Структура ip пакета
Рассмотрим структуру IP пакета (Рис.22):
Рис.22
Ver – Версия протокола, используется версия №4 (вскоре будет осуществляться переход на 6 версию);
IHL (IP header length) – длина заголовка IP-пакета. Единица в IHL – 32-битное слово (4 байта). Поле состоит из 4-х бит, следовательно, максимальная длина заголовка IP равна 64 байта;
ToS (Type of Service) – тип сервиса. Первые 3 бита образуют подполе приоритета, 4-й бит TOS должен быть равен 0. Остальные 4 бита TOS:
минимизация задержки
максимизация пропускной способности
максимизация надежности доставки
минимизация стоимости
Только 1 из этих 4 бит может быть 1
TPL (Total Packet Length) – полная длина пакета в байтах. Максимальная длина IP пакета 65535 байт.
IDENTIFICATION – это поле используется когда IP нуждается в фрагментации дейтаграммы, тогда каждый IP-пакет несёт в себе идентификационный номер фрагментированной дейтаграммы. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение данного поля, тогда дейтаграмма может быть дефрагментирована польностью.
Флаги
DF (Do not Fragment) – не фрагментировать. Устанавливается, когда IP-пакет нельзя фрагментировать
LF (Last Fragment) – последний фрагмент. Устанавливается, когда это последний пакет в серии фрагментированных пакетов.
TTL (time-to-live) – время жизни. Время жизни пакета в секундах. Это время уменьшается на количество секунд задержки в каждом маршрутизаторе или на 1 при любом переходе через маршрутизатор. Поле TTL введено для устранения бесконечного блуждания пакетов по сети (например, в случае неправильной конфигурации маршрутизаторов и возникновения логических колец). Когда поле становится равным 0 дейтаграмма уничтожается маршрутизатором и ICMP сообщение посылается отправителю.
PROTOCOL – поле указывает какому протоколу верхнего уровня принадлежит информация в поле данных пакета.
HEADER CHECKSUM – контрольная сумма, рассчитывается только по заголовку.
SOURCE и DESTINATION – IP адреса отправителя и получателя.
OPTIONS (+padding) – поле переменной длины для различных опций. Часть из них мы обсудим позже. В конце поля OPTIONS должно быть добавлено несколько байт для выравнивания заголовка пакета по 32х битной границе.
DATA – поле данных
Протокол arp, rarp
ARP (Address Resolution Protocol) – протокол соответствия адреса.
RARP (Reverse Address Resolution Protocol) – обратный протокол соответствия адреса
IP адреса имеют какое-либо значение только в семействе протоколов TCP/IP. Канальные уровни, такие как Ethernet или Token ring, имеют собственную схему адресации (в основном 48-битные адреса); сетевые уровни, в свою очередь, используют эти канальные уровни. Сеть Ethernet, может быть использована различными сетевыми уровнями в одно и то же время. Компьютеры, использующие разные сетевые протоколы могут находиться на одном и том же физическом кабеле.
Когда кадр Ethernet отправляется от одного хоста по локальной сети к другому, по его 48-битному MAC-адресу определяется, к какому интерфейсу он должен быть доставлен. Драйвер сетевой платы никогда не смотрит на IP-адрес назначения в IP пакете.
Другими словами возникает необходимость установить соответствие между двумя различными формами адресов: 32-битными IP адресами и каким-либо типом адресов канального уровня.
На Рис.23 показаны два протокола: протокол определения адреса (ARP - Address Resolution Rrotocol) и обратный протокол определения адреса (RARP - Reverse Address Resolution Protocol).
Рис.23
ARP предоставляет динамическое сопоставление IP адресов и соответствующих аппаратных адресов (MAC-адресов). Мы используем термин динамическое, так как это происходит автоматически и обычно не зависит от используемых прикладных программ или воли системного администратора.
RARP, в основном, используется системами без жестких дисков (бездисковые рабочие станции или X-терминалы), однако здесь требуется ручная конфигурация с участием системного администратора.
Рассмотрим пример (Рис.24):
Рис.24
TCP посылает запрос на установление соединения удаленному хосту, посылая IP пакеты по указанному IP адресу (Send IP datagram to IP address).
Если хост назначения подключен к сети (Ethernet, Token Ring, или к другому концу канала точка-точка), IP пакет может быть послан непосредственно хосту. Если хост назначения находится в удаленной сети, хост определяет IP адрес непосредственно подключенного маршрутизатора следующей пересылки, чтобы послать туда IP пакет. В обоих случаях IP пакет посылается либо хосту, либо маршрутизатору, подключенному непосредственно к данной сети.
Если используется локальный сегмент Ethernet, посылающий хост должен конвертировать 32-битный адрес в 48-битный Ethernet адрес. Или другими словами, осуществить преобразование из логического IP адреса в соответствующий физический аппаратный адрес. Этим занимается ARP. ARP работает в широковещательных сетях, где много хостов или маршрутизаторов подключено к одной и той же сети.
ARP посылает фрейм Ethernet (Resolve IP address to hardware address), который называется ARP запрос (ARP request), каждому хосту в сети (используетсмя широковещательный MAC-адрес). На Рис.24 широковещательный запрос показан пунктирными линиями. ARP запрос содержит IP адрес хоста назначения и запрос "если Вы владелец этого IP адреса, пожалуйста, сообщите мне Ваш аппаратный адрес".
Хост назначения (Send ARP reply) на ARP уровне получает этот широковещательный запрос, определяет, что отправитель спрашивает именно его IP адрес, и отвечает на него ARP откликом (ARP reply). Этот отклик содержит IP адрес и соответствующий аппаратный адрес.
ARP отклик принимается, и IP пакет, из-за которой начался обмен ARP запрос - ARP отклик, может быть послана. IP пакет отправляется на хост назначения
Фундаментальная концепция, заложенная в ARP, заключается в следующем. Сетевой интерфейс имеет аппаратный адрес (48-битное значение для Ethernet или Token ring). Кадры, которыми обмениваются на аппаратном уровне, должны адресоваться к корректному интерфейсу. Однако TCP/IP использует собственную схему адресации: 32-битные IP адреса. Знание IP адреса хоста не позволяет ядру послать пакет этому хосту. Драйвер Ethernet должен знать аппаратный адрес пункта назначения, чтобы послать туда данные. В задачу ARP входит обеспечение динамического соответствия между 32-битными IP адресами и аппаратными адресами, используемыми различными сетевыми технологиями.
Каналы точка-точка не используют ARP. Когда эти каналы конфигурируются (обычно во время загрузки), ядру необходимо сказать IP адрес для каждого конца канала. Аппаратные адреса, такие как Ethernet адреса, в данном случае не используются.