IP - Internet Protocol
Для того, чтобы рассмотреть протокол IP, необходимо сначала разобраться чем отличается коммутация каналов и коммутация пакетов и для каких видов информации они применяются.
При организации каналов между двумя устройствами возможны два способа коммутации: каналов и пакетов. Коммутация каналов предусматривает установление соединения от источника к получателю с фиксированной полосой пропускания и неизменным маршрутом передачи на весь сеанс связи. Главное преимущество такого вида коммутации – гарантированная полоса пропускания, что является очень важным для сервисов чувствительных к задержкам. С другой стороны этот вид коммутации является неэкономичным, т.к. ресурсы сети занимаются на все время существования соединения независимо от того: передаются ли данные или нет. Коммутация пакетов наиболее удачно подходит для передачи голосовой информации.
Если сеть связи реализована на основе коммутации пакетов, то между источником и получателем нет постоянного соединения с фиксированной полосой пропускания. Вся информация делиться на порции и передается в виде пакетов. Промежуточные элементы сети – маршрутизаторы, анализируют адрес получателя пакета, заключенный в заголовке, и направляют пакет в нужном направлении. Причем в зависимости от загрузки отдельных сегментов сети маршрут передачи пакетов может меняться со временем. Главным преимуществом такого вида коммутации является высокий процент использования пропускной способности каналов связи. Это достигается за счет того, что свободное место в канале связи, возникающее во время пауз либо низкой интенсивности источника информации передаются пакеты других источников. Недостаток также очевиден – возможные задержки в передаче. Это обусловлено тем, что пропускная способность – это общий ресурс и если канал уже будет занят к моменту поступления новых пакетов, то они будут буферизироваться, т.е. ставятся в очередь до появления свободной пропускной способности в канале связи. Данный вид коммутации хорошо подходит для передачи трафика не чувствительного к задержкам, например для передачи данных (доступ в сеть Интернет).
IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня сетевой модели OSI (Open Systems Interconnection) и относится к протоколам, которые организуют соединения на основе коммутации каналов. Из названия уже видно, что главная его задача – это передача данных, в том числе и во время доступа в сеть Интернет. Принцип организации IP-соединения следующий: информация поступающая от источника нарезается на небольшие порции, т.е. ячейки. Причем они могут быть не обязательно равной длинны. После нарезки к пакету информации присоединяется заголовок, в котором содержится служебная информация, необходимая для передачи: длинна пакета, класс трафика, версия протокола, а также адреса получателя и отправителя. В зависимости от формата, а точнее от числа байт, задействуемых для передачи адреса различают IPv4 и IPv6. В IPv4 используется 4 байта для кодирования адреса получателя, а для IPv6 – 16 байт. Это и есть ключевое различие между данными версиями. Причем как предсказывают аналитики, весь возможный диапазон адресов для IPv4 будет исчерпан в ближайшие 1-2 года, что приведет к коллапсу компьютерных сетей. Однако в сотовых системах связи, на интерфейсах между элементами, используется закрытая нумерация, и эта проблема им не грозит, также как и другим локальным сетям. После добавления служебной информации IP-пакеты передаются далее по стеку протоколов, после чего попадают в канал связи. На пути между отправителем и получателем могут быть расположены несколько промежуточных коммутационных устройств, называемых маршрутизаторы. Главная их задача заключается в анализе IP-заголовка, считывании адреса получателя и передаче пакета далее в соответствии с таблицей маршрутизации с учетом загрузки соединительных каналов.
Пример IP сети
После получения IP-пакета анализируется только целостность заголовка, без анализа целостности полезной нагрузки. В случае повреждения заголовка данный пакет просто будет удален. Вся нагрузка, пришедшая в пакетах с неискаженным заголовком, передается на верхние протокольные уровни. В виду того, что Internet Protocol не анализирует качество передачи, то этот протокол не используется в одиночку, а применяется в стеке с другими протоколами, такими как TCP или UDP.
Главным преимуществом технологии IP-коммутации является распределенность сети, т.е. у нее нет единого центра и, соответственно, "узкого горлышка". Таким образом, обеспечивается легкость увеличения пропускной способности сети и добавления новых элементов. Кроме того, IP-сети за счет пакетной коммутации позволяют по максимуму задействовать всю пропускную способность имеющихся каналов связи. К основным недостаткам можно отнести возможность задержки пакетов на промежуточных соединениях, однако при продуманном планировании сети и тщательном подборе пропускной способности больших перегрузок можно избежать. Также к недостаткам можно отнести большой размер заголовка IP. Эта проблема обычно решается введением дополнительного протокола, который преобразует IP-заголовки в заголовки гораздо меньшего размера, а для исходящих пакетов, например в сеть Интернет, производит обратную процедуру.
В сотовых системах связи IP активно используется на интерфейсах, где передаются данные. К таким интерфейсам относятся соединения между BSC и SGSN, RNC и SGSN, SGSN и GGSN и т.д. Кроме того, в стандартах 3G (например, UMTS) применяется не только для передачи данных, но и голоса на интерфейсах между RNC и NodeB, RNC и MGW, а также для передачи сигнальной информации на всех интерфейсах. В системах четвертого поколения, таких как LTE предполагается, что вся информация передается с помощью Internet Protocol.
