Przez ostatnie kilkadziesiąt lat postęp w dziedzinie telekomunikacji i informatyki, pod względem swojej dynamiki był zjawiskiem precedensowym. Budowane sieci transportowe wykorzystujące techniki światłowodowe oparte na standardach PDH/SDH/ATM/WDM przeznaczone były głównie dla potrzeb telekomunikacyjnych. Natomiast sieci komputerowe rozumiano początkowo jako odizolowane praktycznie od sieci telekomunikacyjnych byty. Jednak na przestrzeni ostatnich trzydziestu lat widac jak mylne było to podejście. Wraz z rozwojem rynku informatycznego wytworzyła się potrzeba komunikacji międzysieciowej; struktury informatyczne dużych firm nie tylko z branży IT rozrastały się do tego stopnia, że sieci komputerowe zaczęły „wychodzić” z budynków korporacji. Powstało pytanie: jak najtaniej i najefektywniej połączyć sieci lokalne. Odpowiedź przyszła właśnie ze strony rynku telekomunikacyjnego. Przy wykorzystaniu zdobyczy informatyki, telekomunikacja daje możliwości zaspokojenia zapotrzebowań rynku transmisji danych. W obszarze sieci informatycznych dominującą pozycję posiadają obecnie sieci oparte na protokole IP. W poniższym rozdziale poddano analizie sieci lokalne i rozległe wykorzystujące ten protokół jako protokół warstwy sieciowej modelu OSI (Open System Interconnection). Szczególny nacisk położono na analizę technik budowy sieci IP i kierunki rozwoju tego obszaru rynku teleinformatycznego.
Ogólna charakterystyka sieci IP
Geneza powstania sieci IP
Na początku lat 70-tych w Stanach Zjednoczonych powstała pakietowa sieć ARPANET. Fundatorem ARPANET była agencja ARPA, przekształcona później w DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Sieć ARPANET łączyła ośrodki militarne, rządowe laboratoria naukowe i wyższe uczelnie. Z czasem ewoluowała, stając się siecią szkieletową Internetu, a z nazwy ARPANET zrezygnowano oficjalnie w roku 1990. W 1983 roku z sieci ARPANET wydzielono wojskową sieć MILNET. Poza tym, to właśnie z ARPANET-u wywodzi się jeden z najważniejszych obecnie protokołów: Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP).
Pierwsze moduły TCP/IP zainstalowano w 1980 roku. Bardzo istotną rolę w rozwoju TCP/IP odegrał rządowy program testowania i wydawania certyfikatów potwierdzających zgodność tworzonych produktów z opublikowanymi standardami.
Transmisja danych w sieciach IP
Protokół IP (obecnie w wersji 4, czyli IPv4) jest podstawowym protokołem dla routingu pakietów w Internecie i sieciach opartych o protokoły TCP/IP. Pozwala na stworzenie systemu komunikacji pomiędzy połączonymi sieciami. Protokół ARP (Address Resolution Protocol) wykorzystywany jest w sieciach TCP/IP do odwzorowania adresów IP (Internet Protocol) w fizyczne adresy MAC (Medium Access Control). Adres IP identyfikuje konkretny komputer w podsieci, należącej do sieci złożonej. Jest zatem międzysieciowym adresem wysokiego poziomu. Fizyczny adres MAC jest sprzętowo zakodowany i przypisany do karty sieciowej. Adresy MAC używane są wyłącznie przy przesyłaniu ramek między komputerami podłączonymi do tej samej sieci. Nie mogą być stosowane przy przesyłaniu ramek do komputerów podłączonych do innych sieci, oddzielonych routerami od sieci nadawcy. Jeśli ramka ma przekroczyć barierę, jaką stanowi router, konieczne jest użycie adresu IP (przy założeniu, że sieć funkcjonuje w oparciu o protokół TCP/IP). Przykładowy transport datagramu IP pomiędzy dwoma hostami (A1 i C1) przedstawia rysunek 27.
Dla uproszczenia numeryczne adresy hostów, sieci i routerów zastąpiono literami. Np. źródło pakietu w sieci A ma adres Al, a router A/B łączy sieci A i B. Warto zauważyć, że protokół IP świadczy usługi nie wymagające bezpośredniego połączenia pomiędzy nadawcą a odbiorcą. Protokół wyższego poziomu – TCP, w przeciwieństwie do IP jest zorientowany połączeniowo. IP wykonuje wszystkie działania, niezbędne dla dostarczenia pakietów, ale nie może zagwarantować, że nie zostaną one odrzucone lub utracone. Sprawą zapewnienia kompletności pakietów i ich ewentualnego odtworzenia zajmuje się system końcowy. Jego zadaniem jest również sterowaniem właściwym przepływem pakietów i ich porządkowanie. Funkcje te realizowane są za pomocą protokołu TCP. Jednostką transmisji danych na poziomie protokołu sieci jest pakiet IP. Należy pamiętać, że długość datagramu (łącznie dane i nagłówek) nie może przekroczyć 65.535 bajtów.
Adresowanie w sieciach IP
Każdy element w ramach sieci IP ma swoją jednoznaczną identyfikację. W środowisku TCP/IP istnieją trzy metody identyfikacji systemu hosta w sieci:
1. Adres fizyczny – najczęściej unikalny w skali światowej,
2. Adres IP – unikalny w skali podsieci
3. Nazwa domenowa – unikalna w skali domeny
Adres fizyczny jest adresem MAC (Medium Access Control), zaszytym w karcie sieciowej komputera. Stosowany jest wyłącznie do adresowania wewnątrz sieci lokalnych (LAN).
Adres IP identyfikuje system hosta w środowisku międzysieciowym. IP jest adresem numerycznym, jednoznacznie identyfikującym system hosta w sieci złożonej. Ma on postać liczby 32-bitowej (4 bajty), która nazywana jest „przestrzenią adresową". Składa się dwóch części:
1. Identyfikator sieci – określa konkretną sieć (grupę komputerów)
2. Identyfikator hosta – określa konkretny komputer w danej sieci
Dla zapisu adresu IP stosuje się notację dziesiętną, w której każdy bajt oddzielony jest separatorem (kropką). Są trzy sposoby podziału adresu: po pierwszym, drugim lub trzecim bajcie. Uzyskuje się w ten sposób cztery klasy adresów (A, B, C, D). Protokół IPv4 dobrze sobie radzi z obsługą społeczności internetowej, ale jego ograniczona przestrzeń adresowa stała się źródłem narastających problemów w miarę wzrostu liczby połączonych komputerów. Od 1990 roku organizacja IETF (Internet Engineering Task Force) pracuje nad unowocześnieniem protokołu IP. Rezultatem tych działań jest całkiem nowy protokół IPv6, obsługujący wszystkie inne protokoły internetowe, ale niekompatybilny „w dół" z protokołem IPv4. Protokół IPv6 został opisany w biuletynach RFC 1883 i RFC 1887. Najważniejszą cechą protokołu IPv6 jest znacznie powiększona przestrzeń adresowa. Na adres przeznaczono bowiem aż 16 bajtów (w porównaniu do 16 bitów IPv4). Daje to praktycznie nieograniczone możliwości adresowania urządzeń w sieci.