Структура ip-адреса

IP-адрес состоит из 2-х логических частей:

Номер подсети (ID подсети)

Номер узла (ID узла)

При передаче из одной сети в другую используется номер подсети. Когда пакет попал в нужную сеть, используется номер узла.

По числу разрядов, отводимых для представления номера узла можно вычислить общее количество узлов: если под номер узла отводится N бит, то количество узлов в подсети 2^N – 2. Все 0 и все 1 зарезервирован.

Для определения количества бит, выделяемых под номер подсети и номер узла:

1. Классический способ – с помощью классов

2. С помощью масок

В обоих способах есть общее правило – под номер подсети все отводится несколько первых бит IP-адреса. Оставшиеся бит – номер узла.

Классы IP-адресов

Существует 5 классов IP-адресов. Они описаны в RFC791, за принадлежность к тому или иному классу отвечают первые биты IP-адресов. Адреса класса А – начинаются с 0, под номер подсети отводится 1 байт, соответственно 3 байта под номер узла. Наименьший номер подсети 1.0.0.0., наибольший – 126.0.0.0., наибольший адрес узла 2^24-2

В – с 10, 2 байта под номер подсети, 2 байта под номер узла. Минимальный адрес подсети 126.0.0.0. Максимальный – 191.255.0.0. Узел 2^16-2

С – с 110, 132.0.0.0 – 255.255.255.0 Узлы 2^8-2

D – с 1110, Мультикастовые адреса – групповые адреса.

E – 11110, изначально зарезервированы, но вряд ли когда-либо будут использованы.

Применение таких классов было эффективно в начале развития сетей вообще и IP-адресации в частности. В начале 90-х, с увеличением подсетей, начала ощущаться нехватка IP-адресов.

Выходов нашли 2 – использование масок или использование другой схемы адресации. Но новая адресация – новый протокол, а IP-протокол 4 слишком прижился.

Выбрали маски. Это решило проблему деления на подсети на своей уровне.

Маска подсети – это число, которое определяет количество бит, выделяемых для идентификатора подсетей. Для стандартных классов маски вполне очевидны:

255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

Это стандартный вид запись

Либо же число бит, выделяемых для записи идентификатора подсети. Например – якобы сеть класса А – 17.239.28.7. Если подписать маску 255.255.128.0 – то выйдет новый, промежуточный класс, где под маску под сети выделено количество бит – 17.

Или же - 17.239.28.7/17

Основы ip 6 версии

Недостатки IP 4 версии

1. Плохая масштабируемость, заключающаяся в малом количестве адресов и в чрезмерном росте таблиц маршрутизации, что уменьшает производительность соответствующих систем. Для крупных организаций переход от 1 провайдера к другому требует перестройки всей внутренней системы адресов, что является непростой задачей. IP пакеты сложны в обработке, в следствие переменной длины заголовка и наличия полей, требующих пересчета. Это особенно критично на гигабитных каналах, то есть на магистралях.

2. Отсутствие поддержки на уровне протокола некоторых обязательных механизмов:

• Отсутствие классов обслуживания

• Отсутствие механизмов информационной безопасности

Наличие этих 2-х недостатков привело к потребности в новом протоколе. К нему были сформулированы следующие требования:

1. Полная спецификация

2. Простота архитектуры

3. Расширяемость

4. Топологическая гибкость

5. Быстродействие

6. Надежность

7. Независимость от среды передачи

8. Простота конфигурации

9. Поддержка информационной безопасности

10. Поддержка широковещательной передачи

11. Поддержка классов обслуживания

12. Поддержка туннелирования пакетов

Существовало много разных версий технических разработок, но к концу 93 основных осталось 3:

1. CATNIP – Common Architecture for the Internet

2. TUBA – The TCP/UDP Over CLNP – Addressed Networks

3. SIPP – Simple Internet Protocol Plus – развитие IP протокола 4 версии, в который добавлена новая система адресации и тп. Этот протокол и получил развитие

Главный минус SIPP – 64 разрядность. В этот протокол добавили 128 разрядный адрес и назвали IP6.

Адресация в IP v6

Главная цель изменения системы адресации – не физическое увеличение разрядности, а увеличение количества уровней иерархии в адресе. Если в IP 4 всего 2 уровня иерархии (номер сети и номер узла), то в IP 6 есть 5 уровней иерархии: 2 уровня на провайдера и 3 уровня на абонента:

1. 010

2. Идентификатор провайдера

3. Идентификатор абонента

4. Идентификатор сети

5. Идентификатор узла

В чем плюсы: предполагается, что идентификатор узла - MAC-адрес абонента. При такой схеме адресации вводится без классовая технология адресации. Вместо классов каждому провайдеру присваивается диапазон адресов. Адреса всех абонентов одного и того же провайдера имеют одинаковый префикс. Это позволяет, помимо прочего, уменьшить размер таблиц маршрутизации, особенно в магистральных маршрутизаторах.

Типы адресов

1. Unicast – индивидуальный адрес, определяет отдельный узел в сети или отдельный порт маршрутизатора. Эти адреса делятся на подклассы: Global – основной тип адресов; Link и Site – локальные, идентификатор провайдера равен 0, позволяет подключать готовую сеть к интернету путем добавления адреса провайдера; Compatible – используются для совместимости с IP сетями 4 версии, у этих адресов младшие 4 байта – адреса 4 версии, остальное - 0.

2. Multicast – один ко многим. Пакет или копии должны быть доставлены каждому узлу из набора, имеющего один и тот же адрес.

3. Anycast – пакет должен быть доставлен любому, но лучше ближнему узлу из некоторого набора.

Формат заголовка IP 6 версии

Главная цель изменения формата заголовка – уменьшение объема служебной информации, передаваемой с каждым пакетом.

Для этого вводятся понятия основного и дополнительного заголовков. Основной заголовок присутствует всегда, а дополнительные заголовки являются опциональными.

Основной заголовок имеет фиксированную длину и фиксированную структуру, тогда как дополнительные заголовки могут менять свой размер.

1. Версия – 4 бита

2. Приоритет или класс трафика – 8 бит – используется как отправителем, так и промежуточными маршрутизаторами.

3. Метка потока – 20 бит – используется наряду с приоритетом для организации классов обслуживания

4. Длина – 16 бит, но не заголовка, а содержимого пакета в байтах (того, что следует за заголовком)

5. Следующий заголовок – 8 бит – по значению он соответствует полю протокол в IP 4 и определяет тип заголовка, который следует за основным. Каждый дополнительный заголовок так же содержит такое поле. Если дополнительных заголовков в этом пакете нет, то в этом поле содержится значение, закрепленное за протоколами транспортного уровня в стандарте IP 4 версии

6. Лимит переходов – 8 бит, по смыслу похоже на поле TTL в IP 4, каждый маршрутизатор уменьшает значение поля на 1

7. Адрес источника и адрес приемника по 128 бит.

Основной заголовок занимает 40 байт

Существует несколько типов дополнительных заголовков:

1. Routing– используется для указания полного маршрута при маршрутизации от источника

2. Fragmentation – вся фрагментация и дефрагментация производится в конечный узлах.

3. Autentification – содержит информацию для аутентификации конечных узлов и обеспечения целостности IP-пакетов

4. Encapsulation – инкапсуляция, содержит информацию, необходимую для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных путем шифрации и дешифрации

5. Destination options – содержит дополнительную информацию для узла назначения

Маршрутизаторы обрабатывают только основной заголовок, дополнительные заголовки как правило обрабатываются в конечных узлах.

Повышение пропускной способности сети

Может реализовываться в 2-х основных направлениях:

1. Повышение пропускной способности физических каналов

2. Повышение пропускной способности маршрутизаторов, особенно магистральных:

• Перенесение функций фрагментации с маршрутизаторов на конечные узлы, которые должны найти минимальный размер максимально допустимого пакета вдоль всего пути следования этого пакета. Для этого маршрутизаторы не выполняют фрагментацию пакетов, а только посылают сообщения протокола ISMP слишком длинный пакет узлу отправителя, который должен уменьшить размер пакета.

• Уменьшение размера маршрутных таблиц, следовательно, уменьшение времени их просмотра и времени обновления. Кроме того уменьшается служебный трафик, создаваемый протоколами маршрутизации.

• Снижение так называемых накладных расходов, то есть уменьшение размера обязательного заголовка и отказ от обработки опциональных параметров

• Использование в качестве номера узла его MAC-адреса, что избавляет маршрутизаторы от необходимости использовать ARP пакеты.

Качество обслуживания

Для поддержки качества обслуживания в протоколе IP 6 введено понятие метка потока, которая указывает на принадлежность данного пакета к некоторому потоку, для которого требуется обеспечить определенные параметры обслуживания. Потоки обрабатываются маршрутизаторами на основе метки потока и идентификатора источника, что позволяет каждому источнику локально назначать значение метки. Для того, чтобы конечные узлы могли сообщить маршрутизаторам сети их потребности в качестве обслуживания своих потоков, необходим дополнительный протокол, которым является протокол RSVP.