1.6. Складові процесу інкапсуляції

Усі комунікаційні з’єднання в мережі відбуваються при відправленні інформації від джерела до місця призначення. Інформація, що передається в мережі, являє собою дані або пакети даних. Якщо комп’ютер А (хост А) пересилає дані комп’ютеру В (хост В), то дані попередньо перетворюються у пакети за допомогою процесу інкапсуляції.

В результаті інкапсуляції до даних додається спеціальна протокольна інформація перед відправкою їх у мережу. Оскільки пакет даних рухається вниз через рівні моделі OSI, то на цьому шляху до нього додаються заголовки, трейлери, і інша інформація.

Для того, щоб зрозуміти процес інкапсуляції, розглядають передачу даних через рівні моделі OSI, як це зображено на рисунку нижче.

Потік даних відправника починаючі з прикладного рівня передається далі вниз через інші рівні.

Мережа передачі даних, де використовується комутація пакетів, називається мережею комутації пакетів, а її комутаційні вузли дістали назву вузлів комутації пакетів. У вузлах комутації пакетів реалізуються три нижніх рівні еталонної моделі OSI, на яких використовується три типи протокольних блоків даних: послідовність біт, кадр і пакет. На рисунку нижче показана послідовність перетворення протокольних блоків даних при передачі їх мережею комутації пакетів. На верхніх рівнях систем протокольний блок даних розглядається як інформаційний блок (на транспортному рівні в групу даних, що має назву сегмент), який на мережевому рівні "пакується" в пакет.

Сформовані на мережевому рівні пакети передаються на канальний рівень, де до пакета додається службова інформація, необхідна для виконання функцій канального рівня, у результаті чого формується кадр. На фізичному рівні кадр представляється послідовністю біт, яка у вигляді фізичних сигналів надходить до каналу передачі даних. При прийомі інформації відбувається зворотний процес: отримані біти групуються в слова, з яких формується кадр. На канальному рівні вміст керуючого поля кадру використовується для виконання процедур канального рівня, а вміст поля даних (пакет даних) передається на мережевий рівень. Керуюче поле пакета формує мережевий процес у вузлі комутації. Потім пакет перетворюється на кадр, що містить оновлені адреси та відповідні значення керуючих полів. Сформований у такий спосіб кадр даних передається на фізичний рівень і потім - у наступний вузол комутації або абонентську систему.

Загалом комутацію пакетів можна розглядати як подальший розвиток комутації повідомлень, у якого повідомлення - пакет має обмежену довжину. Процес передачі інформації в мережі комутації пакетів нагадує роботу поштової мережі зв'язку при пересилці листів.

2. Система адресації комп’ютерів у мережі Інтернет

Кожен комп'ютер, який має доступ в Інтернет, обов'язково має унікальну мережну IP-адресу, що складається з 4-х чисел від 0 до 255 завдовжки 32 біти, розділених крапками (наприклад: 195.123.123.195, для зручності користувача вона перетворюється на доменне ім’я www.kneu.kiev.ua) при цьому:

• у разі модемного з'єднання з провайдером IP-адреса видається динамічно і може змінитися під час наступного підключення того ж користувача до Інтернету;

• компанії та провайдери часто організовують доступ в Інтернет через проксі-сервер і тоді всі комп'ютери, що виходять в Інтернет через цей проксі-сервер мають одну й ту ж IP-адресу.

В обох випадках за однією і тією ж IP-адресою може знаходитися велика кількість не зв'язаних між собою користувачів.

Кожна IP-адреса складається з двох частин. Разом вони ідентифікують мережу, в якій розташований пристрій, і сам пристрій. Перша частина IP-адреси представляє мережу, а інша - хост (окремий комп'ютер).

Це схоже на поштову адресу, що складається з двох частин, що разом ідентифікують будинок, до якого прямує лист:

• назва вулиці повідомляє поштову службу про те, в якому районі розташований будинок. Назва цієї вулиці присутня в адресах багатьох будинків, що розташованих на ній.

• номер будинку унікальний для кожного окремого будинку, розташованого на цій вулиці. У місті є багато будинків з таким номером, проте існує тільки один будинок з вказаними в адресі назвою вулиці і номером будинку.

Аналогічно цьому, одну і ту ж адресу мережі мають багато комп'ютерів, проте поєднання адреси мережі і адреси хоста для кожного комп'ютера унікально (вірніше, для кожного мережного адаптера, адже є комп'ютери з декількома мережними адаптерами).

Наприклад, перші три грипи IP-адреси 201.32.0.4 ідентифікують мережу. Ці грипи десяткових чисел називаються октетами. Останній октет ідентифікує мережний інтерфейс окремого комп'ютера. Всі комп'ютери в цій підмережі мають один і той же номер мережі (ідентифікатор мережі) - 201.32.0. Проте кожен комп'ютер має свій номер хоста - .4, єдиний в цій підмережі.

Якщо лист відправлений з Далласа в Сан-Франциско, то поштове відділення Далласа не цікавить номер будинку в Сан-Франциско. Спочатку слід передати лист в потрібне місто. Аналогічно цьому, якщо повідомлення передається по Internet в іншу локальну мережу, маршрутизаторам не потрібна та частина IP-адреси, в якій записаний номер хоста. Їм потрібна тільки адреса мережі. Коли пакет поступає в потрібну мережу (підмережу), адреса хоста використовується для передачі пакету вказаному комп'ютеру точно так, як і поштове відділення в Сан-Франциско використовує назву вулиці і номер будинку для доставки листа в конкретний будинок.

Якщо комп'ютер посилає повідомлення за IP-адресою 201.32.0.4, в якому число 201.32.0 представляє мережу, а число 4 - хост, то першим кроком буде доставка пакету в мережу 201.32.0. Після прибуття в мережу пакет маршрутизується усередині мережі на комп'ютер з номером хоста, рівним 4.

У нашому прикладі мережа ідентифікується першими трьома октетами. Проте так робиться не завжди. У традиційній схемі IP частини IP-адреси, що представляють мережу і хост, можуть мати різні розміри для різних класів IP-адрес, які розглядаються в наступному пункті.

Класи IP-адрес

Подібно до будь-якої оброблюваної комп'ютером інформації, IP-адреса складається з двійкових цифр, тобто біт. Людині важко працювати з довгими рядками з нулів і одиниць, тому зазвичай IP-адреси записуються в десятковому форматі. Проте IP-адреса в десятковому записі - це не десяткове число. Десятковим числом є кожна частина, або октет IP-адреси. Октети відділяються один від одного крапкою, але це не десяткова крапка, що відокремлює цілу частина від дробу, а всього лише умовний символ, що відокремлює октети один від одного.

Довжина октету дорівнює восьми бітам, тобто октет - це послідовність з восьми нулів або одиниць. Іноді чотири октети позначаються як W.X.Y.Z. У такому записі перший октет (правий) називається z-октетом, наступний - y-октетом і т.д.

IP-адреса складається з чотирьох октетів по вісім біт кожен, всього - 32 біти. Це означає, що максимальна кількість різних IP-адрес рівна 2³², або 4 294 967 296. Типова IP-адреса записується так: 192.168.1.12.

Зауваження

Тут розглядається протокол IP версії IPv4, яка використовується в Internet в даний час. Проте зараз розробляється новий стандарт- IPv6, або IPng (IP Next Generation). У новому стандарті IP-адреса буде 128-бітовою (розрядною), тобто максимальна кількість хост-вузлів буде рівна 2¹²⁸.

Отже, одна частина IP-адреси ідентифікує мережу, а інша - комп'ютер (хост). Але де ж розташовані ці частини в IP-адресі? На жаль, відповідь на це питання неоднозначна. Традиційно це залежить від класу мережі, що є одночасно класом IP-адреси.

IP-адреси надає організація IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Перший час після появи Internet здавалося логічним виділяти IP-адреси компаніям і організаціям блоками, тому що для комунікації в Internet кожному комп'ютеру локальної мережі потрібна унікальна адреса.

Зауваження

З появою NAT кожному комп'ютеру локальної мережі вже не обов'язково мати власну публічну IP-адресу.

Ділення IP-адрес на класи залежно від розміру мережі називається класовою адресацією.

Розмір блоку адрес, що виділявся, залежав від розміру локальної мережі. Великим компаніям потрібні були великі блоки адрес, а маленьким - маленькі. Класи адрес призначалися на основі розміру локальної мережі, тобто кількості хостів. У табл. 7.1 показані традиційні класи IP-адрес.

Таблиця 1. Класи IP-адрес

Клас адреси	Кількість мереж	Кількість хостов на мережу
A	126*	16 777 216
B	1 6384	65 535
C	2 097 152	254
D	-	-

* У класі А адреси 127.х.х.х зарезервовані для зворотних адрес, використовуваних в перевірочних і діагностичних цілях.

Зауваження

У блоці 127.х.х.х міститься 24 млн. IP-адрес. У перші роки існування Internet це не було проблемою, тому що вільних IP-адрес було значно більше, чим підключених до Internet комп'ютерів. Тоді ніхто не міг передбачати комерціалізацію і таке бурхливе зростання Internet.

Клас мережі	Структура 32-бтної IP адреси				Діапазон мереж
клас А	0	№ мережі	№ хоста	1.0.0.0		126.0.0.0
клас В	10	№ мережі	№ хоста	128.0.0.0		191.255.0.0
клас С	110	№ мережі	№ хоста	192.0.0.0		223.255.255.0
клас D	1110	групова адреса		224.0.0.0		239.255.255.255
клас Е	11110	зарезервовано		240.0.0.0		247.255.255.255

Як видно з табл. 1, доступні тільки 126 адрес класу А. До теперішнього часу всі вони вже зайняті. Вони надані найбільш крупним корпораціям і учбовим центрам, таким, як IBM, Hewlett Packard, Xerox, MIT (Massachusetts Institute of Technology), Columbia University, Digital Equipment Corporation, General Electric і Apple. У кожній з цих мереж індивідуальні номери можна надати 16 млн. хостів.

Адреси класу В займають проміжне положення. Вони привласнювалися головним чином великим компаніям, розмір яких у той час був недостатній для класу А. Компанії Microsoft виділені адреси класу В.

Адреси класу С виділяються провайдерам Internet. У приведеній схемі адресації можна створити 2 млн. мереж класу С, в кожній з яких може бути не більше 254 адрес хостів.

Адреси класу D призначені для широкомовних повідомлень, тобто для передачі одного повідомлення одночасно багатьом одержувачам. Адреса класу D надається спеціальній групі комп'ютерів, в цьому випадку пакети обробляються і розподіляються широкомовними протоколами.

Багатоадресне розсилання

У Internet широкомовні повідомлення виконують ті ж функції, що і в локальних мережах. Проте в Internet вони розсилаються тільки тим, що входять до зумовленої широкомовної групи.

Використання багатоадресних повідомлень має наступні переваги:

• економиться пропускна здатність мережі, тому що по багатьом адресам передається один пакет, а не багато однакових пакетів кожному за його адресою;

• не потрібно знати адресу кожного комп'ютера, якому передається пакет. Для відправки широкомовного повідомлення необхідно знати тільки широкомовну адресу групи.

Традиційні повідомлення, що передаються одному адресатові, називаються однонаправленими. Звичайні маршрутизатори в мережі Internet сконфігуровані на передачу тільки однонаправлених повідомлень і не можуть обробляти багатоадресні пакети. Для вирішення цієї проблеми організація IETF (Internet Engineering Task Force) розробила віртуальну мережу, що названу багатоадресною магістраллю (Multicast Backbone - MBONE), що являє собою спеціальне програмне забезпеченням, яке працює в Internet., що і Internet, Програми багатоадресної магістралі забезпечують передачу багатоадресних пакетів усередині звичайних однонаправлених пакетів із використанням стандартного устаткування. Така інкапсуляція приховує багатоадресні пакети від стандартних маршрутизаторів, які не можуть їх обробляти.