Architektura Internetu

PPP w warstwie fizycznej specyfikuje interfejs szeregowy, a w warstwie łącza danych ramkę HDLC. Do ważnych zalet tego protokołu zalicza się umożliwianie użytkownikom korzystania z oprogramowania TCP/IP w podobny sposób, jak czynią to użytkownicy przyłączeni bezpośrednio do kabla internetowego, czyli do nośnika sieci lokalnej stanowiącej podsieć Internetu. W rzeczywistości pakiety IP są kapsułkowane w ramki PPP i transmitowane do operatora usług internetowych, gdzie usuwa się ramki PPP. W pakiecie IP może być zawarty pakiet TCP lub UDP. Z kolei w prywatnych sieciach wirtualnych pakiety PPP mogą wędrować w kapsule innego protokołu, na przykład L2TP.

PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) jest z kolei protokołem komunikacyjnym Microsoftu, 3Com, Ascend Communications, ECL Telematics i US Robotics, poszerzającym PPP o kilka ważnych funkcji. PPTP umożliwia m.in. zwiększenie zasięgu wirtualnych sieci prywatnych za pośrednictwem linii telekomunikacyjnych, szyfruje wszystkie dane i pozwala na stosowanie w swoich połączeniach różnych protokołów. Pakiety danych są transmitowane w ramkach PPP.

Trasowanie i ruch w Internecie

Trasowanie jest metodą kierowania ruchem i filtracją pakietów w sieciach zawierających routery. Największą siecią z hierarchicznie połączonymi routerami jest właśnie Internet, a same routery reprezentują setki tysięcy różnych podsieci. Rozróżnia się dwa rodzaje routingu: statyczny i dynamiczny. W routingu statycznym opisy tras przesyłania komunikatów wpisywane są do pamięci routerów przez administratorów sieci. W routingu dynamicznym natomiast zbieraniem informacji dotyczących konfiguracji sieci i aktualizacją tablic trasowania zajmują się same routery. Użytkownicy systemu Unix lub Windows mogą prześledzić trasy pakietów przebiegające z ich komputerów do wybranych adresatów z różnych części świata. Może się wtedy okazać, że często odbiegają one od domniemywanych.

Nowe technologie i aplikacje multimedialne nieustannie zmieniają strukturę szkieletową Internetu. Niemniej jednak pewne zasady są nienaruszalne, przynajmniej przez najbliższe cztery, pięć lat. Internet składa się z sieci lokalnych Ethernet, Token Ring, X.25, Frame Relay, ATM i kilku innych. Jakkolwiek komunikacja w obrębie każdej z sieci lokalnej odbywa się na adresach sprzętowych warstwy 2, to schemat adresowania tych sieci w Internecie jest nadrzędny w stosunku do sprzętowego. Sieć lokalna staje się podsiecią Internetu rozpoznawaną na podstawie indywidualnego adresu i nazwy, jakie narzuca stos protokołów TCP/IP. Była już o tym mowa w rozdziałach o IP i DNS.

W tak złożonej strukturze jak Internet pakiet niezwykle rzadko przebywa trasę między sąsiednimi podsieciami. Zazwyczaj w komunikacji między dwiema podsieciami pośredniczy wiele innych podsieci. Routery muszą sprostać tym wymaganiom, a ponadto powinny się łatwo integrować z protokołami gwarantowania usług internetowych.

Routery operują w warstwie trzeciej, a przełączniki i mosty w warstwie drugiej. W ostatnich latach pojawiły się urządzenia nazywane przełącznikami trasującymi, routerami przełączającymi i platformami wielousługowymi i wieloprotokołowymi. Te ostanie są urządzeniami o wielkiej mocy przetwarzania i... rozmiarach, stosowanymi głównie przez dostawców usług internetowych.

Różnice między mostem, routerem czy bramą wynikają często z działającego w nich oprogramowania, a więc taki sam sprzęt może być - w zależności od opcji - mostem, routerem czy bramą. Most jest odpowiednio oprogramowanym urządzeniem łączącym najczęściej segmenty Ethernetu, Token Ring oraz inne, ale wykonane tą samą technologią. Podstawową zaletą mostów jest obsługiwanie pakietów różnych standardów sieciowych. Do wad zalicza się trudne łączenie sieci odległych i z tych względów podział mostów na lokalne i zdalne jest bardzo istotny. W łączeniu sieci o różnych standardach, na przykład Ethernetu z Internetem, jednym z zadań mostu jest tworzenie tablic adresów komputerów podłączonych do podsieci - w Ethernecie adres komputera jest wyznaczany przez numer seryjny jego karty sieciowej, a w Internecie przez numery sieci i komputera. Do chwili wprowadzenia mostów adaptacyjnych, wykorzystujących algorytm STA, tablice adresów sieciowych dla każdego mostu tworzyli administratorzy sieci. Mosty jako urządzenia sieciowe zaczęły zanikać około 6 lat temu. Ich funkcje zostały przejęte głównie przez moduły przełączników i routerów.

Użytkownicy końcowi łączą się z najbliższym dostawcą usług internetowych za pośrednictwem modemów analogowych, routerów dostępowych, konsol ISDN itp. urządzeń i łącz. Sieci lokalnych dostawców internetowych łączą się następnie z routerami sieci regionalnych dostawców usług Internetowych, a te z routerami sieci krajowych dostawców Internetowych. Wreszcie krajowi dostawcy usług internetowych są połączeni z centralami internetowymi, nazywanymi NAP (Network Access Point). Komunikacja między routerami odbywa się wyłącznie przy użyciu adresów IP i nazw. Jedynie centrale internetowe wymieniają informacje w warstwie 2. W podobny sposób powstają odgałęzienia hierarchicznej struktury adresowania, wyjąwszy USA, które są konfederacją stanów.

Protokoły trasowania

IP nie jest protokołem trasowania (routingu), jak to się czasami uważa. Jest protokołem komunikacyjnym, a dokładniej – sieciowym, który korzysta z tablic tras kompletowanych przez protokoły trasowania. Zadaniem protokołów trasowania jest znalezienie najkorzystniejszej trasy dla ruchu przechodzącego przez węzły Internetu.

  • OSPF (Open Shortest Path First, RFC 1247) – protokół trasowania typu LSA (Link State Algorithms), wykorzystujący algorytm Dijkstry. OSPF decyzję wyboru trasy uzależnia m.in. od: liczby przejść przez routery, szybkości transmisji, opóźnień wywołanych przeciążeniami sieci i od kosztów ścieżki przypisanych portom routerów. Tablice trasowania aktualizuje się tylko istotnymi informacjami, np. o stanach połączeń. Ponadto OSPF może oprzeć trasowanie na żądaniach warstwy wyższej – ToS (Type-of-Service) – i wspomagać te z nich, które określają szczególne typy usług, jak pilność pewnych danych. W RFC 2740 znajduje się opis tego protokołu dla IPv6;

  • MOSPF (Multicast OSPF, RFC 1584 i 1585) – protokół trasowania wspomagający przesyłanie pakietów adresowanych jednocześnie do wielu użytkowników sieci (ale nie do wszystkich), jak podczas wideokonferencji;

  • RIP (Routing Information Protocol, RFC 1058 i RFC 1723 dla RIP 2) – protokół trasowania w sieci XNS firmy Xerox, stosowany w prawie wszystkich systemach. Do wyznaczania tras pakietów wykorzystuje on algorytm DVA (Distance-Vector Algorithm), a więc decyzję wyboru trasy uzależnia tylko od najmniejszej liczby przejść przez routery (1-15). Z kolei routery RIP rozgłaszają co ok. 30 s swoją listę sieci, z którymi mają połączenie, umożliwiając innym routerom aktualizację własnych tablic routingu. W sieciach rozległych RIP jest bardzo nieefektywny i zastępowany stopniowo m.in. protokołami NLSP i OSPF. RIP jest niestety nadal najpopularniejszym protokołem trasowania w sieciach TCP/IP. Opis tego protokołu dla IPv6 znajduje się w RFC 2080;

  • BGP (Border Gateway Protocol) – protokół trasowanie międzydomenowego w sieciach TCP/IP, oparty na algorytmie distance-vector. BGP eliminuje EGP, wykrywa pętle na poziomie systemu autonomicznego i polepsza skalowalność Internetu. Miara trasowania jest tylko jedna – preferencja łącza, przypisywana przez administratora sieci. Routery BGP przechowują kompletny graf całej sieci, ale wymieniają między sobą nie całe tablice, lecz jedynie zmiany. Cztery typy komunikatów protokołu BGP zostały zawarte w RFC 1771. BGP-4 dla IPv6 jest opisany w RFC 2545.

    Protokół CIDR, który ma duży wpływ na rozmiar tablic trasowania routerów, został naszkicowany w podrozdziale IP.


  • TOP 200