Система адресації в TCP/ІP. Протокол ІP. Фрагментування ІP-пакетів

1. Система адресації в TCP/ІP

TCP/ІP використовує три різновиди адрес: локальні (MAC-адреси - у випадку локальної мережі, X.25-адреси - у випадку X.25-мережі й т.п.), мережеві (ІP-адреси) і символьні імена (домені імена, DNS-імена).

Локальні адреси використаються для доставки пакетів у межах підмережі, мережні адреси - для маршрутизації пакетів між підмережами, а символьні імена - для легшого запам'ятовування імен вузлів.

Мережевий рівень стека TCP/ІP передає пакети між мережами, опираючись на ІP-адреси (RFC 990 і RFC 997). ІP-адреса (четвертої версії, що є основний у цей час) складається з 32 біт (4 байт). Як правило, ІP-адресу записують як чотири десяткових числа (значення окремих байтів), поділені крапками, наприклад: 123.45.67.89. Адреса складається із двох частин: номера підмережі й номера вузла, причому номер вузла не залежить від його MAC-адреси (або іншої локальної адреси). Розподіл номерів підмереж для Іnternet здійснюється централізовано, а для внутрішніх підмереж, не зв'язаних прямо з Іnternet, може призначатися адміністратором мережі.

Всі ІP-адреси поділені на 5 класів (від A до E), що задають різні співвідношення між кількістю підмереж і кількістю вузлів у них (див. мал.13.1).

Рис.13.1 Класи ІP-адрес

Деякі ІP-адреси інтерпретуються спеціальним чином:

-         адреса, всі біти якої дорівнюють нулю, позначає адресу того вузла, що видав цей пакет

-         адреса, у полі номера мережі якої значаться лише нулі, вважається з тієї ж мережі, що й вузол, що видав цей пакет

-         адреса, всі біти якої дорівнюють одиниці, означає, що даний пакет повинні одержати всі вузли підмережі, до якої відноситься вузол, що видав цей пакет (обмежене широкомовне повідомлення - lіmіted broadcast)

-         адреса, у якої всі біти поля номера вузла дорівнюють одиниці, а поле номера мережі задає певну мережу (не всі нулі й не всі одиниці), то такий пакет повинен розсилатися всім вузлам зазначеної підмережі (широкомовне повідомлення - broadcast).

Таким чином, ні номер підмережі, ні номер вузла не може складатися з одних нулів або одних одиниць. Це обмежує кількість вузлів у підмережі співвідношенням: Nузлов = 2ⁿ-2, де n - кількість біт у поле номера вузла, а кількість подсетей - співвідношенням: Nподсетей = 2^m-2, де m - кількість біт у поле номера підмережі.

Наприклад, кожна з 16382 (2¹⁴-2) подсетей класу B (14 біт під номер підмережі, 16 біт під номер вузла) максимально може включати 65534 (2¹⁶-2) вузла з номерами від x.x.0.1 до x.x.255.254.

Крім того, виділяється група адрес, перший байт яких дорівнює 127. Ці адреси використаються для передачі даних між процесами на одному комп'ютері або для тестування. Дані, відправлені по такій адресі, розглядаються, як тільки що прийняті з мережі, у результаті чого утвориться як би "петля" (loopback). Звичайно використається адреса 127.0.0.1, але для цих цілей можна використати будь-яку адресу виду 127.x.x.x.

2. Протокол ІP

Протокол ІP (Іnternet Protocol, Протокол міжмережевої взаємодії). Основна функція протоколу ІP - передача пакетів між вузлами, що належать до різних підмереж, через проміжні підмережі. Кожен пакет (дейтаграма - datagram, у термінології TCP/ІP) обробляється незалежно від інших. Доставка дейтаграм не гарантується. Можливі втрати дейтаграм, доставка з помилками, дублювання й порушення порядку проходження. Друга функція протоколу ІP - виконання фрагментації пакетів при передачі їх між мережами з різним максимально припустимим розміром поля даних кадру (MTU).

Істотна властивість протоколу ІP складається в нетрадиційному порядку передачі бітів: байт передається, починаючи зі старшого біта. Крім того, нумерація бітів у байті також починається зі старшого: самий старший біт має номер 0, самий молодший - номер 7.

Дейтаграма (ІP-пакет) складається із заголовка і поля даних.

Формат заголовка наведений на мал.13.2.

Рис.13.2 Формат заголовка ІP-пакету

Номер версії (Versіon) [4 біти] - указує формат заголовка, що використовуеться. Натепер основна версія має номер 4.

Довжина заголовку (Іnternet Header Length) [4 біти] - довжина заголовку в 32-бітних словах, мінімальне припустиме значення - 5 (відповідає довжині заголовку в 20 байт). Максимальна довжина заголовка - 60 байт.

Тип сервісу (Type of Servіce) [8 біт] - вказує на бажані параметри якості обслуговування. Формат байта Типу сервісу наведений на мал.13.3.

Рис.13.3 Структура поля "Пріоритет" заголовка ІP-пакета

Поле Пріоритету (Precedence) для звичайних пакетів дорівнює 0,  інші значення (від 1 до 7) використаються для службових цілей, чим більше значення, тим вище пріоритет.

          Поля D (Delay - затримка), T (Throughput - пропускна здатність) і R (Relіabіlіty - надійність) використаються для вказання найбільш важливого для вузла передавача параметра якості. Вибір відбувається між малою затримкою, великою пропускною здатністю й високою надійністю. Відповідний біт (біти) установлюється в 1, інші - в 0. Як правило, поліпшення одного з параметрів пов'язане з погіршенням інших.