8. Будьте строги при отправке, но снисходительны при получении. Другими словами, передавайте только те пакеты, которые полностью соответствуют всем требованиям стандартов. При этом имейте в виду, что входящие пакеты не всегда идеальны и нужно постараться их обработать.

9. Продумайте масштабируемость. Если в сети работают миллионы хостов и миллиарды пользователей, о централизации можно забыть. Нагрузка должна быть распределена максимально равномерно между имеющимися ресурсами.

10. Помните о производительности и цене. Никто не будет использовать низкопроизводительную или дорогостоящую сеть.

Перейдем от общих принципов к деталям построения сетевого уровня интернета. Здесь интернет можно рассматривать как набор соединенных друг с другом сетей или автономных систем (АС). Структуры как таковой он не имеет, но все же существует несколько магистралей. Они состоят из высокопроизводительных линий и быстрых маршрутизаторов.

Самые крупные магистрали (к которым необходимо подключиться, чтобы получить доступ к остальной части интернета) называются сетями Tier 1 (Tier 1 networks). К ним присоединены провайдеры, обеспечивающие доступ к интернету для домашних пользователей и предприятий, дата-центров и станций колокации с большим числом серверов, а также для региональных сетей (сетей среднего уровня). Центры обработки данных обслуживают большую часть интернет-трафика. К региональным сетям присоединяются другие интернет-провайдеры, LAN многочисленных университетов и компаний, а также прочие периферийные сети. Эта квазииерархическая структура схематично показана на илл. 5.46.

Вся эта конструкция держится благодаря протоколу IP (Internet Protocol). В отличие от большинства ранних протоколов сетевого уровня, IP с самого начала разрабатывался для межсетевого обмена. Его задача — предоставить уровень обслуживания best effort (то есть без гарантий) при передаче пакетов от отправителя к получателю, независимо от того, находятся они в одной сети или нет.

Обмен данными в интернете происходит следующим образом. Транспортный уровень разбивает потоки данных так, чтобы их можно было отправить в виде IP-пакетов. В теории каждый пакет может достигать 64 Кбайт, но на практике он обычно не превышает 1500 байт (укладывается в один фрейм Ethernet). IP-маршрутизаторы передают пакеты по сети, от одного маршрутизатора к другому,

Илл. 5.46. Интернет представляет собой набор соединенных друг с другом сетей

пока они не достигнут места назначения. Там сетевой уровень отдает данные транспортному, а тот помещает их во входной поток принимающего процесса. Когда фрагменты приходят на устройство адресата, сетевой уровень собирает их в исходную дейтаграмму, которая затем передается транспортному уровню.

В примере на илл. 5.46 пакет, отправленный хостом домашней сети, пройдет через четыре сети и множество IP-маршрутизаторов, прежде чем доберется до сети предприятия, где расположен хост-получатель. Это обычная практика, а маршруты бывают значительно длиннее. С точки зрения связности интернет является избыточным: магистрали и провайдеры часто соединяются в нескольких точках. Отсюда и множественные пути между хостами. Задача IP — выбрать наилучший маршрут.

5.7.1. Протокол IP версии 4

Мы начнем изучение сетевого уровня интернета с формата IPv4-дейтаграмм. Такая дейтаграмма состоит из заголовка и основной части (пользовательских данных). Заголовок содержит фиксированную 20-байтную часть, а также необязательную часть, длина которой варьируется. Формат заголовка показан на илл. 5.47. Биты передаются слева направо и сверху вниз, то есть старший бит поля Version (Версия) идет первым. (Такой порядок байтов называется «от старшего к младшему» («big-endian»). На компьютерах с порядком «от младшего к старшему» («little-endian»), например Intel x86, требуется программное преобразование, как при передаче, так и при приеме.) Сегодня уже совершенно ясно, что для IP лучше было использовать порядок «от младшего к старшему», но на момент создания протокола это было не столь очевидно.

Поле Version содержит версию протокола, к которому принадлежит дейтаграмма. Сейчас в интернете доминирует версия 4, поэтому с нее мы и начали обсуждение IP. Указание версии в начале каждой дейтаграммы позволяет переходить от одной версии к другой в течение долгого времени. На самом деле протокол IPv6 (следующая версия IP) разработан более десяти лет назад, но применять его начинают только сегодня. О нем мы поговорим позже в этом разделе. Широкое распространение протокол IPv6 получит, когда у каждого из почти 231 жителей Китая будет настольный ПК, ноутбук и IP-телефон. Что касается нумерации, то ничего странного в ней нет: в свое время существовал малоизвестный экспериментальный потоковый протокол реального времени IPv5.

Илл. 5.47. Заголовок IPv4

Поскольку длина заголовка является переменной величиной, она указывается в поле IHL и выражается в 32-разрядных словах. Минимальное значение длины — при отсутствии поля Options (Опции) — равно 5. Максимальное значение этого 4-битного поля равно 15, что соответствует заголовку длиной 60 байт; таким образом, максимальный размер поля Options равен 40 байтам. Для некоторых функций, например для записи маршрута, пройденного пакетом, 40 байт недостаточно, и дополнительное поле оказывается бесполезным.

Поле Differentiated services (Дифференцированное обслуживание) — одно из немногих полей, смысл которых с годами слегка изменился. Изначально оно называлось Type of service (Тип службы). Его задача (была и остается) — определять различные классы обслуживания. Возможны разные комбинации надежности и скорости. Для цифрового голосового сигнала скорость доставки важнее точности. При передаче файла, наоборот, отсутствие ошибок важнее быстрой доставки. В поле Type of service 3 бита обозначали приоритет, еще 3 бита показывали, что беспокоит хост больше всего: задержка, пропускная способность или надежность. Никто не знал, что делать со всеми этими битами на маршрутизаторах, поэтому они не использовались в течение многих лет. Когда появилось дифференцированное обслуживание, IETF сдался и нашел этому полю другое применение. Теперь первые 6 бит задают класс обслуживания; о срочном и гарантированном обслуживании мы уже говорили ранее в этой главе. В последние два бита помещаются явные уведомления о перегрузке, которые обсуждались в разделе 5.3.