Возникновение и развитие IP-технологий маршрутизации и передачи потоков данных

Создание в 1969 году локальной распределённой компьютерной сети ARPANET, спроектированной по заказу Агенства оборонных перспективных проектов США с целью обеспечения доступа к удалённым вычислительным информационным ресурсам, привело к необходимости разработки новых методов транспортировки данных между узловыми компьютерами сети [1–5]. Развитие этих методов привело к созданию специальных протоколов управляемой передачи пакетов на сетевом и транспортных уровнях, названных в 1974 году соответственно Internet Protocol (IP) и Transmission Control Protocol (TCP).

В результате развития ARPANET была создана сеть Internet – первая компьютерная глобальная ТКС. Однако услуги этой сети стали доступными миллионам пользователей во всём мире только после разработки к 1995 году операционной системы Windows 95 с интегрированным стеком TCP/IP и дружественных к пользователю приложений (системы поиска информации Mosaic, гипертекстовый язык HTML, WWW и т.п.) [5, 8].

Сегодня всемирная сеть Internet включает в себя десятки тысяч других компьютерных ТКС, десятки миллионов узловых компьютеров и сотни миллионов пользовательских компьютеров. Столь широкая популярность сети Internet в значительной степени определяется ее известными достоинствами: универсальность, масштабируемость и открытость, а также простотой и доступностью базовой IP-технологии. Стек TCP/IP позволяет пользователям обмениваться информацией между любыми двумя компьютерами этой глобальной сети.

Однако простота базовых технологий управляемой передачи информации в Internet приводит к некоторым недостаткам. Среди них отметим невозможность обеспечить гарантированное качество обслуживания и информационной безопасности. Это связано, в частности, с анархичным характером развития Internet, который поклонники этой глобальной ТКС ошибочно принимают за проявление демократии в телекоммуникациях.

В ближайшем будущем можно ожидать, что Internet как глобальная ТКС сохранит и усилит свои позиции. Однако это потребует не только совершенствования существующих, но и создания новых эффективных методов управления потоками данных и протоколов доставки информации.

Лавинообразный рост и глобализация сети Internet привели в последние годы к тому, что исходные IP-принципы доставки информации стали тормозить дальнейшее развитие этой всемирной компьютерной ТКС и препятствовать улучшению качества предоставляемых ею услуг. Действительно, ресурсы исходных IP-технологий в части адресации оказались исчерпанными (дефицит IP-адресов и т.п.).

Взрывной рост трафика реального времени и его гетерогенный (мультимедийный) характер начали вызывать сетевые конфликты и перегрузки на магистральных участках сети, блокируя нормальную работу сетевых узлов. Бурное развитие новых видов услуг (электронная коммерция, электронные игры и развлечения и т.п.) резко повысило требование к качеству обслуживания и защите информации.

Возникшие проблемы привели к необходимости создания новых версий классического протокола, потребовавших решения следующих задач [1, 5]:

- разработка масштабируемой системы адресации (увеличения числа IP-адресов, упрощение их конфигурирования и т.п.);

- повышение эффективности маршрутизации потоков данных (упрощение обработки адресов пакетов в узлах IP-сети, увеличение быстродействия сети, оптимизация маршрутов и т.п.);

- обеспечение гарантированного качества обслуживания (интеграция с АТМ-технологиями, новые механизмы управляемой передачи потоков данных и т.п.);

- разработка эффективных методов аутентификации и защиты информации;

- возможность поддержки и реализация мобильных услуг в Internet.

Кроме указанных задач, важное значение приобрела проблема создания нового поколения высокопроизводительных (в частности, нейросетевых) маршрутизаторов.

Новые задачи и требования к IP-технологиям привели к созданию наиболее распространенной сегодня четвертой версии классического протокола (IPv4) и разработке его шестой версии (IPv6). Приведем краткую характеристику основных особенностей IPv6. К ним относятся следующие свойства нового протокола [6, 8]:

- увеличение адресного поля служебной части пакета до 128 бит, что увеличивает количество IP-адресов до 10²⁰ на каждый узел сети;

- увеличение длины заголовка пакета до 320 бит с локализацией информации, необходимой для работы маршрутизатора;

- повышение эффективности за счет агрегирования адресов, фрагментации больших пакетов с помощью пограничных узлов и маршрутизация от узла-источника;

- обеспечение безопасности информации за счет аутентификации узлов-источников и узлов-приёмников (получателей) информации, шифрования и поддержания целостности передаваемых данных.