Сетевой уровень в Интернете. Протокол IP. IP-адреса. Управляющие протоколы Интернета

На сетевом уровне Интернет можно рассматривать как набор сетей или автономных систем, соединенных друг с другом. Интернет не имеет структуры, но все же есть несколько магистралей, собранных из высокопроизводительных линий и быстрых маршрутизаторов. Самые крупные магистрали называются сетями Tier 1. К магистралям присоединены интернет-провайдеры, обеспечивающие доступ к Интернету домам и предприятиям, центры обработки данных и станции колокации с большим числом серверов и региональные сети.

Вся эта конструкция «склеивается» благодаря протоколу сетевого уровня, IP (Internet Protocol — протокол сети Интернет). В отличие от большинства ранних протоколов сетевого уровня, IP с самого начала разрабатывался как протокол межсетевого обмена. Вот как можно описать данный протокол сетевого уровня: его работа заключается в приложении максимума усилий по транспортировке дейтаграмм от отправителя к получателю, независимо от того, находятся эти машины в одной и той же сети или нет. Соединение в сети Интернет представляет собой следующее. Транспортный уровень берет поток данных и разбивает его на дейтаграммы. Теоретически размер каждой дейтаграммы может достигать 64 Кбайт, однако на практике они обычно не более 1500 байт (укладываются в один кадр Ethernet). IP-маршрутизаторы направляют каждый пакет на следующий маршрутизатор до тех пор, пока он не достигнет места назначения. После этого сетевой уровень передает данные транспортному уровню, вставляющему их во входной поток получающего процесса. Когда фрагменты приходят в пункт назначения, сетевой уровень собирает их в исходную дейтаграмму. Затем эта дейтаграмма передается транспортному уровню.

IPv4-дейтаграмма состоит из заголовка и основной или полезной части. Заголовок содержит обязательную 20-байтную часть, а также необязательную часть переменной длины. Поле Версия содержит версию протокола (4/6), к которому принадлежит дейтаграмма.

Определяющим признаком IPv4 является его 32-битный адрес. У каждого хоста и маршрутизатора в Интернете есть IP-адрес, который может использоваться в полях Адрес отправителя и Адрес получателя IP-пакетов. Важно отметить, что IP-адрес, на самом деле, не имеет отношения к хосту. Он имеет отношение к сетевому интерфейсу, поэтому хост, соединенный с двумя сетями, должен иметь два IP-адреса. Однако на практике большинство хостов подключены к одной сети, следовательно, имеют один адрес. Маршрутизаторы, наоборот, обычно имеют несколько интерфейсов и несколько IP-адресов.

Помимо протокола IP, используемого для передачи данных, в Интернете есть не- сколько дополнительных управляющих протоколов, применяемых на сетевом уровне, к которым относятся ICMP, ARP и DHCP.

За работой Интернета следят маршрутизаторы. Если во время обработки пакета марш- рутизатором случается что-то неожиданное, о происшествии сообщается по протоколу ICMP (Internet Control Message Protocol — протокол управляющих сообщений Интернета), используемому также для тестирования Интернета. Протоколом ICMP определено около дюжины типов сообщений. Каждое ICMP-сообщение вкладывается в IP-пакет.

ARP — протокол разрешения адресов (IP и Ethernet адреса).

Протокол ARP (как и другие интернет-протоколы) предполагает, что хосты обладают базовыми сведениями, например, знают свой IP-адрес. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической настройки хостов). Каждая сеть должна иметь DHCP-сервер, отвечающий за настройки. При запуске у каждого компьютера есть встроенный в сетевую карту Ethernet-адрес или другой адрес канального уровня, но нет IP-адреса. Для отыскания своего IP-адреса компьютер широковещательным способом распространяет специальный пакет DHCP DISCOVER. Он должен прибыть на DHCP-сервер. Если этот сервер не подключен к сети напрямую, пакет будет ретранслирован на DHCP-сервер независимо от того, где он находится. Когда сервер получает пакет, он выделяет свободный IP-адрес и отправляет его об- ратно с помощью пакета DHCP OFFER (который также может ретранслироваться). Чтобы это было возможным, даже если у хоста нет IP-адреса, сервер определяет хост по его Ethernet-адресу (который содержится в пакете DHCP DISCOVER).