Рівні роботи мережі
Пересилання бітов
Пересилання бітов відбувається на фізичному рівні схеми ISO OSI. На жаль, тут усяка спроба короткого й доступного опису приречена на провал. Потрібне введення величезної кількості спеціальних термінів, понять, описів процесів на фізичному рівні й т.д. І потім, існує настільки велика розмаїтість приемопередатчиков і передавальних середовищ, - важко навіть й оглянути цей океан технологій. Для розуміння роботи мереж цього й не потрібно. Уважайте, що просто є труба, по якій від краю до краю перекачуються біти. Саме біти, без усякого розподілу на які-небудь групи (байти, декади й т.п.).
Пересилання даних
Про організації блокової, символьної передачі, забезпеченні надійності пересилання поговоримо на інших рівнях моделі ISO OSI. Т.е. функції канального рівня в Internet розподілені по інших рівнях, але не вище транспортного. У цьому змісті Internet не зовсім відповідає стандарту ISO. Тут канальний рівень займається тільки розбивкою бітового потоку на символи й кадри й передачею отриманих даних на наступний рівень. Забезпеченням надійності передачі він себе не утруждает.
Мережі комутації пакетів
Настала настав час поговорити про Internet саме як про мережі, а не павутині ліній зв'язку й безлічі приемопередатчиков. Здавалося б, Internet цілком аналогічне телефонної мережі, і модель телефонної мережі досить адекватно відбиває її структуру й роботу. Справді, обидві вони електронні, обидві дозволяють вам встановлювати зв'язок і передавати інформацію. І Internet теж складається, у першу чергу, з виділених телефонних ліній. Але на жаль! Картина ця невірна й приводить до багатьом оманам щодо роботи Internet, до безлічі непорозумінь. Телефонна мережа - це так називана мережа з комутацією ліній, тобто коли ви робите виклик, установлюється зв'язок і на увесь час сеансу зв'язку є фізичне з'єднання з абонентом. При цьому вам виділяється частина мережі, що для інших уже не доступна, навіть якщо ви мовчачи дихаєте в трубку, а інші абоненти хотіли б поговорити по дійсно невідкладній справі. Це приводить до нераціонального використання дуже дорогих ресурсів - ліній мережі. Internet же є мережею з комутацією пакетів, що принципово відрізняється від мережі з комутацією каналів.
Для Internet більше підходить модель, що спочатку може не вселяти довіри: пошта, звичайна державна поштова служба. Пошта є мережею пакетного зв'язку. Немає ніякої виділеної вам частини цієї мережі. Ваше послання перемішується з посланнями інших користувачів, кидається в контейнер, пересилається в іншу поштову відділення, де знову сортується. Хоча технології сильно відрізняються, пошта є прекрасним і наочним прикладом мережі з комутацією пакетів. Модель пошти дивно точно відбиває суть роботи й структури Internet. Нею ми й будемо користуватися далі.
Протокол Internet (IP)
По проведенню можна переслати біти тільки з одного його кінця в іншій. Internet же умудряється акуратно передавати дані в різні крапки, розкидані по усім світі. Як вона це робить? Турбота про це покладено на мережний (міжсетєвой) рівень в еталонній моделі ISO OSI. Про нього й поговоримо.
Різні частини Internet - складові мережі - з'єднуються між собою за допомогою комп'ютерів, які називаються ''вузли''; так Мережа зв'язується воєдино. Мережі ці можуть бути Ethernet, Token Ring, мережі на телефонних лініях, пакетні радіомережі й т.п. Виділені лінії й локальні мережі суть аналоги залізниць, літаків пошти й поштових відділення, листонош. За допомогою їхня пошта рухається з місця на місце. Вузли - аналоги поштових відділення, де приймається рішення, як переміщати дані (''пакети'') по мережі, точно так само, як поштовий вузол намічає подальший шлях поштового конверта. Відділення або вузли не мають прямих зв'язків з усіма іншими. Якщо ви відправляєте конверт із Долгопрудного (Московська область) в Уфу (Башкирія), звичайно ж, пошта не стане наймати літак, що полетить із найближчого до Долгопрудному аеропорту (Шереметьєво) в Уфу, просто місцева поштова відділення відправляє послання на підстанцію в потрібному напрямку, та у свою чергу, далі в напрямку пункту призначення на наступну підстанцію; у такий спосіб лист стане послідовно наближатися до пункту призначення, поки не досягне поштової відділення, у веденні якого перебуває потрібний об'єкт й яке доставить повідомлення одержувачеві. Для роботи такої системи потрібно, щоб кожна підстанція знала про зв'язки, що наличествуют, і про те, на яку з найближчих підстанцій оптимально варто передати адресований туди-те пакет. Приблизно також й в Internet: вузли з'ясовують, куди треба ваш пакет даних, вирішують куди його далі відправити й відправляють.
На кожній поштовій підстанції визначається наступна підстанція, куди буде далі спрямована кореспонденція, тобто намечается подальший шлях (маршрут) - цей процес називається маршрутизацією. Для здійснення маршрутизації кожна підстанція має таблицю, де адресі пункту призначення (або індексу) відповідає вказівку поштової підстанції, куди варто посилати далі цей конверт (бандероль). Їхні мережні аналоги називаються таблицями маршрутизації. Ці таблиці розсилаються поштовим підстанціям централізовано відповідним поштовим підрозділом. Час від часу розсилаються приписання по зміні й доповненню цих таблиць. В Internet, як і будь-які інші дії, складання й модифікація, таблиць маршрутизації (цей процес теж є частиною маршрутизації й називається так само) визначаються відповідними правилами - протоколами ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) і OSPF (Open Shortest Path First). Вузли, що займаються маршрутизацією, називаються маршрутизаторами.
А звідки мережа знає, куди призначений ваш пакет даних? Від вас. Якщо ви хочете відправити лист і хочете, щоб ваш лист досяг місця призначення, ви не можете просто кинути листочок паперу в ящик. Вам належить укласти його в стандартний конверт і написати на ньому не ''на село дідусеві'', як Ванька Жуків, а адреса одержувача в стандартній формі. Тільки тоді пошта зможе правильно обробити ваш лист і доставити його по призначенню. Аналогічно в Internet є набір правил по обігу з пакетами - протоколи. Протокол Internet (IP) бере на себе турботи по адресації або по підтвердженню того, що вузли розуміють, що варто робити з вашими даними по шляху їхнього подальшого проходження. Згідно нашої аналогії, протокол Internet працює також як правила обробки поштового конверта. У початок кожного вашого послання міститься заголовок, що несе інформацію про адресата, мережу. Щоб визначити, куди і як доставити пакет даних, цієї інформації досить.
Адреса в Internet складається з 4 байт. При записі байти відокремлюються друг від друга крапками: 123.45.67.89 або 3.33.33.3. (Не лякайтеся, запам'ятовувати ці цифри вам не прийде !) У дійсності адреса складається з декількох частин. Тому що Internet є мережа мереж, початок адреси говорить вузлам Internet, частиною якої з мереж ви є. Правий кінець адреси говорить цієї мережі, який комп'ютер або хост повинен одержати пакет (хоча реально не всі так просто, але ідея така). Кожен комп'ютер в Internet має в цій схемі унікальна адреса, аналогічно звичайній поштовій адресі, а ще точніше - індексу. Обробка пакета відповідно до адреси також аналогічна. Поштова служба знає, де перебуває зазначене в адресі поштова відділення, а поштова відділення докладно знає підопічний район. Internet знає, де шукати зазначену мережу, а ця мережа знає, де в ній перебуває конкретний комп'ютер. Для визначення, де в локальній мережі перебуває комп'ютер з даною числовою IP-адресою, локальні мережі використають свої власні протоколи мережного рівня. Наприклад, Ethernet для відшукання Ethernet-адреси по IP-адресі комп'ютера, що перебуває в даній мережі, використає протокол ARP - протокол дозволу(у змісті розрізнення) адрес. (Див. документацію по ARP: RFC 826, 917, 925, 1027)
Числова адреса комп'ютера в Internet аналогічний поштовому індексу відділення зв'язку. Перші цифри індексу говорять про регіон (наприклад, 45 - це Башкирія, 141 - підмосков'я й т.д.), останні дві цифри - номер поштової відділення в місті, області або районі. Проміжні цифри можуть ставитися як до регіону, так і до відділення, залежно від територіального розподілу й виду населеного пункту. Аналогічно існує кілька типів адрес Internet (типи: A, B, C, D, E), які по-різному ділять адреса на поля номера мережі й номери вузла, від типу такого розподілу залежить кількість можливих різних мереж і машин у таких мережах.
З ряду причин (особливо, - практичних, через обмеження встаткування) інформація, що пересилає по мережах IP, ділиться на частині (по границях байтів), що розкладають в окремі пакети. Довжина інформації усередині пакета звичайно становить від 1 до 1500 байт. Це захищає мережу від монополизирования яким-небудь користувачем і надає всім приблизно рівні права. Тому ж, якщо мережа недостатньо швидка, чим більше користувачів її одночасно пользует, тим повільніше вона буде спілкуватися з кожним.
Протокол IP є дейтаграммным протоколом, тобто IP-пакет є дейтаграммой. Це зовсім не укладається в модель ISO OSI, у рамках якої вже мережний рівень здатний працювати по методу віртуальних каналів.
Одне з достоїнств Internet полягає в тому, що протоколу IP самого по собі вже цілком достатньо для роботи (у принципі). Це зовсім незручно, але, при достатніх аскетичности, розумі й завзятості вдасться проробити чималий обсяг роботи. Як тільки дані містяться в оболонку IP, мережа має всю необхідну інформацію для передачі їх з вихідного комп'ютера одержувачеві. Робота вручну із протоколом IP нагадує нам суворі часи доперсональной комп'ютерної ери, коли користувач усіляко догоджав ЕОМ, приборкуючи свої тіло, дух й эстетические почуття. Про зручність користувача ніхто й не збирався думати, тому що машинний час коштувало в багато разів дорожче людського. Але зараз в аскетизмі потреби вже немає. Тому варто побудувати на основі послуг, надаваних IP, більше зроблену й зручну систему. Для цього спочатку варто розібратися з деякими життєво важливими проблемами, які мають місце при пересиланні інформації:
більша частина пересилає информации, що, длиннее 1500 символов. якби пошта пересилала тільки поштові картки й відмовлялася б від пересилання чого-небудь більшого, ми б, наприклад, втратилися увлекательнейшего літературного жанру - епістолярного. Не говорячи вже про те, що практичної користі від такої пошти було б дуже небагато;
можливі й невдачі. Пошта, нерідко буває, листа губить; мережа теж, буває, губить пакети або спотворює в шляху інформацію в них. На відміну від пошти, Internet може із честю виходити з таких скрутних станів;
пакети можуть приходити в послідовності, відмінної від початкової. Пари листів, відправлених один за одним днями, не завжди приходить до одержувача в тім же порядку; те ж вірно й для Internet.
Таким чином, що випливає рівень Internet повинен забезпечити спосіб пересилання більших масивів інформації й подбати про ''перекручування'', які можуть виникати з вини мережі.