4.3. Протокол ip

Протокол IP работает с заголовком, состоящим из 32-битовых слов и содержащим обычно 20 байтов (рис. 4.7). Ниже показаны поля заголовка.

Версия (4 бита) — указывает на номер версии протокола IP. В на­стоящее время в основном используется версия 4 (IPv4). В дальнейшем должен произойти переход на версию 6 (IPv6).

Длина заголовка (4 бита) — указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах (пять или более 32-битовых слов).

Тип сервиса (8 бит) — значение поля, которое определяет приори­тет пакетов и желаемый критерий выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (PRECEDENCE). Наименьший приоритет соответствует значению 0 (нормальный па­кет), значения от 1 до 4 указывают на срочность доставки пакета: чем больше значение, тем больше срочность. Остальные значения предназначены для пакетов управляющей информации. Узлы состав­ной сети могут принимать во внимание приоритет пакета и обраба­тывать более важные пакеты в первую очередь. Оставшиеся биты Поля «Типа сервиса» определяют критерий выбора маршрута. Мож- Йр Установить один из критериев, за каждым из которых закреплен один битЮ (Delay) — выбор маршрута с минимальной задержкой, Т (Throughput) — выбор маршрута с максимальной пропускной спо­собностью, R (Reliability) — выбор маршрута с максимальной надеж­ностью, С (Cost) — выбор маршрута с минимальной стоимостью. Один бит этого поля не используется.

Рис. 4.7. Заголовок IP-протокола

7		15	231 31
Версия	Длина заголовка	Тип сервиса	Общая длина
Идентификация			Флаги	Смещение сегмента
Время жизни		Протокол	Контрольная сумма заголовка
Адрес отправителя
Адрес получателя
Опции					Выравнивание

Общая длина (16 бит) — указывает на общую длину пакета в бай­тах с учетом заголовка. Максимальное значение этого поля 65 535, минимальное — 21 (заголовок без поля «Опции» и один байт в поле данных).

Идентификация, Флаги и Смещение сегмента — поля, предназна­ченные дпя фрагментации пакетов с помощью протокола IP. Эти поля нужны при переходе в сеть, в которой допустимая максимальная дли­на пакета (MTU — Maximum Transfer Unit) меньше, чем в предыду­щей сети. В этом случае в пограничном узле каждый пакет делится на несколько отдельных пакетов (фрагментация). Длина отдельного пакета не превышает допустимую максимальную длину пакета в но­вой сети. Например, необходимость в фрагментации может возник­нуть при переходе с сети FDDI, где MTU = 4096 байтов, на сеть Ethernet с MTU = 1500 байт.

Время жизни (8 бит) — указывает на предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни пакета измеряется в секундах и задается в пункте отправления средствами протокола IP. В узлах сети по истечении каждой секунды, число, за­писанное в этом поле, уменьшается на единицу. Такое же действие может происходить при каждой транзитной передаче. Когда число становится равным нулю, узел сети удаляет пакет и может послать терминальному оборудованию соответствующее ICMP-сообщение. Контроль над временем жизни предотвращает зацикливание паке­тов в сети.

Протокол (8 бит) — указывает на то, с применением какого протокола должен быть передан пакет. К таким протоколам в част­ности относятся: TCP, UDP, ICMP, OSPF, RSVP.

Контрольная сумма заголовка (16 бит) — служит для определения битовых ошибок в заголовке пакета. Эта сумма подсчитывается как дополнение к сумме всех 16-битовых слов заголовка. При подсчете поле «Контрольной суммы» заполняется нулями. В каждом узле кон­трольная сумма подсчитывается заново, поскольку как минимум меняется число, записываемое в поле «Время жизни». При обнару­жении битовых ошибок пакет удаляется из сети.

Адрес отправителя — IP-адрес узла отправителя (источника) па­кета.

Адрес получателя — IP-адрес узла получателя (получателя) па­кета.

Опции — необязательное поле переменной длины, которое чаще всего используется при отладке сети. Оно может быть использовано для установки точного маршрута прохождения пакета, регистрации маршрутизаторов через которые прошел пакет, записи временнь1х меток и других функций.

Выравнивание — дополняет нулями биты, оставшиеся от поля «Оп­ции», для доведения последнего слова заголовка до 32 битов.

Рассмотрим принцип маршрутизации, выполняемой протоколом IP.

Процесс маршрутизации состоит в выборе следующего узла сети, которому следует передать пакет, на основании IP-адреса назначе­ния. С этой целью узел использует⁴ таблицу маршрутизации, в кото­рой каждая строка соответствует одному из маршрутов. В каждой строке записывается адрес сети назначения и адрес следующего узла, а также иная дополнительная информация.

В качестве примера рассмотрим посылку пакетов от компьютера А к компьютеру В, включенных в две сети Ethernet, связанных между собой маршрутизатором (рис. 4.8).

сетях Ethernet используется IP-адресация класса С. IP- адреса назначаются: сетям, компьютерам и портам маршрутизато­ра. Внутри каждой сети действует локальная адресация — МАС-адресация.

Для соединения с компьютером В пользователь компьютера А может использовать символьное имя: Host5.campus.pgups.ru или IP-адрес: 221.36.41.55. В первом случае компьютер А должен найти в своей памяти соответствие символьному имени IP-адреса. Если та­кого соответствия нет, то компьютер А должен обратиться за IP-ад­ресом к DNS-серверу (на рисунке не показан). Предположим, что компьютеру А известен IP-адрес пункта назначения.

Компьютер А по адресу 221.36.41.55 определяет, что соединение должно быть вне сети 1, и пакеты надо направлять к маршрутиза­тору. Чтобы направлять пакеты к маршрутизатору, надо еще знать МАС-адрес порта 1 — МЛС_И. Компьютер А обращается к своей ARP-таблице и считывает из нее МАСц (если в ARP-таблице таких данных нет, то компьютер А делает запрос к ARP-серверу).

Теперь компьютер А формирует кадр Ethernet, состоящий из Ethernet-заголовка и IP-пакета. В Ethernet-заголовок вставляется МАС-адрес МАСц, а в заголовок IP-пакета — IP-адрес 221.36.41.55. Порт 1 маршрутизатора принимает кадр и по МАСц определяет, что кадр предназначен для него. Протокол Ethernet извлекает из этого кадра IP-пакет и передает его протоколу IP, который извлекает из него IP-адрес 221.36.41.55. Происходит обращение ктаблице марш­рутизации, в которой находится строка с адресом сети 2 (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Адрес сети назначения	Адрес следующего узла (маршрутизатора)	Порт следующего узла (маршрутизатора)
221.36.41.0	221.36.41.1	2

По адресу 221.36.41.0 определяется, что пакеты, предназначен­ные для сети 2, надо передавать узлу 221.36.41.1 на порт 2, входящий также в маршрутизатор 1.

Маршрутизатор 1 определяет, что порт 2 включен в сеть Ethernet и, следовательно, нужно знать МАС-адрес узла в этой сети (в рас­сматриваемом примере — компьютера В). Для этого он обращается к своей таблице ARP и по адресу 221.36.41.55 находит МАС₂₂.

Затем маршрутизатор 1 формирует кадр Ethernet, в Ethernet-заго­ловке которого записан МАС₂₂, а в заголовке IP-пакета — IP-адрес 221.36.41.55. Кадр принимается узлами сети 2 и компьютер В обна­руживает свой МАС-адрес и производит его дальнейшую обработку.