Интернет придумали как саморегулирующуюся сеть компьютерных сетей – и в итоге эту сумму телекоммуникационных технологий использовали для обеспечения надежности межсетевого взаимодействия в масштабе стран и огромных территорий.
Древний Интернет… Да, именно древний – ведь это вполне допустимый термин: по меркам сверхскоростного прогресса в сфере информационных технологий Интернет действительно весьма давнее явление. Итак, древний Интернет в плане адресации был числовым, потому что его придумали специалисты в области компьютерных технологий, а как известно, компьютеры очень любят самые разнообразные числа и не любят слова и естественные языки. Более того, именно использование правильного числового представления позволило решить сложную задачу создания саморегулирующейся сети передачи данных. Числами обозначались адреса подключенных к Интернету компьютеров. С помощью преобразований чисел компьютеры находили пути доставки данных внутри Сети друг другу.
В основе функционирования современного Интернета, конечно, также лежат числа. Однако современному массовому пользователю они не видны и, скорее, напоминают некий тайный реликт, артефакт, направляющий глубинные процессы внутри глобальной Сети.
Важно понимать, что абсолютно все межкомпьютерные процедуры по обмену данными реализуются в исключительно числовом виде и могут быть полностью сведены к математическим операциям по «превращению» одних чисел в другие и по установлению сравнительных отношений между ними (больше, меньше, равно). Когда речь идет о компьютерной технике, то буквенные обозначения всегда появляются лишь для удобства работающих с компьютерами людей. Но эти буквенные обозначения рано или поздно появляются обязательно.
Каждый компьютер, подключенный к Интернету, идентифицируется специальным адресом – так называемым IP-адресом. Грубо говоря, IP-адрес позволяет отличить один узел от другого. По этой причине редкая книга об Интернете обходится без рассказа о группе протоколов TCP/IP. Прежде чем приступить к краткому рассказу о них, я поясню важный момент: сама по себе передача данных в глобальной Сети организована довольно-таки сложным образом. Если подвергнуть эту организацию детальному строгому разбору, то быстро выяснится, что первоочередное значение имеют вовсе не сами IP-адреса, а такие непривычные для неспециалиста объекты, как автономные системы (AS), представляющие собой группы компьютеров; политики маршрутизации, определяющие в конечном итоге доступность отдельных узлов сети для остального Интернета (да, вовсе не сам IP-адрес позволяет обмениваться данными с другими компьютерами на земном шаре); точки обмена трафиком, реализующие физическую коммутацию между крупными сегментами Интернета, и т. д. Однако эта книга о доменах, а не об IP-сетях. Потому IP я уделю лишь несколько слов, изложив упрощенно некоторые важные особенности фундаментального транспортного протокола.
В настоящее время (то есть на начало 2014 года) наибольшее распространение в Интернете имеет версия протокола IPv4. Довольно давно разработана новая версия, имеющая ряд весьма существенных отличий, – IPv6. Предполагается, что IPv6 полностью вытеснит IPv4 в ближайшие годы, хотя прогресс здесь пока движется небыстро.
Предыдущий абзац, оценивающий ход внедрения IPv6 как не самый быстрый, появился еще в 2007 году, в самой первой версии книги. Прошедшие годы подтвердили: этот процесс медленный даже по меркам спящей улитки. Несмотря на все предпринимаемые усилия, IPv6 в Сети до сих пор почти не виден.
Итак, в наиболее распространенной версии, IPv4, адреса состоят из 32 бит. Такой IP-адрес можно записать с помощью нескольких чисел в десятичной системе счисления – например, 192.168.35.101 или 10.10.101.123.
Наверное, самым часто озвучиваемым отличием новой версии протокола – IPv6 – является длина записи адреса: в IPv6 для представления полного адреса используется 128 бит против 32 в IPv4. Это очень серьезное увеличение «пространства адресации». Так, с помощью IPv6 можно выделить уникальный IP-адрес всем когда-либо произведенным человечеством электронным устройствам. При этом останется еще предостаточно адресов для использования, скажем, в целях нумерации всех автомобилей, холодильников или даже всех рубашек, проданных на территории Китая. Нумерация рубашек IP-адресами, возможно, окажется полезна в том случае, если они будут оснащены микрочипами и попадут в автоматическую химчистку, центральный компьютер которой захочет выяснить, какие на конкретной рубашке присутствуют пятна.
Строго говоря, максимальное число узлов, которые можно пронумеровать, используя 128 бит, равняется 2128, или приблизительно 3,4*1038. Это действительно большое число, значительно превышающее массу нашей родной планеты Земля, выраженную в граммах. Однако из-за особенностей протокола адреса IPv6 будут распределяться блоками (то есть не просто по порядку), а все пространство адресов с помощью особых префиксов окажется разбито на подмножества, выделенные каждое для определенных целей. Тем не менее даже с учетом этого адресов будет более чем достаточно для обозначения всех мыслимых устройств, которые можно подключить к Интернету – хотя бы в течение ближайших нескольких десятков лет, пока к Сети не захотят присоединиться марсианские колонии.
Нехватка свободных адресов IPv4 – проблема давно известная, причина ее в бурном росте Интернета. Все те миллиарды устройств, подключенных к Глобальной сети, уже давно не вписываются простым способом в 32 бита старого протокола, который позволяет перечислить лишь чуть более 4 миллиардов узлов. Впрочем, за время эксплуатации IPv4 инженеры и ученые придумали разные способы преодоления нехватки адресов, что явилось одним из эффективных факторов, замедляющих внедрение IPv6.
IPv6 может предложить новые механизмы обеспечения надежности и безопасности передачи данных в Интернете. Однако для перехода на этот протокол интернет-провайдерам требуется совершить довольно затратные в ресурсном плане шаги, так что, несмотря на давление координирующих адресацию в Интернете организаций, внедрение IPv6 пока что буксует, а число узлов Сети, поддерживающих новый протокол, по самым оптимистичным оценкам, измеряется единицами процентов (на 2014 год).
Чтобы подвести итог этому небольшому экскурсу в систему IP-адресации, давайте взглянем на примеры записи адресов IPv6. Используется несколько рекомендованных нотаций, позволяющих компактно записывать IPv6-адреса текстом, все они базируются на шестнадцатеричной системе счисления и поэтому выглядят, например, вот так: 1080:0:0:0:8:800:20 °C:417A или так:
1080::8:800:20 °C:417A. Это один и тот же адрес, взятый к тому же из RFC 3513 (можно сказать, из описания стандарта), определяющего IPv6. Отличия в записи вызваны тем, что второй вариант использует «сокращение нулей».
Ну вот, наверняка теперь даже не искушенный в тонкостях системного администрирования читатель сделал вывод, что IPv6 сложнее IPv4 в плане использования. Поэтому я не стану дальше вдаваться в подробности систем счисления и фундаментальных для IP стандартов RFC, а плавно перейду к связи чисел и имен.
Для начала давайте вспомним, что протоколы обмена данными – это некоторые стандарты, определяющие, каким образом компьютеры должны воспринимать и преобразовывать числа, представляющие собой передаваемые данные. Например, в определении протокола описано, какие части принятого (или переданного) пакета данных являются служебной информацией, а какие собственно полезными данными. Для успешного обмена информацией между собой компьютеры должны использовать совместимые протоколы, если сильно упростить ситуацию, то можно сказать, что компьютеры должны использовать один и тот же протокол.
Уместна аналогия с языками общения людей. Два человека лучше понимают друг друга в разговоре если используют язык, известный им обоим. Занятно, что это не обязательно один язык. Протоколы обмена данными имеют некоторые заметные отличия от живых языков, например, в них не всегда встречаются глаголы, но представление о протоколе передачи данных как о языке вполне информативно.
Протокол IP, входящий в состав группы TCP/IP, определяет адресацию сетевых узлов в Интернете и задает правила доставки пакетов данных от узла к узлу. Часть, обозначаемая TCP, отвечает за установление и работу сеанса связи, то есть некоторого «разговора», в рамках которого может быть передано и, что важно, получено большое количество пакетов. Числа, составляющие IP-адрес, определяют не только узел Интернета, но и сеть, к которой тот принадлежит (ведь Интернет – это сеть сетей).
