Протоколы Интернета

Маршрутизаторы

Как происходит передача информации в Интернете

Максимальные скорости доступа в Интернет при использовании различных технологий

Технология доступа	Скорость
Коммутируемая телефонная линия	56 Кбит/с
ISDN	128 Кбит/с
CATV (Кабельное TV)_	36 Мбит/c
ADSL	1 Мбит/c (запрос) 8 Мбит/c (ответ)
T1	1,5 Мбит/c
T3	45 Мбит/c
Радиоканал	До 8 Мбит/c
Спутниковый доступ	Несколько Мбит/c в зависимости от системы
WAP	до 9,6 Кбит/с
GPRS	от 14,4 Кбит/с до 160 Кбит/с (на практике до 38-42 Кбит/с)
EDGE	до 384–473,6 Кбит/с.

Лекция 5 Передача информации и адресация в Интернете.

Доставка информации по нужному адресу осуществляется с помощью маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор – это устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выбранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляется по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения.

Таким образом, маршрутизатор выполняет две различные, но взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным каналам, предотвращая «закупорку» узких мест в Сети; во-вторых, проверяет, что информация следует в нужном направлении. При объединении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую, и в некоторых случаях осуществляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защищая сети от лишнего трафика.

В широком смысле протокол – это заранее оговоренное правило (стандарт), по которому тот, кто хочет использовать определенный сервис, взаимодействует с последним. Применительно к Интернету протокол – это правило передачи информации в Сети.

Следует различать два типа протоколов: базовые и прикладные. Базовые протоколы отвечают за физическую пересылку сообщений между компьютерами в сети Интернет. Это протоколы IP и TCP. Прикладными называют протоколы более высокого уровня, они отвечают за функционирование специализированных служб. Например, протокол http служит для передачи гипертекстовых сообщений, протокол ftp – для передачи файлов, SMTP – для передачи электронной почты и т.д.

Набор протоколов разных уровней, работающих одновременно, называют стеком протоколов. Каждый нижележащий уровень стека протоколов имеет свою систему правил и предоставляет сервис для вышележащих.

На нижнем уровне, то есть на уровне TCP/IP, используется два основных протокола: IP (Internet Protocol – протокол Интернета) и ТСР (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей).

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети. Интернет состоит из разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут выступать разные локальные сети (Token Ring, Ethernet и т.п.), различные национальные, региональные и глобальные сети. К этим сетям могут подключаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими принципами и типом связи. При этом каждая подсеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу. Таким образом, требуется, чтобы каждая подсеть имела некий сквозной протокол для передачи сообщений между двумя внешними сетями.

Работа протоколов рассмотрена на рис. 1. Предположим, имеется некое послание, отправляемое по электронной почте. Передача почты осуществляется по прикладному протоколу SMTP, который опирается на протоколы TCP/IP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные разбиваются на небольшие пакеты фиксированной структуры и длины, маркирующиеся таким образом, чтобы при получении данные можно было бы собрать в правильной последовательности.

Рис. 1

Обычно длина одного пакета не превышает 1500 байт. Поэтому одно электронное письмо может состоять из нескольких сотен таких пакетов. Малая длина пакета не приводит к блокировке линий связи и не позволяет отдельным пользователям надолго захватывать канал связи.

К каждому полученному TCP-пакету протокол IP добавляет информацию, по которой можно определить адреса отправителя и получателя. На рис. 1 это представлено как помещение адреса на конверт. Для каждого поступающего пакета маршрутизатор, через который проходит какой-либо пакет, по данным IP-адреса⁴ определяет, кому из ближайших соседей необходимо переслать данный пакет, чтобы он быстрее оказался у получателя, – то есть принимает решение об оптимальном пути следования очередного пакета. При этом географически самый короткий путь не всегда оказывается оптимальным (быстрый канал на другой континент может быть лучше медленного в соседний город). Очевидно, что скорость и пути прохождения разных пакетов могут быть различными.

При этом пакеты, отправленные позже, могут дойти раньше. Независимо от траектории в результате конечного числа пересылок TCP-пакеты достигают адресата.

Наконец, TCP-модуль адресата собирает и распаковывает IP-конверты, затем распаковывает TCP-конверты и помещает данные в нужной последовательности. Если чего-либо не достает, он требует переслать этот пакет снова. Пакеты не только теряются, но и могут искажаться при передаче из-за наличия помех на линиях связи. TCP решает и эту проблему. В конце концов информация собирается в нужном порядке и полностью восстанавливается.

Таким образом, протокол IP осуществляет перемещение данных в сети, а протокол TCP обеспечивает надежную доставку данных, используя систему кодов, исправляющих ошибки. Причем два сетевых сервера могут одновременно передавать в обе стороны по одной линии множество TCP-пакетов от различных клиентов.

Основное различие передачи информации по телефонной сети и по Интернету: телефонная система устанавливает канал между телефонами пользователей. Канал может состоять из десятков участков: медные провода, волоконно-оптические линии, беспроводные участки, спутниковая связь и т.д. Эти участки неизменны на протяжении всего сеанса связи. Это означает, что линия между пользователями постоянна в течение всего разговора, поэтому повреждения на любом участке данной линии, например обрыв проводов в бурю, способны прервать разговор.

При этом, если соединение нормальное, значит выделенная часть сети для других уже не доступна. В этом случае речь идет о сети с коммутацией каналов. Интернет же является сетью с коммутацией пакетов и процесс пересылки данных принципиально иной.

Интернет-данные в любой форме (будь то электронное послание, Web-страница или скачиваемый файл) путешествуют в виде группы пакетов. Каждый пакет посылается на место назначения по оптимальному из доступных путей. Поэтому даже если какой-то участок Сети окажется нарушенным, то это не повлияет на доставку пакета, который будет направлен по альтернативному пути. Таким образом, во время доставки данных нет необходимости в фиксированной линии связи между двумя пользователями. Принцип пакетной коммутации обеспечивает основное преимущество Интернета – надежность. Сеть может распределять нагрузку по различным участкам за тысячные доли секунды. Если какой-то участок оборудования сети поврежден, пакет может обойти это место и пройти по другому пути, обеспечив доставку всего послания.