Протокол IP

Вопросы к лекции 6

1. В чём отличие схем защиты 1+1 и 1:1?

2. При каких условиях защита MS-SPRing более эффективна, чем SNCP?

3. Какие принципы коммутации используются в кросс-коннекторах SDH?

4. Какие преимущества и какие недостатки резервирования в решётчатых сетях по сравнению с кольцевым резервированием?

5. К какому типу сетей относятся сети DWDM – к аналоговым или цифровым?

Лекция 7 (4 часа)

Для решения задачи сетевого взаимодействия был создан набор взаимодействующих протоколов, названный стеком. Так как стек протоколов TCP/IP был разработан до появления эталонной модели OSI, то соответствие его уровней с уровнями OSI достаточно условно. В табл. 7.1 показаны структура стека протоколов TCP/IP и соответствие уровней OSI и стека TCP/IP уровням модели ATM.

Уровни модели OSI	Уровни модели ATM	Уровни модели TCP/IP	Протоколы
Прикладной	Нет	Уровень I: прикладной	Telnet FTP, SMTP, DNS snmp и т.д.
Представления	Нет
Сеансовый	Нет	Уровень II: транспортный	TCP,UDP
Транспортный	Нет
Сетевой	Уровень адаптации ATM	Уровень III: сетевой	ARP, Classical ARP, IP, Classical IP, ICMP и т. д.
Канальный	Уровень ATM	Уровень IV: сетевого интерфейса	Ethernet FDDI, Token Ring, ATM и т.д.
Физический	Физический

Таблица 7.1 Соответствие уровней стека TCP/IP уровням моделей OSI и ATM

Теоретически, посылка сообщения от одной прикладной программы к другой означает последовательную передачу сообщения вниз по уровням стека у отправителя, передачу сообщений по уровню сетевого интерфейса (уровню IV) или, в соответствии с эталонной моделью OSI, по физическому уровню, прием сообщения получателем и передачу его вверх по уровням. Физический уровень может быть реализован транспортными механизмами ATM. На практике, взаимодействие уровней стека организовано гораздо сложнее. Каждый уровень принимает решение о правильности сообщения и производит определенное действие на основании типа сообщения или адреса назначения. В структуре стека протоколов TCP/IP имеется явный «центр тяжести» — это сетевой уровень и его протокол IP. Протокол IP может взаимодействовать с несколькими протоколами более высокого уровня и несколькими сетевыми интерфейсами. То есть, на практике процесс передачи сообщений от одной прикладной программы к другой будет выглядеть следующим образом: отправитель передает сообщение, которое на уровне III протоколом IP помещается в дейтаграмму и посылается в сеть (сеть 1). На промежуточных устройствах, например маршрутизаторах, дейтаграмма передается вверх до уровня протокола IP, который отправляет ее обратно вниз, в другую сеть (сеть 2). Когда дейтаграмма достигает получателя, протокол IP выделяет сообщение и передает его на верхние уровни. Структуру стека протоколов TCP/IP можно разделить на четыре уровня.

Самый нижний — уровень сетевого интерфейса (уровень IV) — соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. В стеке протоколов TCP/IP этот уровень не регламентирован. Уровень сетевого интерфейса отвечает за прием дейтаграммы и передачу их по конкретной сети. Интерфейс с сетью может быть реализован драйвером устройства или сложной системой, которая использует свой протокол канального уровня (коммутатор, маршрутизатор). Он поддерживает стандарты физического и канального уровней популярных локальных сетей: Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д. Для распределенных сетей поддерживаются протоколы соединений РРР и SLIP, а для глобальных сетей — протокол Х.25. Предусмотрена поддержка технологии коммутации ячеек — ATM. Обычной практикой стало включение в стек протоколов TCP/IP новых технологий локальных или распределенных сетей и регламентация их новыми документами RFC.

Сетевой уровень (уровень III) — это уровень межсетевого взаимодействия. Уровень управляет взаимодействием между пользователями в сети. Он принимает запрос на посылку пакета от транспортного уровня вместе с указанием адреса получателя. Уровень инкапсулирует пакет в дейтаграмму, заполняет ее заголовок и при необходимости использует алгоритм маршрутизации. Уровень обрабатывает приходящие дейтаграммы и проверяет правильность поступившей информации. На стороне получателя дейтаграммы программное обеспечение сетевого уровня удаляет заголовок дейтаграммы и определяет, какой из транспортных протоколов будет обрабатывать пакет.

В качестве основного протокола сетевого уровня в стеке протоколов TCP/IP используется протокол IP, который создавался как раз с целью передачи информации в распределенных сетях. Достоинством протокола IP является возможность его эффективной работы в сетях со сложной топологией. При этом протокол рационально использует пропускную способность низкоскоростных линий связи. В основе протокола IP заложен дейтаграммный метод, который не гарантирует доставку пакета, но "стремится» к этому. Для поддержки совместной работы протокола IP и технологии ATM комитетом IETF был разработан стандарт «Классический IP и ARP поверх ATM», который позволяет преобразовывать IP-адреса сетевого уровня в адреса ATM и передавать пакеты ТСР/IР по сети ATM. К этому уровню относятся все протоколы, которые создают, поддерживают и обновляют таблицы маршрутизации. Кроме того, на этом уровне функционирует протокол обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами в сети и отправителями.

Следующий уровень — транспортный (уровень II). Основной его задачей является взаимодействие между прикладными программами. Транспортный уровень управляет потоком информации и обеспечивает надежность передачи. Для этого использован механизм подтверждения правильного приема с дублированием передачи утерянных или пришедших с ошибками пакетов. Транспортный уровень принимает данные от нескольких прикладных программ и посылает их более низкому уровню. При этом он добавляет дополнительную информацию к каждому пакету, в том числе контрольную сумму. На этом уровне функционирует протокол управления передачей данных TCP (Transmission Control Protocol) и протокол передачи прикладных пакетов дейтаграммным методом UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает гарантированную доставку данных за счет образования логических соединений между удаленными прикладными процессами. Работа протокола UDP аналогична IP, но основной его задачей является связь сетевого протокола и различных приложений.

Самый верхний уровень (уровень I) — прикладной. На этом уровне реализованы широко используемые сервисы прикладного уровня. К ним относятся: протокол передачи файлов между удаленными системами (FTP), протокол эмуляции удаленного терминала (telnet), почтовые протоколы, протокол разрешения имен (DNS) и т. д. Каждая прикладная программа выбирает тип транспортировки — либо непрерывный поток сообщений, либо последовательность отдельных сообщений. Прикладная программа передает данные транспортному уровню в требуемой форме.

Рассмотрение принципов функционирования стека протоколов TCP/IP целесообразно начать с протоколов уровня III. Это связанно с тем, что протоколы более высоких уровней в своей работе опираются на функциональные возможности протоколов низкого уровня. Для понимания маршрутизации в корпоративных сетях изучение протоколов рекомендуется проводить в следующей последовательности: IP, ARP, ICMP, UDP и TCP. Это связано с тем, что для доставки информации между удаленными системами в распределенной сети используются в той или иной степени все члены семейства TCP/IP.

Стек протоколов TCP/IP включает большое число протоколов прикладного уровня. Они выполняют различные функции, в том числе: управление сетью, передачу файлов, оказание распределенных услуг при использовании файлов, эмуляцию терминалов, передачу электронной почты и т. д. Протокол передачи файлов (File Transfer Protocol — FTP) обеспечивает пересылку файлов между компьютерными системами. Протокол Telnet эмулирует терминал, Простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol — SNMP) используется для сообщений об аномальных условиях в сети и установления значений допустимых порогов в сети. Простой протокол передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol — SMTP) обеспечивает пересылку электронной почты. Эти протоколы и другие приложения используют TCP/IP.

Стек протоколов TCP/IP еще долгое время будет базовым в корпоративных сетях. Это связано с практически полным отсутствием новых приложений, спо­собных работать самостоятельно поверх сетей ATM. В этой связи в последние годы разработано и предложено к внедрению несколько различных вариантов использования стека протоколов TCP/IP в сетях ATM, иногда даже несмотря на некоторое снижение эффективности и пропускной способности сетей ATM. Например, эффективность TCP достаточно серьезно снижается из-за необходимости проведения фрагментации при поступлении пакета TCP/IP на уровень адаптации ATM (AAL). Необходимость преобразования пакета связана со значительно большим его размером по отношению к ячейке. Резкое снижение эффективности сети может произойти при потере хотя бы одной ячейки. В этом случае неизбежной будет повторная передача всего пакета, что приведет к дополнительной загрузке сети.

Стек TCP/IP — это тот сетевой и протокольный базис, на котором построен Internet. В стеке протоколов TCP/IP схема идентификации абонентов в сети аналогична физической адресации. Каждому устройству в сети присваивается уникальный 32-битный адрес, который называется IP-адресом. Он имеет вполне определенную структуру. В адрес входит идентификатор сети, к которой подсоединено устройство, и идентификатор самого устройства, уникальный в данной сети.

Компьютеры или другие сложные сетевые устройства, подсоединенные к нескольким физическим сетям, имеют несколько IP-адресов — по одному на каждый сетевой интерфейс. Можно сказать, что адрес в сети Internet назначается не отдельному устройству, а сетевому интерфейсу. Схема адресации позволяет проводить единичную (unicast), широковещательную (broadcast) и групповую (multicast) адресацию.

Широковещательная адресация позволяет обращаться ко всем устройствам в сети. В этих адресах поле идентификатора устройства заполнено единицами. IP-адресация допускает широковещательную передачу, но не гарантирует ее — эта возможность зависит от конкретной физической сети. Например, в сетях Ethernet широковещательная передача выполняется с той же эффективностью, что и обычная передача данных, но есть сети, которые вообще не поддерживают такой тип передачи или поддерживают его весьма ограниченно.

Групповая адресация используется для отправки сообщений определенным адресатам (multicasting). Поддержка групповой адресации обязательна для мно­гих приложений, например, интерактивных конференций, электронной почты и групп новостей. Для групповой передачи рабочие станции и маршрутизаторы используют протокол IGMP (Internet Group Management Protocol), который предоставляет информацию о принадлежности устройств определенным группам.

IP-адреса больших сетей в Internet определяются специальной организацией — Internet Network Information Center (InterNIC). Назначение идентифи­каторов устройств не входит в компетенцию InterNIC и находится в ведении системного администратора конкретной сети. До 1 апреля 1993 г. (дата создания InterNIC) назначение IP-адресов и имен доменов DNS выполнялось организа­цией Network Information Center (NIC). В настоящее время NIC обслуживает только сети министерства обороны США — DDN (Defense Data Network). Все остальные организации, входящие в Internet, обслуживаются InterNIC.

В больших корпоративных сетях управлять IP-адресами «вручную» практически невозможно. В частности, чрезвычайно сложно гарантировать уникальность адресов. А назначать IP-адреса приходится достаточно часто. Например, если рабочая станция перемещается в другую подсеть, необходимо сменить ее сетевой идентификатор. Для помощи сетевому администратору в этом нелегком деле разработаны различные программные продукты и сетевые технологии.

В стек TCP/IP входит множество протоколов, отвечающих различным уровням эталонной модели OSI. В этой главе описаны все основные протоколы в порядке от низших уровней к высшим. Протокол TCP изложен в следующей главе.

Схема адресации в сетях ATM базируется на других принципах. Если в сетях IP-дейтаграмма несет всю необходимую адресную информацию, то в сети ATM ячейка проходит по заранее установленному постоянному или коммутируемому виртуальному соединению.

При постоянных виртуальных соединениях конечные станции заведомо известны и не требуется использовать адресную схему.

При работе с коммутируемыми виртуальными соединениями для определения маршрута до адресата используется протокол сигнализации. В основу установ­ления коммутируемого виртуального соединения между абонентами положен принцип присвоения каждой конечной станции уникального адреса, который позволяет найти необходимого получателя, передать ему запрос на установление коммутируемого виртуального соединения, установить его и посылать данные.

Протокол IP

Описание протокола IP (Internet Protocol) дано в документе RFC 791. IP является базовым протоколом всего стека TCP/IP. Он отвечает за передачу информации по сети. Информация передается блоками, которые называются дейтаграммами.

IP является протоколом сетевого уровня. При этом для каждой среды передачи данных, например, Ethernet и ATM, определен способ инкапсуляции IP-дейтаграмм, Маршрутизаторы пересылают инкапсулированные дейтаграммы по различным сетям, образуя объединение IP-сетей, по которому каждая рабочая станция может поддерживать связь по протоколу IP с любой другой рабочей станцией.

Услуги, предлагаемые протоколом IP, сводятся к негарантированной доставке дейтаграмм. Протокол IP не исключает потерь дейтаграмм, доставки дейтаграмм с ошибками, а также дублирования и нарушения порядка следования дейтаграмм, заданного при их отправлении.

Протокол IP выполняет фрагментацию и сборку дейтаграмм, если принятый размер кадров в данной сети (или участке распределенной сети) отличается от размера исходных дейтаграмм. В протоколе IP отсутствуют механизмы повышения достоверности передачи данных, управления протоколом и синхронизации, которые обычно предоставляются в протоколах более высокого уровня. Протокол IP получает информацию для передачи от протоколов, расположенных по сравнению с ним на более высоком уровне. К этим протоколам, прежде всего, относятся протоколы TCP и UDP. После получения информации от них протокол IP передает дейтаграммы через распределенную сеть, используя сервисы локальных сетей.

Дейтаграмма состоит из заголовка и поля данных, которое следует сразу за заголовком. Длина поля данных определяется полем «Общая длина» в заголовке. На рис. 7.1 показан формат заголовка IP-дейтаграммы.

Номер версии (4 бита)	Длина заголовка (4 бита)	Тип сервиса (8 бит)	Общая длина (16 бит)
Идентификатор (16 бит)	Флаги (3 бита)	Смещение фрагмента (13 бит)
Время жизни (8 бит)	Протокол (8 бит)	Контрольная сумма заголовка (16 бит)
Адрес отправителя (32 бита)
Адрес получателя (32 бита)
Опции (поле переменной длины)	Выравнивание до 32-битной границы

Рис. 7.1 Формат заголовка дейтаграммы протокола IP

Поле «Номер версии» указывает на версию используемого протокола IP. В настоящее время распространена версия 4, но планируется переход к версии 6. Связь между абонентами гарантируется только в том случае, если все они работают с одной версией протокола IP. Перед обработкой дейтаграммы это поле проверяется. Если используется, например, версия 4, то при обработке будут отбрасываться дейтаграммы с версией 6.

Поле «Длина заголовка» определяет длину заголовка в 32-битовых словах. Заголовок может иметь минимальный размер 5 слов. При увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет поля «Опции».

Поле «Тип сервиса» определяет способ обслуживания дейтаграммы. Первые три бита (0-2) этого поля задают приоритет дейтаграммы. Возможные значения приоритета — от 0 (обычная дейтаграмма) до 7 (управляющая дейтаграмма). Устройства в сети учитывают приоритет дейтаграммы и обрабатывают в первую очередь более важные. Информация в остальных битах поля используется протоколами маршрутизации OSPF и BGP. Протоколы маршрутизации отвечают за вычисление наилучшего маршрута к получателю, основываясь на понятии «стоимость пути». Ею может быть скорость, надежность и т. д.

Третий бит (бит 2 — отсчет начинается с нулевого бита) определяет вид задержки: 0 — нормальная задержка, 1 — малая задержка. Этот бит учитывается различными алгоритмами управления перегрузкой сети. Четвертый бит (3) определяет пропускную способность (нормальная или высокая). Пятый бит (4) определяет надежность доставки. Шестой и седьмой биты зарезервированы. Отметим, что программное обеспечение большинства рабочих станций и маршрутизаторов игнорирует тип сервиса.

Протокол IР обрабатывает каждую дейтаграмму в независимости от ее принадлежности к тому или иному пакету. При этом используются четыре основных механизма: установка типа сервиса, установка времени жизни, установка опций и вычисление контрольной суммы заголовка. Тип сервиса характеризует набор услуг, которые требуются от маршрутизаторов в распределенной сети. Эти параметры должны использоваться для управления выбором реальных рабочих характеристик при передаче дейтаграмм. В некоторых случаях передача дейтаграммы осуществляется с установкой приоритета, который дает данной дейтаграмме по сравнению с остальными некоторые преимущества при обработке. Тип сервиса определяется тремя показателями: малой задержкой при передаче, высокой достоверностью и большой пропускной способностью.

Поле «Время жизни». При определенных условиях IP-дейтаграммы могут попасть в замкнутый логический контур, образованный некоторой группой маршрутизаторов. Иногда такие логические контуры существуют в течение короткого промежутка времени, порой они оказываются достаточно долговечными. Чтобы избавить сеть от дейтаграмм, циркулирующих в таких логических контурах слишком долго, протоколом IP устанавливается предельный срок пребывания дейтаграммы в сети. Он задается в поле «Время жизни» — TTL (Time To Live). Его содержимое уменьшается на единицу при прохождении дейтаграммы через маршрутизатор; при обнулении поля TTL дейтаграмма отбрасывается.

Первоначально спецификации IP включали еще одно требование: поле TTL должно уменьшаться, по крайней мере, один раз в секунду. Поскольку поле TTL является восьмиразрядным, это означает, что дейтаграмма могла находиться в сети не более 4.25 мин. На практике требование ежесекундного уменьшения поля TTL игнорируется, тем не менее в спецификациях многих протоколов следующих уровней (TCP) по-прежнему предполагается, что максимальное время жизни дейтаграммы в сети составляет лишь две минуты.

Поле «Идентификатор» используется для распознавания дейтаграмм, образованных в результате фрагментации. Все фрагменты фрагментированного пакета данных должны иметь одинаковое значение этого поля.

Поле «Общая длина» указывает общую длину дейтаграммы (заголовок и поле данных). Максимальный размер дейтаграммы может составлять 65535 байт. В подавляющем большинстве сетей столь большой размер дейтаграмм не используется. По стандарту все устройства в сети должны быть готовы принимать дейтаграммы длиной 576 байт. Эти ограничения необходимы для передачи дейтаграмм в физических кадрах. Передача дейтаграммы в кадре называется инкапсуляцией. С точки зрения низших уровней дейтаграмма выглядит так же, как и любое другое сообщение в сети. Сетевое оборудование не работает с дейтаграммами, поэтому дейтаграмма является частью области данных кадра (рис. 7.2).

	Заголовок IP-дейтаграммы	Область данных IP-дейтаграммы
Заголовок кадра канального уровня	Область данных кадра	Контрольная сумма

Рис. 7.2 Инкапсуляция дейтаграммы в кадр

Функции фрагментации и сборки также возложены на протокол IP. Фрагментация — это разделение большой дейтаграммы на несколько небольших частей. В большинстве локальных и глобальных сетей есть ограничения на максимальный размер кадра. Эту величину называют максимальной единицей передачи (Maximum Transmission Unit, MTU). Например, в сетях Ethernet дан­ная величина составляет 1500 байт, а в сетях FDDI — 4096 байт.

Когда маршрутизатор переправляет дейтаграмму из одной сети в другую, может оказаться, что ее размер окажется недопустимым в новой сети. Спецификация IP предусматривает следующее решение этой проблемы: маршрутизатор может разбить дейтаграмму на более мелкие фрагменты, приемлемые для выходной среды, а в пункте назначения эти фрагменты будут вновь объединены в дейтаграмму исходного вида. Формируемые маршрутизатором фрагменты идентифицируются смещением относительно начала исходной дейтаграммы. Дейтаграмма идентифицируется по отправителю, пункту назначения, типу протокола высокого уровня и 16-разрядному полю «Идентификатор». Все это в совокупности должно образовывать уникальную комбинацию.

Следует подчеркнуть связь между полями «Время жизни» и «Идентификатор». Действительно, во избежание смешивания фрагментов двух разных дейтаграмм источник IP-данных обязан исключить ситуацию, когда в один пункт назначения по одному и тому же протоколу в течение жизненного цикла дейтаграммы будут отправлены две дейтаграммы с совпадающими идентификатора

ми. В связи с тем, что идентификатор 16-разрядный, а наибольшее время жизни дейтаграммы исчисляется минутами (будем считать, что оно порядка 2 мин), получаем скорость передачи — 546 дейтаграмм в секунду. При максимальном размере дейтаграммы, равном 64 Кбайт, имеем общую скорость около 300 Мбит/с.

Проблема эффективного использования битов идентификатора оказалась практически разрешенной с появлением метода MTU Discovery, позволяющего определить значения MTU на всем пути к пункту назначения. Согласно этому методу конечная система может устанавливать в заголовке IP-дейтаграммы бит DF (Don't Fragment — не фрагментировать), запрещающий фрагментацию, ведь конечные системы могут заранее узнать о том, что отправляемые ими дейтаграммы имеют чрезмерную длину. Источник IP-трафика, устанавливающий бит DF, теперь может не опасаться того, что две дейтаграммы перепутаются. Однако в сетевой среде, где технология MTU Discovery не применяется (в ней бит DF не несет функциональной нагрузки), необходимо предпринимать дополнительные меры для предотвращения подобной ситуации.

На рис. 7.3 показана процедура фрагментации и сборки дейтаграммы.

Рис. 7.3 Фрагментация дейтаграммы

Рассмотрим пример фрагментации. Предположим, отправителю необходимо передать сообщение длиной 5600 байт. Отправитель работает в сети, у которой значение MTU составляет 4096 байт. При поступлении пакета на сетевой уровень, протокол IP делит его на две равные дейтаграммы по 2800 байт, устанавливая в первой дейтаграмме признак фрагментации (см. ниже) и присваивая пакету уникальный идентификатор. Бит фрагментации во второй дейтаграмме равен нулю, что указывает на последний фрагмент сообщения. Таким образом, дейтаграммы укладываются в кадр физического уровня данной сети (2800 байт данных + 20 байт заголовка меньше 4096 байт).

После маршрутизатора дейтаграммы необходимо передать в сеть с MTU, равным 1500 байт. Для этого маршрутизатор делит поступающие дейтаграммы по­полам. Он формирует новые дейтаграммы, каждая из которых имеет размер 1400+20 байт, чтобы уложиться в MTU второй сети. Необходимо отметить, что маршрутизатор не собирает фрагменты в более крупные дейтаграммы, даже если на пути встречается сеть, допускающая такое укрупнение.

Фрагментация и сборка производятся автоматически, не требуя от отправителя специальных действий. Каждая фрагментированная часть исходной дейтаграммы имеет тот же формат. Использование фрагментации повышает вероятность потери исходной дейтаграммы, так как потеря даже одного фрагмента приводит к потере всей дейтаграммы. Сборка дейтаграммы осуществляется на месте назначения. Такой метод позволяет маршрутизировать фрагменты независимо.

Поля «Идентификатор», «Флаги» и «Смещение фрагмента» (см. ниже) управляют фрагментацией и сборкой дейтаграммы.

Рассмотрим еще один пример фрагментации дейтаграммы. На этот раз мы будем внимательно следить за заголовком с приведением конкретных значений полей заголовка дейтаграммы протокола дейтаграммы. На рис. 7.4 показан исходный заголовок дейтаграммы. Пусть MTU будет равно 280 байт. Допустим, что общая длина передаваемой дейтаграммы составляет 472 байта.

Номер версии – 4 Длина заголовка - 5 Тип сервиса Общая длина - 472

Идентификатор - 111 Флаги-0 Смещение фрагмента = 0

Время жизни = 123 Протокол = 6 Контрольная сумма заголовка

Адрес отправителя

Адрес получателя

Рис. 7.4 Заголовок дейтаграммы до фрагментации

На рис. 7.5 показаны поля заголовков двух полученных в результате фрагментации дейтаграмм. Получающиеся дейтаграммы имеют максимальный размер поля данных, равный 256 байт.

Поле «Флаги" используется при фрагментации. Нулевой первый бит разрешает фрагментацию, единичный — запрещает. Единичный второй бит указывает на последний фрагмент дейтаграммы.

Поле «Смещение фрагмента» используется для указания смещения данных во фрагменте относительно начала исходной дейтаграммы. Чтобы получить смещение в байтах, надо значение этого поля умножить на 8. Первый фрагмент всегда имеет нулевое смещение. Поле используется при сборке фрагментов дейтаграммы после передачи по сетям с различными MTU.

Поле «Протокол» показывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит дейтаграмма. При поступлении дейтаграммы это поле указывает, какому приложению следует ее передать. В табл. 6.2 содержится перечень (неполный) протоколов.

Заголовок фрагмента дейтаграммы #1

Номер версии - 4	Длина заголовка - 5	Тип сервиса	------------ ------------- Общая длина - 276
Идентификатор =111	Флаги - 1	Смещение фрагмента - 0
Время жизни - 119	Протокол - 6	Контрольная сумма заголовка
Адрес отправителя
Адрес получателя

Заголовок фрагмента дейтаграммы #2

Номер версии - 4	Длина заголовка - 5	Тип сервиса	Общая длина - 216
Идентификатор - 111	Флаги - 0		Смещение фрагмента - 257
Время жизни - 119	Протокол - 6	Контрольная сумма заголовка
Адрес отправителя
Адрес получателя

Рис. 7.5 Содержание заголовков двух дейтаграмм после фрагментации

Таблица 7.2 Значения поля «Протокол»

Значение поля	Протокол	Пояснение
	Зарезервировано
	ICMP	Internet Control Message Protocol, протокол управляющих сообщений
	IGMP	Internet Group Management Protocol, протокол управления группами
	IP	Инкапсуляция IP в IP
	TCP	Transmission Control Protocol, протокол управления передачей
	EGP	Exterior Gateway Protocol, внешний шлюзовый протокол
	UDP	User Datagram Protocol, протокол пользовательских дейтаграмм
	IGRP	Interior Gateway Routing Protocol, внутренний протокол маршрутизации
	OSPF	Open Shortest Path First «первый кратчайший путь»

Поле «Контрольная сумма» рассчитывается по всему заголовку. Так как некоторые поля заголовка меняют свое значение, например время жизни, при прохождении дейтаграммы через маршрутизаторы контрольная сумма проверяется и повторно рассчитывается при каждой модификации заголовка. Определение контрольной суммы заголовка обеспечивает безошибочность передачи дейтаграммы через сеть. Перед отправкой дейтаграммы вычисляется контрольная сумма, каждая вносится в ее заголовок. При получении дейтаграммы вычисляете? контрольная сумма, которая сравнивается со значением контрольной суммы в заголовке. При обнаружении ошибки в контрольной сумме дейтаграмма отбрасывается. Алгоритм вычисления контрольной суммы заголовка дейтаграммы протокола IP применяется и во многих других протоколах, таких как UDP, TCP, ICMP и OSPF.

Поля «Адрес отправителя» и «Адрес получателя» имеют одинаковые длину и структуру. Поля содержат 32-битные IP-адреса отправителя и получателя дейтаграммы.

Поля адресов отправителя и получателя. Эти поля очень важны, так как идентифицируют конкретную IP-сеть и станцию в IP-сети. Поля определяют отправителя датаграммы и конечный целевой IP-адрес, по которому должен быть доставлен пакет, а также IP-адрес станции, которая передала пакет. Все узлы сетевого пространства IP будут определяться этими адресами. IP-адресация чрезвычайно важна. В настоящее время эти адреса имеют длину 32 бита, что позволяет использовать более 4 млрд адресов.

Однако при присвоении IP-адресов корпорациям и отдельным лицам было допущено множество ошибок. Они делались неумышленно, но этот набор протоколов быстро исчерпал свои возможности. Существует два типа адресов: классовые и внеклассовые.

Схема IP-адресации

Схема называется 32-битовой IP-адресацией. Она же – протокольная адресация.

Существует две схемы сетевой адресации, используемые в протоколе IP.

Классовая. Весь диапазон адресов может использоваться без резервирования битов для классов. Этот тип адресации обычно не используется для назначения адресов узлам. Схема напрямую применяется в маршрутных таблицах Internet и провайдеров.

Внеклассовая. Представляет собой оригинальную схему разделения 32-битового адреса на отдельные классы, определяющие сети и сетевые узлы.

Весь диапазон доступных адресов (32 бита в IPv4) используется как для классовой, так и для внеклассовой адресации. Внеклассовая адресация используется для Internet, а не в пользовательских сетях. Это – простой способ уменьшить размер маршрутных таблиц и позволить провайдеру поддерживать большие адресные пространства.

Классовая адресация

Первая схема адресации IP была проста и прямолинейна. Схема адресации использовала 8-битовый префикс, что позволяло организовать более 200 сетей с множеством узлов в каждой. Затем начала применяться концепция классов IP-адресов. Постепенно в схему IP-адресации было внесено множество дополнений, но все они продолжают опираться на классовые и внеклассовые схемы.

Цель адресации заключалась в предоставлении IP возможности взаимодействовать между узлами одной сети или объединения сетей. Классовые IP определяют конкретные номера сети и узла, соответствующие расположению узла в сетевом пространстве. IP адреса имеют длину 32 бита и разделены на четыре поля по 1 байту каждое. Этот адрес может быть записан в десятичной, восьмеричной, шестнадцатеричной и двоичной форме. Наиболее распространенная форма записи – десятичная. Есть два способа присвоения IP-адреса; все зависит от соединения. При соединении с Internet сетевая часть адреса присваивается провайдером. Существуют три адреса, которые присваиваются отдельным узлам. Но для соединения с Internet должен быть определен один публичный IP-адрес, присвоенный провайдером.

Для того чтобы идентифицировать все узлы вашей сети с помощью публичного адреса, провайдер предоставляет сетевой диапазон (непрерывный сегмент адресного пространства IP), с которым вы можете работать.

Дата добавления: 2014-01-05