Понятие IP-адреса

Изучение протокола IP. Адресация, маршрутизация.

Модель предполагает наличие на каждом узле IP-модуля, который обеспечивает адресацию и, при необходимости, маршрутизацию и фрагментацию.

IP-модуль содержит в себе несколько протоколов: IP, ICMP, ARP, RARP и другие, основным из них является IP-протокол. Передача пакетов происходит от одного IP-модуля к другому, пока она не достигнет получателя. Для передачи IP-пакетов между сетями используется специальное устройство, име­ющее несколько сетевых интерфейсов — «gateway» или шлюз сетевого уровня.

Протокол IP использует адреса, заданные в заголовке для доставки пакета от отправителя до получателя. Маршрутизация - задача выбора пути. Каждый пакет обрабатывается независимо от остальных, протокол IP не ориентирован на соединение и не гарантирует доставки пакета получателю. Возможно лишь обнаружение ошибок, связанных с работой протокола IP, которое обеспечивается с помощью протокола ICMP.

Понятие IP-адреса

Каждое устройство, подключённое к сети TCP/IP, должно иметь уникальный адрес, называемый также IP-адресом. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками.

Например:

193.233.24.4 - традиционная десятичная форма представления адреса, 11000001 11101001 00011000 00000100 - двоичная форма представления этого же адреса.

IP-адрес состоит из 2-х частей: адреса сети и адреса узла. Узлы, принадлежащие одной сети, могут связываться друг с другом благодаря одному и тому же адресу сети. Для того, чтобы указать какая часть адреса является адресом сети, используется маска. Она имеет длину 32 бита, единичные биты указывают на адрес сети, нулевые - на адрес узла.
Стандартная маска для сети класса С:

Или в десятичном выражении 255.255.255.0
Следовательно, присваивая узлу адрес, необходимо указать и маску для задания адреса сети, к которой принадлежит узел.
193.233.24.40
255.255.255.0

Деление сетей на подсети выполняется путём изменения маски. Маска сети показывает, какая часть IP-адреса является адресом сети. Удлиняя или укорачивая маску, можно ре­гулировать количество бит в адресе сети.
Например, для рассмотренной выше стандартной сети класса С:
Стандартная маска для сети класса C:

Количество узлов в такой сети - 254.
«Удлиним» маску, добавив ещё несколько единиц следующим образом:

Получившаяся маска подсети

В результате получиться 4 разных подсети, в каждой из которой будет 26 = 64 узла (кроме зарезервированных - 62).

Version указывает версию протокола IP (повсеместно используется версия 4)

IHL (занимает 4 бита) - указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования дополнительных байт в поле Резерв (IP Options).
Service Type (занимает 1 байт) - задает приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (Precedence). Приоритет может иметь значения от 0 (нормальный пакет) до 7 (пакет управляющей информации). Маршрутизаторы и отдельные узлы могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать более важные пакеты в первую очередь. Поле Service Type содержит также три бита, определяющие критерий выбора маршрута. Установленный бит D (delay) говорит о том, что маршрут должен выбираться для минимизации задержки доставки данного пакета, бит Т - для максимизации пропускной способности, а бит R - для максимизации надежности доставки.

Total Length (занимает 2 байта) - указывает общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных (максимум 64 Кбайт).

Identification (занимает 2 байта) - используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого поля.

Flags (занимает 3 бита) - указывает на возможность фрагментации пакета (установленный бит DF (Do not Fragment) запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет), а также на то, является ли данный пакет промежуточным или последним фрагментом исходного пакета (установленный бит MF (More Fragments) говорит о том пакет переносит промежуточный фрагмент).

Fragment Offset (занимает 13 бит) - используется для указания в байтах смещения поля данных этого пакета от начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации. Используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между сетями с различными величинами максимальной длины пакета.

Time To Live (занимает 1 байт) - указывает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи средствами протокола IP. На шлюзах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица. Единица вычитается также при каждой транзитной передаче (даже если не прошла секунда). Так как обычно маршрутизация выполняется меньше секунды, можно считать, что в этом поле задаётся максимальное число преодолеваемых маршрутизаторов. По истечении времени жизни пакет аннулируется.

Protocol (занимает 1 байт) - указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет (TCP, UDP и т.д.).

Header Checksum (занимает 2 байта) - контрольная сумма, рассчитывается по всему заголовку.

Source IP Address (занимает 32 бита) - адрес отправителя пакета

Destination IP Address (занимает 32 бита) - адрес получателя пакета

IP Options - необязательное и используется обычно только при отладке сети. Это поле состоит из нескольких подполей, каждое из которых может быть одного из восьми предопределенных типов. В этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов, регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности, а также временные отметки. Так как число подполей может быть произвольным, то в конце поля IP Options должно быть добавлено несколько байт для выравнивания заголовка пакета по 32-битной границе.

Данные - максимальная длина поля ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65535 байтов (минус длина заголовка пакета), однако при передаче по сетям различного типа длина пакета выбирается с учетом максимальной длины пакета для протокола нижнего уровня, несущего IP-пакеты. Если это кадры Ethernet, то выбираются пакеты с максимальной длиной в 1500 байтов, умещающиеся в поле данных кадра Ethernet.