Версия 4

В современной сети Интернет используется IP четвёртой версии, также известный как IPv4. В протоколе IP этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта). При этом компьютеры в подсетях объединяются общими начальными битами адреса. Количество этих бит, общее для данной подсети, называется маской подсети (ранее использовалось деление пространства адресов по классам — A, B, C; класс сети определялся диапазоном значений старшего октета и определял число адресуемых узлов в данной сети, сейчас используется бесклассовая адресация).

Версия 6

В настоящее время вводится в эксплуатацию шестая версия протокола — IPv6, которая позволяет адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Эта версия отличается повышенной разрядностью адреса, встроенной возможностью шифрования и некоторыми другими особенностями. Переход с IPv4 на IPv6 связан с трудоёмкой работой операторов связи и производителей программного обеспечения и не может быть выполнен одномоментно. На середину 2010 года в Интернете присутствовало более 3000 сетей, работающих по протоколу IPv6. Для сравнения, на то же время в адресном пространстве IPv4 присутствовало более 320 тысяч сетей, но в IPv6 сети гораздо более крупные, нежели в IPv4.

Пакет (датаграмма)

IP-пакет — форматированный блок информации, передаваемый по вычислительной сети. Соединения вычислительных сетей, которые не поддерживают пакеты, такие как традиционные соединения типа «точка-точка» в телекоммуникациях, просто передают данные в виде последовательности байтов, символов или битов. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

• Версия — для IPv4 значение поля должно быть равно 4.

• IHL — длина заголовка IP-пакета в 32-битных словах (dword). Именно это поле указывает на начало блока данных в пакете. Минимальное корректное значение для этого поля равно 5.

• Идентификатор — значение, назначаемое отправителем пакета и предназначенное для определения корректной последовательности фрагментов при сборке датаграммы. Для фрагментированного пакета все фрагменты имеют одинаковый идентификатор.

• 3 бита флагов. Первый бит должен быть всегда равен нулю, второй бит DF (don’t fragment) определяет возможность фрагментации пакета и третий бит MF (more fragments) показывает, не является ли этот пакет последним в цепочке пакетов.

• Смещение фрагмента — значение, определяющее позицию фрагмента в потоке данных.

• Протокол — идентификатор интернет-протокола следующего уровня (см. IANA protocol numbers и RFC 1700). В IPv6 называется «Next Header».

Из IPv6 убраны вещи, усложняющие работу маршрутизаторов:

Маршрутизаторы больше не разбивают пакет на части (возможно разбиение пакета с передающей стороны). Соответственно, оптимальный MTU придётся искать через Path MTU discovery. Для лучшей работы протоколов, требовательных к потерям, минимальный MTU поднят до 1280 байтов. Информация о разбиении пакетов вынесена из основного заголовка в расширенные.

Исчезла контрольная сумма. С учётом того, что канальные (Ethernet) и транспортные (TCP) протоколы тоже проверяют корректность пакета, контрольная сумма на уровне IP воспринимается как излишняя. Тем более каждый маршрутизатор уменьшает hop limit на единицу, что в IPv4 приводило к пересчёту суммы.

Несмотря на огромный размер адреса IPv6, благодаря этим улучшениям заголовок пакета удлинился всего лишь вдвое: с 20 до 40 байт.

Улучшения IPv6 по сравнению с IPv4:

На сверхскоростных сетях возможна поддержка огромных пакетов (джамбограмм) — до 4 гигабайт;

Time to Live переименовано в Hop Limit;

Появились метки потоков и классы трафика;

Появилось многоадресное вещание;

13. Классовая и бесклассовая адресация

Классификация способов адресации по отношению к получателям сообщений:

Unicast – передача сообщения единственному адресату

Multicast – передача сообщения группе адресатов, описанных общим адресом

Broadcast – передача сообщения всем доступным адресатам, описанным общим адресом.

Адресация в TCP/IP:

• Локальные (аппаратные, физические) адреса – адресация узлов в пределах локальной сети (MAC) 00a0.173d.bc01

• Сетевые (логические, IP) адреса – однозначная идентификация узла в пределах составной сети 192.168.1.1

• Доменные имена – символьные идентификаторы узлов www.stankin.ru

IP – адрес – это уникальный идентификатор узла в пределах составной TCP/IP – сети. Он состоит из 32бита и включает в себя адрес сети и адрес узла. Это деление имеет 2 подхода – на 2 части фиксированной длинны (классовая адресация) и произвольное деление по маске подсети (бесклассовая адресация).

	1	8	9	15	16	23	24	32
Class A	0NNNNNNN		HHHHHHHH		HHHHHHHH		HHHHHHHH		0.0.0.0 – 127.255.255.255
Class B	10NNNNNN		NNNNNNNN		HHHHHHHH		HHHHHHHH		128.0.0.0 – 191.255.255.255
Class C	110NNNNN		NNNNNNNN		NNNNNNNN		HHHHHHHH		192.0.0.0 – 223.255.255.255
Class D	1110MMMM		Адрес группы multicast						224.0.0.0 – 239.255.255.255
Class E	1111XXXX		Зарезервировано						240.0.0.0 – 255.255.255.255

Бесклассовая адресация (англ. Classless Inter-Domain Routing, англ. CIDR) — метод IP-адресации, позволяющий гибко управлять пространством IP-адресов, не используя жёсткие рамки классовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать ограниченный ресурс IP-адресов, поскольку возможно применение различных масок подсетей к различным подсетям

Маска подсети – 32-битное двоичное число, использующееся в паре с IP-адресом и содержащее последовательность единиц в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как адрес сети. 1 должны идти подряд с самого начала (длина адреса сети), а далее все 0 (длина адреса узла). Адреса/маски пишутся в десятичном, двоичном и 16 ричном формате. Маски можно через дробь писать (кол-во единичек).

Общее количество адресов подсети = 2^N, общее количество узлов подсети = 2^N-2 (т.к. 2 зарезервированы как Subnet и Broadcast). N-число бит адреса узла.

Чтобы найти Subnet и Broadcast, записываем адрес в двоичном виде в соответствии с маской. В Subnet адреса узла заменяем на 0, а в Broadcast на 1.

IANA (Internet assigned numbers authority – администрация адресного пространства Интернет) – некоммерческая организация, управляющая пространствами IP-адресов, доменов верхнего уровня, а также параметры прочих протоколов Интернета.

В настоящее время ощущается острый дефицит адресного пространства. Причины тому следующие – рост количества узлов и нерациональное использование адресного пространства. Чтобы ее смягчить, можно воспользоваться следующими методами: переход на IPv6, бесклассовая междоменная маршрутизация (отказ от использования классов сетей в пользу масок подсетей), использование NAT.

адресов битов префикс класс маска

1 0 /32 255.255.255.255

2 1 /31 255.255.255.254

4 2 /30 255.255.255.252

8 3 /29 255.255.255.248

16 4 /28 255.255.255.240

32 5 /27 255.255.255.224

64 6 /26 255.255.255.192

128 7 /25 255.255.255.128

256 8 /24 1C 255.255.255.0

512 9 /23 2C 255.255.254.0

1024 10 /22 4C 255.255.252.0

211 11 /21 8C 255.255.248.0

212 12 /20 16C 255.255.240.0

213 13 /19 32C 255.255.224.0

214 14 /18 64C 255.255.192.0

215 15 /17 128C 255.255.128.0

216 16 /16 1B 255.255.0.0

217 17 /15 2B 255.254.0.0

218 18 /14 4B 255.252.0.0

219 19 /13 8B 255.248.0.0

220 20 /12 16B 255.240.0.0

221 21 /11 32B 255.224.0.0

222 22 /10 64B 255.192.0.0

223 23 /9 128B 255.128.0.0

224 24 /8 1A 255.0.0.0

225 25 /7 2A 254.0.0.0

226 26 /6 4A 252.0.0.0

227 27 /5 8A 248.0.0.0

228 28 /4 16A 240.0.0.0

229 29 /3 32A 224.0.0.0

230 30 /2 64A 192.0.0.0

231 31 /1 128A 128.0.0.0

232 32 /0 256A 0.0.0.0