Internet

Internet, którego nazwa pochodzi od angielskiego sformułowania international net, jest globalną siecią komputerową, która opiera się na protokole komunikacyjnym TCP / IP. TCP oznacza Transfer Control Protocol, natomiast IP - Internet Protocol. Internet jest największą siecią komputerową na świecie, składającą się z tysięcy mniejszych sieci. Pierwsza wersja Internetu powstała w Stanach Zjednoczonych w roku 1969 i nosiła nazwę Arpanet. Sieć ta była stworzona na zlecenie Ministerstwa Obrony USA i miała zapewnić komunikację w przypadku zaistnienia zagrożenia nuklearnego. W roku 1984 sieć amerykańskich uniwersytetów oraz ośrodków naukowych połączono w ramach sieci NSFnet. W czasach obecnych Internet jest powszechnie wykorzystywany przez niemal wszystkich użytkowników komputerów. Używa się go do pozyskiwania i wyszukiwania potrzebnych informacji, ściągania z sieci przydatnych programów, a także do wysyłania i odbierania poczty elektronicznej. Informacje w Internecie spotykane są w postaci artykułów znajdujących się na stronach www. Do oglądania tych stron służą specjalne pogramy zwane przeglądarkami internetowymi. Internet jest wykorzystywany coraz częściej również do przesyłania obrazów przedstawionych w postaci cyfrowej, do przesyłania zapisów dźwiękowych oraz sekwencji filmowych. Pliki wszelkiego rodzaju mogą być przekazywane w Internecie przy pomocy na przykład usługi FTP, czyli File Transfer Protocol. Aby skorzystać z Internetu trzeba wykupić dostęp do Internetu u dowolnie wybranego operatora, który będzie nam przypisywał własny adres w swojej sieci.

TCP

Wraz z protokołem IP, TCP definiuje metody przesyłania podstawowych jednostek danych, tak zwanych pakietów, pomiędzy poszczególnymi komputerami komunikującymi się ze sobą za pośrednictwem Internetu. Do najważniejszych zadań TCP należy śledzenie przebiegów dzielonych na pakiety wiadomości oraz łączenie ich w całość po odebraniu w miejscu przeznaczenia.

IPv4

Pod koniec lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku opracowano ten protokół na zlecenie Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych. IPv4 miał za zadanie połączyć ze sobą rozsiane po całym kraju wojskowe sieci WAN, w pojedynczą zunifikowaną sieć ARPANET. Następne lata przyniosły jego akceptację jako głównego protokołu warstwy sieci dla Internetu, a także dla sieci lokalnych. IP odpowiada za dostarczanie procedur, które wystarczają do przesyłania danych pomiędzy maszynami, które znajdują się w połączonych ze sobą sieciach. Definiowany jest format pakietów oraz metody ich adresowania. Nie odpowiada on jednak za realizację żadnych funkcji, które są związane z poprawnością transmisji. Nie identyfikuje on pakietów, które wymagają ponownego przesłania. Nie jest w stanie również wykonać wielu innych procesów, które są związane z odtworzeniem prawidłowej sekwencji pakietów, ponieważ pakiety mogą podróżować do celu różnymi drogami i przez to kolejność ich odbierania może się różnić od kolejności nadawania. Jest to więc protokół bezpołączeniowy, który nie zapewnia stałego kanału do komunikacji. Dopiero dzięki współpracy protokołu IP, a także jednego z protokołów wyższej warstwy transportu możliwe jest wygodne i prawidłowe przesyłanie danych na większe odległości. Przykłady protokołów, które korzystają w czasie transmisji z protokołu IP to UDP oraz TCP. W tego rodzaju przypadkach, dzięki określeniu dwóch współdziałających ze sobą protokołów, możliwe jest używanie rozdzielonych ukośnikiem nazw, takich jak TCP / IP oraz UDP / IP. Analizując TCP komunikacja połączeniowa jest symulowana w bezpołączeniowym kanale na drodze wymiany pakietów oraz potwierdzeń ich odbioru. Aby zidentyfikować sieć, urządzenia sieciowe oraz hosty protokołów IP, wykorzystywany jest binarny system adresowania. IPv4 zakłada 32 bitowy adres, który składa się z czterech sekcji liczb ośmiobitowych, oddzielonych od siebie kropkami, przykładowo 192.168.1.10. Ponieważ ARPANET miał za zadanie łączyć maksymalnie kilkadziesiąt instytucji, przyjęcie 32 - bitowej przestrzeni adresowej wydawało się być bardzo nowoczesnym i przyszłościowym rozwiązaniem. W dzisiejszych czasach rozwój Internetu przekroczył jednak najśmielsze oczekiwania ich twórców. W pewnym momencie liczba wolnych adresów IP zaczęła w sposób drastyczny maleć. Z tego powodu koniecznym stało się opracowanie zupełnie nowej wersji protokołu IP. Następcą protokołu IPv4 stał się protokół IPv6, który jest również nazywany protokołem IP nowej generacji IP NG.

IPv6

Następca protokołu IP wyróżnia się między innymi unowocześnionym schematem adresacji urządzeń podpiętych do sieci Internet. Poszerzenie standardu stosowanego dotychczas stanowi odpowiedź na dynamiczny rozwój Internetu, jaki dokonał się w ostatnich latach. Na skutek gwałtownego wzrostu liczby komputerów podłączonych do sieci, zaczęła ona pękać w szwach, a pula wolnych adresów IPv4 znalazła się na wyczerpaniu. Chociaż trudno to sobie wyobrazić, ale zapotrzebowania na adresy IP przewyższają 4 miliardy kombinacji cyfr, które można ułożyć z 32 bitowego kodu. Na skutek podzielenia puli adresów na klasy adresów doprowadzono do roztrwonienia tego jakże wielkiego zasobu. Również zadania, jakim muszą sprostać współczesne łącza internetowe wyglądają zupełnie inaczej niż przed dwudziestoma laty, kiedy standard IP był projektowany. Rosnący w siłę biznes elektroniczny zaczął się z kolei domagać poprawienia bezpieczeństwa przesyłanych siecią danych. Aby możliwe było nadążenie za szybką ekspansją Internetu musiano wyeliminować każdą pojawiającą się w protokole IPv4 słabość oraz uwzględnić rozsądny zapas puli adresowej na przyszłość. IPv6 stanowi rozwiązanie wymienionych wcześniej problemów, dostarcza ona również zupełnie nowych możliwości. Poniżej przedstawione są najważniejsze zmiany, które dotyczą protokołu IPv6:

  • Dłuższe adresy internetowe. Dotychczas stosowane adresy 32 bitowe zostały zastąpione adresami 128 - bitowymi. Pula możliwych do wykorzystania adresów internetowych została więc w sposób niewyobrażalny powiększona. W chwili obecnej nie ma żadnych przeszkód, by indywidualne adresy IP przypisywać wszystkim urządzeniom, nawet takim jak pagery i komputery pokładowe montowane w nowoczesnych samochodach. Przestrzeń adresowa protokołu IPv6 wygląda w nieco inny sposób od jej czwartej wersji. Pełny adres IPv6 składa się bowiem z ośmiu 16 bitowych części oddzielonych dwukropkami. Przykładowy adres może więc wyglądać w ten sposób: 234A:BD89:FEA8:8762:1235:DC98:11AA:FFFF.
  • Zwiększona elastyczność, a także zupełnie nowe struktury adresowe. W nowym protokole nastąpiło odejście od sposobu adresowania, które bazowało na klasach, protokół IPv4 rozróżniał bowiem pięć rodzajów klas adresów, które przeznaczone były dla różnej wielkości sieci.
  • Prostszy oraz bardziej elastyczny format nagłówków krążących po sieci pakietów.
  • Większe bezpieczeństwo przesyłanych pakietów. Wprowadzone zostały elementy zapobiegające najczęściej spotykanym atakom, a także wbudowano opcje ich szyfrowania oraz identyfikacji poszczególnych hostów, przy pomocy towarzyszącego protokołu Ipsec. Tym samym na całej długości połączenia zostało zapewnione bezpieczeństwo.
  • Zapewniona przestrzeń dla ewentualnych przyszłych rozszerzeń tego protokołu.

Rozpoznawane są trzy rodzaje adresów:

  • Unicast - standardowy tryb adresacji pakietów, który pozwala na transmisję danych pomiędzy hostem, a nadawcą oraz pomiędzy hostem, a odbiorcą.
  • Multicast - podobnie jak powyższy sposób adresacji posiada on swój odpowiednik w IPv4.
  • Anycast - nowy sposób adresacji, którego wprowadzono w protokole IPv6. Przewiduje on możliwość transmisji danych do bramy znajdującej się najbliżej, spośród tych znajdujących się w obrębie danej lokalizacji, z zamiarem powierzenia tej bramie zadania dalszego przekierowania wysyłanego pakietu.

W ciągu ostatnich kilku lat protokół IPv6 poddawano intensywnym testom. W chwili obecnej zachodzi jego stopniowe wdrażanie. Pierwsze pule adresów IPv6 zostały przekazane regionalnym organizacjom zajmującym się przydzielaniem adresów IP w lipcu roku 1999. Poprzez wprowadzenie IPv6 zaszła konieczność modyfikacji wszystkich standardów oraz usług spotykanych w sieci, takich jak chociażby DNS. Usługi te muszą w tym momencie współpracować z obiema wersjami protokołu IP oraz obsługiwać poprawnie 128 bitowe adresy urządzeń. W samym protokole IPv6 zawarte są mechanizmy, które umożliwiają ich współistnienie ze starszymi wersjami IP, przykładem jest tutaj mechanizm translacji adresu IPv4 na adres IPv6. Obsługę IPv6 wprowadza się obecnie w każdych routerach produkowanych w dzisiejszych czasach. Na pewno pełne przejście do nowego procesu będzie procesem bardzo powolnym. Należy się spodziewać, że przez najbliższe lata obie wersje protokołu IP będą musiały koegzystować ze sobą.

Router jest specjalnym urządzeniem, które odnajduje kolejny optymalny węzeł sieci, do którego można przekazać pakiet danych w jego drodze do adresata. Router odpowiada więc za połączenie jednej sieci z innymi sieciami, takimi jak rozległe sieci WAN. Ponieważ w przypadku dużych sieci droga pakietu danych od nadawcy do adresata może przebiegać wieloma alternatywnymi ścieżkami, router wymaga dokładnych informacji o istniejących obecnie połączeniach. Służą do tego celu tablice routingu, które zawierają ciągle aktualizowane dane o stanie połączonych ze sobą sieci. Na podstawie tych tablic router ma możliwość określenia kolejnego punktu przerzutowego dla pakietu danych, takiego, który będzie optymalny pod względem bliskości celu, szybkości oraz ekonomiczności. Router to albo komputer z odpowiednim rodzajem oprogramowania, albo specjalnie do tego desygnowana maszyna.

Adres IP

Adres IP jest unikalnym w skali całego świata, lub danej sieci lokalnej, numerem, który jest przypisany do każdego komputera podłączonego do Internetu lub sieci lokalnej. Adresy IP to części globalnego standardu. Z tego powodu jest możliwa precyzyjna identyfikacja wszystkich komputerów wysyłających albo otrzymujących informacje w Internecie. Wszystkie podróżujące po Internecie pakiety są zaopatrzone w adres IP zarówno nadawcy, jak i adresata. W przeciwieństwie do adresów fizycznych nie są one sprzętowo związane z konkretnym typem urządzenia, są one przypisywane do poszczególnych komputerów przez administratorów sieci, dzięki odpowiedniej konfiguracji ustawień systemowych.

Budowa adresu IPv4

Adres IP to 32 bitowa liczba, która jest zapisana jako cztery ośmiobitowe człony oddzielone kropkami. Najczęściej używamy zapisu dziesiętnego, więc każda z liczba umieszczonych w którymś z czterech pól może posiadać jedną z wartości zawartych w przedziale od 0 do 255. Przykładowy adres to 192.168.1.0. Każda z części adresu IP jest przypisywana do kolejnych, coraz to mniejszych sieci, które są napotykane po drodze do naszego adresata. Analizując zatem adres 149.156.20.40, liczba 149 oznacza jeden z kodów IP przyznanych Polsce, kolejna liczba 156 precyzuje, że chodzi o krakowską sieć miejską, przedostatnia liczba symbolizuje konkretną firmę lub instytucję podłączoną do sieci, natomiast ostatnia liczba odpowiada pojedynczemu komputerowi znajdującemu się w obrębie danej firmy.

Pierwotna wersja protokołu IP, którą zaprojektowano dla sieci ARPANET zakładała, że najstarsze 8 bitów będzie identyfikowało sieć, podczas gdy pozostałe 24 bity będą reprezentowały poszczególne urządzenia wpięte do danej sieci. Z racji ideologii połączenia ARPANETem najwyżej kilkudziesięciu instytucji, koncepcja 32 bitowej przestrzeni adresowej stanowiła w ówczesnych czasach rozwiązanie bardzo nowoczesne oraz przyszłościowe. Szybko jednak okazało się, że ARPANET łączy ze sobą większą ilość sieci niż 256, zostało więc wydzielonych pięć klas, które odpowiadały 32 - bitowym adresom sieci różnych wielkości. Najpopularniejszymi klasami są klasy A, B i C.

Klasa A jest przeznaczona dla sieci rozległych, które obejmują dużą ilość możliwych do zaadresowania urządzeń. Część, która identyfikuje daną sieć składa się z pojedynczego bajtu, natomiast pozostałe trzy bajty odpowiadają za opisanie konkretnego komputera podłączonego do sieci. Możliwe stało się zatem zaadresowanie 16 milionów komputerów, które znajdowały się w każdym ze 127 węzłów sieci. Do klasy tej należą adresy zaczynające się od 0.0.0.0 aż do 126.255.255.255, przy czym adresy od 10.0.0.0, aż do 10.255.255.255 zarezerwowane są dla specjalnych celów.

Klasa B jest przeznaczona dla sieci o średnich rozmiarach. Części, które identyfikują daną sieć, jak również poszczególne komputery wchodzące w jej skład są równej wielkości i zajmują dwa bajty. Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest zaadresowanie 16 tysięcy komputerów znajdujących się w jednym z 16 tysięcy węzłów sieci. Opisywana klasa obejmuje adresy począwszy od 128.0.0.0, na 191.255.255.255 skończywszy. Podobnie jak w wypadku klasy A, również tutaj wydzielono przestrzeń adresową do specjalnych zastosowań zaczynającą się od 172.16.0.0 i kończącą się na 172.31.255.255.

Klasa C jest najczęściej spotykaną w Internecie klasą, która jest przeznaczona dla mniejszych sieci składających się z 254 komputerów. Część, która identyfikuje sieć zajmuje trzy pierwsze bajty, natomiast poszczególne komputery w danej sieci adresowane są na jednym bajcie. Adresami tej klasy mogą dysponować dwa miliony różnych podsieci podpiętych do Internetu. Pula adresów dostępnych zawiera się w przedziałach od 192.0.0.0 do 223.255.255.255, przy czym zarezerwowane są adresy znajdujące się w przedziałach od 192.168.0.0 aż do 192.168.255.255.

Klasa D jest przeznaczona dla adresów rodzaju multicast i obejmuje przestrzeń adresową od 224.0.0.0, aż do 239.255.255.255.

Klasa E jest zarezerwowana dla przyszłych zastosowań. Obejmuje ona adresy zaczynające się od 240.0.0.0, aż do końca możliwej puli adresowej.

Adresy rozpoczynające się od 127 zarezerwowano dla celów specjalnych, na przykład dla pętli zwrotnej, która jest używana przy wewnętrznych testach komputera lokalnego.

Z racji tego, że charakter adresów IP jest mało czytelny, nie są one zbyt często stosowane przez zwykłego użytkownika komputera. Do większości komputerów są przypisane o wiele łatwiejsze do zapamiętania nazwy domenowe. Za konwersję pomiędzy dwoma sposobami adresowania odpowiadają serwery DNS.