А. Григорьев - О чём не пишут в книгах по Delphi

Чтобы получить данные через сеть, должны быть реализованы все уровни, за исключением, может быть, седьмого. Для каждого уровня должен быть определён свой протокол. В идеале механизмы взаимодействия между протоколами разных уровней должны иметь столь высокую степень абстракции, чтобы один протокол на любом из уровней можно было заменить любым другим протоколом того же уровня, не внося каких-либо изменений в выше- и нижележащие уровни.

Физический и канальный уровни полностью реализуются сетевой картой или модемом (или другим устройством, выполняющим ту же функцию) и ее драйвером. Здесь действительно достигнута настолько полная абстракция, что программист обычно не задумывается о том, какая используется сеть. Поэтому мы также не будем останавливаться на этих двух уровнях. В реальной жизни не все протоколы, особенно старые, соответствуют модели OSI. Существует такое понятие, как стек протоколов — набор протоколов разных уровней, которые совместимы друг с другом. Эти уровни не всегда точно соответствуют тем, которые предлагает модель OSI, но определенное разделение задач на уровни в них присутствует. Здесь мы сосредоточимся на стеке протоколов, который называется TCP/IP (нередко можно услышать словосочетание "протокол TCP/IP", что не совсем корректно: TCP/IP не протокол, а стек протоколов). Название этот стек получил по наименованию двух самых известных своих протоколов: TCP и IP.

Протокол сетевого уровня IP расшифровывается как Internet Protocol. Это название иногда ошибочно переводят как "протокол Интернета" или "протокол для Интернета". На самом деле, когда разрабатывался этот протокол, никакого Интернета еще и в помине не было, поэтому правильный перевод — межсетевой протокол. История появления этого протокола связана с особенностями работы сети Ethernet. Эта сеть строится по принципу шины, когда все компьютеры подключены, грубо говоря, к одному проводу. Если хотя бы два компьютера попытаются одновременно передавать данные по общей шине, возникнет неразбериха, поэтому все шинные сети строятся по принципу "один говорит — все слушают". Очевидно, что требуется какая-то защита от так называемых коллизий (ситуаций, когда два узла одновременно пытаются передавать данные).

Разные сети решают проблему коллизий по-разному. В промышленных сетях, например, обычно имеется маркер — специальный индикатор, который показывает, какому узлу разрешено сейчас передавать данные. Узел, называемый мастером, следит за тем, чтобы маркер вовремя передавался от одного узла к другому. Маркер исключает возможность возникновения коллизий. Ethernet же является одноранговой сетью, в которой нет мастера, поэтому в ней реализован другой подход: коллизии допускаются, но существует механизм их разрешения, заключающийся в том, что, во-первых, узел не начинает передачу данных, если видит, что другой узел уже что-то передает, а во-вторых, если два узла одновременно пытаются начать передачу, то оба прекращают попытку и повторяют ее через случайный промежуток времени. У кого этот промежуток окажется меньше, тот и захватит сеть (или за этот промежуток времени сеть будет захвачена кем-то еще).

При большом числе компьютеров, сидящих на одной шине, коллизии становятся слишком частыми, и производительность сети резко падает. Для борьбы с этим служат специальные устройства — маршрутизаторы специализированные узлы, подключенные одновременно к нескольким сетям. Пока остальные узлы каждой из этих сетей взаимодействуют только между собой, маршрутизатор никак себя не проявляет, и эти сети существуют независимо друг от друга. Но если компьютер из одной сети посылает пакет компьютеру другой сети, этот пакет получает маршрутизатор и переправляет его в ту сеть, в которой находится адресат, или в которой находится другой маршрутизатор, способный передать этот пакет адресату.

На канальном уровне существует адресация узлов, основанная на так называемом MAC-адресе сетевой карты (MAC — это сокращение Media Access Control). Этот адрес является уникальным номером карты, присвоенной ей производителем. Очевидно неудобство такого способа адресации, т.к. по MAC-адресу невозможно определить положение компьютера в сети, т.е. выяснить, куда направлять пакет. Кроме того, при замене сетевой карты меняется адрес компьютера, что также не всегда удобно. Поэтому на сетевом уровне определяется собственный способ адресации, не связанный с аппаратными особенностями узла. Отсюда следует, что маршрутизатор должен понимать протокол сетевого уровня, чтобы принимать решение о передаче пакета из одной сети в другую, а протокол, в свою очередь, должен учитывать наличие маршрутизаторов в сети и предоставлять им необходимую информацию. IP был одним из первых протоколов сетевого уровня, который решал такую задачу и с его помощью стала возможной передача пакетов между сетями. Поэтому он и получил название межсетевого протокола. Впрочем, название прижилось: в некоторых статьях MSDN сетевой уровень (network layer) называется межсетевым уровнем (internet layer). В протоколе IP. в частности, вводится важный параметр для каждого пакета: максимальное число маршрутизаторов, которое он может пройти, прежде чем попадет к адресату (этот параметр носит не совсем удачное название TTL — Time То Live, время жизни). Это позволяет защититься от бесконечного блуждания пакетов по сети.

Здесь следует заметить, что сеть Ethernet ушла далеко вперёд по сравнению с моментом создания протокола IP и теперь организована сложнее, поэтому не следует думать, что в предыдущих абзацах изложены все принципы работы этой сети (это выходит за рамки данной книги). Тем не менее протокол IР по-прежнему используется, а компьютеры по-прежнему видят в сети не только свои, но и чужие пакеты. На этом основана работа так называемых снифферов — программ, позволяющих одному компьютеру читать пакеты пересылаемые между двумя другими компьютерами.

Для адресации компьютера протокол IP использует уникальное четырёхбайтное число, называемое IP-адресом. Впрочем, более распространена форма записи этого числа в виде четырех однобайтных значений. Система назначения этих адресов довольно сложна и призвана оптимизировать работу маршрутизаторов, обеспечив прохождение широковещательных пакетов только внутри определенной части сети и т.п. Мы здесь не будем подробно останавливаться на этом, потому что в правильно настроенной сети программисту не нужно знать всех этих тонкостей: достаточно помнить, что каждый узел имеет уникальный IP-адрес, для которого принята запись в виде четырех цифровых полей, разделенных точками, например, 192.168.200.217. Также следует знать, что адреса из диапазона 127.0.0.1—127.255.255.255 задают так называемый локальный узел: через эти адреса могут связываться программы, работающие на одном компьютере. Таким образом, обеспечивается прозрачность местонахождения адресата. Кроме того, один компьютер может иметь несколько IP-адресов, которые могут использоваться для одного и того же или разных сетевых интерфейсов.