2.5.4 Способи підключення до Internet
Вибір способу підключення до Internet залежить не лише від технічних можливостей комп'ютера, але і від технічних можливостей провайдера.
Рис. 2.25 Способи підключення до провайдера.
Способи підключення провайдера є такі: по телефонній лінії; по виділеній лінії; по цифровому телефонному зв'язку; по мережі кабельного телебачення; по супутникових каналах; по радіоканалу (рис. 2.25).
1. Найбільш доступним і часто вживаним способом підключення до Internet є підключення по звичайній телефонній лінії, що комутується (dial-up). Така лінія є в кожному будинку й офісі, а для підключення комп'ютера до Internet по такій лінії необхідно всього лише один пристрій – це модем.
Модем – це пристрій, що з'єднує комп'ютер з телефонною лінією. Модеми бувають внутрішні і зовнішні.
Внутрішній модем – являє собою електронний модуль, що розміщається всередині системного блоку.
Зовнішній модем – це окремий пристрій, що підключається до комп'ютера.
Отже, модем підключається (або вбудовується) до комп'ютера, а до модему підключається лінія телефонного зв'язку, що комутується. У потрібний користувачеві час модем набирає номер провайдера і з'єднується з Internet, саме тому лінію називають комутованою, тому що з'єднання можна встановлювати і розривати, а також розмовляти по звичайному телефоні, використовуючи цю ж лінію.
Спосіб підключення дешевий і доступний будь-якому простому користувачеві. Один з очевидних мінусів такого з'єднання – це швидкість обміну інформацією – вона в залежності від якості телефонних ліній коливається від 3 до 7 Кб/с.
2. Підключення по виділеній лінії, тобто по даній лінії здійснюється лише підключення до Internet і це її основне (часто єдине) призначення. Тобто комп'ютер або комп'ютери, з'єднані у КМ, постійно підключені до Internet. Цей спосіб найбільше підходить для організацій (у тому числі для навчальних закладів), тому що надає можливості колективного доступу всім комп'ютерам ЛКМ через одну виділену лінію. Швидкість обміну інформацією за допомогою такого з'єднання набагато вища, ніж за допомогою телефонної лінії, що комутується, але вартість такого з'єднання вища.
Виділена лінія обов'язково необхідна в тому випадку, якщо є власний сервер, який надає інформацію / послуги в мережі Internet. Такий сервер повинен бути постійно (цілодобово) підключений до мережі Internet.
3. Використовуються і такі менш поширені способи підключення до Internet.
Одним зі способів альтернативного підключення до Internet є підключення через операторів стільникового зв'язку. Багато мобільних телефонів підтримують доступ до Internet через спеціальний протокол WAP (Wireless Application Protocol) – протокол беспровідникового доступу. У мережі Internet існують спеціальні сторінки, оптимізовані для перегляду з мобільних телефонів.
Мобільний телефон можна також підключити до комп'ютера і здійснювати в такий спосіб доступ у Internet з комп'ютера. Цей спосіб використовується при відрядженнях, подорожах та перебуванні за межами офісу.
У портативних комп'ютерах є інший спосіб підключення до Internet. У ці комп'ютери вбудовується електронна плата, яка підтримує технологію Wi-Fi, призначену для беспровідникового об'єднання комп'ютерів у КМ, у тому числі, для підключення до Internet.
Дейтаграма - блок інформації, посланий як пакет мережевого рівня через передавальне середовище без попереднього встановлення з'єднання і створення віртуального каналу. Дейтаграма є одиницею інформації в протоколі (protocol data unit, PDU) для обміну інформацією на мережевому (у разі протокола IP, IP-дейтаграми) і транспортному (у разі протокола UDP, UDP-дейтаграми) рівнях моделі OSI. Використання терміну дейтаграма підкреслює таку властивість обох протоколів, як негарантована доставка даних. [12]
2.5.5 IP-адреса та підмережа (IPv4) [13]
ІP-адреса (Internet Protocol Address) – унікальний ідентифікатор/адреса пристрою/комп'ютера), підключеного до ЛКМ або Internet. IP-адреса - це 32-бітове (за версією IPv4) / 128-бітове (за версією IPv6) двійкове число. Зручною формою запису IP-адреси (IPv4) є запис у вигляді чотирьох десяткових чисел (від 0 до 255), розділених крапками, наприклад, 192.168.0.1. Або 128.10.2.30 - традиційна десяткова форма представлення адреси, а 10000000 00001010 00000010 00011110 - двійкова форма представлення цього ж адреси.
IP-адреси представляють собою основний тип адрес, на підставі яких мережевий рівень протоколу IP передає пакети між мережами. IP-адреса призначається адміністратором під час конфігурування комп'ютерів і маршрутизаторів.
IP-адреса складається з двох частин: номера мережі та номера вузла. У разі ізольованої мережі її адресу може бути обрано адміністратором зі спеціально зарезервованих для таких мереж блоків адрес (192.168.0.0/16, 172.16.0.0/12 або 10.0.0.0 / 8). Якщо ж мережа повинна працювати як складова частина Інтернету, то адреса мережі видається провайдером або регіональним інтернет-реєстратором (Regional Internet Registry, RIR). Всього існує п'ять RIR, які обслуговують: ARIN - Північну Америку; APNIC - країни Південно-Східної Азії; AfriNIC - країни Африки; LACNIC - країни Південної Америки і басейну Карибського моря, і RIPE NCC - Європу, Центральну Азію, Близький Схід. Регіональні реєстратори отримують номери автономних систем і великі блоки адрес у ICANN, а потім видають номери автономних систем та блоки адрес меншого розміру локальним інтернет-реєстраторам (Local Internet Registries, LIR), які є великими провайдерами.
Номер вузла в протоколі IP призначається незалежно від локальної адреси вузла. Маршрутизатор з визначення входить відразу в кількох мережах. Тому кожен порт маршрутизатора має власну IP-адресу. Кінцевий вузол також може входити в кілька IP-мереж. У цьому випадку комп'ютер повинен мати кілька IP-адрес, по числу мережевих зв'язків. Отже, IP-адреса характеризує не окремий комп'ютер / маршрутизатор, а одне мережне з'єднання.
Класи IP-адрес. Яка частина адреси відноситься до номера мережі, а яка до номера вузла, визначається значеннями перших біт адреси. Значення цих бітів є також ознаками того, до якого класу належить IP-адреса.
Безкласова адресація. З другої половини 90-х років XX століття класова маршрутизація витіснена безкласовою маршрутизацією, при якій кількість адрес у мережі визначається тільки і виключно маскою підмережі.
Особливі IP-адреси. У протоколі IP є кілька угод про особливі інтерпретації IP-адрес: якщо IP-адреса складається тільки з двійкових нулів, то вона позначає адресу того вузла, який згенерував цей пакет (використовується тільки у деяких повідомленнях ICMP); якщо в полі номера мережі стоять лише нулі, то за замовчуванням вузол призначення належить тій же самій мережі, що й вузол, що відправив пакет; якщо всі двійкові розряди IP-адреси рівні 1, то пакет з такою адресою призначення повинен розсилатися всім вузлам у тій же мережі, що й джерело пакета (обмежене широкомовне повідомлення - limited broadcast); якщо в полі номера вузла призначення стоять тільки одиниці, то пакет з такою адресою, розсилається всім вузлам мережі із заданим номером мережі, тобто в мережі 192.190.21.0 з маскою 255.255.255.0 є пакет з адресою 192.190.21.255, який доставляється всім вузлам цієї мережі (широкомовне повідомлення - broadcast). [7]
Маска підмережі
Якщо маршрутизатори у мережі Internet використовують тільки мережний префікс адреси отримувача для передачі трафіка у організацію, то марщрутизатори всередині приватної мережі організації розширений мережний префікс для передачі трафіка індивідуальним підмережам. Розширеним мережним префіксом називають префікс мережі і номер підмережі.
Рис 2.26 Розширений мережевий префікс
Поняття розширеного мережного префікса, по суті, еквівалентно поняттю маска підмережі (subnet mask). Маска підмережі - це двійкове число, яке містить одиниці у тих розрядах, які відносяться до розширеного мережного префікса. Маска підмережі дозволяє поділити ІР-адресу на дві частини: номер підмережі та номер пристрою у цій підмережі.
Старші біти ІР-адреси використовуються РС і маршрутизаторами для визначення класу адреси. Після того, як клас визначений, пристрій може легко визначити межу між бітами, які використовувалися для ідентифікації номера мережі, і бітами номера пристрою у цій мережі. Однак для визначення межі бітів, які ідентифікують номер підмережі, така схема не підходить. Для цього саме і використовується 32-бітна маска підмережі, яка допомогає однозначно визначити необхідну межу.
Біти у масці підмережі повинні бути установлені в одиницю, якщо система, яка перевіряє адресу, повинна розглядати відповідний біт у ІР-адресі як частину мережного префікса. Після визначення класу ІР-адреси, будь-який біт у номері пристрою, який має відповідний установлений біт у масці підмережі, використовується для ідентифікації номера підмережі. Частина номера пристрою, що залишилася, і якій відповідають нульові біти у масці підмережі, використовуються для задання номера пристрою.
Документ RFC 1219 визначає основне правило, якого слід дотримуватися при наданні номерів підмережам і пристроям. Номери підмереж призначаються такими, щоб старші біти у номері підмережі встановлювалися першими (тобто починаючи з крайньої лівої позиції). В той же час одиничні біти номериівпристроїв рекомендується встановлювати, починаючи з крайньої правої позиції. Отже, якщо дотримуватися цього правила, то на межі між номером підмережі і номером пристрою будуть існувати нульові невикористані біти. Це дозволяє змінити маску підмережі без зміни ІР-адреси, наданої пристрою.
У мережі із підмережами можна використовувати два види широкомовлення: направлене і обмежене. Направлене широкомовлення використовується для передавання дейтаграми всім пристроям визначеної підмережі. Для відправки дейтаграми всім пристроям у всіх підмережах необхідно використати обмежене широкомовлення із адресою 255.255.255.255. Необхідно, однак, врахувати, що маршрутизатори не пропускають дейтаграми з такою адресою (тому таке широкомовлення називається обмеженим).
Номери мереж призначаються централізовано, якщо мережа є частиною Internet, або довільно, якщо мережа працює автономно. Номери вузлів і в тому і в іншому випадку адміністратор може призначати самостійно, не виходячи з дозволеного для цього класу мережі діапазону.
Координуючу роль у централізованому розподілі ІР-адрес спочатку відігравала організація InterNIC, однак із зростанням мережі задача розподілу адрес стала дуже складною, і InterNIC делегувала частину своїх функцій іншим організаціям і крупним поставщикам послуг Internet.
Якщо деяка ІР-мережа створена для роботи у "автономному режимі", без зв'язку з Internet, в стандартах Internet визначено декілька діапазонів адрес, рекомендуємих для локального використання. Ці адреси не обробляються маршрутизаторами Internet. Адреси, зарезервовані для локальних цілей, вибрані з різних класів: у класі А - це мережа 10.0.0.0, у класі В - це діапазон з 16 номерів мереж 172.16.0.0. - 172.31.0.0, у класі С - це діапазон з 255 мереж - 192.168.0.0. - 192.168.255.0. Приклад визначення IP представлений у ПП. 9 та ПП. 10 на CD.
Протокол керування передачею (ТСР)
Для розв’язання вище згаданих проблем використовується «протокол керування передачею» (Transmission Control Protocol, TCP).Інформацію, яку необхідно передати, ТСР розбиває на порції. Кожна порція нумерується, щоб можна було перевірити, чи вся інформація отримана, і розташувати дані в правильному порядку. Для передачі цього порядкового номера по мережі в протокола є свій власний «конверт», на якому «написана» необхідна інформація . Порція даних поміщається в конверт ТСР. Конверт ТСР, у свою чергу, поміщається в конверт IP і передається по мережі.
На приймаючій стороні ПЗ протоколу ТСР збирає конверти, витягує з них дані і розташовує їх у правильному порядку. Якщо яких-небудь конвертів немає, програма просить відправника передати їх ще раз. Після розміщення всієї інформації в правильному порядку ці дані передаються тій прикладній програмі, що використовує послуги ТСР.
Однак, це дещо ідеалізоване уявлення про ТСР. Реально пакети не лише губляться, але і зазнають змін по дорозі через короткочасні відмови в телефонних лініях. ТСР розв’язує і цю проблему. При поміщенні даних у конверт виконується обчислення контрольної суми, що дозволяє приймаючому ТСР виявляти помилки в пакеті. Коли пакет прибуває в пункт призначення приймаючий ТСР обчислює контрольну суму і порівнює її з тією, яку послав відправник. Якщо значення не співпадають, то при передачі відбулася помилка. Приймаючий ТСР відкидає цей пакет і відсилає запит на повторну передачу.
Протокол ТСР створює видимість виділеної лінії зв'язку між двома прикладними програмами, тому що гарантує, що інформація, яка входить на одному кінці, виходить на іншому. У дійсності не існує виділеного каналу між відправником і одержувачем (інші користувачі можуть використовувати ці ж маршрутизатори і мережеві лінії зв’язку для передачі своєї інформації в проміжку між іншими пакетами), однак створюється враження, що він є.
Протокол користувацьких дейтаграм (UDP). Формування ТСР-з'єднання вимагає значних затрат і витрат часу. Якщо дані, які необхідно надіслати, поміщаються в одному пакеті, і гарантія доставки є не особливо важливою, використання ТСР не є раціональним.
Існує ще один стандартний протокол, який дозволяє уникнути таких накладних витрат. Він називається «протокол користувацьких дейтаграмм» (user datagram protocol, UDP) і використовується в деякому ППЗ. Замість вкладання даних у конверт TCP і поміщення цього конверта в конверт IP ППЗ вкладає дані в конверт UDP, який і поміщається в конверт IP.
UPD простіше ТСР, тому що цей протокол не піклується про зниклі пакети, розташування даних у правильному порядку і т.п.. UDP використовується для того ПЗ, що надсилає лише короткі повідомлення і може повторити передачу даних, якщо відповідь затримується. Припустимо, що Ви розробляєте ПЗ, яке шукає номери телефонів в одній з мережевих БД. Немає потреби встановлювати ТСР- з'єднання для того, щоб передати в усіх напрямках по 20-30 символів. Можна просто помістити ім’я в один UDP-пакет, вкласти його в IP- пакет і відіслати. Приймаюче ПЗ одержить цей пакет, прочитає ім’я, знайде номер телефону, вкладе його в інший UDP-пакет і відправить назад. Що станеться, якщо пакет по дорозі загубиться? Цю проблему розв’язує ППЗ: якщо занадто довго немає відповіді, вона посилає ще один запит. [8]