2. Протокол ip

Сетевой протокол IР — дейтаграммный сетевой протокол, т. е. протокол без установления соединения. В дейтаграммных протоколах сообщение разбивается на дейтаграммы. Дейтаграмма — это пакет, передаваемый независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что требует дополнительных операций по сборке сообщения из дейтаграмм в узле-получателе. На внутренних участках маршрута контроль правильности передачи не предусмотрен и надежность связи обеспечи­вается лишь контролем в оконечном узле.

К функциям протокола IP относятся фрагментация и сборка пакетов при прохождении через промежуточные сети, имеющие другие протоколы; маршрутизация, т. е. определение пути прохождения пакета по разветвленной сети; проверка контрольного кода заголовка пакета (правильность передачи всего пакета проверяется на транспортном уровне, т. е. с помощью TCP, в оконечном узле); управление потоком — сброс дейтаграмм при превышении заданного времени жизни.

Структура дейтаграммы в IP (в скобках указано число битов):

• версия протокола IP (4) (практически используются версии IPv4 и IPv6);

• длина заголовка (4), т. е. число 32-битных слов в заголовке;

• тип сервиса (8);

• общая длина (16) информационной части пакета в байтах;

• идентификация (16) — порядковый номер дейтаграммы; место фрагмента в дейтаграмме (16), т. е. номер фрагмента, который ис­пользуется при восстановлении дейтаграммы из фрагментов;

• время жизни дейтаграммы в сети (8);

• тип протокола (8);

• контрольный код CRC заголовка (16);

• адрес источника (32);

• адрес назначения (32);

• опции (32);

• данные (не более 65 356 байт).

Приведенная структура заголовка соответствует версии протокола IP, называемой четвертой версией IPv4. Один из недостатков этой версии — 32-битный размер адреса. Действительно, 32 бита соответствуют 2³²« 4,3 млрд адресов, а это в связи с бурным ростом числа компьютеров в Internet уже вызывает затруднения с распределением адресного пространства. Поэтому разработана и постепенно вводится в действие версия IPv6, в которой применена другая структура заголовка и адресации. Как частный случай, в структуре ГРуб-адреса можно разместить 1Ру4-адрес, т. е. сети с протоколами этих версий могут работать совместно. Пока (к 2002 г.) большинство доменов Internet работает по протоколу IPv4.

Всего в сети одновременно может быть 2¹⁶ и 65 тыс. дейтаграмм сообщения с разными идентификаторами, т. е. за отрезок времени, равный времени жизни дейтаграммы, может быть передано не более 2¹⁶ дейтаграмм. Это один из факторов, ограничивающих пропускную способность сетей с протоколом IP. Действительно, при времени жизни 120 с имеем предельную скорость 2¹⁶/ 120 = 546 дейтаграмм в секунду, что при размере дейтаграммы до 65 тыс. байт дает ограничение скорости приблизительно в 300 Мбит/с (такое же значе­ние одного из ограничений предельной скорости получено выше и для прото­кола TCP).

Время жизни может измеряться как в единицах времени Т, так и в хопах Р (число пройденных маршрутизаторов). В первом случае контроль ведется по записанному в заголовке значению Т, которое уменьшается на единицу каждую секунду. Во втором случае каждый маршрутизатор уменьшает число Р, записанное в поле «Время жизни», на единицу. При Т = 0 или при Р = 0 дейтаграмма сбрасывается.

Поле «Опции» рассматривается как необязательное.