Внутреннее устройство Linux

Важно понимать структуру сетевого стека, поскольку данные должны пройти через эти уровни минимум дважды, прежде чем достигнут программу на месте назначения. Если, например, вы отправляете данные от хоста A к хосту B, как показано на рис. 9.1, байты покидают прикладной уровень хоста A и перемещаются через транспортный и сетевой уровни хоста A. Затем они попадают вниз, в физический посредник, передаются по нему, после чего поднимаются вверх через различные уровни до прикладного уровня хоста B очень сходным образом. Если что-либо отправляется на интернет-хост через маршрутизатор, то данные пройдут через некоторые (но, как правило, не все) уровни маршрутизатора и всего, что находится между ними.

Иногда уровни странным образом вклиниваются друг в друга, поскольку было бы неэффективно продвигаться по всем уровням последовательно. Например, устройства, которые исторически имели дело только с физическим уровнем, теперь иногда заглядывают в данные транспортного и интернет-уровней, чтобы быстро отфильтровать и проложить маршрут для данных. Не беспокойтесь об этом, пока вы изучаете основы.

Мы начнем с рассмотрения того, как компьютер с Linux подключается к сети, чтобы ответить на вопрос «куда?», поставленный в начале этой главы. Это самая нижняя часть стека — физический и сетевой уровни. Далее мы рассмотрим два верхних уровня, чтобы ответить на вопрос «что?».

примечание

Вы, наверное, слышали о другом наборе уровней, известном как модель OSI (Open Systems Interconnection Reference Model). Это модель сети, которая содержит семь уровней и часто используется при обучении и в разработке сетей, однако мы не будем рассматривать ее, поскольку вы будете напрямую работать с четырьмя уровнями, описанными здесь. Чтобы узнать об уровнях больше (и о сетях вообще), обратитесь к книге Эндрю С. Таненбаума (Andrew S. Tanenbaum) и Дэвида Дж. Уэзерола (David J. Wetherall) Computer Networks («Компьютерные сети»), 5-е издание (Prentice Hall, 2010).

9.3. Интернет-уровень

Вместо того чтобы начать с самого низа сетевого стека, физического уровня, мы начнем с сетевого уровня, поскольку его проще понять. Интернет, как мы уже знаем, основан на интернет-протоколе, начиная с версии 4 (IPv4) и заканчивая набирающей силу версией 6 (IPv6). Одним из самых важных аспектов интернет-уровня является то, что он призван быть сетью программного обеспечения, которое не предъявляет специальных требований к аппаратным средствам или операционным системам. Суть в том, что вы можете отправлять и получать интернет-пакеты с помощью любого аппаратного обеспечения, используя любую операционную систему.

Топология Интернета децентрализована; эта сеть составлена из более мелких сетей, называемых подсетями. Идея заключается в том, что все подсети каким-либо образом соединены между собой. Например, на рис. 9.1 локальная сеть обычно является единственной подсетью.

Хост может быть подключен к более чем одной подсети. Как вы видели в разделе 9.1, такой тип хоста называется маршрутизатором, если он может передавать данные из одной подсети в другую (еще один термин для маршрутизатора — шлюз). Рисунок 9.2 уточняет рис. 9.1 за счет идентификации локальной сети в качестве подсети, а также за счет добавления интернет-адресов для каждого хоста и для маршрутизатора. Маршрутизатор на этом рисунке обладает двумя адресами: 10.23.2.1 в локальной подсети, а также интернет-ссылкой (сейчас нам неважен адрес интернет-ссылки, поэтому она отмечена как «Адрес ссылки верхнего уровня»). Сначала мы рассмотрим адреса, а затем обозначение подсети.

Каждый интернет-хост обладает по крайней мере одним численным IP-адресом в виде a.b.c.d, например 10.23.2.37. Адрес в подобной записи называется четверкой чисел, разделенных точками. Если хост подключен к нескольким подсетям, у него есть хотя бы один IP-адрес для каждой подсети. Каждый IP-адрес хоста должен быть уникальным для сети Интернет в целом, однако, как вы увидите позже, частные сети и преобразование сетевых адресов (NAT) могут вызвать небольшую путаницу.

примечание

С технической точки зрения IP-адрес состоит из 4 байт (или 32 бит), abcd. Байты a и d являются числами от 1 до 254, а байты b и c — числами от 0 до 255. Компьютер обрабатывает IP-адреса в виде «сырых» байтов. Тем не менее человеку намного проще читать и записывать адрес в виде четверки чисел, разделенных точками, вроде 10.23.2.37, а не в виде неприглядного шестнадцатеричного числа 0x0A170225.

Рис. 9.2. Сеть с IP-адресами

IP-адреса напоминают почтовые адреса. Чтобы взаимодействовать с другим хостом, ваш компьютер должен знать IP-адрес этого хоста. Посмотрим на адреса в вашем компьютере.

9.3.1. Просмотр IP-адресов компьютера

У одного хоста может быть несколько IP-адресов. Чтобы увидеть адреса, которые активны на вашем компьютере с Linux, запустите такую команду:

$ ifconfig