1.2.1.PRZEŁĄCZANIE PAKIETÓW
Obok rozwoju komputerów rozwinięto począwszy od 1950 roku szereg aplikacji opartych o systemy komputerowe. Jedną z najważniejszych, jak to dzisiaj widać, są sieci komputerowe, a w szczególności globalna sieć komputerowa zwana Internetem, który posiada niemały wpływ na współczesne życie ludzkości.
Wszystko zaczęło się na początku lat 60 XX wieku. Po udanych próbach z bronią termojądrową w ZSRR zaczęto w USA oraz Wielkiej Brytanii szukać rozwiązań alternatywnych dla tradycyjnej koncepcji łączności telefonicznej opartej o komutację łączy. W 1962 roku w USA (dwa niezależne zespoły) i Wielkiej Brytanii podjęto prace nad koncepcję przełączania pakietów. W 1964 roku opracowano zastosowanie technologii przełączania pakietów w łączności głosowej dla potrzeb wojskowych. W roku 1969 US-DARPA (Defense Advance Research Projects Agency ) sfinansowała program badawczy ARPAnet - prac nad tworzeniem sieci z komutacją pakietów. W ramach projektu opracowano pierwsze przełączniki pakietów – zwane procesorami IMP (Interface Message Processor), wykonane przez firmę BBN. 1 maja 1969 roku na UCLA
zainstalowano pierwszy procesor IMP. Wkrótce dalsze procesory zainstalowano w instytucie SRI, w UC Santa Barbara i Uniwersytecie Utah (sieć ARPAnet w 1969 roku liczyła cztery węzły).
W 1972 roku sieć ARPAnet liczyła 15 węzłów. W 1972 roku opracowano pierwszy protokół komunikacyjny NCP oraz pierwszy program poczty elektronicznej bazujący na tym protokole komunikacyjnym. Pierwotnie sieć ARPAnet była pojedynczą zamkniętą siecią.
Sieć o nazwie ARPAnet została zbudowana z myślą o badaniach nad sieciami o wysokiej wydajności, niezawodności oraz niezależności od rozwiązań oferowanych przez poszczególnych producentów sprzętu komputerowego i oprogramowania. Stosowane obecnie rozwiązania w sieciach rozległych - w większości wywodzą się od rozwiązań opracowanych w ramach programu badawczego ARPAnet. Eksperyment z siecią ARPAnet – przerodził się w wykorzystywanie sieci do normalnego eksploatacyjnego przekazywania danych przez organizacje, które początkowo dla potrzeb eksperymentu dołączyły się do tej sieci. W tej sytuacji w roku 1975 ARPAnet została przekwalifikowana na sieć eksploatacyjną, a administracja siecią została przekazana do DCA (Defense Communication Agency). Prace nad rozwojem sieci były dalej prowadzone. Wcześniej opracowane wersje podstawowych protokołów TCP/IP – były dalej rozwijane i doskonalone. Lata 1970 – 1980 to okres powstania szeregu zamkniętych sieci komputerowych dedykowanych różnym zastosowaniom: ALOHAnet, Telenet (BBN), Cyklades (Francja), Tymnet Services, GE Information Services, SNA (IBM)]. W roku 1983 protokóły TCP/IP zostały przyjęte jako Military Standards (w skrócie MIL STD), przy czym wszystkie komputery dołączone do sieci musiały już stosować protokoły TCP/IP. Dla ułatwienia tej operacji DARPA ufundowała grand dla zespołu kierowanego przez Bolt’a, Beranka i Neman’a (tzw. zespół BBN) na Uniwersytecie Berkeley, celem dołączenia protokołów TCP/IP do systemu operacyjnego UNIX. Powstała w ten sposób wersja UNIX’a BSD, która została masowo wykorzystana przez amerykańskie uniwersytety. W 1983 roku ARPAnet został podzielony na dwie części. Mniejsza o nazwie MILNET podporządkowana została bezpośrednio Departamentowi Obrony USA oraz przeznaczona dla potrzeb sił zbrojnych. Pozostała część zachowała starą nazwę ARPAnet i została przeznaczona dla szerokiego użytkowania. Całość obu sieci, objęto wspólną nazwą Internet. Dalszy rozwój sieci, pozwolił na dołączenie wielu dalszych organizacji wraz z ich własnymi sieciami. Obecnie nazwą Internet - obejmuje się całość połączonych sieci działającej w oparciu o protokoły TCP/IP.
W roku 1989 zespół fizyków CERN kierowany przez Tima Bernes-Lee opracował koncepcję strony WWW i przeglądarki internetowej, wykorzystując koncepcję hipertekstu wywodzącą się jeszcze z 1945 roku i rozwijaną w latach 60 XX wieku. Prezentowanie wyników w postaci stron WWW rozszerzonych o informacje graficzne rozpowszechniło się po 1994 roku, początkowo na środowiska akademickie, a w kolejnych latach po 1995 na środowisko finansowe i szeroko rozumiane środowisko biznesowe.
1.2.1.01. Wyjaśnienie, czym jest sieć komputerowa. Sieć komputerowa składa się, z co najmniej dwóch komputerów – wzajemnie połączonych. Komputery sieci komunikują się pomiędzy sobą – wymieniając dane (informacje). Trzy podstawowe metody współpracy komputerów w sieci to:
(1) Klient serwer; (2) Peer to Peer (P2P); (3) Rozgłaszanie.
1.2.1.02. Wyjaśnienie, czym jest Internet. Internet jest siecią sieci komputerowych, czyli siecią globalną złożoną z wielu lokalnych sieci komputerowych lub sieci obsługujących wydzielone organizacje (np. korporacje ponadnarodowe lub służby państwowe).
1.2.1.03. Wyjaśnienie, z czego składa się Internet. Internet składa się z sieci komputerowych stanowiących jego obrzeże, z sieci komputerowych dostawców usług internetowych ISP (Internet Service Providers) oraz tak zwanego rdzenia sieci. Ten ostatni będąc również siecią komputerową, zapewnia połączenia pomiędzy poszczególnymi ISP, którzy z kolei zapewniają łączność sieci lokalnych.
1.2.1.04. Wyjaśnienie. W skład sieci komputerowych składających się na Internet wchodzą dwa rodzaje urządzeń zwane odpowiednio: hostami (dzielonymi na klienty oraz serwery) i routerami. Urządzenia te, nazywamy węzłami sieci komputerowej.
1.2.1.05. Wyjaśnienie. Adresacja węzłów sieci Internet. Podstawowym adresem w sieci Internet jest adres IP, który w sposób jednoznaczny określa położenie węzła (routera lub hosta) w sieci Internet. Adres IP jest 32-bitowym słowem, opisanym w dokumencie - RFC 791. Zwykle jest reprezentowany w postaci czterech grup liczb dziesiętnych rozdzielonych kropkami.
Np.: IP 127.0.0.1 lub IP 222.222.222.220. Stara konwencja adresacji zakładała, że część pierwsza adresu IP identyfikuje sieć. Wyróżniano wówczas trzy klasy sieci wchodzących w skład Internetu:
1. Klasa A, adresem sieci jest pierwszy bajt adresu IP;
2. Klasa B, adresem sieci są dwa pierwsze bajty adresu IP;
3. Klasa C, adresem sieci są trzy pierwsze bajty adresu IP.
Piśmiennictwo: Kurose J. K.8.1., Sosińsky B. S.9.1.
1.2.2.PIRAMIDA PROTOKOŁÓW TCP/IP
1.2.2.01. Wyjaśnienie. Protokoły komunikacyjne są zbiorami reguł i procedur określających sposób:
• nawiązywania komunikacji pomiędzy węzłami sieci,
• przygotowania treści wiadomości do przesłania,
• sterowania przesłaniem wiadomości,
• interpretacji odebranej wiadomości,
• reagowania w sytuacjach awaryjnych.
1.2.2.02. Wyjaśnienie. Piramida protokołów TCP/IP. W ramach projektu ARPAnet, opracowano zestaw protokołów sieci również dla transmisji pakietowej – zwany TPC/IP. Piramida protokołów TPC/IP zawiera obecnie następujące warstwy:
1. Warstwa aplikacji, która zawiera protokoły, takie jak: wirtualny terminal TELNET, transfer plików FTP, poczta elektroniczna SMTP, mapowania nazw hostów na adresy sieciowe DNS, artykułów oraz grup dyskusyjnych NNTP, pobierania stron WWW – HTTP i wiele innych.
2. Warstwa transportowa, która zawiera dwa podstawowe protokoły TCP i UDP.
3. Warstwa sieci zawierająca podstawowy protokół IP, która umożliwia przekazywanie pakietów (w formie tzw. datagramów) pomiędzy routerami i hostami końcowymi.
4. Warstwa dostępu do łącza danych, która przekazuje pakiety (tzw. ramek) pomiędzy węzłami sieci.
5. Warstwa fizyczna, która jest odpowiedzialna za przekazywanie pojedynczych bitów ramek pomiędzy dwoma węzłami sieci.
1.2.2.10. Wyjaśnienie. Warstwa aplikacji. W warstwie aplikacji znajdują się aplikacje sieciowe i ich protokoły. Internetowa warstwa aplikacji korzysta z wielu protokołów:
• HTTP (obsługa pobierania stron internetowych);
• SMTP (obsługa wiadomości poczty elektronicznej);
• FTP (obsługa transferu plików);
• Telnet (obsługa zdalnej pracy za pośrednictwem sieci);
• DNS (obsługa translacji nazw internetowych użytkowników końcowych na 32-bitowe adresy sieciowe;
• NFS (Network File System – sieciowy system plików).
Protokoły warstwy aplikacji działają na systemach końcowych. Aplikacja z jednego systemu końcowego może korzystać z protokołu wymiany pakietów z innymi systemami końcowymi.
Pakiety informacji w warstwie aplikacji nazywamy komunikatami.
1.2.2.20. Wyjaśnienie. Warstwa transportowa przesyła komunikaty warstwy aplikacji pomiędzy klientem a serwerem. Dwa podstawowe protokoły warstwy to TCP i UDP. Oba są w stanie transportować komunikaty warstwy aplikacji. Protokół TCP zapewnia aplikacjom usługę transportu zorientowaną na połączenia. Usługa ta gwarantuje niezawodne dostarczenie komunikatu warstwy aplikacyjnej do miejsca jej przeznaczenia, a także oferuje kontrolę przepływu. Protokół TCP dzieli długie komunikaty na krótsze segmenty i zapewnia kontrolę przeciążenia sieci. Protokół UDP świadczy swoim aplikacjom usługę bezpołączeniową. Jest to usługa uproszczona, nie zapewnia niezawodności ani kontroli przepływu. Pakiet warstwy transportowej nazywamy segmentem.
1.2.2.30. Wyjaśnienie. Internetowa warstwa sieci jest odpowiedzialna za przesyłanie pakietów zwanych datagramami od jednego hosta do drugiego. Protokół internetowej warstwy transportowej (TCP lub UDP) źródłowego hosta przekazuje segment i adres docelowy warstwie sieci, tak jak nadawca zostawiający na poczcie list z adresem odbiorcy. Warstwa sieci oferuje następnie segmentowi usługę polegającą na dostarczeniu go do warstwy transportowej docelowego hosta. Internetowa warstwa sieci obejmuje protokół IP. Definiuje on pola datagramu, a także jak mogą być przetwarzane przez system końcowy i routery. Warstwa sieciowa obejmuje obok IP kilka protokołów routingu.
1.2.2.40. Wyjaśnienie. Warstwa dostępu do łącza. Internetowa warstwa sieci przesyła datagram za pośrednictwem serii routerów znajdujących się między źródłowym i docelowym węzłem. Aby przemieścić pakiet z jednego węzła (hosta lub routera) do kolejnego zlokalizowanego na trasie, warstwa sieci korzysta z usług warstwy łącza danych. Warstwa sieci każdego węzła przekazuje datagram niżej położonej warstwie łącza danych, która dostarcza go do kolejnego węzła znajdującego się na trasie, a następnie przemieszcza datagram do warstwy sieci. Pakiet warstwy łącza danych nazywany jest ramką.
1.2.2.50. Wyjaśnienie. Warstwa fizyczna. Zadaniem warstwy łącza danych jest przemieszczaniem całych ramek od jednego elementu sieci do kolejnego z nim sąsiadującego, natomiast rolą warstwy fizycznej jest przesyłanie poszczególnych bitów ramki pomiędzy dwoma węzłami sieci. Protokoły warstwy fizycznej są zależne od łącza, a także od rzeczywistej szybkości transmisji oferowanej przez nośnik łącza (na przykład skrętka lub światłowód jedno-modowy). Przykładowo, standard Ethernet korzysta z wielu protokołów warstwy fizycznej (poszczególne protokoły dotyczą: skrętki, kabla koncentrycznego cienkiego, kabla koncentrycznego grubego, światłowodów itd.). W każdym przypadku bit jest w inny sposób przesyłany łączem.
1.2.2.60. Wyjaśnienie. Dlaczego TCP/IP? Popularność protokołów TCP/IP wynika z utrafienia, we właściwym czasie w globalne zapotrzebowanie wymiany danych. Protokoły TCP/IP są stosem protokołów i mają pięciowarstwową strukturę. Każda z warstw stosu protokołów TCP/IP przy przekazywaniu danych w kierunku rosnącego numeru warstwy – dodaje informacje sterujące, między innymi w celu identyfikacji wybranego protokołu i numeru warstwy. Przy odwrotnym przekazywaniu danych w kierunku malejącego numeru warstwy – usuwane są informacje sterujące dotyczące numeru warstwy przekazującej dane. Informacje sterujące noszą nazwę nagłówków, gdyż są umieszczane na początku przekazywanych danych.
1.2.2.70. Wyjaśnienie. Istotne cechy protokołów TCP/IP. Standard otwartych protokołów, swobodnie dostępnych i opracowanych niezależnie od specyfiki sprzętu komputerowego lub systemu operacyjnego (protokoły TCP/IP są sprawnym narzędziem do łączenia różnorodnego sprzętu). Niezależność od fizycznych właściwości sieci, a tym samym protokoły TCP/IP umożliwiają łączenie wielu różnych typów sieci (np. sieci Ethernet, sieci IBM Token Ring, sieci wykorzystującej np. łącza telefoniczne, sieci X.25, itd.). Wspólny schemat adresacji, pozwalający dowolnemu urządzeniu korzystającemu z protokołów TCP/IP na jednoznaczne zaadresowanie innego urządzenia, w sieci tak rozległej jak światowy Internet. Standaryzowane protokoły wyższych poziomów zapewniających zgodność szeroko dostępnych usług.
Piśmiennictwo: Kurose J. K.8.1., Sosińsky B. S.9.1.
1.2.3.TRANSMISJA POŁĄCZENIOWA I BEZPOŁĄCZENIOWA
Dwie podstawowe metody transmisji w sieci działającej zgodnie z zasadami protokołów TCP/IP, to odpowiednio:
1. Transmisja połączeniowa, przy której działa sprzężenie zwrotne pomiędzy odbiorcą oraz dostawcą.
2. Transmisja bezpołączeniowa, przy której brak jest informacji zwrotnej od odbiorcy.
1.2.3.10. Wyjaśnienie. Transmisja połączeniowa zakłada: (1) Nawiązanie połączenia pomiędzy nadawcą i odbiorcą, poprzedzające rozpoczęcie transmisji; (2) Kolejne pakiety (porcje) danych wysyłanych przez nadawcę, po dokonaniu transmisji i poprawnym otrzymania ich przez odbiorcę, są podstawą do zwrotnego przesłania sygnału - potwierdzenia do dostawcy – o poprawnym odbiorze pakietu przez odbiorcę, jeśli jednak po czasie wystarczającym dla przesłania pakietu i sygnału zwrotnego, nadawca nie otrzyma sygnału zwrotnego, to zakłada, że pakiet nie dotarł do odbiorcy – nadawca ponownie wysyła do odbiorcy dany pakiet i oczekuje na sygnał potwierdzenia; (3) Proces wysyłania kolejnych pakietów i oczekiwania na sygnał zwrotny potwierdzenia przez odbiorcę jest powtarzany wielokrotnie, aż do przekazania całego komunikatu odbiorcy, w rozbiciu na serię pakietów danych; (4) Rozwiązanie ustanowionego połączenia następuje po zakończeniu odebrania komunikatu, na drodze wymiany określonych sygnałów pomiędzy odbiorcą i nadawcą.
Transmisja połączeniowa jest wykorzystywana np. przy przekazywaniu poczty elektronicznej, pobieraniu stron www, składania oświadczenia PIT, prowadzenia rozmów lub wideokonferencji za pomocą Skype, itp.
1.2.3.20. Wyjaśnienie. Transmisja bezpołączeniowa zakłada, że nadawca wysyła kolejne pakiety (porcje) danych adresowane do odbiorcy, jedynie z nadzieją, że wysłane dane dotrą do odbiorcy.
W odróżnieniu od transmisji połączeniowej, nie ma miejsca na nawiązanie połączenia pomiędzy nadawcą i odbiorcą.
Transmisja bezpołączeniowa jest wykorzystywana np. przy przekazywaniu internetowych transmisji z imprez sportowych, czy wiadomości przeznaczonych dla wielu anonimowych odbiorców, jak program telewizyjny rozpowszechniany za pomocą Internet.
Można powiedzieć krótko, transmisje połączeniowe przeznaczone są do kontaktów pomiędzy dwoma lub więcej osobami, w zasadzie niedostępnych dla osób postronnych, natomiast transmisje bezpołączeniowe przeznaczone są do rozgłaszania informacji skierowanych do anonimowego odbiorcy w całej rozległej sieci Internet.
Piśmiennictwo: Kurose J. K.8.1., Sosińsky B. S.11.1.