Система адресации протокола ip.
Формат класса A позволяет задавать адреса до 126 сетей с 16 млн. хостов в каждой, класса B — до 16382 сетей с 64 Кбайт хостами, и, наконец, класса C — 2 млн. сетей с 254 хостами в каждой. Формат класса D предназначен для многоадресной рассылки. Остальные адреса используются для служебных целей. Отметим, что на сегодняшний момент в мире складывается ситуация, когда 32-битных IP-адресов не хватает, и ведутся разработки по использованию более длинной адресации.
Как отмечалось выше, каждый из уровней взаимодействует с соседними уровнями в соответствии с теми или иным протоколами порциями данных, имеющими специфичными для каждого уровня названия. Так, для межсетевого уровня пакет называется дейтограммой.
Протокол IP подразумевает использование некоторых специализированных компьютеров. Это компьютеры, предназначенные для организации физического объединения различных сетей, и они называются шлюзами. В общем случае шлюз имеет два и более сетевых адаптера, на которых функционирует соответствующее число (два или более) стеков протоколов.
Перед межсетевым уровнем также стоит задача маршрутизации — по имеющему IP-адресу получателя определить маршрут следования пакета. Эта задача распадается на две подзадачи. Первая подзадача — это проблема организации адресации в локальной сети, в рамках которой происходит взаимодействие. И здесь особых сложностей не возникает, поскольку специфика межсетевого уровня позволяет относительно просто организовать взаимодействие машин в рамках одной локальной сети. Вторая подзадача — это организация адресации между различными сетями. Для решения этой задачи используются шлюзы, которые одновременно принадлежат разным сетям, а также маршрутизаторы, которые решают задачу, через какой шлюз необходимо отправить пакет. Отметим, что стек протоколов TCP/IP позволяет совмещать компьютерам несколько функций: одна и та же машина может быть одновременно и шлюзом, и маршрутизатором, и хостом, причем работающий за ним пользователь может не догадываться об организации локальной сети, в которой он работает.
Рассмотрим пример (Рис. 63.). Пускай необходимо послать сообщение от машины A1 машине A2. Машина A1 находится в сети A, а машина A2 — в сети C, причем сеть A соединена лишь с сетью B посредством шлюза G1, а сеть C соединена также лишь с сетью B, но посредством шлюза G2. Соответственно, маршрутизатор должен учитывать эти особенности при решении задачи маршрутизации. Обратим ваше внимание, что на компьютерных шлюзах реализовано только два уровня протоколов, поскольку для решения задачи транспортировки пакетов из одной сети в другую достаточны лишь наличие этих двух уровней.
Маршрутизация дейтаграмм.
Транспортный уровень. Одним из важнейших протоколов данного уровня является протокол TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей данных), который, равно как и протокол IP, дал свое название всему семейству протоколов. Этот протокол послужил некоторым «прародителем» этого семейства протоколов, поскольку Министерство Обороны США, когда начинало исследование ARPA-NET, ставило перед собой задачу разработку сети, устойчивой к недетерминированной физической среде передачи данных. И одним из условий было, чтобы полученная сеть работала корректно как на линиях с устойчивой передачей данных (в которых количество ошибок мало), так и на линиях, в которых возникает большое число ошибок. Это требование и его реализация обусловило распространение семейства протоколов TCP/IP и, в общем-то, развитие современных сетей, поскольку проблема дисбаланса различных сетей с точки зрения надежности каналов актуальна и по сей день, а разработанные протоколы решали эту проблему.
Среди протоколов транспортного уровня необходимо отметить протоколы TCP и UDP. Протокол TCP — это протокол, обеспечивающий установление виртуального канала, а это означает, что он обеспечивает последовательную передачу пакетов, контролирует доставку пакетов и отрабатывает сбои (пакет либо не доставляется, либо доставляется в целостном состоянии). Для обеспечения заявленных качеств данный протокол подразумевает отправку по сети подтверждающей информации, из-за чего содержательная пропускная способность может сильно падать, особенно в линиях связи с плохими техническими характеристиками. Итак, этот протокол подразумевает, что для каждого полученного пакета адресат обязан отправить подтверждение о доставке. К этому необходимо доставить, что в данном протоколе действует поддержка времени: если через некоторое время после отправки пакета подтверждение так и не пришло, то считается, что отправленный пакет пропал, и начинается повторная посылка пропавшего пакета.
Некоторой альтернативой служит протокол UDP (User Datagram Protocol — протокол пользовательских дейтаграмм). Данный протокол подразумевает отправку пакетов по сети без гарантии их доставки (он выбрасывает пакет и сразу же «забывает» о нем).
Уровень прикладных программ. На этом уровне находятся протоколы, часть которых опираются на протокол TCP, а часть — на UDP.
Протоколы, которые основываются на принципах работы протокола TCP, обеспечивают доступ и работу с заведомо корректной информацией, причем именно в среде межсетевого взаимодействия (internet), и эти протоколы требуют корректной доставки. В частности, это протокол TELNET (Network Terminal Protocol) — прикладной протокол, эмулирующий терминальное устройство; протокол перемещения файлов FTP (File Transfer Protocol); протокол передачи почтовых сообщений SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).
Есть ряд прикладных протоколов, основанных на использовании протокола UDP. Эти протоколы оказываются относительно быстрыми, поскольку максимально снижены накладные расходы на передачу, но они допускают наличие ошибок.
Часть подобных протоколов действуют в рамках локальной сети. В частности, в большинстве случаев протокол NFS (Network File System) сетевой файловой системы функционирует именно в рамках локальной сети, и очень редко его запускают в межсетевом режиме.
Другая часть протоколов должны контролироваться, с одной стороны, на прикладном уровне, а с другой стороны, они предполагают обмен очень небольшими порциями данных. К таким протоколам относится DNS (Domain Name Service), который позволяет мнемоническим способом именовать сетевые устройства. В частности, этот протокол осуществляет преобразования IP-адресов в доменные имена и обратно.