1. Коротка історія Internet та ip-технологій

У 1960-х та 1970-х роках багато різних мереж вживало власні протоколи і їх впровадження. Спільне використання інформації через ці мережі становило проблему, тому виникла потреба опрацювання спільного протоколу. При опрацювання такого спільного протоколу і системи протоколів ARPANET була впроваджена фундаментальна концепція розшарування. З використанням TCP/IP була створена мережа, яка головним чином використовувалася для потреб урядових організацій та науково-дослідних інститутів і дозволяла спільне використання інформації та співпрацю при дослідженнях.

У 1974 році Vinton G. Cerf і Robert E. Kahn запропонували систему протоколів TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Система протоколів TCP/IP, яка походить від протоколів ARPANET, в основному оформилася у 1978 році і забезпечує такі вимоги:

• здатність до маршрутування даних між підмережами;

• незалежність від технології у підмережах;

• незалежність від типу обладнання станцій;

• незалежність від операційних систем;

• стійкість до помилок маршрутів у підмережах;

• надійне відновлення при відмовах;

• здатність до поповнення новими підмережами і утримання зв’язку.

Назва цієї системи походить від назв двох найважливіших протоколів: протоколу управління пересиланням (Transmission Control Protocol – TCP) та протоколу взаємосполучення мереж (Internet Protocol – IP). Іншою назвою є система інтернет-протоколів, яка вживається у офіційних документах Internet.

Першою метою створення системи протоколів TCP/IP є побудова взаємосполучення (об’єднання) мереж, яке забезпечує універсальні телекомунікаційні послуги (interconnected network, internetwork або internet). Кожна фізична мережа має власний комунікаційний інтерфейс, залежний від застосованої мережевої технології, який у формі програмного інтерфейсу забезпечує основні комунікаційні функції. Комунікаційні послуги здійснюються програмами, які діють між фізичною мережею та застосуваннями користувача, що забезпечує спільний інтерфейс для цих застосувань, незалежний від базової фізичної мережі. При цьому архітектура фізичної мережі невидима для користувача.

Другою метою створення системи протоколів TCP/IP є взаємосполучення різних фізичних мереж у формі, яка дозволяє користувачу працювати в єдиній великій мережі – internet. Щоб об’єднати дві мережі, потрібен комп’ютер, сполучений з обидвома мережами, який може пересилати пакети від одноїх мережі до іншої. Такий комп’ютер називають раутером або маршрутизатором. Також вживають термін IP-раутер, бо функція раутінгу (маршрутизації) є частиною IP-рівня системи протоколів TCP/IP. З точки зору мережі раутер – це звичайна станція, з точки зору користувача раутер невидимий, бо користувач бачить тільки одну велику мережу. Об’єднання мереж у глобальному масштабі називають Internet (з великої літери).

Internet – це система доручення пакетів, які переносять інформацію для користувачів. Internet базується на декількох основних ідеях.

Ідея 1. Будь-яка станція, під’єднана до Internet, має унікальний 4-байтовий ідентифікатор, який називають IP-адресою.

Ідея 2. Дані, які пересилаються через Internet, спочатку ділять на малі блоки – пакети або IP-данограми. Пакет складається з двох частин – заголовка і корисного навантаження. Заголовок містить, зокрема, IP-адресу призначення пакету.

Ідея 3. Internet складається з багатьох мереж, взаємосполучених через спеціалізовані комп’ютери - раутери. Коли пакет висилається до Internet, то він пересилається через локальну мережу до першого раутера, який також називають шлюзом. Цей раутер перевіряє адресу призначення пакету і вирішує, котрий раутер з бепосередньо під’єднаних до нього, може переслати пакет до раутера наступного стрибка. Процес продовжується наступними раутерами, аж доки пакет досягне свого призначення. Цей процес визначений протоколом IP.

Ідея 4. Доручення пакетів за допомогою протоколу IP ненадійне. Це не означає “погане доручення” або “доручення з низькою якістю”. Це означає, що система доручення може відмовити у коректному дорученні пакету внаслідок, наприклад, впливу електричних завад. Однак більшість пакетів доручаються коректно, бо в концепції Internet закладено засаду найкращого можливого (best effort) доручення за нормальних умов. Ненадійність виявляється, наприклад, при надмірному завантаженні мережі.

Ідея 5. Для забезпечення надійного доручення на краях системи впроваджено протокол TCP. Його завдання полягає у перетворенні послуг ненадійного доручення, які здійснює протокол IP, у надійну систему пересилання даних, придатну для побудови мережевих застосувань. Це називають транспортними послугами. Тут використовують поняття прикінцевої системи (end system) або станції (host). Звичайно це комп’ютери, під’єднані до Internet (не раутери). Два об’єкти TCP впроваджені у двох прикінцевих системах, безпосередньо комунікуються один з одним, використовуючи ненадійне комунікаційне середовище – Internet. Об’єкти TCP комунікуються, обмінюючись сегментами. Сегмент TCP – це частина даних застосування разом з невеликим службовим навантаженням – заголовком TCP, який поміщається (інкапсулюється) в IP-данограму. Надійність забезпечується механізмом підтвердження коректно прийнятого сегменту і повторним пересиланням сегменту, якщо таке підтвердження вчасно не отримане. В цілому послуги TCP орієнтовані на сполучення. Сполучення започатковується процесом застосування (або програмою, яка виконується), який запитує TCP про встановлення сполучення з іншим процесом застосування, що виконується у віддаленій прикінцевій системі.

Ідея 6. Для сприяння комунікації між процесами TCP використовує абстрактну адресу, яку називають номером протокольного порта. Про процес, який очікує на вхідне сполучення кажуть, що він існує на певному номері порта. TCP-сполучення здійснюється до визначеного порта, бо апріорі для певної послуги передбачений конкретний протокольний порт. Протокольні порти є адресами TCP, які діють у доповнення до IP-адрес: IP-адреса визначає конкретну станцію, а номер протокольного порта конкретизує, який процес, що виконується на цій станції, потребує комунікуватися. Процес, який очікує на сполучення на конкретному порті, називають процесом сервера. Процес, який ініціює сполучення до сервера, називають процесом клієнта. В контектсі протоколу TCP ці терміни маєть специфічні значення.

Ідея 7. У традиційній телефонній системі, яка базується на комутації кіл, телефонний виклик резервує коло (канал), яке забезпечує надійний двосторонній зв’язок. Мережа мусить бути побудована так, щоб забезпечити досконалу надійність від моменту встановлення сполучення (кола). Тому традиційна телефонна мережа складна і дорога, а кінцеве обладнання користувача – телефонний апарат – просте і дешеве. Internet забезпечує обернену ситуацію. Мережа, тобто система доручення, яка базується на комутації пакетів, проста, але не гарантує нічого, крім високої ймовірності доручення пакетів. Складність міститься у TCP, який діє тільки у прикінцевих системах - достатньо потужних комп’ютерах.

На початку 1980-х років TCP/IP став магістральним протоколом у мережах багатьох виробників, таких як ARPANET, NFSNET та в регіональних мережах. Система протоколів була інтегрована з операційною системою UNIX Каліфорнійського університету і стала доступною для загального використання. Від цього часу TCP/IP стали широко використовувати внаслідок його наявності в UNIX та поширеністю в інших операційних системах.

На сьогодні стек протоколів TCP/IP забезпечує можливості для співпраці, об’єднуючи різні фізичні мережі та надаючи користувачам спільну множину функцій. Він дозволяє взаємодію між обладнанням від різних виробників, різних платформ і забезпечує доступ до Internet.

Сьогодні Internet складається з великих міжнаціональних, національних і регіональних магістральних мереж, які дозволяють локальним і кампусовим мережам, а також окремим особам мати доступ до глобальних ресурсів. Використання Internet експоненціально зростає протягом останніх років, особливо у комерційних застосуваннях. Це обумовлене як наявністю спільних функцій застосувань для різних платформ і можливістю доступу до Internet, так і передовсім можливостями взаємодії. Відкритість стандартів TCP/IP дозволяє корпораціям з’єднувати або об’єднувати різні платформи, наприклад, комп’ютери IBM і Macintosh. TCP/IP також забезпечує транспорт для інших протоколів – IPX, NetBIOS і т.п. Наприклад, ці протоколи можуть вживати мережу TCP/IP для сполучення з іншими мережами з подібними протоколами.

Іншою підставою для поширення TCP/IP є популярність програмного інтерфейсу гнізд (socket programming interface), який є програмним інтерфейсом між рівнем транспортних протоколів та застосуваннями TCP/IP. Багато застосувань на сьогодні написані саме для інтерфейсу гнізд TCP/IP. Процес RFC (Request For Comments) під наглядом IAB (Internet Architecture Board) та IETF (Internet Engineering Task Force) здійснюють постійну модернізацію і розширення системи протоколів TCP/IP.