Как ни странно, но примерно так и действует гипертекст. Если бы вся эта история была изложена не на страницах книги, а в Интернете, вам было бы достаточно навести указатель электронного манипулятора «мышь» на слово «Тартарен», как вы бы узнали, в какой книге описаны его приключения. А щелкнете «мышью» по словам «отлов льва», и вашему вниманию будут представлены действительные способы охоты на этого хищника.

Каждый щелчок «мышью» по гиперссылке компьютер воспринимает как команду на поиск другого документа в сети, расположенного по определенному адресу. Причем сведения о Тартарене могут оказаться в памяти компьютера, расположенного в Париже, а справка об охоте на львов – скажем, где–то в Каире. Все это не мешает воспринимать увиденное на экране как единое целое, как страницы одной суперкниги, в которой изложено все, что накоплено человеческой цивилизацией за тысячелетия ее существования.

Гипертекстовые документы в сети поэтому и называются страницами («page» по–английски). На странице скорее всего окажется не только текст, но и рисунки, фотографии и прочие сведения по данной теме. Причем сами они, в свою очередь, тоже могут выступать в роли гипертекстовых ссылок. Так что блуждать по страницам суперкниги можно бесконечно...

Однако чтобы документы в сети приобрели свойства гипертекстовых страниц, их необходимо было записать на специально придуманном для этого языке разметки гипертекста («Hypertext Mark–Up Language» или сокращенно HTML). Причем для передачи гипертекста по сети в CERN был разработан специальный протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol).

А вся эта созданная на технической основе Интернета система гипертекстовых документов и ссылок получила от разработчиков название «всемирная паутина» (по–английски World, Wide Web, сокращенно WWW). Отсюда словечко «веб» (web), то есть «паутина», вошло в состав таких недавно появившихся в русском языке сложных слов, как «веб–страница», «веб–сайт», «веб–дизайн».

Таким образом, Интернет и «паутина» в принципе не одно и то же. Интернет – это оболочка сети, а «паутина» – ее содержимое.

Разумеется, для чтения гипертекстовых страниц в сети необходимо было придумать особую программу. Она получила название «браузер» (browser), то есть «листалка». Первые браузеры были очень простыми, позволяли рассматривать текст и изображения лишь раздельно, в разных «окошках».

Браузер, который позволял в полной мере использовать все преимущества языка HTML и получить на экране компьютера красочное изображение веб–страницы, появился только в 1993 году. Его создал Марк Эндриссен, сотрудник американского Национального центра приложений для суперкомпьютеров. Он же и присвоил браузеру имя Mosaic X.

Именно Mosaic X стал прототипом двух наиболее популярных на сегодня моделей «листалок» Microsoft Internet Explorer и Netscape Navigator.

Все это и позволило Интернету стать воплощением того, что нынче называется мультимедиа. Именно «всемирная паутина» сделала «сеть сетей» понятной и доступной миллионам людей, превратила ее в уникальный по своему богатству источник информации.

Замечательные протоколы

Главный недостаток Интернета – низкая пропускная способность линий связи. Так педанты–инженеры именуют главное свойство кровеносной системы Интернета, тех миллионов километров медных и стекловолоконных проводников, множества микроволновых и радиотрасс, которые и позволяют «всемирной паутине» быть вездесущей. Их недостаточная мощность и препятствует дальнейшему распространению этого чуда. Почему так получилось?

Вспомните, что Интернет вырос из американской военной компьютерной сети. Его строение, или, как говорят электронщики, архитектура, не имела главного вычислительного центра, при поражении которого вся сеть вышла бы из строя.

Чтобы компьютеры понимали друг друга, у них должен быть общий язык. Его роль выполняют для ЭВМ протоколы – одинаковые правила–программы для всех компьютеров сети, обслуживающие встречные потоки информации.

Протоколы бывают разных уровней. Всего их семь. Протоколы верхних трех этажей – прикладные, представительские и сеансовые – определяют в общем, какой компьютер с каким должен связываться. Протоколы нижних этажей, или уровней, – транспортные, сетевые, канальные и физические – определяют конкретные пути, по которым должны следовать порции или пакеты информации.

Надо сказать, что быстрое развитие Интернета во многом обязано замечательно написанным протоколам – как это ни странно слышать. Однако их умная конструкция и написание позволяют вводить, обрабатывать и выводить из современной персоналки огромные массивы данных.

Пробки бывают и в сети

Однако и это не позволило решить основные проблемы Интернета. На выходе потока информации из компьютера ее зачастую ожидает неприятный сюрприз, который на языке водителей называется транспортной пробкой.

Представьте себе множество машин, скопившихся у железнодорожного переезда. Каждая из них везет какой–то груз. Как только стрелочник откроет шлагбаум, машины рванутся вперед. Но насколько быстро они смогут доставить своих пассажиров и груз к пункту назначения? Это во многом зависит от качества и ширины дорожного полотна. Если дорога узкая, то даже самая мощная и скоростная машина будет плестись со скоростью впереди идущего ослика.

Пропускная способность канала связи во многом подобна ширине шоссе; именно она определяет, сколько данных и как быстро можно передать от одного компьютера другому. Измеряют эту величину в килобитах в секунду.

Бит – это, как известно, минимальная единица информации, которую понимает ЭВМ. Каждый бит может принимать одно из двух значений – «О» или «1». Любой символ, команду или цифру можно записать чередой «О» и «1» или, говоря иначе, двоичным кодом.

Удобнее, конечно, было бы пользоваться привычной нам десятичной системой счисления. Однако так рассуждают люди, далекие от информатики. Компьютерщики знают, что принцип «да – нет», «горит – не горит», идет импульс или нет, позволяет реализовать связь гораздо более надежно, чем, скажем, голосом по телефону. Известно же, что те же радисты, когда связь неустойчива, тут же начинают передавать морзянку – ее куда слышнее.

Точно так же и при помощи двоичной системы меньше вероятность ошибки, большая надежность передачи информации в неискаженном виде. Причем для передачи одной единицы текста таким образом нужно от 8 до 64 бит.

Когда речь идет о больших массивах, их чаще измеряют в тысячах битов или килобитах, а также в миллионах бит – мегабитах. При скорости передачи данных 10–20 килобит в секунду одна страница печатного текста будет доставлена потребителю примерно за пару секунд.

Много это или мало? Вообще–то не очень много. Но именно такова сегодня средняя скорость передачи данных в системе Интернет при помощи обычного телефонного кабеля для рядового пользователя во время, когда сети не очень перегружены.

«Принцип печеной картошки»

Что делают водители, когда видят, что впереди пробка? Стараются ее объехать. Сворачивают на боковые улицы, проселочную дорогу, делают «крюки», поскольку знают – лучше все же ехать, чем стоять.

Примерно так же поступают и компьютеры в сети. Исходящая из них информация, как уже говорилось, разделяется на отдельные порции или «пакеты». И специальные системы следят, какие линии в данный момент свободны. По ним и отправляют тот или иной «пакет». Пусть он пересылается кружным путем, но все равно придет к месту назначения быстрее, нежели освободится прямая линия.

А в конечном пункте все прибывшие «пакеты», которые еще в исходном пункте были пронумерованы по порядку, выстраиваются по ранжиру, и принимающая ЭВМ получает информацию в полном порядке и объеме.

Такой способ передачи «пакетов» иногда называют «принципом печеной картошки». Вспомните, извлеченную из углей горячую картошку перекидывают с ладони на ладонь, чтобы не обжечься. Точно так же и «пакеты» перебрасывают по свободным линиям: быстрее, быстрее – пока информация не «остыла», не устарела...

По проводам или без них?

Теперь давайте познакомимся с основными способами связи компьютеров и сравним их возможности. Вены и артерии Интернета – это прозрачные и тонкие светопроводящие кабели. Они настолько тщательно сделаны, что световой импульс проходит тысячи километров, практически не ослабляясь. По волоконно–оптическим трассам несутся огромные потоки информации – от 2 до 20 тыс. мегабитов в секунду по одному жгуту. Причем каждое волокно зачастую несет не менее 2 мегабит.

Именно они связывают главные узлы сети, из которых информация растекается по медным капиллярам телефонных линий к нам, конечным потребителям. Вот эти–то капилляры и представляют собой самое слабое место во всем сложном организме Интернета. Обычные телефонные линии редко позволяют работать со скоростью более 30 килобит в секунду. И до сих пор никто не придумал способа реально расширить их возможности.

Профессионалы называют такое затруднение «проблемой последней мили», намекая на то, что одолеть последнюю милю дистанции бывают зачастую столь же трудно, как и всю остальную часть дистанции.

Тем не менее в настоящее время достижения Интернета огромны. Но захватить главный информационный плацдарм, можно только отвоевав его у телевидения. Значит, без передачи по сети «картинки» – движущегося телеизображения – ни о какой руководящей и направляющей роли Интернета говорить не приходится. В него не потекут основные рекламные деньги, от которых зависит ныне благополучие всех средств массовой информации. Телевидение же требует порядка мегабита для любого пользователя. Получается, что волокно в таком случае должно войти буквально в каждый дом. Но такое удовольствие стоит несколько тысяч долларов. Кому оно по карману?

Поэтому будущее Интернета многие специалисты видят в беспроводной связи. Она существует примерно столько же времени, сколько и телефон. От опыта Фарадея и уравнений Максвелла, открывшего электромагнитные волны, через эксперименты Герца и Попова, такая связь триумфально вошла в нашу жизнь после передачи Маркони радиосигналов через океан.

Маркони вдобавок открыл и ионосферу – слой заряженных частиц на высоте нескольких сот километров, от которых отражаются как от зеркала радиосигналы многих частот.

А нельзя ли обойтись без проводов и в нашем случае и передавать информацию без проводов от ЭВМ к ЭВМ? К сожалению, пока не получается. Радиоволны не годятся прежде всего потому, что имеют низкую частоту, а значит, и малую вместимость сигнала. Поэтому телевидению и стереофоническому радио приходится пользоваться не метровым, а дециметровым диапазоном волн.

Недавно отыскался интервал и в микроволновом или сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне, давно применявшемся в радиолокаторах, который позволяет передавать большие «пакеты» информации. Однако по сравнению с радиодиапазоном микроволновый имеет два серьезных недостатка. Во–первых, более короткие СВЧ–волны уже не отражаются от ионосферы и безвозвратно теряются в окружающем нашу планету пространстве. Конечно, утешает, что такое свойство позволяет обеспечить связь с космическими кораблями, однако на Земле–то как быть?..

Во–вторых, СВЧ–луч практически не огибает препятствия, а мы с вами, как известно, живем на круглой планете. Не говоря уже о том, что такой луч даже в городе может натыкаться на стены небоскребов и прочие препятствия...

Однако успехи, достигнутые за последнее время на прямых микроволновых трассах, ошеломляют: 155 мегабит в секунду позволяет передавать такой луч. Это – вместимость хорошего стекловолоконного кабеля, прокладывать который приходится с большими трудами и за громадные деньги.

Получается, что за одну минуту через мировое пространство можно передать библиотеку, вмещающую всю русскую классическую литературу – от Нестора до Бродского, за день – тексты всей бывшей ленинской библиотеки. В общем, как раз такая скорость нужна для передачи качественной цифровой видеоинформации.

На СВЧ–диапазон возлагаются и главные надежды в создании всемирной сети Интернета. Так, несколько лет назад консорциум «Иридиум», возглавляемый всемирно известной компанией «Моторолла», обещал облагодетельствовать любого пользователя подключением к сети Интернет в любой точке Земли уже к 2000 году. Для исполнения этой мечты было запущено 66 низколетящих спутников связи, успешно прошедших тестирование в экспериментальном режиме.

В ноябре 1998 года компания «Иридиум» начала продажу всем желающим телефонов и пейджеров всемирной спутниковой связи. И вот тут выяснилось, что удовольствие это стоит около 7000 долларов, так что желающих быть облагодетельствованными оказалось куда меньше, чем планировалось. А это, в свою очередь, не позволило компании запустить дополнительные спутники, сделать сеть действительно всемирной и удешевить ее услуги. В общем, XXI век уже наступил, однако связь каждого с каждым пока отсутствует.

Тем не менее, стартовав раньше всех, компания «Иридиум» проложила для других столбовую дорогу. Поучившись на чужих ошибках, конкуренты нашли способы снизить расходы. Скажем, проект «Глобал стар», опираясь на новые технологии, обеспечивает все те же услуги, но в три раза дешевле. Причем пропускная способность Интернет–линий в данном случае повышается до 9 килобит в секунду.

Хотя и эта цифра далека от того предела, за которым возможна широкомасштабная атака на телевидение, такая связь дает шанс каждому обмениваться любыми текстами с каждым, у кого есть такая же персоналка.

Зная об этом, следующий участник заочной гонки, а именно известный всем Билл Гейтс, дождался очередного прорыва в области микроволновой связи и заявил о запуске 288 низкоорбитальных спутников–малюток, которые могут обеспечить все те же услуги и еще дешевле. Таким образом, проект «Теледезик» стал очередным шагом к успеху, обеспечивая передачу 155 мегабит в секунду.

Впрочем, данная революция тоже обошлась недешево – по 1200 долларов с каждого пользователя. Кроме того, у данной системы есть недостаток, причем неустранимый – над Сахарой и Нью–Йорком информационные потоки будут одинаковой плотности. Однако для Сахары этого будет чересчур много, а для Нью–Йорка – чересчур мало. Идеальным «Теледезик» оказался лишь для малонаселенных районов, типа нашей российской глубинки. Однако денег там немного и Биллу Гейтсу будет нелегко вернуть потраченные средства. А вложено ведь немало – около 10 млрд долларов.

Дирижабль вместо спутника

А ведь ту же задачу можно решить и более дешевым способом. Так, во всяком случае, полагает бывший госсекретарь и командующий войсками НАТО, боевой генерал Александр Хейк. Проект, разработанный им и названный «Sky station» («Небесная станция»), базируется не на спутниках, а на 250... дирижаблях! Их поднимут над крупнейшими городами планеты, и они, согласно расчетам, перекроют около 80 % территории планеты.

Согласно расчетам, именно дирижабли и привязные аэростаты оказались идеальными носителями антенн–ретрансляторов для крупных городов. Они ведь без особых затрат могут месяцами висеть над тем или иным городом, исправно выполняя обязанности по перераспределению информации.

Тем более что современный проект высотного дирижабля вобрал в себя все последние технологические разработки. В итоге такой носитель может связать воедино широкополосной сетью область с диаметром порядка 1000 км – это больше московского региона. Такой дирижабль стационарно висит в стратосфере, на высоте около 21 км, никому в общем не мешая. Ведь, например, гражданские самолеты летают на высотах ниже 12 км.

Снизу к дирижаблю подвешивается специальная платформа, на которой располагается необходимая телекоммуникационная аппаратура. Всю энергию, необходимую для работы ретранслятора, обеспечат солнечные батареи. Их расположат прямо на оболочке дирижабля. Таким образом, никакой дозаправки ему не потребуется. И спускать его вниз будут лишь изредка – для ремонта или модернизации какого–то узла. Но такая операция, сами понимаете, обойдется куда дешевле, чем отлавливание в космосе захандрившего спутника.

В итоге получается, что у «всемирной паутины» в XXI веке есть все шансы победить конкурентов и стать монопольным держателем каналов информации для всех. Так что готовьтесь Интернет идет к вам!