Информационные технологии, интернет, веб программирование, it, hi-tech, …

Локальная сеть

Абонент соединяется с использованием сети LAN Ethernet и при этом отсутствуют дополнительные подключения.

Просто компьютер подсоединяется одним из двух видов кабеля:

Необходимо отметить, что этот вид подключения имеет два следующих подвида:

1. Динамический – DHCP, который можно отнести к простым видам, так как у пользователя нет необходимости во вводе параметров настроек. Достаточно вставить провод в ПК и все нужные характеристики поступят в автоматическом режиме.
2. Статический – IP. В этом случае IP-адрес фиксированный и нужно вручную ввести параметры сети. Настройки прописаны в контрактных документах поставщика услуг связи с клиентом. Нужно указать следующие обязательные характеристики конфигурации: IP, маску подсети, ДНС и шлюз.

В компьютере на операционной системе Windows эти параметры вводятся в «Свойствах протокола Интернета» версии 4.

В этом меню можно легко изменить характеристики в соответствии с указанными в договоре с провайдером данными.

Примечание: Нередко в этих двух подвидах применяется привязка по адресу «МАС».

Сегодня кабельный тип подключения к интернету через WAN разъем пока занимает лидирующую позицию в рейтинге популярности среди пользователей.

Главное достоинство – высокая скорость при сравнительно низких ценах на тарифы обслуживающей компании.

Провайдеры подключают клиентов в этом случае следующими способами:

а) с использованием оптоволоконного кабеля;

б) через витую пару.

Какими бывают протоколы Интернета

На сегодняшний день известно несколько разновидностей протоколов Интернета. Они имеют следующие обозначения:

• HTTP;
• DNS;
• ICMP;
• FTP;
• UDP;
• TCP/IP — название протокола, являющегося основным для интернет-сетей.

Обратите внимание! Различия между этими решениями кроются в уровнях назначения

И здесь можно разделить решения по нескольким веткам:

• физические уровни. Предполагают, что соединение создаётся при помощи витой пары, оптических волокон;
• ARP-уровень с драйверами устройств;
• сетевой уровень со стандартными ICMP, IP;
• транспортный уровень — UDP и TCP;
• прикладной. Сюда входят стандартные протоколы сети Интернет типа NFS, DNS, FTP, HTTP.

ISO/OSI — система стандартизации, которая используется абсолютно для всех решений. Благодаря этому не возникает сбоев у разнообразных платформ, даже если используются разные операционные системы, оборудование поставляют разные производители. Сейчас такие детали практически не имеют значения.

Обратите внимание! Для функционирования Интернета используется протокол каждого уровня

Тип кадра данных в PPP

Поле «Данные» PPP кадра, в свою очередь, разбиты ещё на два поля: флаг протокола (который определяет тип данных до конца кадра) и сами данные.

• Флаги протокола от 0x0XXX до 0x3XXX идентифицируют протоколы сетевого уровня. Например, популярному IP протоколу соответствует флаг 0x0021, а Novell IPX — 0x002B.
• Флаги протокола от 0x4XXX до 0x7XXX идентифицируют протоколы с низким уровнем трафика.
• Флаги протокола от 0x8XXX до 0xBXXX идентифицируют протокол управления сетью (NCP).
• Флаги протокола от 0xCXXX до 0xEXXX идентифицируют управляющие протоколы. Например, 0xC021 обозначает, что кадр содержит данные протокола управления соединением LCP.

Протоколы уровня 1 Physical layer (Физический уровень)

Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

• ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
• ISDN Integrated Services Digital Network
• PDH Плезиохронная цифровая иерархия
  • T-канал (T1, T3, etc.)
  • E-канал (E1, E3, etc.)
• RS-232, a serial line interface originally developed to connect modems and computer terminals
• SDH Синхронная Цифровая Иерархия
• SONET Synchronous Optical NETworking
• Стандартные модемные протоколы/Протоколы серии ITU V, используемые в соединениях между аналоговыми модемами по телефонной линии.
• Физический уровень CCITT G.hn

Основные характеристики

PPP протокол был разработан на основе HDLC и дополнен некоторыми возможностями[какими?], которые до этого встречались только в проприетарных протоколах.

Автоматическая настройка

Link Control Protocol (LCP) обеспечивает автоматическую настройку интерфейсов на каждом конце (например, установка размера пакетов) и опционально проводит аутентификацию. Протокол LCP работает поверх PPP, то есть начальная PPP связь должна быть до работы LCP.

Другим вариантом аутентификации через PPP является Extensible Authentication Protocol (EAP).

После того, как соединение было установлено, поверх него может быть настроена дополнительная сеть. Обычно используется Internet Protocol Control Protocol (IPCP), хотя Internetwork Packet Exchange Control Protocol (IPXCP) и AppleTalk Control Protocol (ATCP) были когда-то популярны. Internet Protocol Version 6 Control Protocol (IPv6CP) получит большее распространение в будущем, когда IPv6 заменит IPv4 как основной протокол сетевого уровня.

Многопротокольная поддержка

PPP позволяет работать нескольким протоколам сетевого уровня на одном канале связи. Другими словами, внутри одного PPP-соединения могут передаваться потоки данных различных сетевых протоколов (IP, Novell IPX и т. д.), а также данные протоколов канального уровня локальной сети. Для каждого сетевого протокола используется Network Control Protocol (NCP), который его конфигурирует (согласовывает некоторые параметры протокола).

PPP NCP обеспечивает процесс создания соединения через PPP, инициирует и настраивает различные протоколы сетевого уровня такие как IP, IPX или AppleTalk.

Microsoft PPP поддерживает следующие NCP:

• Internet Protocol Control Protocol (IPCP) для настройки IP.
• Internetwork Packet Exchange Control Protocol (IPXCP) для настройки IPX.
• AppleTalk Control Protocol (ATCP) для настройки AppleTalk.
• NetBIOS Frames Control Protocol (NBFCP) для настройки NetBEUI.

Обнаружение закольцованных связей

PPP обнаруживает закольцованные связи, используя особенность, включающую magic numbers. Когда узел отправляет PPP LCP сообщения, они могут включать в себя магическое число. Если линия закольцована, узел получает сообщение LCP с его собственным магическим числом вместо получения сообщения с магическим числом клиента.

Виды сетевых протоколов и их сравнение

1. Физический уровень – проще говоря, физическая среда, в которой происходит обмен информацией. На этом уровне происходит преобразование электрических импульсов в бинарный код (нули и единицы), и передача их по проводам на более высокий уровень. На этом уровне работают хабы, ретрансляторы сигналов и медиаконверторы.
2. Канальный уровень – здесь информация поступает на хост для ее обработки. Для однозначной идентификации устройства используется так называемый MAC адрес, состоящий из 12 шестнадцатеричных знаков, поделенных на 6 октетов. Второй подуровень LLC отвечает за обслуживание сетевого уровня.
3. Сетевой уровень – здесь полноправным хозяином является IP-адрес, идентифицирующий уже пользователя в глобальной сети Internet. Информация сюда поступает в виде пакетов, которые после коммутации и маршрутизации переходят на следующий уровень.
4. Транспортный уровень – если на сетевом уровне происходи обязательная доставка пакетов до адресата, то протокол этого уровня следит за тем, чтобы информация дошла в целом и удобоваримом виде. Для этого он фрагментирует большие блоки данных или, наоборот, объединяет их. Взаимодействие данных на этом уровне регулируется такими протоколами как TCP по принципу «точка-точка».
5. Сессионный уровень – протоколы этого уровня отвечают за поддержание сеанса связи, синхронизацию начала и конца сеанса, проверку прав доступа.
6. Уровень представления – здесь поступившие данные декодируются/кодируются, а также сжимаются/распаковываются. В общем-то, на этом уровне происходит перевод информации на понятный браузеру или приложению язык или, наоборот, криптографические преобразования данных для их отправки на более низкий уровень.
7. Прикладной уровень – протоколы данного уровня регулируют взаимодействие сети и пользователя, разрешают приложениям доступ к обработчику запросов БД, файлам и сетевым службам. Здесь в силу вступают протоколы верхнего уровня, такие как HTTP, FTP, POP3, Telnet и др. Подробнее о них.

HTTP – протокол передачи данных в сети Internet. Он использует клиент-серверную модель, то есть существует клиент, передающий запрос серверу, который, в свою очередь, отвечает на этот запрос. На прикладном уровне, поддерживаемом этим протоколом, в качестве клиентов используются, как правило, браузеры, а в качестве серверов выступают Apache, Microsoft IIS и др.

FTP – протокол передачи файлов. Старейший протокол, разработанный в начале 70-х годов, не теряет своей актуальности и в наши дни. В нем также используется модель «клиент-сервер». В настоящее время разработано несколько модификаций данного протокола, поддерживающих туннелирование (защищенную передачу данных) и шифрование.

DNS – система доменных имен. Если говорить проще, то данный протокол хранит информацию об именах запрашиваемых пользователем ресурсов и IP-адресах, соответствующих им. К примеру, вы хотите зайти на сайт yandex.ru. Ваше устройство не знает, что такое yandex.ru, так как в качестве адреса назначения, как мы рассматривали выше, используется IP. Поэтому DNS обращается к одноименному серверу, откуда получает IP адрес, после чего отправляется запрос на данный адрес и происходит перенаправление на него.

SMTP — почтовый протокол, предназначенный для обмена электронными письмами. Работает аналогично другим популярным почтовым протоколам POP3 и IMAP, но для передачи информации использует 25 порт.

Протокол IPv4 в эталонной модели сетевого взаимодействия OSI 7

Модель OSI описывает общие принципы взаимодействия сетевых устройств по иерархическому признаку, состоящему из семи уровней: физического, канального, сетевого, транспортного, сеансового, представления, прикладного.

Как видим, протокол интернета TCP/IPv4 относится к третьему по счету уровню, сетевому. На этом уровне модели OSI происходит формирование оптимальных маршрутов и путей передачи данных между устройствами с учетом нагрузки на узлы сети. Здесь же происходит процесс трансляции – преобразования логических сетевых адресов в физические и наоборот. На программно-физическом уровне эту задачу выполняют роутеры, установленные у провайдеров и в конечной точке подключения интернета. Каждый уровень взаимодействует с верхним и нижним в обе стороны, выполняя определенную функцию обработки и передачи данных. Так третий уровень модели OSI, получив закодированную информацию от четвертого, делит ее на фрагменты, добавляя служебную информацию, и передает на второй уровень. Либо наоборот, при поступлении данных со второго сегмента на сетевом уровне происходит обработка и объединение пакетов, их передача на вышестоящий по иерархической цепочке модели OSI.

Данную модель не зря называют идеальной, так как она описывает общие принципы сетевого взаимодействия. На момент ее появления весь мир уже активно использовал стек протоколов IPv4. Причем модель TCP/IP более точно и правильно описывает существующие процессы передачи данных по сетям взаимодействия.  

Любопытно. Разделением и присвоением IP-адресов занимаются четыре некоммерческих организации, разделенные по региональному принципу: RIPE NCC отвечает за Европу, ARIN действует на территории Америки, APNIC – в Азии и Тихоокеанском регионе, LACNIC – в Латинской Америке и на Карибах. Причем Россию отнесли в данной классификации к европейской RIPE. На самом деле полномочия выдачи ip-адресов делегированы локальным интернет-регистраторам (LIR), коими являются наиболее крупные провайдеры. Именно они работают с конечными пользователями в этом вопросе, в том числе финансово содержат вышестоящего регистратора за счет роялти.

Пакет

IP-пакет — форматированный блок информации, передаваемый по компьютерной сети, структура которого определена протоколом IP. Соединения компьютерных сетей, не поддерживающие IP-пакеты, такие как традиционные соединения типа «точка-точка» в телекоммуникациях, просто передают данные в виде последовательности байтов, символов или битов. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

Версия 4 (IPv4)

Основная статья: IPv4

• Версия — для IPv4 значение поля должно быть равно 4.
• IHL — (Internet Header Length) длина заголовка IP-пакета в 32-битных словах (dword). Именно это поле указывает на начало блока данных (англ. payload — полезный груз) в пакете. Минимальное корректное значение для этого поля равно 5.
• Длина пакета — (Total Length) длина пакета в октетах, включая заголовок и данные. Минимальное корректное значение для этого поля равно 20, максимальное — 65 535.
• Идентификатор — (Identification) значение, назначаемое отправителем пакета и предназначенное для определения корректной последовательности фрагментов при сборке пакета. Для фрагментированного пакета все фрагменты имеют одинаковый идентификатор.
• 3 бита флагов. Первый бит должен быть всегда равен нулю, второй бит DF (don’t fragment) определяет возможность фрагментации пакета и третий бит MF (more fragments) показывает, не является ли этот пакет последним в цепочке пакетов.
• Смещение фрагмента — (Fragment Offset) значение, определяющее позицию фрагмента в потоке данных. Смещение задается количеством восьмибайтовых блоков, поэтому это значение требует умножения на 8 для перевода в байты.
• Время жизни (TTL) — число маршрутизаторов, которые может пройти этот пакет. При прохождении маршрутизатора это число уменьшается на единицу. Если значение этого поля равно нулю, то пакет должен быть отброшен, и отправителю пакета может быть послано сообщение Time Exceeded (ICMP тип 11 код 0).

Версия 6 (IPv6)

Основная статья: IPv6

• Версия — для IPv6 значение поля должно быть равно 6.
• Класс трафика — определяет приоритет трафика (QoS, класс обслуживания).
• Метка потока — уникальное число, одинаковое для однородного потока пакетов.
• Длина полезной нагрузки — длина данных в октетах (заголовок IP-пакета не учитывается).
• Следующий заголовок — задаёт тип расширенного заголовка (англ. IPv6 extension), который идёт следующим. В последнем расширенном заголовке поле Next header задаёт тип транспортного протокола (TCP, UDP и т. д.) и определяет следующий инкапсулированный уровень.
• Число переходов — максимальное число маршрутизаторов, которые может пройти пакет. При прохождении маршрутизатора это значение уменьшается на единицу и по достижении нуля пакет отбрасывается.

Состояния сервера

Сервер IMAP ожидает соединения от клиентов на порту TCP 143. После установления соединения сервер посылает свое приветствие клиенту, и начинается диалог, в котором клиент посылает серверу команды, а сервер сообщает о результатах их выполнения или присылает затребованную клиентом информацию. Как и сеанс POP3, сеанс IMAP делится на несколько состояний ( states ). Допустимый набор команд зависит от текущего состояния сеанса. Сеанс может находиться в одном из следующих состояний:

• Неаутентифицированное состояние
• Аутентифицированное состояние
• Выбранное состояние
• Состояние выхода

Переходы:

1. Соединение без предварительной аутентификации
2. Соединение с предварительной аутентификацией
3. Отвергнутое соединение
4. Успешная аутентификация
5. Успешное выполнение команды SELECT или EXAMINE
6. Команда CLOSE или неудачное завершение команды SELECT или EXAMINE
7. Команда LOGOUT или потеря связи

Активации канала PPP и его фазы

• Link Dead. Эта фаза наступает, когда связь нарушена либо одной из сторон указали не подключаться (например, пользователь завершил модемное соединение.)
• Link Establishment Phase. В данной фазе проводится настройка Link Control. Если настройка была успешной, управление переходит в фазу аутентификации либо в фазу Network-Layer Protocol, в зависимости от того, требуется ли аутентификация.
• Authentication Phase. Данная фаза является необязательной. Она позволяет сторонам проверить друг друга перед установкой соединения. Если проверка успешна, управление переходит в фазу Network-Layer Protocol.
• Network-Layer Protocol Phase. В данной фазе вызывается NCP для желаемого протокола. Например, IPCP используется для установки IP сервисов. Передача данных по всем успешно установленным протоколам также проходит в этой фазе. Закрытие сетевых протоколов тоже включается в данную фазу.
• Link Termination Phase. Эта фаза закрывает соединение. Она вызывается в случае ошибок аутентификации, если было настолько много ошибок контрольных сумм, что обе стороны решили закрыть соединение, если соединение неожиданно оборвалось либо если пользователь отключился. Данная фаза пытается закрыть всё настолько аккуратно, насколько возможно в данных обстоятельствах.

Инкапсуляция данных

Взаимодействие между одноименными уровнями модели OSI осуществляется логически с использованием правил того или иного протокола. Это взаимодействие происходит в форме передачи сообщений, которые называются блоками данных протокола (protocol data units, PDU). Каждый PDU имеет специальный формат, определенный в соответствии с функциями и требованиями конкретного протокола.

Для организации передачи данных, протокол уровня N должен передать PDU на нижележащий уровень N-1. Протокол уровня N-1 предоставит сервис вышележащему уровню N, т.е. он примет PDU протокола уровня N, который станет для него данными,обработает их и передает дальше на уровень N-2. На уровне N-1 PDU протокола уровня N будет называться блоком данных сервиса (service data unit, SDU). Чтобы обеспечить сервис, протокол уровня N-1 помещает SDU, полученный от уровня N, в поле данных своего PDU и добавляет служебную информацию (заголовки и/или концевики), необходимую протоколу для реализации своей функции. Этот процесс называется инкапсуляцией данных.

Инкапсуляция — это процесс, при котором к данным добавляется служебная информация определенного протокола (уровня) перед отправкой в сеть.

Для обозначения PDU некоторых протоколов используются специальные термины. Сегментом (segment) называется PDU протокола TCP, который работает на транспортном уровне модели OSI и стека TCP/IP. Пакетом (packet) или IP-дейтаграммой называют блок данных протокола IP, работающего на сетевом уровне модели OSI и уровня Интернет стека TCP/IP. На канальном уровне модели OSI и уровне доступа к сети стека TCP/IP PDU называются кадрами (frame).

Рассмотрим процесс инкапсуляции при передаче данных между узлами, показанный на рисунке 2.4. Когда приложение на компьютере А отправляет сообщение приложению на компьютер В, то оно передает его на уровень приложений компьютера А. Затем с уровня приложений, данные передаются на уровень представлений, который отправляет их ниже на сеансовый уровень. Сеансовый уровень пересылает данные транспортному уровню, который в свою очередь формирует сегмент путем добавления служебной информации, и передает его сетевому уровню модели OSI. Сетевой уровень принимает сегмент и добавляет свой заголовок, образуя пакет, и передает его нижележащему уровню. Канальный уровень в свою очередь создает кадр путем добавления заголовка канального уровня и концевика, затем передает его физическому уровню. На физическом уровне поток битов преобразуется в электрические, электромагнитные или оптические сигналы, которые отправляются через среду передачи компьютеру В.

Физический уровень компьютера В принимает сигналы из физической среды, извлекает из них информацию в виде потока битов. Далее из этого потока формируется кадр, который передается выше на канальный уровень. Канальный уровень принимает кадр и анализирует служебную информацию, предназначенную для него. В случае отсутствия каких-либо ошибок, канальный уровень извлекает из сообщения данные, предназначенные для вышележащего сетевого уровня, и передает их ему. Этот процесс повторяется на каждом вышележащем уровне вплоть до уровня приложений. Уровень приложений компьютера В передает информацию приложению-приемнику и процесс обмена данными завершается. Другими словами, достигнув узла-получателя, сообщение проходит через все уровни в обратном порядке (от 1-го до 7-го), последовательно преобразовываясь на каждом из них с использованием соответствующей служебной информации, пока не достигнет приложения-приемника. Этот процесс называется декапсуляцией данных.

Активации канала PPP и его фазы

• Link Dead. Эта фаза наступает, когда связь нарушена либо одной из сторон указали не подключаться (например, пользователь завершил модемное соединение.)
• Link Establishment Phase. В данной фазе проводится настройка Link Control. Если настройка была успешной, управление переходит в фазу аутентификации либо в фазу Network-Layer Protocol, в зависимости от того, требуется ли аутентификация.
• Authentication Phase. Данная фаза является необязательной. Она позволяет сторонам проверить друг друга перед установкой соединения. Если проверка успешна, управление переходит в фазу Network-Layer Protocol.
• Network-Layer Protocol Phase. В данной фазе вызывается NCP для желаемого протокола. Например, IPCP используется для установки IP сервисов. Передача данных по всем успешно установленным протоколам также проходит в этой фазе. Закрытие сетевых протоколов тоже включается в данную фазу.
• Link Termination Phase. Эта фаза закрывает соединение. Она вызывается в случае ошибок аутентификации, если было настолько много ошибок контрольных сумм, что обе стороны решили закрыть соединение, если соединение неожиданно оборвалось либо если пользователь отключился. Данная фаза пытается закрыть всё настолько аккуратно, насколько возможно в данных обстоятельствах.

Другие сетевые модели

Важное значение с точки зрения организации сетей имеет также модель DoD (Department of Defense — Министерство обороны США), так как в основе протоколов TCP/IP лежит не модель OSI, а именно эта модель. Поскольку модель DoD во многом совпадает с моделью OSI, тот факт, что она является фундаментом протоколов TCP/IP, может привести к некоторой путанице при изучении модели OSI

Верхние уровни модели DoD не совпадают с верхними уровнями модели OSI, поэтому в разных книгах можно встретить различные описания порядка расположения протоколов в модели OSI. Но здесь необходимо прежде всего учитывать, что фактически знание того, где должен быть указанный протокол модели OSI, необходимо в основном для успешной сдачи экзаменов; а на практике важнее всего понимание назначения каждого уровня модели.

Модели DoD и OSI

Модели OSI и DoD позволяют наглядно представить процесс сетевого взаимодействия, а компания Cisco применяет в своей работе иерархическую межсетевую модель, которая представляет собой многоуровневое отображение топологического проекта объединенной сети. Эта модель разработана в целях максимального повышения производительности; в то же время она обеспечивает оптимальную отказоустойчивость. Применение этой модели позволяет упростить конструкцию сети путем распределения функций по уровням сетевого проекта. Очевидным недостатком данной модели в сетях небольших и средних размеров является высокая стоимость проекта, но если задача состоит в создании высокопроизводительной, масштабируемой, резервируемой объединенной сети, то применение такого подхода является одним из наилучших способов реализации в проекте поставленных целей.

Иерархическая межсетевая модель Cisco состоит из трех уровней:

1. Уровень ядра сети. Этот уровень объединенной сети соответствует опорной сети. Поскольку опорная сеть играет такую важную роль, любые серьезные нарушения в ее работе скорее всего будут заметны для всех, кто использует эту объединенную сеть. Кроме того, поскольку скорость здесь играет очень важную роль (в связи с огромным объемом трафика, который проходит по опорной сети), на этом уровне практически не должны быть реализованы функции, требующие значительных ресурсов маршрутизации или коммутации. Иными словами, маршрутизация, обработка списков доступа, сжатие, шифрование и все прочие функции, требующие больших затрат ресурсов, должны быть выполнены до того, как пакет поступит в ядро сети.
2. Распределительный уровень. Этот уровень занимает промежуточное положение между уровнем ядра сети и уровнем доступа. Клиенты не взаимодействуют непосредственно с этим уровнем, но на нем выполняется основная часть функций обработки передаваемых ими пакетов. На этом уровне выполняется также основная часть вспомогательных функций. В частности, на нем функционируют службы маршрутизации, обеспечения качества обслуживания (Quality of Service — QоS), проверки списков доступа, шифрования, сжатия и трансляции сетевых адресов (Network Address Translation — NAT).
3. Уровень доступа. На этом уровне пользователям предоставляется доступ к локальным сегментам. Характерной особенностью уровня доступа является применение соединений локальной сети, обычно в сетевой среде небольшого масштаба (такой как отдельное здание). Иными словами, именно на этом уровне происходит подключение клиентов к сети. Обычно на уровне доступа выполняется коммутация Ethernet и другие основные функции.

Пример практического применения этой модели приведен на рис.10.

Рис.10. Иерархическая межсетевая модель Cisco.

Зачем менять IPv4?

Главная причина — адресов IPv4 уже давно не хватает.

Дело в том, что IP-уровень стека протоколов TCP/IP считается наиболее важной частью всей архитектуры глобальной сети. IPv4 — четвёртая версия протокола IP, после запуска которой сразу стало ясно, что существуют ограничения в плане возможностей и масштабируемости

То есть распределение адресного пространства происходило намного быстрее, чем могла себе позволить архитектура IPv4.

Результат — появление классовой, а потом и бесклассовой адресации. В итоге уже в феврале 2011 года IANA выделила пять последних блоков адресов RIRам. В результате уже в том же году свободные IP-адреса стали заканчиваться и у региональных регистраторов.

Как раз для решения этой проблемы и была разработана альтернатива — версия IP-протокола, известная под названием IPv6.

Автор этой статьи знает о проблеме недостатка адресов IPv4 не понаслышке. Ещё в 2014 году, работая над дипломом в университете, я столкнулся с тем, что не смог получить в своё распоряжение статический IP. И даже будучи на тот момент индивидуальным предпринимателем, оформив соответствующую заявку и лично поговорив с руководством компании-провайдера, проблему в сжатые сроки мне решить не удалось. А ведь в рамках дипломного проекта я создавал сервер на собственном домашнем компьютере и статический IP был просто жизненно необходим. На мои постоянные вопросы о том, как же мне получить этот адрес, звучал простой ответ: «Когда кто-нибудь откажется — тогда дадим вам». Понятное дело, никто отказываться не спешил. Проект удалось в итоге реализовать, используя динамический IP, но это было совсем не то, что планировалось изначально.

Принцип работы протокола IPv4

Internet Protocol представляет собой датаграмму, содержит заголовок и полезную нагрузку. Заголовок шифрует адреса источника и назначение информационного пакета, в то время как полезная нагрузка переносит фактические данные. В отличие от сетей прямой коммутации канала, критичных к выходу из строя любого транзитного узла, передача данных с помощью интернет-протокола IPv4 осуществляется пакетным способом. При этом используются разные маршруты передачи ip-пакетов. Допустима ситуация, когда пакеты нижнего уровня достигают конечного узла раньше, чем пакеты верхнего. Некоторые из них теряются во время трансляции. В этом случае посылается повторный запрос, происходит восстановление потерянных фрагментов.

Каждый сетевой узел в модели TCP/IP имеет собственный IP-адрес. Это обеспечивает гарантированную идентификацию устройств при установке соединения и обмене данными. В то же время отличают два уровня распределения адресов по протоколу TCP/ IPv4 – публичные и частные. Первые уникальны для всех без исключения устройств, осуществляющих обмен данными в общемировой WEB-сети. Например, IP-адрес 8.8.8.8 принадлежит компании Google и является адресом публичного DNS-сервера компании. При построении локальной подсети Ethernet идентификация внутренних устройств передачи данных осуществляется путем назначения собственных ip-адресов для каждой единицы оборудования. Коммутация осуществляется через порты роутера (маршрутизатора), каждому присваивается отдельный сетевой адрес с возможным дополнительным разделением на подсети за счет использования маски IP-адреса.

Изначально адресация в IP-сетях систематизировалась по классовому принципу путем деления на большие блоки, что делало ее неудобной в использовании как конечными пользователями, так и провайдерами. Ей на смену пришла бесклассовая схема под названием Classless Inter-Domain Routing (CIDR).

Основной атрибут протокола TCP/IPv4, его адрес, состоит из тридцати двух бит (четырех байт) и записывается четырьмя десятичными числами от 0 до 255, которые разделены точками. Есть альтернативные способы записи (двоичное, десятичное, без точки и т.д.), но они не меняют принципа работы протокола. В стандартном формате запись CIDR производится в виде IP-адреса, следующего за ним символа «/» и числа, обозначающего битовую маску подсети: 13.14.15.0/24. В данной комбинации число 24 означает количество битов в маске подсети, имеющих приоритетное значение. Полный IP-адрес состоит из 32 бит, маской являются старшие 24, соответственно, общее количество возможных адресов в сети составит 32 — 24 = 8 бит (256 IP-адресов). В этом диапазоне описываются сети, состоящие из различного количества доступных адресов путем их вариативной комбинации. Одна большая сеть может быть раздроблена на несколько более мелких подсетей нижнего уровня.

Какие ещё протоколы используются в Интернете

Помимо выше указанных, для сети существуют и другие решения. У каждого свои особенности:

• MAC, или Media Access Control отвечает за идентификацию устройств в Сети на одном из самых низких уровней. Уникальным MAC-адресом снабжается каждое приспособление, которое подключается к Сети. Эту информацию задаёт ещё производитель. Физические адреса используются в случае с локальными сетями, по которым передают сведения. Это один из немногих протоколов, до сих пор остающийся достаточно популярным.
• DNS — протокол для передачи файлов. Отвечает за преобразование в сложные IP-адреса данных, которые раньше были легко понятны и читаемы. Обратный порядок преобразования тоже работает. Благодаря этому становится просто получать доступ к сайтам с помощью доменного имени.
• SSH реализуется для удалённого управления системой с участием защищённого канала. Этот вариант для работы используют многие технологии.

Важно! При выборе того или иного метода отталкиваться нужно от того, для чего предназначен тот или иной элемент. Одинаковым остаётся способ настройки в разных операционных системах

Только в некоторых специализированных компонентах заметно отличие.

Системы Windows изначально были настроены так, чтобы в качестве универсального протокола использовать TCP/IP. Все остальные функции не настраиваются вообще либо настраиваются, но автоматически.

Чёткая определённость и структурированность — главные условия для организации правильного обмена информацией по Сети между компьютерами. По этой причине применяются различные стандарты. Первоначально для установки протоколов использовались международные соглашения. Различные задачи, типы информации, протоколы могут быть разными в зависимости от того, что нужно пользователям или самим сетям.

Обратите внимание! Настройки в большинстве случаев автоматические, никаких проблем с работой возникнуть не должно. Хотя и ручная корректировка не доставляет хлопот, если следовать простым инструкциям

Сетевая иерархия

Канальный уровень совпадает с Ethernet. В пакете содержится набор определенных параметров, задающих его тип. Данные находятся в прямой зависимости от этого типа, а их содержание относится к сетевому уровню. Существует два самых распространенных протокола: ARP, который отвечает за преобразование IP-адресов в MAC, и сам IP-протокол. Можно привести структуру IP-пакета. Все данные, которые переносятся с его помощью, уже отправляются на конкретный сетевой адрес. В пакете имеется число в установленном формате, обозначающее тип протокола.

Самыми распространенными являются два типа: TCP и UDP. Между ними имеется определенное отличие, состоящее в том, что первый характеризуется максимальной степенью надежности, ведь при отправке пакета он постоянно отправляет запрос о его получении. Второй сетевой протокол – это удобный инструмент, к примеру, при прослушивании интернет-радио. При этом предполагается отправка пакетов без какой-либо проверки факта их получения. Если он дошел, то вы сможете прослушивать радио, а если нет – то нет смысла в проверке и контроле.

Уровни протоколов

Здесь представлен неполный список сетевых протоколов, отсортированных по ближайшим им уровням модели Open Systems Interconnection (OSI). Однако, многие из данных протоколов изначально основаны на стеке протоколов TCP/IP и прочих моделях, поэтому они не могут быть однозначно соотнесены с уровнями модели OSI.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI. В соответствии с ней протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями):