2.Обмен сообщениями в Internet Адресация и маршрутизация

Выше было показано, что в настоящее время Internet представляет собой совокупность взаимосвязанных локальных сетей, между которыми возможен обмен информацией на базе стека протоколов TCP/IP. Чтобы компьютер, подсоединенный к сети, мог получить предназначенную ему информацию, он должен иметь уникальный IP адрес. В книге "Базовые компоненты информационных систем" мы подробно рассмотрели эталонную модель OSI (Эталонная модель OSI - иерархический набор протоколов, который описывает правила преобразования и передачи данных между компьютерами на уровнях локальных и глобальных сетей. Набор протоколов служит лишь эталоном для реально функционирующих протоколов. Соответствие реальных систем эталонной модели позволяет реализовывать обмен данными между сетями, функционирующими на разных платформах.), которая описывает задачи, решаемые на всех этапах обмена информацией. Мы показали, что существует два типа адресов сетевых устройств: логические адреса, включающие адрес сети и адрес компьютера в ней, и физический адрес устройства, определяемый его сетевым адаптером и используемый на канальном уровне модели. Здесь мы будем говорить о логических адресах устройств [8, 9].

В настоящее время уникальный IP адрес каждого сетевого устройства представляет собой набор из четырех групп цифр, разделенных точками. Каждая группа может иметь значение от 0 до 255. Например, 222.123.67.38. Длина такого адреса 4 байта. Мы помним, что логический адрес включает номер сети и номер компьютера. В общем, схему отображения адреса можно представить следующим образом: тип сети - номер сети - номер компьютера в сети. Существует три типа сетей: А, В, С. Каждая может включать разное количество компьютеров. Принято соглашение, что:

• если значение в левой группе цифр адреса от 1 до 126, это сеть типа А (в ней эта левая группа определяет номер сети, а три правые группы - номер компьютера);

• если значение в левой группе цифр от 128 до 191, это сеть типа В (в ней две левые группы определяют номер сети, а две правые - номер компьютера в сети);

• если значение в левой группе цифр от 192 до 223, это сеть типа С (в ней три левые группы определяют номер сети, а крайняя правая -номер компьютера в сети).

Ясно, что больше всего компьютеров может быть в сети типа А. Наши локальные сети, чаще всего, относятся к сетям типа С. Отметим, что ограниченный размер адреса (4 байта) в настоящее время уже не соответствует растущим потребностям сети. Сейчас существует вариант протокола IP v 6, который предполагает использование 16-ти байтного адреса.

Можно считать, что, в целом, Internet имеет иерархическую структуру. Она образована из регионов (доменов): кустовые домены (campus) включены в городские; городские домены (metropolitan) включены в региональные (regional); региональные домены подключены к высокоскоростным магистральным сетям (backbone). Однако, в случае необходимости, некоторые домены нижних уровней могут осуществлять прямую связь с доменами аналогичных уровней или с высокоскоростными магистралями. Поэтому Internet и называют "Всемирной паутиной". Internet реально имеет сложную, постоянно меняющуюся топологию. Это приводит к тому, что существует большое количество путей (маршрутов), по которым может двигаться ваше сообщение, чтобы достичь адресата.

В соответствии с правилами, описанными в протоколах ТСР/IР, передаваемое сообщение разбивается на пакеты со стандартной структурой. Каждый пакет содержит адрес отправителя, адрес назначения, заголовок, собственно передаваемую информацию. Маршрут, по которому будет двигаться пакет, заранее неизвестен. При отправке, каждому пакету одного сообщения присваивается номер так, чтобы в точке получения пакеты можно было собрать в нужной последовательности. К каждому пакету приписывается контрольная сумма, соответствующая его содержимому. В точке получения она вычисляется вновь. Если результат не совпадает с полученной ранее контрольной суммой, передача пакета запрашивается вновь. Процедура установления пути от отправителя к получателю называется маршрутизацией. Она выполняется для каждого передаваемого пакета на основании алгоритмов, описанных в специальных протоколах маршрутизации. Реализуют эти алгоритмы специальные устройства -маршрутизаторы или роутеры. Их функции очень близки к функциям почтовых подстанций, которые передают ваше письмо из одного населенного пункта в другой. В процессе движения по маршруту, письмо проходит через несколько почтовых подстанций. По аналогии, электронное сообщение может проходить через несколько роутеров. При этом, также как существуют почтовые отделения районные, областные, существуют роутеры разных уровней, соответствующие городским, региональным, национальным доменам.

Так как состояние сети постоянно меняется, роутеры обмениваются не только перенаправляемыми сообщениями пользователей, но и специальной маршрутной информацией. Эта информация позволяет определять и устанавливать маршруты как внутри регионов, так и между регионами. Временной интервал обмена маршрутной информацией может составлять 30 секунд. Каждый маршрутизатор, участвующий в обмене, хранит информацию обо всех маршрутизаторах региона. Информация включает: уровень загруженности, стоимость и скорость передачи информации, число промежуточных узлов до заданного роутера. На основании этой информации, роутер строит таблицу маршрутизации, где указаны пути ко всем объектам региона.

В настоящее время существует около 130 протоколов маршрутизации. Эта цифра показывает, какое значение уделяется развитию таких технологий. Одним из наиболее распространенных протоколов является RIP (Routing Information Protocol). Он предназначен для работы с сетями среднего размера (самый длинный маршрут содержит не более 15 узлов). Другим примером является протокол маршрутизации OSPF (Open Shortest Path First). Он предназначен для организации маршрутизации в больших сетях и между отдельными доменами. Протокол позволяет выбирать кратчайший путь исходя из: пропускной способности каналов, задержек в передаче информации, количестве ошибок при передаче.