Protokół TCP/IP Protokóły internet-u

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).