6 Формат протокола Ipv4, назначение всех его полей, адресация.

В Интернет используется много различных типов пакетов, но один из основных – IP-пакет. IP-протокол предлагает ненадежную транспортную среду ( не существует гарантии благополучной доставки IP-дейтограммы) Алгоритм доставки прост: при ошибке дейтограмма выбрасывается, а отправителю посылается соответствующее ICMP-сообщение (или не посылается ничего). Обеспечение же надежности возлагается на более высокий уровень (UDP или TCP). Формат IP-пакетов показан на рис

Поле «Версия» характеризует версию IP-протокола (например, 4 или 6). Формат пакета определяется программой и, вообще говоря, может быть разным для разных значений поля версия. Только размер и положение этого поля незыблемы.

HLEN Длина заголовка, измеряемая в 32-разрядных словах, обычно содержит 20 октетов (HLEN=5, без опций и заполнителя).

Тип сервиса – характеризует то, как должна обрабатываться дейтаграмма. Поле делится на 6 полей:

Поле «полная длина» определяет полную длину IP-дейтограммы (до 65535 октетов), включая заголовок и данные.

Одно-октетное поле (TOS) характеризует то, как должна обрабатываться дейтограмма. Это поле делится на 6 субполей

поле Приоритет позволяет присвоить код приоритета каждой дейтаграмме (это поле используется не всегда).

0 – обычный уровень приоритета

1 – приоритетный

2 – отправить немедленно

3 – срочный

биты D, T, R, C – характеризуют положение относительно способа доставки дейтаграммы

если T=1, характеризует высокую пропускную способность

R=1 – высокая надежность

C=1 – низкая стоимость

D=1 – требует минимальной задержки

Данные запросы учитываются при выборе маршрута протоколом OSPF

Идентификатор, флаги (3 бита) и указатель фрагмента. Поля управляют процессом фрагментации и последующей "сборки" дейтограммы. Идентификатор представляет собой уникальный код дейтограммы, позволяющий идентифицировать принадлежность фрагментов и исключить ошибки при "сборке" дейтограмм. Бит 0 поля «флаги» является резервным, бит 1 служит для управления фрагментацией пакетов (0 – фрагментация разрешена; 1 – запрещена), бит 2 определяет, является ли данный фрагмент последним (0 – последний фрагмент; 1 – следует ожидать продолжения).

Время жизни (TTL - Time To Life). Задает время жизни дейтограммы в секундах, то есть предельно допустимое время пребывания дейтограммы в системе. При каждой обработке дейтограммы, например в маршрутизаторе, это время уменьшается в соответствии со временем пребывания в данном устройстве или согласно протоколу обработки. Если TTL=0, дейтограмма из системы удаляется.

Поле Протокол – идентифицирует протокол верхнего уровня UDP, TCP. Здесь устанавливается сам код протокола.

Поле «Контрольная сумма заголовка» обеспечивает контроль ошибок в заголовке вычисляется с использованием операций сложения 16-разрядных слов заголовка по модулю 1. Сама контрольная сумма является дополнением по модулю один полученного результата сложения. Обратите внимание, здесь осуществляется контрольное суммирование заголовка, а не всей дейтограммы.

Поле «Опции» не обязательно присутствует в каждой дейтограмме. Размер поля опции зависит от того, какие опции применены. Если используется несколько опций, они записываются подряд без каких-либо разделителей. Каждая опция содержит один октет кода опции, за которым может следовать октет длины и серия октетов данных. Если место, занятое опциями, не кратно 4 октетам, используется заполнитель.

IP-адрес представляет собой уникальную четырех октетную (32-битовую) величину, выраженную в десятичных числах, разделенных точками в форме W.X.Y.Z, где точки используются для разделения октетов (например, 10.0.0.1). Поле адреса размером 32 бита состоит из двух частей: адрес сети или связи (который представляет собой сетевую часть адреса) и адрес хоста (идентифицирующий хост в сетевом сегменте). Разграничение сетей по количеству хостов в них традиционно осуществляется на основе так называемых классов IP-адресов. Сегодня существует 5 классов IP-адресов (три из которых используются для уникальной адресации сетей и хостов): A, B, C, D и E.

Только адреса классов А, В и С могут использоваться как уникальные. Адреса класса D применяются для обращения к набору узлов, а адреса класса Е зарезервированы для исследовательских целей и в настоящее время не используются. Несколько адресов во всех классах зарезервированы для специальных целей.

IP V.6 представляет собой новую версию протокола сети Internet.

Поле Приоритет или класс трафика – содержит информацию для поддержки с сетью различных классов обслуживания (приоритетов).

Метка потока – позволяет выделять и особым образом обрабатывать отдельные потоки данных без необходимости анализировать содержимое пакета. Это очень важно для снижения нагрузки на маршрутизаторы.

Размер поля данных – 16-битовое число несет в себе код длины данных в октетах, которое следует сразу же после заголовка пакета. Если код равен 0, то длина поля данных записывается в поле данных jumbo, которое в свою очередь хранится в зоне опций.

Следующий заголовок определяет тип заголовка следующего за основным (является аналогом поля протокол). Каждый следующий заголовок также содержит поле «Следующий заголовок». Если дополнительные заголовки отсутствуют, то это поле содержит значение, присвоенное одному из протоколов (TCP, UDP, OSPF), которые используются для переноса полезной нагрузки данной дейтаграммы.

Предельное число шагов уменьшается на единицу в каждом узле, через который проходит пакет. При предельном числе шагов = 0 пакет удаляется.

АО = 128 бит

АП = 128 бит

С учетом роста количества узлов сети Интернет, изменения характеристик трафика и ужесточение требований к качеству обслуживания, привело к внедрению новых протоколов в рамках стека TCP/IP

RSVP – резервирование ресурсов

MPLS – мультипротокол (многопротокольная коммутация по меткам)

Основной причиной появления этих протоколов - нехватка адресного пространства, что и потребовало изменения формата адреса, а также недостаточная масштабируемость процедуры маршрутизации в сети IP, перегрузка таблицы маршрутизации в маршрутизаторах за счет роста в сети.

Поэтому был создан протокол IP V.6, с помощью которого создали расширенную схему адресации, улучшили масштабируемость сети за счет сохранения функций магистральных маршрутизаторов и улучшили защиту данных.

Адреса класса А. Сети класса А определяются значением 0 самого старшего (левого) бита в адресе. Первый октет (биты с 0 по 7), начинаются с левого бита в адресе. Этот октет определяет количество подсетей сети, в то время как оставшиеся три октета (биты с 8 по 31) представляют количество хостов в сети. Возьмем для примера адрес в сети класса А 124.0.0.1. Здесь 124.0.0.0 представляет собой адрес сети, а единица в конце адреса обозначает первый хост в этой сети. В результате такого представления (рисунок 35) в сетях класса А можно адресовать 128 (2⁷) подсетей

После определения в сети, первый и последний адреса хостов в ней выполняют специальные функции. Так, первый адрес 124.0.0.0 (из приведенного выше примера) используется в качестве адреса сети, а последний адрес (124.255.255.255) представляет собой широковещательный адрес для этой сети. Таким образом, с помощью адресов класса А можно представить только 16777214 (2¹⁶-1) хостов в каждой сети.

Адреса класса B. Сети класса В определяются значениями 1 и 0 в старших битах адреса. Первые два октета в адресе (биты с 0 по 15) служат для представления адресов сетей, а оставшиеся два октета представляют номера хостов в этих сетях. В результате мы получим 16384 (2¹⁴) адреса сетей с 65534 (2¹⁶-2) хостов в каждой (рисунок 36). Так, например, в адресе класса В 172.16.0.1, адрес сети - 172.16.0.0, 1 - номер хоста

Адреса класса C. Сети класса С определяются значениями 1, 1 и 0 старших битов в адресе. Первые три октета (биты с 0 по 23) используются для представления номеров сетей, а последний октет (биты с 24 по 31) представляет собой номера хостов в сети. Таким образом, получаем 2097152 (221) сетей, в каждой из которых находится 254 (28-2) хоста (рисунок 37). Для примера возьмем адрес в сети класса С 192.11.1.1, где 192.11.1.0 представляет собой адрес сети, а номер хоста в сети - 1.

Адреса класса D. Сети класса D определяются значениями 1, 1, 1 и 0 в первых четырех битах IP - адреса. Адресное пространство класса D зарезервировано для представления групповых IP - адресов, которые используются для адресации набора узлов. Это означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле адреса.

Адреса класса E. Сети класса E определяются значениями 1, 1, 1 и 1 в старших четырех битах IP - адреса. В настоящее время адреса этого диапазона не используются. Они зарезервированы для экспериментальных целей.

Адресация подсетей. Как и номера хост–машин в сетях класса A, класса B и класса C, адреса подсетей задаются локально Обычно это выполняет сетевой администратор. Так же, как и другие IP - адреса, каждый адрес подсети является уникальным. Использование подсети никак не отражается на том, как внешний мир видит эту сеть, но в пределах организации подсети рассматриваются как дополнительные структуры

Адресация

В протоколе IP V.6, увеличив количество бит в адресе, изменили модель адресации. Адрес записывается в 16-ном коде, при чем каждые 4 цифры отделяются друг от друга двоеточием. Например, FDCA:7565:DFAB:3240:2567:ABCD:7721:1080 (unicast)

FDCA:0:0:0:0:7721:1080:7722 FDCA:0:0:0:0:0:0:7722

FDCA::7721:1080:7722 FDCA::7722

Типы адресов для ip v.6:

1. unicast

2. multicast

3. anycast

Типы адресов определяются содержимым нескольких старших битов адреса, которые получили название префикса формата.

1. адрес unicast – уникальный идентификатор сетевого интерфейса рабочей станции или маршрутизатора и по смыслу полностью совпадает с уникальным адресом ip v.4, но в 6-ой версии отсутствует понятие класса сети и отсюда фиксированное разбиение адреса на адрес сети и адрес узла по границам байта

2. адрес multicast – групповой адрес для многоадресной рассылки. Он характеризуется префиксом формата 11111111 и идентифицирует группу интерфейсов относящимся к разным рабочим станциям.

3. anycast – новый тип адреса, определяет как и multicast, группу интерфейсов, но пакет с таким адресом доставляется не всем членам группы, а одному, как правило, ближайшему, с точки зрения маршрутизатора, интерфейсу. Этот адрес может быть присвоен только сетевым интерфейсам маршрутизатора.

Интерфейсам маршрутизатора обычно присваиваются индивидуальные unicast адреса и общие anycast адреса. Адрес anycast ориентирован на определенный маршрут узлом-отправителем.

В рамках систем адресаций IP v.6 имеет также выделенные пространства адресов для локального использования, т.е. для сетей не входящих в Интернет. Существует 2 разновидности локальных адресов: для плоских сетей (неразделенных на подсети) и разделенные на подсети.

F F01:0:0:0:0:0:0:43 FF01::43 (форма записи multicast)

0 :0:0:0:0:0:0:1 ::1 (адрес обратной связи)

0 :0:0:0:0:0:0:0 :: (не специфицированный адрес)