1.1.6. Интернет протокол ip

Основы Интернет протокола IP (Internet Protocol) были заложены в 1974 году, когда в трудах IEEE по телекоммуникациям (IEEE Transactions on Communications) была опубликована статья «Протокол для пакетной сети связи». Авторами статьи были Vinton G. Cerf и Robert E. Kahn. Этот протокол впервые был использован в сети ARPANET Министерства обороны США. В 1983 году ARPANET разделилась на военную сеть (MilNet) и научную сеть, которая сохранила название ARPANET. Позднее в 1980 году к этой сети были подключены университеты и научно-исследовательские институты. Это позволило обеспечить научным сотрудникам и студентам быстрый доступ к данным, хранящимся на удаленных суперкомпьютерах. Так родилась сеть NSFNET (National Science Foundation Network - сеть Национального научного фонда), которая стала основой Интернет.

В течение последних 15 лет Интернет-архитектура и семейство протоколов TCP/IP стали наиболее существенными элементами телекоммуникаций, а основанная на них технология стала доминирующей.

Основой IP-сетей является Интернет протокол IP, который является протоколом сетевого уровня (уровень 3 в модели OSI). Он обеспечивает возможность соединения и выбора маршрута между двумя конечными узлами сети. Физические сети связываются с помощью маршрутизаторов. Маршрутизатор – это устройство, которое связано как минимум с двумя сетями и направляет IP-пакеты внутри этих сетей. Любой терминал в сети Интернет имеет свой IP-адрес, по которому другой терминал может посылать IP-пакеты и в соответствии с которым, выбирается маршрут их следования. Всемирная сеть Интернет состоит из огромного числа маршрутизаторов, которые позволяют двум любым терминалам связываться между собой, если им известны IP-адреса друг друга.

Протокол IP не требует предварительного установления соединения. В момент передачи пакетов соединение еще не существует. Пакеты посылаются в сеть без гарантии доставки. Сеть доставляет каждый пакет по назначению абсолютно независимо от других пакетов. Маршруты последовательно передаваемых пакетов могут отличаться, поэтому порядок принятых пакетов может отличаться от порядка, в котором они передавались. Протокол IP не гарантирует доставку пакетов по назначению – это задача протоколов более высокого уровня. За обнаружение и исправление ошибок также отвечают протоколы более высокого уровня.

Пропускная способность в IP-сетях распределяется эффективно, так как она предоставляется только тем пользователям, которые в ней нуждаются. Протокол IP всегда передает максимально возможное число пакетов с максимально возможной скоростью, но не гарантирует выделение им достаточной пропускной способности. Если сеть переполняется, часть пакетов будет потеряна. Протоколы более высоких уровней отслеживают возникновение таких ситуаций и обеспечивают повторную отправку потерянных пакетов.

IP-пакет может содержать любые данные от любого приложения. В 80-е годы XX века наиболее важными видами сервиса были электронная почта, Интернет-услуги и передача файлов. В настоящее время широкое распространение приобретают технологии передачи голоса по IP-протоколу (VoIP - Voice over IP), IP-телевидение (IPTV) и технология «видео по требованию» (VoD - Video on Demand). Приложения обычно работают не непосредственно по протоколу IP, а по протоколу транспортного уровня, который является 4 уровнем модели OSI. Основными протоколами этого уровня являются TCP (Transmission Control Protocol – протокол контроля передачи) и UDP (User Datagram Protocol – протокол передачи пакетов пользователя). Оба протокола TCP и UDP являются протоколами точка-точка, они выполняются в оконечном оборудовании и не влияют на работу сети. Протокол TCP включает улучшенную коррекцию ошибок, управление потоком и т.д. и обеспечивает приложениям надежную двустороннюю связь по предварительно установленному соединению. Типичными приложениями, использующими протокол TCP являются электронная почта и Интернет-услуги. Протокол UDP не требует предварительного установления соединения, он включает только адресацию и простой алгоритм обнаружения ошибок. Протокол UDP используют приложения, работающие в реальном масштабе времени, такие как VoIP и IPTV.

Рис. 1.2. Протокол IP работает в любых физических сетях, по этому протоколу могут работать любые приложения.

Практически любая сеть передачи данных или сеть связи может быть подключена к сети Интернет или любой другой IP-сети. Приведем несколько примеров: традиционная аналоговая телефонная сеть (POTS), ISDN, ATM, xDSL, Ethernet, сети подвижной связи (GSM; GPRS; EDGE, UMTS) и беспроводные локальные (WLAN - wireless local area network) или глобальные сети (WMAN, Wimax).

Одним из главных достоинств протокола IP является его универсальность. Он способен работать в любых физических сетях, и любые приложения могут работать по этому протоколу. Известен афоризм:”IP over everything - everything over IP” (протокол IP по чему угодно – все, что угодно, по протоколу IP). Приложения никак не зависят от физических сетей, они работают по семейству протоколов IP. Все новые приложения, которые будут разработаны, смогут взаимодействовать через существующие сети, и не потребуют создания новой сетевой инфраструктуры. Новые, более эффективные сетевые технологии также могут быть внедрены без каких-либо изменений существующих приложений. Хорошим примером здесь может служить развитие технологии Ethernet: 10 Мбит/с  100 Мбит/с  1 Гбит/с  10 Гбит/с …