Сетевой протокол IP

Протокол IP-дейтаграммный сетевой протокол без установления соединения. В дейтаграммных протоколах сообщение разбивается на дейтаграммы. Дейтаграммапакет, передаваемый независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что требует дополнительных операций по сборке сообщения из дейтаграмм в узле получателя. На внутренних участках маршрута контроль правильности передачи не предусмотрен и надежность связи обеспечивается лишь контролем в оконечном узле.

Функции протокола IP: фрагментация и сборка пакетов при прохождении через промежуточные сети, имеющие другие протоколы; маршрутизация; проверка контрольной суммы заголовка пакета (правильность передачи всего пакета проверяется на транспортном уровне, т. е. с помощью ТСР, в оконечном узле); управление потокомсброс дейтаграмм при превышении заданного времени жизни.

Структура дейтаграммы в IP (в скобках указано число битов):

~версия протокола IP (4)(сейчас практически используется четвёртая IPv4 и шестая IPv6 версия);

~длинна заголовка (4), т. е. Число 32-битных слов в заголовке;

~тип сервиса (8), включает трёхбитное поле приоритета пакета (большее значение кода означает больший приоритет) и четыре признака, соответствующие требованиям к задержке, пропускной способности, надёжности и стоимости передачи пакета, лишь один из этих признаков может быть равен единицы, т. е., активизирован;

~общая длина (16) информационной части пакета в байтах;

~идентификация (16) — порядковый номер дейтаграммы, он используется, если из-за особенностей промежуточных сетей при маршрутизации требуется разделение дейтаграммы на несколько частей, тогда номер дейтаграммы идентифицирует принадлежность фрагмента к определённой дейтаграмме;

~место фрагмента в дейтаграмме (16), т. е., номер фрагмента, который используется при восстановлении дейтаграммы из фрагментов;

~время жизни дейтаграммы в сети (8);

~тип протокола (8), который должен использоваться на транспортном уровне для обработки инкапсулированного сегмента (ТСР, UDP и т. п.).

~контрольный код CRC заголовка (16) ;

~адрес источника (32);

~адрес назначения (32);

~опции (32);

~данные (не более 65 536 байт).

Приведённая структура заголовка соответствует версии IPv4. К недостаткам этой версии относятся-32-битный размер адреса. Действительно, 32бит соответствуют 2^32`= 4,3 млрд адресов, а это в связи с бурным ростом числа компьютеров в Internet уже вызывает затруднения с распределением адресного пространства. Поэтому разработана и постепенно вводится в действие версия IPv6, в которой применена другая структура заголовка и адресации. Как частный случай, в структуре IPv6 -можно разместить Ipv4-адрес, т. е. Сети с протоколами этих версий могут работать совместно. Пока большинство доменов Internet работает по протоколу Ipv4.

С помощью 16 битов в поле «Общая длина пакета» можно указать длину не более чем в 65 536 байт. Однако реальные длины пакетов обычно заметно меньше, во избежании их дробления (фрагментации) рекомендуется формировать пакеты длиной не более 576 байт.

Всего в IPv4-сети одновременно может быть 2¹⁶~65 тыс. дейтаграмм сообщения с разными идентификаторами, т. е. За период времени, равный времени жизни дейтаграммы, может быть передано не более 2¹⁶ дейтаграмм. Это один из факторов, ограничивающих пропускную способность сетей с протоколом IP. Действительно, при времени жизни 120 с предельная скорость составляет 2¹⁶/120=546 дейтаграмм в секунду, что при размере дейтаграммы до 65 тыс. байт даёт ограничение скорости приблизительно в 300Мбит/с, но при длине пакетов в 576 байт предельная скорость снижается до 2,4Мбит/с.

В промежуточных сетях пакеты могут делиться на несколько фрагментов в соответствии с протоколами этих сетей. Идентификация нужна для определения принадлежности фрагмента определённой дейтаграмме. Фрагменты различаются своими номерами, а дейтаграммыидентификаторами. Для идентификации необходимо использовать уникальные идентификаторы пакетов. Другими словами, для разных пакетов (характеризующихся адресами получателя и отправителя и типов протокола) в сети не должно быть одинаковых идентификаторов, пока не истечет время жизни последнего пакета предыдущего сообщения.

Время жизни может измерятся как в единицах времени Т, так и в хопах Р (число пройденных маршрутизаторов). В первом случае контроль ведется по записанному в заголовке значению Т, которое уменьшается на единицу каждую секунду. Во втором случае каждый маршрутизатор уменьшает число Р, записанное в поле «Время жизни», на единицу. При Т=0 или при Р=0 дейтаграмма сбрасывается.

Поле «Тип протокола» определяет структуру данных в дейтаграмме. Примерами протоколов могут служить ТСР, UDP, ICMP и т. п. После доставки по адресу этот признак позволит определить, какой сервер должен обрабатывать поступивший пакет.

Поле «Опции» в настоящие время рассматривается как резервное.

В соответствии с протоколом IP в маршрутизаторах производятся следующие действия. Сначала проверяется поле «время жизни» и, если оно равно нулю, то дейтаграмма ликвидируется. Далее по таблице маршрутизации устанавливается IP-адрес следующего маршрутизатора. Затем этот адрес переводится в МАС-адрес по ARP-таблице. Далее пакет посылается по МАС-адресу к следующему маршрутизатору.