Адресация в сети Internet.

Введение

В настоящее время компьютерные сети и Интернет-технологии играют одну из ключевых ролей в деятельности, как отдельных лиц, так и государственных органов. С помощью сети Интернет можно произвести поиск необходимой информации, пообщаться с дальними родственниками, посетить, не выходя из дома многие музеи, посмотреть достопримечательности, спуститься на дно Марианской впадины. Данный список можно продолжать практически до бесконечности. Путешествуя по Сети мы, как правило, не задумывается о том, каким образом осуществляется процесс перехода по страницам, каким образом поисковые системы возвращают нам релевантный запрос, какая информация передаётся при оплате банковской картой – до определённого момента эти сведения нам, по большому счёту, не нужны. В случае, если все сервисные функции выполняются корректно, и мы подучаем те услуги, которые заказываем, нам нет необходимости разбираться в тонкостях работы Сети. Другое дело, если возникает какая-либо неисправность, и её необходимо устранить – в данном случае сведения о работе сети нам могут понадобиться. И, как правило, наиболее «близко расположенными» сведениями о функционировании Интернет, и компьютерных сетей, как её подмножества, является Информация об адресных настройках сетевого подключения.
Адресные сведения, включающие помимо, собственно, адреса компьютера включают маску подсети, основной шлюз и адреса DNS-серверов. Важность данных параметров трудно переоценить, а ошибка хотя бы в одном значении может привести к тому, что неработоспособным станет не только отдельная рабочая станция, но и вся сеть в целом.
В данном реферате будут кратко рассмотрены существующие схемы адресации в Интернет, а так же приведены их преимущества и недостатки. Кроме того, рассмотрена версия протокола IP v. 6.


ТРЕБОВАНИЯ К АДРЕСАЦИИ В СЕТЯХ
Построение грамотной системы адресации в компьютерных сетях является одним из важнейших условий их функционирования. В настоящее время применяется несколько схем адресации, и, прежде чем перейти к их рассмотрению, представим требования и приведём их краткую характеристику.
Адрес должен однозначно идентифицировать компьютер в сети любого масштаба. То есть, какова бы ни была велика или мала сеть, должна существовать возможность по адресу компьютера определить его принадлежность и местонахождение;
Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов. Действительно, в случае, если в сети большое число компьютеров, ручной ввод адреса будет занимать длительное время; кроме того, при этом способе ввода возможно проявление «человеческого фактора», то есть возникновение ошибок.
Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. В случае, если компания имеет несколько филиалов, или даже несколько структурных подразделений, удобно было бы исходя из адреса определять местоположение компьютера.
Адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьное представление. Действительно, человеку гораздо удобнее запомнить осмысленные слова и фразы чем численные значения.
Адрес должен иметь по возможности компактное представление. А данное требование больше относится к компьютерным системам: несмотря на то, что в настоящее время вычислительные мощности и каналы связи достигли небывалой производительности и мощностей, в основе функционирования компьютерных сетей все те же протоколы, пусти и немного изменённые.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что требования к компьютерным сетям противоречивы и трудносовместимы, поэтому при адресации используется несколько схем, которые и будут рассмотрены в последующих разделах.
ВИДЫ АДРЕСАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ
Аппаратная адресация
Данная схема адресации предназначена для небольших сетей, или сетей, имеющих средние размеры. Данные адреса не имеют иерархической структуры. Типичным представителем данного адреса является mac–адрес сетевой карты компьютера или сетевого устройства. Адрес используется исключительно аппаратурой и записывается в виде 16-ричного или 2-ичного значения. Пример mac–адреса: 00–01–DE–95–54–41. Произведя простой подсчёт можно записать, что общее количество mac–адресов: 248. Каждая часть, разделённая тире может принимать значения от 00 до ff, и на запись требуется 8 бит. Всего в mac–адресе 6 секций, следовательно, он занимает 6*8=48 бит, а общее количество mac–адресов– 248 шт. На самом деле, это не совсем так. Часть бит в mac–адресе зарезервированы для идентификации производителя, кроме того, существует теоретическая возможность того, что в Интернет откажутся два устройства с одинаковыми mac–адресами. Если они будут находится в разных подсетях, то страшного ничего не произойдёт, в противном случае возникнет коллизия, приводящая к тому, что неработоспособными (с точки зрения функции сетевого обмена окажутся оба устройства). Структура mac–адреса представлена на рис. 1.

Рисунок SEQ Рисунок \* ARABIC 1 Структура mac-адреса
Первый бит, считая слева направо, может принимать значения «0» или «1». В первом случае адрес является одиночным, во втором – групповым.
Второй бит, считая слева направо, также может принимать значения «0» или «1». В первом случае mac–адрес является локальным, во втором случае – глобальным.
Следующие 22 бита позволяют уникальным образом идентифицировать производителя сетевой платы.
И, наконец, крайние 24 бита – это, собственно, и есть уникальное значение адреса, выбираемое производителем платы.
При задании аппаратных адресов обычно не требуется выполнение ручной работы, так как они либо встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новом запуске оборудования, причем уникальность адреса в пределах сети обеспечивает оборудование.
Из недостатков mac–адресов наиболее очевидными являются:
Отсутствие иерархии;
Замена аппаратуры влечёт смену mac–адреса (данные недостаток сравнительно легко устраняется).
При наличии нескольких сетевых адаптеров у устройства появляется несколько адресов.
Символьные адреса или имена
Как известно, для обращения к узлам в сети Интернет используются 32-разрядные IP-адреса, однозначно идентифицирующие любой сетевой компьютер. Однако для пользователей применение IP-адресов неудобно. Связано это со свойством памяти, которое состоит в том, что символьные имена, особенно, осмысленные, запонимаются гораздо лучше, чем наборы числе.
Поэтому в Интернет принято присваивать компьютерам символьные имена. Применение таких имён дает пользователю возможность лучше ориентироваться в киберпространстве. Применение в Интернет понятных для пользователей имен связано с проблемой преобразования IP-адресов в символьные имена и наоборот. Данное преобразование необходимо, так как на сетевом уровне адресация пакетов осуществляется не по именам, а по IP-адресам, следовательно, для непосредственной адресации сообщений в Интернет символьные имена использовать нельзя. В связи с этим была разработана систему преобразования имен, позволяющая пользователю, в случае отсутствия у него информации о соответствии имени и IP-адреса получить необходимые сведения в автоматическом режиме. Данная система получила название системы доменных имён — DNS (Domain Name System), для реализации которой был создан протокол DNS. Для хранения базы данных соответствия были созданы DNS-серверы. DNS представляет собой множество функций и типов данных, необходимых для отправки запросов и получения ответов от распределённой базы данных DNS.
В качестве примера, рассмотрим IP-адрес 199.159.206.10 принадлежит компании «Рога и копыта». Данный адрес ничего не говорит ни о месте расположения компании, ни об области её деятельности, кроме того, если данная компания представляет интерес для пользователя, и он планирует заходить на её сайт, то IP-адрес достаточно сложен для запоминания. Кроме того, адрес может поменяться, при перемещении узла на другую ветку сети внутри организации. Пусть данному IP-адресу соответствует символьное имя www.obender.com. Так же как и IP-адрес, имя разделяется точками для удобства построения иерархического представления адреса. Построение имени начинается справа налево.
В приведённом адресе домен верхнего уровня – com

. Домен obender – это средний уровень, и он является частью домена сcom, www — это одно из имен компьютеров в домене obender. При таком представлении запомнить адрес гораздо проще. По доменному имени можно предположить местоположение или область деятельности организации. Шесть доменов верхнего уровня, первоначально определенные для США:
gov – правительственные организации;
mil – военные организации;
edu –образовательные организации;
соm – коммерческие организации;
org – общественные (свободные) организации;
net – организации, предоставляющие сетевые услуги, как правило, региональные сетевые организации;
В доменах gov и mil регистрация обычным компаниям и пользователям закрыта.
Каждая страна мира имеет собственный двух символьный домен, обозначающий страновой домен верхнего уровня. Например, «uk» – Великобритания, «са» – Канада, «au» – Австралия, «ru» – Россия и т.д. Отметим, что часто двух символьные домены могут ввести в заблуждение относительно принадлежности той или иной стране: например домен «tv» – это домен вовсе не для телевидения, а домен государства Тувалу, «fm» – принадлежит Федеративным Штатам Микронезии, «ws» – это не аббревиатура «Web Site», домен Западного Самоа. Кроме того, в настоящий момент существует возможность регистрации доменов с использованием букв национального алфавита, например, Российской Федерации принадлежат домена «рф» и «рус», Украине – «укр» и др. Доступно также большое количество доменов, вроде «pro», «info», «club», «online» – каждый может выбрать себе доменную зону по интересам. Понятно, что в данном случае мы говорим о доменах выше второго уровня, так как процедура регистрации доменов верхнего уровня помимо значительных денежных вложений требует, прежде всего, одобрения ICANN – организации, в ведении которой находятся вопросы «открытия» новых доменных зон.
На основании имени интересующего узла (www.obender.com), можно заключить, что узел находится в ведении коммерческой организации, зарегистрированной в США. Структура распределения компьютеров и сетей по доменам Интернет одновременно определяет и иерархические уровни администрирования этих систем. Для того чтобы обеспечить уникальность каждого компьютерного имени в Интернет, ответственность за уникальность имён в каждом домене возлагается на администратора данного домена.
Например, пусть сети есть два компьютера с именем kisa. Это будет нормально, пока один из них находится в домене obender.com (kisa.obender.com), а другой в домене chairs.obender.com (kisa.chairs.obender.com). В один домен оба компьютера поместить невозможно, поскольку в этом случае у них совпадут имена. Но, так как chairs — это поддомен домена obender.com, можно иметь второй компьютер с именем kisa внутри данного поддомена.
В этом году DNS исполнилось 33 года. На заре создания Интернет соответствие имени узла и его IP-адреса размещались в единственном файле hosts.txt, расположенном на компьютере в Информационном Центре. Данный файл передавался по протоколу FTP всем узлам небольшой на тот момент сети. Стремительный рост числа узлов, входящих в сеть, заставил выработать новую концепцию механизма разрешения адресов и имен. Использование старой схемы распространения таблицы соответствий потребовало бы роста пропускной способности канала как квадрата от количества узлов сети. За несколько лет активного развития сети значительно изменились её состав и структура. Большую часть Сети занимают локальные сети и компьютеры. Небольшие организации, желали администрировать свои имена и адреса по собственному усмотрению и не ждать, когда информационный центр изменит файл hosts.txt, чтобы их изменения стали доступны в Сети. Приложения, работающие с Сетью, становятся более гибкими и сложными и требуют для работы создания своего сервиса разрешения имен.
Результатом решения проблемы построения новой системы управления соответствиями имен и адресов стала идея иерархического пространства имен, иерархия в котором задается в соответствии со структурой и ролью организации владельца имени в общей схеме работы Интернет. В первую очередь проектировщики заботились о создании согласованного пространства имен, которое будет использоваться при работе с сетевыми ресурсами. Поэтому имена не должны содержать каких-либо частей от сетевых идентификаторов, IP-адресов, маршрутизаторов или подобную «служебную» информацию.
Попытки создать единую копию целой базы данных, по мере роста Интернет, становились все более и более трудными, и от них отказались. Предполагаемый размер базы данных и частота изменений данных предопределили ее структуру. Пришлось пойти на компромисс между стоимостью получения данных, скоростью обновления и степенью контроля над согласованностью базы данных.
Было принято решение строить распределенную базу, а для увеличения производительности использовать механизм локального кэширования. Механизмы транзакций базы данных не должны зависеть ни от аппаратной платформа узла, ни от коммуникационной системы. Доступ к базе данных должны иметь все пользователи сети Интернет, независимо от используемой ими системы.
Администрирование частей базы данных было возложено на организации, которые подключаются к Интернет (этим занимается, как правило, системный администратор организации). Каждая из организаций должна инсталлировать собственный сервер разрешения имен и часть распределенной базы данных, содержащей информацию о домене узлов данной организации. Сервер должен обслуживать узлы внутри организации и предоставлять доступ к базе данных этой организации извне.
Архитектура построения системы такова, что обеспечение доступа к базе данных более приоритетная задача, чем целостность и согласованность информации, т. е. изменение какой-либо записи базы данных может быть сделано до того, как это изменение будет перенесено в другие части базы данных. Если изменения других частей базы данных не могут быть сделаны, например, из-за сбоя сети, там будет использоваться старая информация. Тем временем, система через определенные промежутки времени будет пытаться обновить эти данные. Временные интервалы обновления информации устанавливаются администратором системы.
Вся информация узлов домена собирается в главном архиве (master files), который представляет собой набор текстовых файлов в определенном формате. Эти файлы модифицируются системным администратором и через локальный «сервер имен» (name server) предоставляются пользователям. Пользователи получают доступ к базе данных через стандартные программы, называемые «программами разрешения» (resolves).
Стандартный формат файлов главного архива позволяет узлам обмениваться ими другими средствами, например, FTP или по электронной почте. Это удобно для тех организаций, которые не используют «серверы имен». Такие организации могут создавать и модифицировать такие файлы, используя обычный текстовый редактор, передавать их на соседние узлы (где установлен «сервер имен») и таким образом пользоваться сервисом DNS.
DNS имеет три основные компоненты:
Пространство имен домена (рис. 2) (domain name space) и записи базы данных DNS (resource records). Они определяют структуру организации «дерева» имен и данных, ассоциированных с этими именами. Каждая запись (или иначе «лист дерева») пространства имен содержит определенную информацию, ассоциированную с данным именем. Информация описывает определенный ресурс или характеристики ресурса системы. По запросу возвращается определенная часть этой информации. Например, в Интернет имена используются для идентификации адресов узлов; запрос по данному имени возвратит IP-адрес узла.
Серверы имен (рис. 4) (name servers). Серверы имен — это серверные программы, обрабатывающие информацию «дерева» имен и данных домена. Сервер имен управляет всей информацией подчиненной ему области имен и данных домена. При обращении за информацией, которую данный сервер не обслуживает, он должен переправить запрос или серверу, обслуживающему эту информацию, или серверу, стоящему на следующей ступени иерархии. Если сервер имен четко определяет границу подчиненной им информации, тогда говорят, что сервер имен является владельцем (authority) какой-либо части «дерева» данных и имен домена. Такая единица организации пространства имен называется зоной (zone). Зоны строятся не основе принадлежности какой-либо части данных к определенной сетевой структуре, например, домену или целой организации