IP-адреса и классы сетей

Internet является общемировой системой информационного обмена. В этом качестве он не уникален, – существует, по крайней мере, еще несколько общемировых информационных систем, например, радио, телевидение, телефонная связь, почта. Причем, у сети Internet больше сходства с телефонной системой и с почтой, т.к. радио и телевидение реализуют одностороннюю связь (от вещателя к зрителю или к слушателю), а Internet, как почта и как телефон, - это принципиально интерактивная система.

Для того, чтобы позвонить по телефону, необходимо знать номер абонента. Наличие у каждого абонента телефонной сети уникального номера - главное необходимое условие существования телефонной сети. Аналогично, для работы почты необходим почтовый адрес. Вообще, для работы любой интерактивной информационной системы необходим универсальный способ идентификации всех элементов этой системы. Этот способ идентификации является основой соответствующей системы.

В сети Internet тоже есть универсальный способ идентификации элементов. Элементы сети Internet называются узлами или "хостами" (от "host"). Адрес каждого узла называется IP-адресом. Узлом сети обычно является компьютер, но может быть и другое устройство, например маршрутизатор (router) или накопитель (hub). IP-адрес позволяет идентифицировать узел Internet также как почтовый адрес идентифицирует получателя письма, а телефонный номер идентифицирует абонента.

В соответствии с IP-протоколом версии 4 (IP v.4) IP-адрес - это четырехбайтовая величина, которую принято записывать в виде 4-х чисел, разделенных точками. Каждое из чисел (называемых октетами) обозначает один из байтов IP-адреса и может принимать значения в диапазоне от 0 до 255. Например, 204.146.46.33 (IP адрес сервера Microsoft) или 207.68.137.53 (IP адрес сервера IBM). Когда компьютер обращается к серверу, в его запросе содержится и адрес этого сервера, и обратный адрес, т.е., адрес компьютера. Каждый из компьютеров сети, через которые проходит сообщение, обрабатывает адрес получателя и в соответствии с ним направляет послание дальше на один, или на другой ближайший компьютер или маршрутизатор.

Internet - это сеть сетей. Сети, входящие в состав Internet, могут сильно различаться между собой по производительности внутрисетевых каналов, по структуре, по внутренним протоколам, но в первую очередь - по размерам, причем размер сети определяется количеством Internet-узлов, т.е. количеством IP-адресов, принадлежащих узлам сети.

Можно ли по IP-адресу компьютера определить, к какой сети он принадлежит? Другими словами, зависит ли IP-адрес компьютера от того, к какой сети он принадлежит?

Проведем опять сравнение с телефонной сетью. Телефонный номер зависит от того, в какой стране, в каком городе и к какой именно АТС подключен абонент.

Для жителя Москвы международный телефонный номер начинается с 7 - 495 – или 7 – 499 - . По следующим трем цифрам можно определить номер АТС и, следовательно, примерное местоположение абонента.

Нечто аналогичное можно сказать и об IP-адресах компьютеров.

Как было сказано, IP-адрес представляется в виде 4-х разделенных точками чисел – октетов.

IP: b₁. b₂. b₃. b₄, 0 £ b_i £ 255, i=1¸4.

Это и есть IP-адрес в соответствии с IP-протоколом версии 4 (IP v.4), который в настоящее время является стандартом, поддерживаемым всеми без исключения узлами Internet.

Что же касается сетей, входящих в состав Internet, то их с точки зрения величины делят на классы, обозначаемые буквами А, В, С, D, E.

Распознать принадлежность компьютера к сети того или иного класса можно по значению 1-го октета IP-адреса. Адрес делится на 2 части: сетевую и машинную. Первая часть определяет логическую сеть, к которой относится адрес, а вторая конкретный компьютер сети.

К классу А относятся глобальные сети, объединяющие целые страны, регионы или принадлежащие крупнейшим провайдерам. Таких сетей в Internet в соответствии с IP v.4 может быть только 126.

Им соответствует значение первого октета IP-адреса от 1 до 126, остальные октеты входят в машинную часть адреса и используются для формирования адреса узла.

К классу B относятся крупные сети, принадлежащие крупным корпорациям, банкам, научно-исследовательским центрам и т.д. Таких сетей в Internet в соответствии IP v.4 может быть уже более 16000. Им соответствует значение первого октета от 128 до 191. В адресации сети участвует также октет , остальные октеты входят в машинную часть адреса и используются для формирования адреса узла.

Сети класса C - это небольшие сети. Адрес сети определяется значениями октетов . Таких сетей может быть более 2-х миллионов, но в каждой из этих сетей может быть не более 254 узлов, адреса которых задаёт октет .

Значения первого октета, равные 0, 127, 255 определяют служебные сети.

Все вышесказанное можно свести в следующую таблицу (Таблица 1.2).

Таблица 1.2.

Для примера проанализируем несколько IP-адресов.

- 204.146.46.133 - сеть класса C, адрес сети 204.146.46, адрес узла 133.

- 207.68.137.53 - сеть класса C, адрес сети 207.68.137, адрес узла 53.

- 147.14.87.23 – сеть класса B, адрес сети 147.14, адрес узла 87.23.

1.2.8. Протоколы системного уровня. Протокол TCP/IP

Рассмотрим суть протокола TCP/IP, являющегося основой сети Internet. Как было сказано, протокол отвечает за порядок формирования, передачи и обработки информационных пакетов системного уровня (TCP-пакетов и датаграмм). Информационный пакет состоит из 2-х частей - заголовка и тела пакета. Заголовок – это набор служебных данных, которые требуются для реализации соответствующего протокола. Тело – это собственно та полезная информация, которая должна быть передана.

Рассмотрим, например, передачу файла по электронной почте.

Прикладная программа, реализующая соответствующий прикладной протокол (ESMTP), сформирует прикладной пакет (MIME-пакет), добавив к файлу свой заголовок, т.е.

Прикладной пакет = MIME-заголовок + передаваемый файл

Далее этот пакет будет передан программе, реализующей протокол TCP, которая сначала разделит прикладной пакет на достаточно маленькие фрагменты.

Прикладной пакет --> Фрагмент1 + Фрагмент2 + ...

Далее каждый фрагмент превращается в TCP-пакет добавлением TCP-заголовка

TCP-пакет 1 = TCP-заголовок 1 + Фрагмент1

TCP-пакет 2 = TCP-заголовок 2 + Фрагмент2

и т.д.,

Затем каждый TCP-пакет превращается в датаграмму добавлением IP-заголовка

Датаграмма 1 = IP-заголовок 1 + TCP-пакет 1

Датаграмма 2 = IP-заголовок 2 + TCP-пакет 2

В IP-заголовке содержится IP-адрес назначения и IP-адрес отправителя.

В TCP-заголовке содержится информация о том, как из фрагментов собрать исходный прикладной пакет, а также так называемая контрольная сумма для контроля правильности передачи информации. Контрольная сумма подсчитывается после каждого акта передачи пакета от одного узла другому. Если подсчитанная контрольная сумма не совпадает со значением, записанным в TCP-заголовке, то пакет считается испорченным при передаче – он уничтожается и поступает запрос на повторную передачу. Если канал связи плохой, то такой процесс может происходить многократно до тех пор, пока пакет не будет передан без искажений. Именно по этой причине иногда приходится очень долго ждать загрузки Web-страницы или файла. Вместе с аппаратным контролем такой контроль обеспечивает почти 100% надежность передачи данных. Но, естественно, за все приходится платить. За достоверность информации, обеспечивающуюся протоколом TCP, приходится платить временем. За счет такого жесткого контроля точности передачи информации время передачи возрастает. С этим можно смириться, если передаются программы. В этом случае нужна 100% точность передачи. Если же передается, например, видеоинформация в режиме реального времени, то точность передачи становится не столь важной: искажения информации будут означать просто искажения изображения.

TCP является транспортным протоколом (протоколом транспортного уровня модели OSI). Это не единственный транспортный протокол, используемый в Интернете. Другой широко используемый транспортный протокол – UDP (User Datagram Protocol). Протокол UDP в отличие от TCP не использует подсчет контрольной суммы и вообще не контролирует искажения информации при передаче. Протокол UDP используется тогда, когда скорость передачи информации важнее отсутствия искажений. В настоящее время протокол UDP используют для потоковых информационных технологий. С этой целью на основе протокола UDP был разработан протокол RTP (Real Time Protocol), предназначенный для передачи изображения и звука в реальном времени.

Вернемся к структуре датаграммы, состоящей из IP и TCP заголовков, а также из фрагмента прикладного пакета. Можно сказать, что фрагмент прикладного пакета вложен в TCP-пакет, а TCP-пакет вложен в свою очередь в IP-пакет (в датаграмму). Принцип вложения или инкапсуляции пакетов является базовым при рассмотрении взаимодействия протоколов Internet разного уровня. Аналогичным образом датаграмма (или ее фрагмент) тоже может быть вложена в более низкоуровневый пакет. Таким образом, может осуществляться передача датаграммы по сети, не поддерживающей TCP/IP протокол, - датаграмма просто будет вложена в пакет, который сможет передаваться по этой сети.

Существует еще несколько видов протоколов системного уровня. Например, протокол ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет узлам обмениваться системными командами. Так, запрос на повторную передачу TCP-пакета передается именно по протоколу ICMP.