TCP/ IP – Protokóły Internet-u
INTERNET [ang. International net], informatyczna globalna sieć
komputerowa oparta na tzw. protokole komunikacyjnym TCP/ IP
(angielskie Transfer Control Protocol/ Internet Protocol;
największa sieć komputerowa na świecie, składa się z wielu
tysięcy mniejszych sieci; powstała w USA z uruchomionej 1969
sieci ARPANET (przeznaczonej do celów militarnych) oraz z
utworzonej 1984 sieci NSFNET (pierwotnie przeznaczonej dla ośrodków
naukowych i szkolnictwa wyższego); ob. powszechnie
wykorzystywana przez użytkowników komputerów, zwłaszcza do
wyszukiwania i pozyskiwania informacji i programów z zasobów
dostępnych w sieci oraz do przesyłania poczty elektronicznej.
Informacje tekstowe w Internecie są zwykle prezentowane w
postaci hipertekstu (WWW); do ich wyszukiwania służą specjalne
programy zw. przeglądarkami; Internet jest coraz częściej
wykorzystywany także do przesyłania przedstawionych w postaci
cyfrowej obrazów, sekwencji filmowych i zapisów dźwięku;
wszelkiego rodzaju pliki mogą być w Internecie przekazywane za
pomocą tzw. usługi FTP (angielskie File Transfer Protocol);
korzystanie z Internetu wymaga uzyskania tzw. konta
internetowego, tj. własnego adresu w sieci; liczba użytkowników
Internetu bardzo szybko rośnie.
TCP ( Transmission Control Protocol )
W połączeniu z protokołem IP definiuje sposoby przesyłania
podstawowych jednostek informacji (pakietów) między komputerami
komunikującymi się przez Internet. Najważniejszym zadaniem TCP
jest śledzenie przebiegu podzielonych na pakiety wiadomości i
łączenie ich na powrót w miejscu przeznaczenia.
IPv4 (Internet Protocol)
Opracowany pod koniec lat 70-tych na zlecenie Departamentu Obrony
USA, miał za zadanie połączyć różne rodzaje wojskowych
sieci WAN w jedną zunifikowaną sieć ARPANet. W następnych
latach został przyjęty jako główny protokół warstwy sieci
dla Internetu oraz sieci lokalnych. IP dostarcza procedur
wystarczających do przesyłania danych między maszynami
znajdującymi się w połączonych sieciach. Definiuje format
pakietów oraz sposób ich adresowania. Nie realizuje jednak
żadnych funkcji związanych z poprawnością transmisji, w
szczególności nie identyfikuje pakietów, które mają być
przesłane ponownie (retransmitowane). Nie potrafi także
wykonywać wielu procesów związanych z odtwarzaniem
prawidłowej sekwencji pakietów (pakiety podróżujące różnymi
drogami mogą docierać do celu w innej kolejności niż zostały
nadane). Tym samym jest więc protokołem bezpołączeniowym -
nie zapewnia stałego kanału komunikacyjnego.
Dopiero współpraca protokołu IP oraz jednego z protokołów
warstwy wyższej (warstwy 4 - transportu) umożliwia wygodne
przesyłanie danych na duże odległości. Przykładami protokołów,
które podczas transmisji korzystają z protokołu IP, są TCP i
UDP. W takich przypadkach, określając dwa współdziałające
protokoły, używa się ich nazw rozdzielonych ukośnikiem
"/" - np. TCP/IP, UDP/IP. W przypadku TCP komunikacja
połączeniowa symulowana jest w kanale bezpołączeniowym
poprzez wymianę pakietów i potwierdzeń ich odbioru. W celu
identyfikacji sieci, urządzeń sieciowych oraz hostów protokół
IP wykorzystuje binarny schemat adresowania. 32-bitowy adres IP
składa się z czterech, oddzielonych kropkami 8-bitowych liczb,
np. 195.120.26.10. Ponieważ ARPANet miał łączyć co najwyżej
kilkadziesiąt instytucji, przyjęta 32-bitowej przestrzeń
adresową wydawała się rozwiązaniem nowoczesnym i
przyszłościowym. Dzisiaj wiemy już, że rozwój Internetu
przekroczył najśmielsze oczekiwania. Liczba wolnych adresów IP
zaczęła w pewnym
momencie gwałtownie maleć, co pociągnęło za sobą
konieczność opracowanie nowej wersji protokołu IP. Następcą
IPv4 stał się IPv6, nazywany także IP NG (Internet Protocol
Next Generation)
IPv6 (Internet Protocol v.6); IP NG (Internet Protocol: Next
Generation)
Następca protokołu IP wyróżniający się przede wszystkim
zmodernizowanym schematem adresowania urządzeń w Internecie.
Rozszerzenie dotychczasowego standardu jest odpowiedzią na
rewolucję, jaka w ostatnich latach dokonała się w Internecie.
Dynamiczny wzrost liczby przyłączanych komputerów doprowadził
do sytuacji, w której sieć "pęka w szwach" a pula
dostępnych adresów jest na wyczerpaniu. Choć 32-bitowa
długość adresu w IPv4 teoretycznie umożliwia zaadresowanie
około 4 miliardów (2^32 -1) urządzeń, to różne rozrzutne
techniki (m.in. podział adresów na klasy) doprowadziły do
roztrwonienia tego ogromnego zasobu. Także zadania, jakiem
sprostać muszą współcześnie i w przyszłości internetowe
łącza są zupełnie inne niż 20 lat temu, gdy projektowano
standard IP. Rosnący w siłę elektroniczny biznes domaga się z
kolei poprawy bezpieczeństwa danych przesyłanych siecią... Aby
nadążyć za stałą ekspansją Internetu, nowelizacja musiała
wyeliminować wszystkie te ujawniające się obecnie w protokole
IPv4 słabości a także uzyskać pewien "zapas" na
przyszłość. IP wersja 6 rozwiązuje wymienione wcześniej
problemy; dostarcza także zupełnie nowych właściwości. Oto
najważniejsze zmiany, jakie zaimplementowano w IPv6:
· Dłuższe adresy. Dotychczasowe adresy 32-bitowe zastąpione
zostały 128-bitowymi. Tym samym zwiększona została pula
adresowa Internetu; niepowtarzalny adres IP przypisać można
każdemu urządzeniu - także pagerom czy komputerom pokładowym
w samochodach. Przestrzeń adresowa IPv6 wygląda nieco inaczej
niż w wersji czwartej protokołu. Adres IPv6 składa się z
ośmiu 16-bitowych części oddzielonych nie pojedynczymi
kropkami, ale dwukropkami. Przykładowy adres przybierze więc
formę: 1AA4:2C39:EFF4:877D: 12345:4G3E:5HBB:C47D.
· Większa elastyczność i nowe struktury adresowe. Nastąpiło
odejście od adresowania bazującego na klasach (dotychczasowy
IPv4 rozróżniał pięć klas adresów przeznaczonych,
najogólniej rzecz ujmując, dla sieci różnych wielkości).
Zamiast tego rozpoznaje on trzy formaty adresów: mające już
swoje odpowiedniki w IPv4
Unicast- (Standardowy tryb adresowania pakietów, pozwalający na
transmisję danych między hostem-nadawcą i hostem-odbiorcą.) i
multicast oraz wprowadza nowy rodzaj adresu.
Anycast- (Wprowadzony w protokole IPv6 nowy tryb adresowania
pakietów. Anycast przewiduje możliwość transmisji danych do
najbliższych (bliżej nieokreślonych) hostów-bram spośród
wielu dostępnych z danej lokalizacji, z zamiarem powierzenia
jednemu z nich zadania dalszego przekierowania pakietu ).
· Uproszczony i bardziej elastyczny format nagłówków
pakietów.
· Zwiększenie bezpieczeństwa pakietów. Wprowadzono elementy
zapobiegania najczęściej spotykanym atakom oraz wbudowane opcje
szyfrowania i identyfikacji hostów (za pomocą towarzyszącego
protokołu IPsec). Tym samym zapewnione zostało bezpieczeństwo
na całej długości połączenia.
· Przestrzeń dla przyszłych rozszerzeń protokołu.
Przez ostatnich kilka lat protokół IPv6 poddawany był
intensywnym testom. Obecnie następuje jego powolne wdrażanie. W
lipcu 1999 roku pule adresów IPv6 zostały formalnie przekazane
regionalnym organizacjom przydzielającym adresy IP.
Wprowadzenie IPv6 pociąga za sobą konieczność modyfikacji
niemal wszystkich standardów i usług funkcjonujących w Sieci
(np. DNS). Będą one musiały współpracować z
obiema wersjami protokołu i obsługiwać 128-bitowe adresy
urządzeń. Sam protokół IPv6 zawiera mechanizmy
umożliwiające współistnienie ze starszą wersja IP, jak np.
translację adresów IPv4 na IPv6. Obsługa IPv6 wbudowana jest
też w większość nowych routerów. Z całą pewnością
wprowadzenie tego protokołu będzie jednak długim procesem.
Przez wiele lat będziemy jeszcze mieli do czynienia ze
koegzystującymi obok siebie obiema wersjami protokołu IP.
Ruter - Urządzenie trasujące, przekaźnik. Urządzenie
znajdujące następny optymalny węzeł sieci, do którego
zostanie przekazany pakiet na swojej drodze do miejsca
przeznaczenia. Router łączy daną sieć z jedną lub wieloma
innymi, najczęściej rozległymi sieciami WAN (w szczególności:
z Internetem). Ponieważ w dużych sieciach droga pakietu do celu
może przebiegać wiele alternatywnych ścieżek, router
potrzebuje dokładnych informacji o istniejących połączeniach.
Służą temu tablice routingu zawierające nieustannie
aktualizowane dane o stanie podłączonych sieci. Na ich
podstawie router może ustalić następny punkt
"przerzutowy" dla pakietu, optymalny pod względem
szybkości, bliskości celu oraz ekonomiczności. Routerem może
być albo komputer z odpowiednim oprogramowaniem albo dedykowana
maszyna.
IP addres
Unikalny w skali świata numer, jaki posiada każdy komputer
podłączony do Internetu. Adresy IP są częścią globalnego
standardu, dzięki czemu możliwe jest precyzyjne
zidentyfikowanie każdego komputera wysyłającego lub
otrzymującego informacje w Internecie.
Wszystkie pakiety "podróżujące" Internetem
opatrywane są adresem IP adresata oraz nadawcy. Adresy te, w
przeciwieństwie do adresów fizycznych, nie są związane
sprzętowo z konkretnym urządzeniem, ale przypisywane są do
komputera przez administratora sieci, poprzez konfigurację
ustawień systemowych.
Budowa adresów
IPAdres IP jest 32-bitową liczbą, zapisywaną zazwyczaj w
formie czterech 8-bitowych członów oddzielonych kropkami.
Ponieważ w praktyce używa się zapisu dziesiętnego, liczba w
każdym z czterech pól może przyjąć wartość od 0 do 255,
np: 192.152.22.10.
Poszczególne części adresu IP odpowiadają, z grubsza rzecz
biorąc, kolejnym coraz mniejszym sieciom, które napotykamy
"po drodze" do interesującego nas komputera.
Przykładowo, w adresie 149.156.24.12 pierwsza liczba - 149 -
oznacza Polskę (jeden z kilku numerów przydzielonych naszemu
krajowi), 149.156 to Kraków (ściślej - krakowska sieć
miejska, MAN), 149.156.24 odnosi się do konkretnej instytucji
przyłączonej do tej sieci, a ostatni człon adresu jest już
numerem komputera w obrębie tej instancji.
W pierwotnej wersji protokołu IP (zaprojektowanego dla sieci
ARPANet) najstarsze 8 bitów adresów identyfikuje sieć,
natomiast pozostałe 24 bity reprezentują urządzenie wpięte do
Sieci. Ponieważ ARPANet miał łączyć co najwyżej
kilkadziesiąt instytucji, przyjęta 32-bitowa przestrzeń
adresowa wydawała się rozwiązaniem nowoczesnym i
przyszłościowym. Ponieważ szybko okazało się, iż ARPANet
połączy więcej niż 256 sieci, wydzielono pięć klas
32-bitowych adresów dla sieci różnych wielkości. Spośród
nich szeroko stosowane są klasy A, B oraz C:
Klasa A. Przeznaczona dla rozległych sieci obejmujących wiele
możliwych do zaadresowania urządzeń. Część identyfikująca
sieć składa się z jednego (pierwszego) bajtu, pozostałe trzy
bajty opisują konkretny komputer. Możliwe jest zatem
zaadresowanie 16 milionów urządzeń w każdej ze 127 sieci. W
tej klasie znajdują się adresy od 0.0.0.0 do 126.255.255.255 (z
czego adresy od 10.0.0.0 do 10.255.255.255 są zarezerwowane do
specjalnych celów).
Klasa B. Przeznaczona dla sieci średnich rozmiarów. Części
identyfikujące sieć jak i poszczególne komputery są
jednakowych rozmiarów i obejmują po dwa bajty. Pozwala
zaadresować 65 tysięcy urządzeń w każdej z 16 tysięcy
sieci. Klasa obejmuje adresy od 128.0.0.0 do 191.255.255.255
(minus zarezerwowane adresy od 172.16.0.0 do 172.31.255.255).
Klasa C. Najczęściej spotykana w Internecie, przeznaczona dla
małych sieci zawierających do 254 komputerów. Część
identyfikująca sieć to trzy pierwsze bajty, poszczególne
komputery identyfikuje ostatni bajt. Adresem tej klasy może
dysponować aż 2 miliony różnych podsieci Internetu. Pula
dostępnych adresów zawiera się w przedziale 192.0.0.0 do
223.255.255.255 (zarezerwowane są adresy od 192.168.0.0 do
192.168.255.255).
Pozostałe dwie klasy (D i E) mają marginalne znaczenie:
Klasa D. Przeznaczona dla adresów typu multicast. Obejmuje
adresy od 224.0.0.0 do 239.255.255.255.
Klasa E. Zarezerwowana do przyszłych zastosowań. Obejmuje
adresy 240.0.0.0 i wyższe. Adresy 127.x.x.x są zarezerwowane do
specjalnych celów (tzw. pętla zwrotna (loopback), używana do
wewnętrznych testów lokalnego komputera).
Adresy IP ze względu na ich mało czytelny charakter są rzadko
stosowane w praktyce. Większość komputerów ma przypisane
znacznie łatwiejsze do zapamiętania dla człowieka nazwy
domenowe. Konwersją pomiędzy tymi dwoma sposobami adresowania
zajmują się serwery DNS.
Czas na IPv6
Wraz ze wzrostem Internetu pula adresów oparta na powyższym
schemacie adresowania powoli ulega wyczerpaniu. Szacuje się, że
zasoby te skończą już na początku tego stulecia. Z tego
powodu wprowadzany jest stopniowo nowy protokół sieciowy IPv6,
który rozszerzając wielkość adresu do 16 bajtów otwiera na
wiele lat możliwość podłączania do Internetu nowych komputerów
Przydzielaniem adresów IP zajmuje się Network Information
Center (NIC).