УП ВСС

пользуется для отправки IP-дейтаграммы (ожидающей в очереди) по сети.

Если в сегменте сети нет узла с искомым адресом IP (узел может быть отключен), то ответа на ARP-запрос не будет, а все IP-дейтаграммы с этим адресом будут уничтожаться.

Для обратного преобразования адресов служит протокол RARP (обратный протокол разрешения адресов, описанный в RFC 903), алгоритм работы которого аналогичен1.

Надежность протоколов TCP/IP является результатом многолетней работы специалистов в области сетевых технологий и столь же большой практики их открытого применения.

3.6. Сравнительная характеристика протоколов

IPv4 и IPv6

Наметившийся к началу 90-х годов дефицит IP-адресов, стал причиной для разработки новой версии протокола. Новая версия протокола, наряду с расширением адресного пространства, должна была быть более гибкой и эффективной. Поэтому, были сформулированы следующие основные цели [9]–[10]:

1.Поддержка миллиардов хостов даже при неэффективном использовании адресного пространства.

2.Уменьшение размера таблиц маршрутизации.

3.Упрощение протокола для ускорения обработки пакетов маршрутизаторами.

4.Более надежное обеспечение безопасности (аутентификации и конфиденциальности), чем в IPv4.

5.Необходимость обращать больше внимания на тип сервиса, в частности, при передаче данных реального времени.

6.Упрощение работы многоадресных рассылок с помощью указания областей рассылки.

7.Возможность изменения положения хоста без необходимости изменять его адрес.

8.Возможность дальнейшего развития протокола в буду-

щем.

9.Возможность сосуществования старого и нового протоколов в течение нескольких лет.

1 Как видно из структуры ARP-запроса протокол ARP может быть использован для совместной работы TCP/IP не только с протоколом Ethernet, но и с другими протоколами сетевого уровня, когда в этом есть необходимость.

81

Чтобы найти протокол, удовлетворяющий всем этим требованиям, IETF издал в RFC 1550 приглашение к дискуссиям и предложениям. Был получен двадцать один ответ. В декабре 1992 года были рассмотрены семь серьезных предложений. Их содержание варьировалось от небольших изменений в протоколе IP до полного отказа от него и замены совершенно другим протоколом.

Три лучших предложения были опубликованы в журнале

IEEE Network Magazine (Deering, 1993; Francis, 1993; Katz и Ford, 1993). После долгих обсуждений, переработок и борьбы за первое место была выбрана модифицированная комбинированная версия Диринга (Deering) и Фрэнсиса (Francis), называемая в настоящий момент протоколом SIPP (Simple Internet Protocol Plus – простой интернет-протокол Плюс). Новому протоколу было дано обозначение IPv6 (протокол IPv5 уже использовался в качестве экспериментального протокола потоков реального времени).

Протокол IPv6 прекрасно справляется с поставленными задачами. Он обладает достоинствами протокола IP и лишен некоторых его недостатков, к тому же наделен некоторыми новыми особенностями. В общем случае протокол IPv6 несовместим с протоколом IPv4, но зато совместим со всеми остальными протоколами TCP/IP, включая TCP, UDP, IСМР, IGMP, OSPF, BGP и DNS.

Прежде всего, у протокола IPv6 поля адресов длиннее, чем у IPv4. Они имеют длину 16 байт, что решает основную проблему, поставленную при разработке протокола – обеспечить практически неограниченный запас Internet-адресов.

Второе заметное улучшение протокола IPv6 по сравнению с IPv4 состоит в более простом заголовке пакета. Он состоит всего из 7 полей (вместо 13 у протокола IPv4). Таким образом, маршрутизаторы могут быстрее обрабатывать пакеты, что повышает производительность.

Третье усовершенствование заключается в улучшенной поддержке необязательных параметров. Подобное изменение действительно было существенным, так как в новом заголовке требуемые прежде поля стали необязательными. Кроме того, изменился способ представления необязательных параметров, что упростило для маршрутизаторов пропуск не относящихся к ним параметров и ускорило обработку пакетов.

82

В-четвертых, протокол IPv6 более безопасный. Аутентификация и конфиденциальность являются ключевыми чертами нового IP-протокола.

В новом протоколе было уделено больше внимания типу предоставляемых услуг. Для этой цели в заголовке пакета IPv4 было отведено 8-разрядное поле (на практике не используемое), но при ожидаемом росте мультимедийного трафика в будущем требовалось значительно больше разрядов.

Для написания 16-байтовых адресов была выработана новая нотация. Адреса в IPv6 записываются в виде восьми групп по четыре шестнадцатеричных цифры, разделенных двоеточиями, например:

8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF.

Поскольку многие адреса будут содержать большое количество нулей, были разрешены три метода сокращенной записи адресов. Во-первых, могут быть опущены ведущие нули в каждой группе, например, 0123 можно записывать как 123. Вовторых, одна или более групп, полностью состоящих из нулей, могут заменяться парой двоеточий. Таким образом, приведенный выше адрес принимает вид:

8000::123:4567:89AB:CDEF.

Наконец, адреса IPv4 могут записываться как пара двоеточий, после которой пишется адрес в старом десятичном формате, например:

::192.31.20.46.

Заголовок протокола IPv6 существенно упростился. В новом протоколе отсутствует поле «Длина заголовка», так как заголовок IPv6 имеет фиксированную длину. Удалены все поля, относящиеся к фрагментации, так как в протоколе IPv6 используется другой подход к фрагментации.

Во-первых, все хосты, поддерживающие протокол IPv6, должны динамически определять нужный размер дейтаграммы. Это правило делает фрагментацию маловероятной.

Во-вторых, минимальный размер пакета был увеличен с 576 до 1280, чтобы можно было передавать 1024 байт данных, плюс множество заголовков. Кроме того, когда хост посылает слишком большой IРv6-пакет вместо того, чтобы его фрагментировать маршрутизатор, не способный переслать пакет дальше, посылает обратно сообщение об ошибке. Получив это сообщение, хост должен прекратить всю передачу этому адресату. По мнению разработчиков правильнее научить все хосты по-

83

сылать пакеты требуемого размера, нежели учить маршрутизаторы фрагментировать их в реальном времени.

Поле «Контрольная сумма» было удалено, так как ее подсчет значительно снижает производительность. Поскольку в настоящее время все шире используются надежные линии связи, а на уровне передачи данных и на транспортном уровне подсчитываются свои контрольные суммы, наличие еще одной контрольной суммы не стоило бы тех затрат производительности, которых требовал бы ее подсчет.

Врезультате таких преобразований получился простой, быстрый и в то же время гибкий протокол сетевого уровня с огромным адресным пространством.

Впротоколе IPv6 была представлена новая концепция (необязательного) дополнительного заголовка. Известны шесть типов дополнительных заголовков:

1.Параметры маршрутизации – разнообразная информация для маршрутизаторов.

2.Параметры получателя – дополнительная информация для получателя.

3.Маршрутизация – частичный список транзитных маршрутизаторов на пути пакета.

4.Фрагментация – управление фрагментами дейтаграмм.

5.Аутентификация – проверка подлинности отправителя.

6.Шифрованные данные – информация о зашифрованном содержимом.

Все дополнительные заголовки являются необязательными, но в случае использования более чем одного дополнительного заголовка они должны располагаться сразу за фиксированным заголовком, желательно в указанном порядке.

3.7. Цифровые абонентские линии хDSL

Для подключения клиентов к узлам магистральной сети с использованием на «последней миле1» обычного телефонного

1 Канал связи между пользователем и любым удаленным ресурсом, расположенном в глобальной сети, условно делится на три участка: 1) удаленный ресурс (например, webсервер) – высокоскоростная магистраль глобальной сети; 2) высокоскоростная магистраль (АТМ и др.) и 3) высокоскоростная магистраль – компьютер пользователя. Последний участок очень часто называют «последней милей», а первый «первой милей».

84

кабеля наряду с каналами ISDN широкое применение находят разновидности технологии DSL1.

Эта технология представляет собой различные способы передачи данных со скоростью, существенно превосходящей скорость передачи данных в сетях ISDN по уже существующим телефонным линиям связи на расстояние до 5.5 км.

Возможность преобразования существующих телефонных линий в широкополосные высокоскоростные каналы передачи данных и является главным преимуществом технологий DSL. Линии DSL являются некоммутируемыми, т.е. компьютер пользователя имеет постоянное прямое подключение к оборудованию провайдера (фактически выделенный канал).

Существуют следующие разновидности каналов xDSL [3].

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – асиммет-

ричная цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной, поскольку скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия в сочетании с выделенным каналом делает технологию ADSL идеальной для организации доступа пользователей к высокоскоростным магистралям глобальной или локальной сети. Технология ADSL поддерживает передачу данных со скоростью 1.54 Мбит/с на расстояние до 5.5 км по одной витой паре проводов.

R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line – цифро-

вая абонентская линия с адаптацией скорости соедине-

ния). Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и ADSL, при этом позволяет адаптировать скорость передачи данных к протяженности и качеству используемой витой пары проводов.

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line – цифровая або-

нентская линия IDSN). Технология IDSL обеспечивает передачу данных на скорости до 144 Кбит/с. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, не приводящей к увеличению нагрузки на коммутационное оборудование провайдера.

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line – высоко-

скоростная цифровая абонентская линия). Технология

HDSL предусматривает организацию симметричной линии пе-

1 Впервые аббревиатура DSL была обнародована фирмой Bellcore (сегодня Telcordia Technologies), расшифровывается она как Digital Subscriber Line (цифровая выделенная линия).

85

редачи данных (скорость передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю одинакова) на расстояниях до 4.5 км. Благодаря высокой пропускной способности (1.544 Мбит/с по двум парам проводов и 2.048 Мбит/с по трем) телекоммуникационные компании применяют HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E11. В этом случае эффективное увеличение длины линии HDSL достигается установкой специальных повторителей.

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line – однолиней-

ная цифровая абонентская линия). SDSL, также как и техно-

логия HDSL, обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующим линиям Т1/Е1, но при этом она имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи составляет 3 км. В пределах данного расстояния SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в обоих направлениях.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line – сверх-

высокоскоростная цифровая абонентская линия). Техно-

логия VDSL является наиболее быстрой технологией, обеспечивающей скорость передачи данных до 52 Мбит/с. VDSL может рассматриваться в качестве (экономически обоснованной) альтернативы прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет 1.3 км.

Рассмотрим схему физического подключения терминального оборудования к ADSL-каналу.

Для формирования ADSL-канала используются два модема (ADSL-модем), которые подключаются к телефонным линиям связи. Один модем на стороне пользователя (индивидуальный блок), а другой, например, на стороне провайдера (сетевой блок).

Два ADSL-модема, соединенные витой парой проводов, образуют три информационных канала:

–скоростной однонаправленный канал (1.536 Мбит/с) от провайдера к пользователю;

–среднескоростной дуплексный канал (16 Кбит/с) от пользователя к провайдеру;

1 T1/E1 – опорные магистрали связи со скоростью передачи данных до 1.5 Мбит/c.

86

– POTS-канал (plain old telephone service) с шириной спек-

тра 4 КГц (в низкочастотной части спектра) для аналоговой телефонной связи.

На рис. 1.28 показана схема подключения оконечного и ADSL оборудования.

Компьютер

1536 Кбит/c

16 Кбит/c

4 КГц

м		A
о			D
	д			S
		е			L
			м(
					И
						Б
							)

с

Вы

с

е

о

т

к

е

в

о

с

а

к

я

м

о

р

а

о

г

с

и

т

н

с

т

а

р

я

а

л

A

ь

D

S

Lм

Витая пара

о

д

е

м(

(до 5.5 км)

С

Б

)

Телефон

Рис. 1.28. Схема ADSL-канала

Вопросы для самопроверки

1.Каков размер IP-адреса (в байтах)?

2.В сетях с IP-адресом класса А или класса С больше адресуемых узлов?

3.Какой из двух IP-адресов 192.222.13.55 или 155.33.256.11

недопустимый?

4.Почему протокол IP относится к классу протоколов негарантированной доставки пакетов (дейтаграмм)?

5.С какой целью выполняется фрагментация IPдейтагарамм?

6.Для чего используются сетевые маски?

7.Сколько узлов в подсети с сетевой маской

255.255.255.192?

8.Какой протокол определяет соответствие между аппаратным адресом узла вычислительной сети и его IP-адресом?

9.Каковы особенности технологии ADSL?

10.Какой тип цифровых абонентских линий xDSL обеспечивает наибольшую скорость передачи данных?

87

Глава 4. ГЛОБАЛЬНАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ INTERNET

4.1. История развития и ключевые этапы создания сети Internet

Влияние глобальной сети Internet на современное общество трудно переоценить, поскольку это влияние настолько многогранно и динамично, что затрагивает практически все сферы жизни общества.

Содной стороны, Internet – это отсутствие каких бы то ни было границ, что позволяет всем пользователям, имеющим доступ к сети, обмениваться информацией в планетарном масштабе. В этой связи появление и развитие Internet существенно изменило характер информационного обмена как в отдельных странах, так и в масштабе всей планеты.

Сдругой стороны, Internet – это объединение множества функционирующих вычислительных машин, составляющих техническую основу сети.

И, наконец, Internet – это огромное, постоянно доступное информационное пространство, объединяющее значительную часть накопленной человечеством информации [1].

Постоянное увеличение информационных ресурсов сети, интеграция различных видов информации (данные, графика, звук, видео) являются одной из главных движущих сил развития аппаратных и программных средств вычислительных сетей. Аналогичные тенденции и в сфере развития аппаратных средств, где усилия разработчиков в основном нацелены на создание аппаратных средств, обеспечивающих пользователю повсеместный и постоянный доступ к глобальной сети.

Уникальность Internet заключается в том, что эта сеть одновременно является и средством общемирового вещания, и механизмом распространения информации, и средой для сотрудничества и общения людей посредством вычислительных машин, охватывающей весь мир, а в последнее время Internet является и сферой бизнеса.

Историю развития сети Internet, как отмечается в статье идеологов и первых ее создателей [11], можно рассматривать в четырех аспектах.

Первый и самый главный аспект исторического развития сети Internet – это технологическая эволюция, которая началась

сранних исследований по пакетной коммутации и сети

88

ARPANET. Технологическая эволюция сети на сегодняшний день не закончена, поскольку на современном этапе необходимо решить целый ряд задач, связанных с масштабированием сети, повышением ее эффективности и функциональности и, что немаловажно – безопасности.

Второй исторический аспект развития сети Internet связан с развитием технологий эксплуатации и управления территори- ально-распределенной (глобальной) инфраструктурой.

Не менее интересна и история образования совершенно нового социального явления Internet-сообщества, объединяющего множество пользователей и организаций, совместно работающих добровольно над созданием и развитием технологии

Internet.

Историческая картина Internet была бы неполной без рассмотрения исторического поворота, связанного с коммерциализацией сети, что существенно повлияло на ее дальнейшее развитие.

Первоначальный прототип Internet как социальное явление был описан в серии статей, написанных Джоном Ликлайдером из Массачусетского технологического института (MIT) в августе 1962 года. В этих статьях обсуждалась концепция «Галактической сети». Автор, как отмечалось ранее, предвидел создание глобальной сети взаимосвязанных компьютеров, с помощью которой каждый сможет быстро получать доступ к данным и программам, расположенным на любом компьютере. По духу эта концепция очень близка к современному состоянию Internet.

К этому времени уже закладывались теоретические основы будущей сети. Формально принято считать, что этот процесс начался с первой статьи по теории пакетной коммутации, опубликованной сотрудником MIT Леонардом Клейнроком в июле 1961 года. В 1964 году им же была опубликована первая книга по этой теме. Заслуга Леонарда Клейнрока в истории Internet состоит не только в этом, поскольку для реализации новой идеи недостаточно просто ее выдвинуть, значительно сложнее начать ее реализовывать или убедить других в этом. К чести Леонарда Клейнрока ему удалось убедить ряд специалистов, в том числе и Лэрри Робертса (сотрудник MIT) в теоретической обоснованности пакетных коммуникаций (в противоположность коммутации соединений), после чего были инициированы и практи-

ческие исследования. Идея пакетной коммутации была вто-

рым фундаментальным шагом на пути к Internet, т.к. пер-

89

вым шагом по праву можно считать саму идею создания глобальной сети.

Следующий ключевой шаг в создании Internet заключался

впрактических исследованиях по объединению вычислительных машин. Для этого Лэрри Робертс совместно с Томасом Меррилом в 1965 году связали по низкоскоростной коммутируемой телефонной линии компьютер TX-2, расположенный в Массачусетсе, с ЭВМ Q-32, находившейся в Калифорнии. Результаты эксперимента позволили исследователям сделать два важных вывода. Во-первых, вычислительные машины с разделением времени могут успешно работать вместе, выполняя программы и осуществляя выборку данных на удаленной машине. Во-вторых, телефонная сеть с коммутацией соединений мало пригодна для построения компьютерной сети. Таким образом, утверждение Леонарда Клейнрока в необходимости пакетной коммутации получило еще одно подтверждение.

Вконце 1966 года Лэрри Робертс начал работать в DARPA над концепцией компьютерной сети, после чего в 1967 году появился план ARPANET.

Воктябре 1967 года на симпозиуме по принципам операционных систем произошла историческая встреча трёх незави-

симых команд разработчиков сетей с пакетным переключением.

Как оказалось, работы в MIT (1961–1967), RAND1 (1962–1965) и NPL2 (1964–1967) велись параллельно при полном отсутствии информации о деятельности друг друга.

Следующий шаг в разработке сети с коммутацией пакетов был связан с разработкой одного из ключевых ее компонентов – коммутатора пакетов, получившего название Интерфейсный процессор сообщений (Interface Message Processor, IMP).

Первым действующим узлом сети ARPANET, после появления IMP, созданного компанией BBN (Bolt, Beranek и Newman), стал узел Калифорнийского университета в ЛосАнджелесе (UCLA). Выбор был связан с именем признанного к тому времени теоретика сетей с пакетной коммутацией Леонарда Клейнрока, возглавлявшего «Сетевой измерительный центр»

вUCLA.

1RAND – американская организация, занимающаяся стратегическими исследованиями и разработками, в состав которой входила группа исследователей во главе с Полом Бэреном. Еще в 1964 году группа сотрудников RAND написала статью по сетям с пакетной коммутацией для надежных голосовых коммуникаций в военных системах.

2NPL – английская Национальная физическая лаборатория, сотрудники которой (Дональд Дэвис и Роджер Скентльбьюри) на этом симпозиуме сделали доклад о концепции пакетной сети.

90