Klasa I - Internet

W latach 60-tych ubiegłego wieku panowała zimna wojna pomiędzy dwoma mocarstwami - Związkiem Sowieckim i Stanami Zjednoczonymi. Kryzys kubański pokazał, iż granica wybuchu wojny termojądrowej jest niebezpiecznie cienka. Z tego powodu Departament Obrony USA stworzył Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych ARPA (ang. Advanced Research Project Agency), która zajęła się opracowaniem planów i budową rozległej sieci komputerowej odpornej na atak nuklearny. Pod koniec lat 60 powstaje ARPANET - sieć komputerowa łącząca cztery węzły w różnych regionach południowo zachodnich stanów USA. Podstawową cechą sieci ARPANET jest niezależność węzłów oraz brak centralnego ośrodka. Dzięki temu zniszczenie fragmentu sieci nie powoduje jej zablokowania jako całości.

Sieć ARPANET była systematycznie rozbudowywana - dołączano do niej coraz więcej węzłów z innych ośrodków naukowych, instytucji rządowych, banków, firm prywatnych i państwowych.

Pod koniec lat 80-tych ARPANET objęła swoim zasięgiem całą Ziemię - powstał znany nam Internet.

Struktura Internetu

Internet jest obecnie tworem bardzo skomplikowanym. Powyższy obrazek w dużym uproszczeniu przedstawia jego strukturę. Całość przypomina system nerwowy mózgu człowieka - nie zdziwiłbym się, gdyby w niedalekiej przyszłości okazało się, iż Internet wytworzył samoświadomość. Ale wróćmy do rzeczy.

W przeciwieństwie do sieci lokalnej Internet nie łączy ze sobą pojedynczych komputerów, lecz całe sieci komputerowe. Stąd pochodzi jego nazwa:

Sieci są połączone za pomocą tzw. sieci szkieletowej (ang. backbone network), która zbudowana jest ze szybkich kanałów transmisyjnych oraz komputerów kierujących przepływem danych - tzw. routerów. Routery wybierają w sieci szkieletowej najlepsze trasy dla przesyłanych danych oraz dbają o obejścia zablokowanych lub przeciążonych fragmentów sieci. Dzięki nim informacja trafia niezawodnie do odbiorcy.

Komputery w sieci Internet posiadają przydzielone unikalne numery, które służą do ich identyfikacji. Numery te nazywamy adresami IP. Służą one routerom do określania ścieżki przesyłu danych pomiędzy dwoma komputerami w sieci Internet - analogicznie jak w przypadku połączenia telefonicznego. W wersji 4 protokołu internetowego adresy IP składają się z 4 bajtów (nowa wersja protokołu nr 6 definiuje już 16 bajtowe adresy IP). Adres IP zapisujemy jako czwórkę liczb z zakresu od 0 do 255, rozdzielone kropkami:

Wszystkich możliwych adresów IP jest 256 × 256 × 256 × 256 = 256⁴ = 4294967296, czyli ponad 4 mld. Ponieważ Internet łączy ze sobą nie pojedyncze komputery, ale całe sieci komputerowe, adresy IP dzielą się na kilka klas (dzisiaj podział ten nie jest już tak sztywny jak dawniej). Adres IP zawiera numer sieci komputerowej oraz numer komputera wewnątrz tej sieci.

Klasa A

W klasie A pierwszy bajt określa numer sieci, a pozostałe 3 bajty są numerem hosta wewnątrz tej sieci:

1...126.hhh.hhh.hhh

Pierwszy bajt może przyjmować wartości tylko od 1 do 126 (0 i 127 są używane do specjalnych celów w sieci). Wynika z tego, iż w klasie A może być tylko 126 dużych sieci komputerowych, a w każdej z nich może znaleźć się 256 × 256 × 256 = 256³ = 16777216 hostów, czyli ponad 16 mln. Ponieważ duże sieci nieefektywnie gospodarują swoimi adresami IP, od 1997 roku mniejsze sieci wypożyczają część numerów klasy A dla swoich hostów. Wymagało to oczywiście odpowiedniej przebudowy oprogramowania routerów, tak aby dane były kierowano do właściwych węzłów, które znajdują się poza siecią posiadającą pulę adresów IP klasy A.

Klasa B

W klasie B dwa pierwsze bajty adresu IP zawierają numer sieci. Pozostałe dwa bajty zawierają numer hosta wewnątrz danej sieci:

128...191.sss.hhh.hhh

Pierwszy bajt przyjmuje wartości od 128 do 191 (64 możliwe wartości). Chodzi o to, aby numer IP klasy B nie wchodził w zakres numerów IP klasy A. Drugi bajt numeru sieci ma wartość dowolną. Zatem w klasie B może być 64 × 256 = 16384 sieci, a w każdej z nich może być do 256 × 256 = 256² = 65536 hostów.

Klasa C

W klasie C numer sieci zawiera się w 3 pierwszych bajtach. Numer hosta podaje ostatni, czwarty bajt:

192...223.sss.sss.hhh

Pierwszy bajt przyjmuje wartości od 192 do 223 (32 wartości), pozostałe dwa bajty są dowolne, zatem sieci może być 32 × 256 × 256 = 2097152, czyli ponad 2 mln. W każdej z sieci klasy C może wystąpić do 254 hostów (numer 0 i 255 są zarezerwowane na wewnętrzne potrzeby komunacyjne w sieci).

Podsumujmy:

Klasa	Adres IP	Liczba sieci	Liczba hostów
A	1-126.h.h.h	126	16777216
B	127-191.s.h.h	16384	65536
C	192-223.s.s.h	2097152	254

Dzisiaj podział na klasy nie jest już tak sztywny jak dawniej. Dzięki rozwojowi oprogramowania sieciowego numery klas A i B mogą być przekierowywane do mniejszych sieci, co umożliwia ich efektywniejsze wykorzystywanie.

Nazwy domenowe

Adresy IP są wykorzystywane przez routery do określenia trasy pakietów danych, przesyłanych w sieci Internet. Dzięki adresowi IP sieć szkieletowa odpowiednio zestawia połączenie pomiędzy hostami. Z drugiej strony adres IP jest mało czytelny dla ludzi - głównych użytkowników sieci. Dlatego wprowadzono alternatywny sposób adresowania - nazwy domenowe (ang. domain names). Nazwy te tworzą hierarchiczną strukturę, odczytywaną od końca. Np.:

edu.i-lo.tarnow.pl

pl	–	domena główna, w tym przypadku oznacza nasz kraj.
tarnow	–	poddomena domeny pl. W domenie pl są również poddomeny krakow, onet, wp, interia, google itp.
i-lo	–	poddomena należąca do tarnow.
edu	–	poddomena należąca do i-lo

Nazwy domenowe zastępują numery IP. Np. zamiast wpisywać do przeglądarki numer IP 213.180.141.140 (sprawdź to) prościej i czytelniej jest wpisać onet.pl. Pojawia się tylko jeden problem - routery potrzebują adresów IP, zatem w celu nawiązania połączenia w Internecie nazwa domenowa musi zostać przekształcona na odpowiadający jej numer IP. Możemy to porównać z telefonowaniem do kolegi, którego nazwisko znamy, lecz nie wiemy jaki posiada numer telefoniczny. Problem rozwiązujemy wyszukując numer w książce telefonicznej. Na szczęście w sieci Internet również istnieją "książki telefoniczne" dla nazw domenowych. Nazywamy je serwerami nazw domenowych - w skrócie DNS (ang. Domain Name Server).

Połączenie przy pomocy nazwy domenowej wygląda następująco:

Załóżmy, że nasz komputer chce się połączyć poprzez Internet z komputerem o nazwie domenowej www.uczniak.pl. Nie może tego zrobić bezpośrednio, ponieważ do połączenia potrzebny jest numer IP komputera docelowego, a tego numeru nasz komputer nie zna.

obrazek

Nasz komputer łączy się zatem ze swoim serwerem nazw domenowych DNS i przesyła mu nazwę www.uczniak.pl. Adres IP serwera DNS jest jednym z parametrów konfiguracyjnych połączenia komputera z Internetem, co zobaczysz za chwilę.

obrazek

Serwer DNS przeszukuje swoją bazę danych w poszukiwaniu nazwy www.uczniak.pl (w praktyce jest to o wiele bardziej skomplikowane, lecz nie będziemy tutaj wchodzić w szczegóły techniczne działania DNS-ów).

obrazek

Gdy serwer znajdzie adres IP 193.193.12.7 odpowiadający nazwie domenowej www.uczniak.pl, to odsyła go z powrotem do naszego komputera.

obrazek

Mając numer IP komputera docelowego, nasz komputer może nawiązać z nim połączenie poprzez sieć Internet.

obrazek

Jak działa routowanie danych w Internecie

Pokażemy teraz w uproszczeniu sposób kierowania pakietów danych w sieci Internet. Załóżmy, że pewien komputer w Nowym Jorku chce przesłać dane do jednego z komputerów w naszej sieci szkolnej. Opatruje swój pakiet danych adresem IP komputera docelowego i przesyła go do routera sieci szkieletowej w Nowym Jorku.

obrazek

Na podstawie adresu IP zawartego w danych routery stwierdzają, że odbiorca pakietu jest gdzieś w Europie. Kierują zatem dane do serwera europejskiego, np. w Londynie (rzeczywista trasa może być inna, gdyż zależy od faktycznej infrastruktury sieciowej, tutaj chodzi nam jedynie o pokazanie zasady działania tego procesu).

obrazek

Router w Londynie znów patrzy na adres IP zawarty w pakiecie i na jego podstawie stwierdza, że odnosi się on do jakiejś sieci w Europie Środkowej. Wysyła pakiet do routera w Berlinie.

obrazek

Router w Berlinie analizuje adres IP zawarty w przesyłanym pakiecie i stwierdza, że jego sieć docelowa leży w Polsce. Przesyła pakiet do routera we Wrocławiu.

obrazek

Router we Wrocławiu stwierdza, że adres IP pakietu odnosi się do sieci Cyfronet w Krakowie. Przesyła pakiet do routera Cyfronetu w Krakowie.

obrazek

Router Cyfronetu w Krakowie stwierdza, że sieć o danym adresie IP znajduje się w Tarnowie. Pakiet jest przesyłany do routera w Tarnowie, a dalej do routera w I LO w Tarnowie.

obrazek

W końcu pakiet danych odbiera nasz serwer szkolny. Teraz na podstawie adresu komputera zawartego w drugiej części adresu IP pakiet danych jest kierowany do właściwego komputera w sieci LAN.

obrazek

Konfiguracja połączenia internetowego

Kliknij przycisk Start na pasku zadań, a następnie z menu wybierz opcję Uruchom. W pasku tekstowym wpisz:

i kliknij przycisk OK. Spowoduje to uruchomienie okna tekstowego konsoli, w którym możemy wpisywać polecenia za pomocą tekstu. Wpisujemy zatem:

Polecenie to wyświetli nam podstawowe informacje o naszym połączeniu internetowym:

Adres IP - określa numer IP naszego komputera
Maska podsieci - rozdziela numer sieci od numeru hosta
Brama domyślna - numer IP serwera, poprzez który jesteśmy podłączeni do Internetu.

Jeśli wydamy polecenie ipconfig /all , to otrzymamy pełne informacje o konfiguracji naszego połączenia internetowego. Między innymi dostajemy informacje o numerach IP serwerów DNS, z którymi współpracuje nasz komputer przy zamianie nazw domenowych na odpowiadające im numery IP.

Zwróć uwagę, iż na komputerach w pracowni pierwsze trzy bajty każdego numeru IP są takie same - jest to numer naszej sieci. Ostatni bajt jest natomiast na każdym komputerze inny - jest to numer komputera wewnątrz danej sieci. Zapisz sobie numer IP swojego komputera, serwera oraz DNS.

Polecenie ping pozwala odpytać docelowy komputer. Polega to na przesłaniu krótkiego pakietu danych do komputera, którego adres IP lub nazwę domenową podamy jako parametr. Jeśli komputer docelowy jest obecny w sieci (nawet w Japoni) i nie ma filtrowanej łączności z siecią, to odbierze przesłany pakiet i wyśle potwierdzenie. W ten sposób możemy przetestować połączenie z wybranym komputerem w sieci. Dodatkową cechą polecenia ping jest automatyczna zamiana nazw domenowych na odpowiadające im numery IP, dzięki temu możemy szybko sprawdzić, jaki numer IP odpowiada danej nazwie domenowej:

Umożliwia ono śledzenie trasy połączenia w sieci szkieletowej, po której przesyłane są pakiety danych od naszego komputera do komputera docelowego (ang. tracert - trace route, czyli śledź trasę).

ipconfig - informacja o numerach IP naszego komputera oraz serwera udostępniającego połączenie z Internetem

tracert - pozwala prześledzić trasę przesyłu pakietów do zadanego komputera w sieci

	Grudzień, 1969
	Czerwiec, 1970
	Grudzień, 1970
	Wrzesień, 1971
	Marzec, 1972
	Sierpień, 1972
	Wrzesień, 1973
	Czerwiec, 1974
	Lipiec, 1975
	Lipiec, 1976
	Lipiec, 1977

Informatyka dla klas I – Internet

Krótka historia Internetu

Struktura Internetu

Klasa A

Klasa B

Klasa C

Nazwy domenowe

Jak działa routowanie danych w Internecie

Konfiguracja połączenia internetowego