Концепция сети Интернет
Системы Интернет базируются на IP-протоколе, обеспечивающем построение логических сетей и использующем для своей работы услуги переноса информации различных физических сетей (LAN, ISDN, ATM, GSM и др.). IP-системы дают возможность разработки и реализации широкого набора разнообразных услуг и вместе с ними многочисленных приложений. Значение Интернет-систем в современных телекоммуникациях быстро растет. IP-сети различных типов представляют собой в настоящее время ядро слияния (конвергенции) различных телекоммуникационных и информационных технологий. Из-за эффективности и универсальности решений, базирующихся на IP-технологии, они встречаются как в сетях общего пользования (Интернет), так и в частных сетях (интранет, экстранет) индивидуальной и деловой связи. Из-за своей распространенности очень похожие решения используются также для внутреннего межсоединения элементов в системах.
В настоящее время актуальной является 4-ая версия IP-протокола (IPv4). Вся глава "IP-технология" рассматривает именно эту версию. Уже разработана также версия 6 (IPv6), однако, она пока еще не нашла широкого применения.
1 Свойства протокола и ip-сетей
IP-сеть - это логическая сеть. Место физического подключения к IP-сети называется сетевым соединением (network connection). К одному физическому соединению в магистральную сеть может относиться одно или несколько логических сетевых соединений. IP-сеть - это сеть пакетной коммутации. Весь трафик передается в виде пакетов переменной длины, состоящих из заголовка и информационной части. В заголовке каждого пакета содержится вся информация, которая необходима для маршрутизации пакета по сети, причем для передачи не требуется устанавливать никакого сетевого соединения между задействованными в коммуникации конечными пунктами. . Сетевой IP-протокол не содержит механизмов, которые бы обеспечивали надежную и качественную передачу по сети. Он работает по принципу наилучшей возможной (best effort) доставки IP-пакетов и не имеет механизмов устранения ошибок. . Задержки при передаче пакетов также не определены. В общем, является действительным, что при меньших нагрузках на сети задержки малы (и связаны, прежде всего, с возможностями услуг переноса информации физических сетей), а при больших нагрузках задержки возрастают и становятся непредсказуемыми. Поскольку пакеты между конечными сетевыми соединениями переносятся по различным маршрутам, при этом не обеспечивается даже порядок доставки пакетов.
Основные функции сети, обеспечиваемые IP-протоколом:
логическая адресация сетевых соединений;
маршрутизация и перенос данных по IP-сети;
разборка и повторная сборка (фрагментация и дефрагментация) с целью возможной адаптации к различным размерам кадров физических сетей;
основная отчетность по работе IP-сети.
2 Логическая адресация
Каждое сетевое соединение однозначно определяется IP-адресом. IP-адрес - это 32-х битное двоичное число (4 октета). Обычно, для лучшей ясности, IP-адреса представляются в виде десятичных значений отдельных октетов, разделенных точками (dotted quad address). IP-адрес состоит из двух частей. Адрес сети (network ID) определяет, в какой логической сети находится адресованное сетевое соединение. . Адрес устройства (host ID) определяет, о каком устройстве логической сети идет речь. Граница между адресом сети и адресом устройства не определена однозначно. Она зависит от класса IP-адреса и от возможного дополнительного подразделения сети на подсети (subnetworking). Четко граница между адресом сети и адресом устройства определяется маской подсети (subnet mask или network mask). Маска подсети - это 32-битное число, имеющее непрерывную последовательность единиц на местах, относящихся к адресу сети, и последовательность нулей на местах, относящихся к адресу устройства.
Таблица 1: Двоичная запись IP-адреса и десятичная четырехдельная запись
|
Двоичная запись IP-адреса |
Десятичная четырехдельная запись |
IP-адрес |
10000001.10000010.01001111.01010101 |
129.130.79.85 |
Маска подсети |
11111111.11111111.11111000.00000000 |
255.255.248.0 |
Адрес сети |
10000001.10000010.01001000.00000000 |
129.130.72.0 |
Адрес устройства |
00000000.00000000.00000111.01010101 |
0. 0. 7. 85 |
В таблице 1 дается пример различных записей IP-адреса. Сумма адреса сети и адреса устройства дает полный IP-адрес. IP-адрес и маска подсети часто записываются также в таком виде:
IP-адрес/число битов адреса сети
Пример: 129.130.79.85/21 -к адресу сети относится 21 бит IP-адреса.
Разграничению адреса сети и адреса устройства с помощью маски подсети предшествовала классификация IP-адресов. Классы IP-адресов отличаются числом битов в адресе, определяющем сеть (т. е. размером поля адреса сети). В классе А число этих битов составляет 7 (число возможных сетей этого типа составляет 27-2, и в каждой из них может быть 224-2 устройств), в классе В - 14 (число возможных сетей этого типа составляет 214-2, и в каждой из них может быть 216-2 устройств) и в классе С - 21 (число возможных сетей этого типа составляет 221-2, и в каждой из них может быть 28-2 устройств). Адреса класса D используются при групповой передаче нескольким получателям сразу (multicast), а адреса класса Е зарезервированы для использования в перспективе. Поскольку уже на основе самого класса IP-адреса можно определить адрес сети, использование маски при условии строгого соблюдения классов в принципе не нужно. Но поскольку концепцией подсетей обеспечивается дополнительная гибкость адресации, принцип использования маски стал сегодня преобладающим.
16 сетей класса В с сетевыми адресами в диапазоне от 172.16.0.0 и до 172.32.0.0;
256 сетей класса С с сетевыми адресами в диапазоне от 192.168.0.0 и до 192.168.255.0.
Особое значение имеет сеть класса А с сетевым адресом:
127.0.0.0.
Эта сеть, т. е. все сетевые соединения в этой сети, формируют интерфейс контура обратной связи (loopback interface - шлейфовый интерфейс). Шлейфовый интерфейс используется в том случае, когда требуется установить IP-соединения с собственным (этим же) устройством, а не с удаленным устройством по одному из интерфейсов в сторону магистральных сетей. Шлейфовый интерфейс необходим тогда, когда мы не можем (например, из-за отсутствия физических интерфейсов) или не желаем (из-за тестирования, устранения неисправностей) использовать регулярное сетевое соединение, а нам локально требуются функции сетевого уровня IP.