Протокол ip.

Локальная сеть может состоять из нескольких подсетей. Глобальная сеть (например, Интернет) может быть образована из множества самостоятельных сетей (например, SONET, X.25, ISDN и др.). Internet Protocol (IP) позволяет передавать пакет в различные подсети локальной сети и разные сети, входящие в глобальную сеть, при соблюдении единственного требования: эти сети должны использовать транспортные механизмы, совместимые со стеком TCP/IP. Такие сети могут соответствовать следующим стандартам:

• Ethernet;

• Token Ring;

• X.25;

• FDDI;

• ISDN;

• DSL;

• сети с ретрансляцией кадров (frame relay);

• ATM (с преобразованием форматов).

Основные функции IP

Базовые функции протокола IP следующие: передача данных, адресация пакетов, маршрутизация пакетов, фрагментация и обнаружение простых ошибок в пакетах. Успешная передача данных и маршрутизация пакетов в нужные сети или подсети делаются возможными благодаря механизму адресации IP. Каждый сетевой узел имеет 32-разрядный адрес, который в сочетании с 48-разрядным МАС-адресом узла обеспечивает осуществление сетевых коммуникаций и успешную доставку пакета в назначенный узел.

Ip как протокол без установления соединения

IP является протоколом без установления соединения, поскольку eгo главная задача – обеспечивать межсетевую адресацию и маршрутизацию, а также изменять размер пакетов, если он меняется при переходе от одной сети к другой (например, от Ethernet к FDDI). В данном протоколе функционируют полностью все функции, которые в нем заложены. В нем реализован Дейтаграммный способ передачи пакетов (пакеты передаются не связанно, а следовательно функции выполняются без выполнения соединения). В следствии этого протокол не гарантирует надежную доставку пакетов (пакет может задержаться или потеряться). Не гарантированная надежная доставка данных связана с тем, что:

1. Протокол IP не проверяет наличие ошибок передачи данных и не исправляет их

2. Протокол IP не следит за порядком передачи пакетов

Все это возлагается на вышележащий уровень, то есть на протокол TCP, выполняющий в основном функцию маршрутизации через ту информацию, которая содержится в заголовке пакета.

Структура информации заголовка IP

IP версия 4

4 Версия

4 Длина заголовка

8Тип сервиса

8 Общая длина пакета

Прио-ритет

D

Т

R

X

X

Идентификатор

Флаги

Смещение фрагмента

Х

DF

MF

Время жизни

Протокол верхнего уровня

Контрольная сумма

IP-адрес источника

IP-адрес назначения

Опции и заполнитель

Данные

• Версия – поле занимает 4 бита и содержит номер версии данного IP-протокола. В зависимости от номера версии формируется формат заголовка

• Длина заголовка – поле содержит 4 бита. Задает полную длину IP-заголовка, выраженную в 32-разрядных словах (мин 5, макс 6 слов по 32 разряда). Нужно для идентификации границы с данными.

• Тип сервиса – равно тип обслуживания. Состоит из 8 битов и указывает как обрабатывать данный пакет:

  • Первые три бита задают приоритет 3 бита -> 8уровней приоритета. 0 – обычный приоритет 7 – пакет сетевого уровня. Обычно – 0

  • Далее три одинаковых флага D, T, R по одному биту. Данные флаги задают по какому критерию выбирать маршрут передачи данного пакета. Если… D=1 – пакет передается по маршруту с минимальной задержкой Т=1 – пакет передается по пакету с максимальной пропускной способностью. R=1 – пакет передается с максимальной надежностью.

    

  • Далее два флага Х не используются, но в ранних версиях – в первом из них указывались стоимостные функции. Протоколы Старый, RIP – метрика ХАПов маршрутизации Новый – OSPF, метрика T, ПС, надежность D, T, R биты используются только в OSPF

• Общая длина пакета – длина данного поля – 16 битов. Задает полную длину пакета, включая длину заголовка, которая выражается в БАЙТАХ. Lд = L _∑ - Lз макс длина, общая длина, длина заголовка Максимально возможная длина пакета – 65535 байт В протоколе IP предусмотрена автоматическая фрагментация пакетов, то есть исходный пакет разбивается на отдельные фрагменты и только конечный узел, адресат пакета, собирает из фрагментов целый пакет.

• Идентификатор – содержит 16 бит, содержит уникальный ID данного пакета, присвоенный передающим узлом. И для того чтобы собрать сегмент используется идентификатор. Каждый из сегментов протокол IP формирует в виде отдельного пакета и в каждом пакете записывается тот же самый идентификатор, что и у исходного пакета.

• Флаги

  • Х – не используется

  • DF – Don’t fragment – пакет не фрагментируется, значит передается по протоколу ICMP, работаем только при 0

  • MF – more fragment – исходный пакет будет фрагментироваться, если здесь установлен 0 – за этим пакетом будет следовать еще один пакет. Если 1 – то это последний фрагмент пакета

• Поле смещения фрагмента, 13 битов, содержит смещение фрагмента относительно начала исходного пакета. Это поле служит для правильной сборки пакета из его фрагментов. Обычно кратно 8 байтам. |__заг__|__________|___________|

0 1500 3000

|----смещение------> |

Поля Идентификатор, MF, Смещение фрагмента – используются для сборки пакета.

Если пакет мал, фрагментации нет, то содержимое поля СМЕЩЕНИЕ равно 0

• Время жизни – поле состоит из 8 бит, содержит предварительное время, отведенное для доставки пакета. Как правило от 15 до 30 сек. Если во время не уложились то по протоколу ICMP передается источнику сообщение о гибели пакета, причем это время t_c<<1сек. Для этого время жизни измеряется не в секундах, а в ХАПах. Max число HOP-ов - 16. Это сделано чтобы пакет не затерялся в сети.

• Протокол верхнего уровня – 8 бит, содержит код протокола верхнего уровня, к которому адресована информация, содержащаяся в данном пакете. Код протокола TCP = 6

• Контрольная сумма заголовка. От 12 до 16 битов. Данное поле служит для повышения надежности передачи пакета и вычисляется только для заголовка. Здесь суммируем 32х-разрядные слова, алгоритм СRC_32. Контрольная сумма вычисляется каждым маршрутизатором, т.к. время жизни меняется.

• IP-адрес источника – 4 байта

• IP-адрес назначения – 4 байта

• Опции и заполнитель Поле опции – необязательное поле. Используется только при отладке сети для реализации функции управления:

  • Одношаговая маршрутизация,

  • Маршрутизация от источника

В этом поле могут регистрироваться промежуточные маршрутизаторы.

Заполнение (Padding) –. дополнение поля опций, когда данных недостаточно для того, чтобы общая длина заголовка IP (в битах) была кратна 32.

После – данные

Возможности, предусмотренные в протоколе IP модернизировались по необходимости.

Основные обстоятельства, которые обязали модернизировать протокол IP

1. Повышение производительности компьютеров и коммуникационного оборудования

2. Появление новых приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая очень чувствительна к задержкам, но и занимает очень большой объем для ее передачи.

3. Бурное расширение сети Интернет, которая практически истощила адресное пространство протокола IP ver.4

4. Новые стратегии администрирования.

Более новая версия – IP v.6, все остальное – в IP NG – Next Generation

IP-6 полностью поддерживает идеологию IP-4

Различия между IP ver.4 и IP ver.6

1. Использование более длинных адресов (в 4 раза больше).

2. Гибкий формат заголовка.

3. Фиксированные и дополнительные нефиксированные поля.

4. Механизм резервирования пропускных способностей. Назначен взамен механизма сервиса из IP-4.

5. Возможность расширяемости протокола: Выделен специальный класс адресов – класс адресов провайдеров.

6. В IP-6 реализуется бесклассовая междоменная адресация, а так же поддержка адресации версии 4 с преобразованием ее в версию 6.

7. В IP-6 предусмотрена возможность того, чтобы МАС-адрес локальной технологии мог быть добавлен к адресу узла.

IP-адреса. Использование масок в IP-адресах.

Классы IP адресов:

A, B, C, D, E.

Если первый бит ip адреса подсети начинается с 0, то это класс А. если два первых бита равны 10, то это класс В и под адрес сети выделяется 15 бит и под адрес узла 16. если три первые бита 1 1 0, то это класс С. Здесь под адрес сети 21 бит, под адрес узла 8 бит. Если байт начинается 1 1 1 0, класс D. Остальные 28 битов образуют групповой адрес. Если в пакете стоит такой адрес, то этот пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам.

Основное назначение групповой адресации:

Распространение информации по модели: 1 источник – множество приемников. Для осуществления такой передачи используется протокол IGMP. Класс Е: начинается с комбинации 11110. адреса такого класса зарезервированы.

Содержимое первого байта IP адреса:

Класс А: 0 – 127, Класс В: 128 – 191, класс С: 192 – 223, класс D: 224 – 239, класс Е: 240 – 247.

Классы А, В и С предназначены для однонаправленной адресации, однако каждому классу соответствует свой размер сети. Класс А используется для самых крупных сетей, насчитывающих до 16 777 216 узлов. Класс В – это формат однонаправленной адресации для сетей среднего размера, содержащих до 65 536 узлов. Адреса класса С применяются в небольших сетях с однонаправленными коммуникациями и количеством хостов, не превышающем 254. Адреса класса D не связаны с размером сети, они предназначены лишь для групповых рассылок. Четыре байта адреса используются для указания группы адресов, которым предназначены широковещательные пакеты. Эта группа содержит узлы, являющиеся подписчиками таких пакетов. Адреса класса D выбираются из диапазона значений от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Пятый класс адресов, класс Е, используется для исследовательских задач и в первом байте содержит значения от 240 до 255.

Помимо классов, существуют некоторые IP-адреса специального назначения (например, адрес 255.255.255.255, который представляет собой широковещательный пакет, посылаемый всем узлам сети). Пакеты, имеющие в первом байте значение 127, используются для тестирования сети. Чтобы указать всю сеть, задается только идентификатор сети, а другие байты содержат нули.

Маска – это четырехбайтовое число, которое используется совместно с IP адресом и позволяет гибко устанавливать границы между адресом сети и адресом узла. В тех разрядах, которые соответствуют адресу сети содержится 1.

Роль маски подсети

Адреса TCP/IP требуют указания маски подсети, которая используется для Решения двух задач: для обозначения используемого класса адресов и для деления сети на подсети при управлении сетевым трафиком. Маска подсети позволяет прикладной программе определить, какая часть адреса является идентификатором сети, а какая соответствует идентификатору хоста. Например, Маска для сети класса А имеет единицы во всех разрядах первого байта и нули – в остальных байтах, т. е. 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0 в Десятичном представлении). В этом случае единицы указывают на разряды Идентификатора сети (подсети), а нули – на разряды идентификатора хоста.

Создание подсетей

При делении сети на подсети маска содержит идентификатор подсети, определенный администратором и расположенный в диапазоне значений идентификаторов сети и хоста. К примеру, третий байт в адресе класса может быть использован для определения идентификатора подсети, например, 11111111. 11111111. 11111111.00000000 (255.255.255.0). В другом случае для идентификации подсети могут быть задействованы только первые несколько разрядов третьего байта, а остальные три разряда (и последний байт целиком) могут определять идентификатор хоста, т. е. получится значение 11111111. 11111111. 11111000.00000000 (255.255.248.0). (Просмотр и настройка IP-адресов и масок подсетей рассматриваются в практических заданий с 6-1 по 6-4.) Нужно заметить, что применение маски подсети для деления сети на несколько мелких подсетей позволяет устройствам Класса 3 фактически игнорировать типовые характеристики классов адресов,

что создает дополни тельные возможности для сегментирования сетей с использованием

множества подсетей и дополнительных сетевых адресов. В этом случае можно преодолеть

ограничения 4-байтовой адресации. Игнорировать классы адресов можно также при помощи бесклассовой междоменной маршрутизации (Classless Interdomain Routing, CIDR), когда после десятичного представления адреса с разделительными точками указывается символ косой черты ("/"). CIDR-адресация обеспечивает, в сетях среднего размера дополнительные возможности IP-адресации 12 36 55., поскольку имеется нехватка адресов классов В и С. Эта нехватка объясняется увеличением количества сетей и конечным числом адресов, возможных при использовании базового механизма 4-байтовых адресов. CIDR-адресация позволяет обойти фиксированный размер идентификаторов сети (равный 8, 16 и 24 разрядам для сетей класса А, В и С соответственно) и задействовать неиспользуемые адреса. Рассмотрим для примера сеть класса С, в которой имеется только 100 узлов (идентификаторов хостов), но адресов в ней достаточно для идентификации 254 узлов. В этом случае теряется 154 возможных идентификатора хостов. При использовании CIDR-адресации число после косой черты представляет собой количество разрядов в адресе, выделяемых для обозначения идентификатора сети. Например, сеть должна иметь идентификаторы для 16 384 (214) хостов Чтобы определить количество разрядов, необходимых для идентификации сети, нужно вычесть 14 (количество разрядов для идентификаторов хостов) из 32 (общее количество разрядов в IP-адресе): 32 - 14 = 18. Таким образом 18 разрядов требуются для идентификатора сети и 14 – для идентификатора хоста (теперь маска подсети равна 11111111. 11111111. 11000000.00000000, т.е. 255.255.192.0). IP-адрес для нашего примера может иметь вид 165.100.18.44/18. Если вы хотите с помощью масок подсети разбить сетевой трафик по нескольким небольшим подсетям, заранее спланируйте размещение узлов по сегментам и выберите маски подсетей для этих сегментов. При этом следует

учесть перспективы развития сети на ближайшие несколько лет, чтобы при каждом изменении сети не нужно было заново переделывать ее сегменты. При плохом планировании и изменении конфигурации сегментов клиенты должны будут менять IP-адреса своих компьютеров, что создает дополнительные трудности в администрировании сети.