Протокол IP Сети и системы телекоммуникаций Созыкин А.В.

ИМКН УрФУ2 План Место протокола IP в моделях OSI и TCP/IP Сервисы IP Формат IP-пакета Маршрутизация

ИМКН УрФУ3 Internet Protocol IP (Internet Protocol) – межсетевой протокол internet – объединенная сеть / subnet - подсеть internetworking – объединение сетей Internet – название самой крупной объединенной сети Основа сети Интернет

ИМКН УрФУ4 Место в моделях OSI и TCP/IP Физический Модель OSIМодель TCP/IP Канальный Сетевой Транспортный Сеансовый Представления Прикладной Сетевых интерфейсов Сетевой Транспортный Прикладной

ИМКН УрФУ5 Сетевой уровень в TCP/IP Сетевых интерфейсов Сетевой Транспортный Прикладной EthernetWiFiDSL IP TCPUDP HTTPSMTPDNSFTP ICMP ARPDHCP

ИМКН УрФУ6 Сервисы IP Передача без установления соединения Нет гарантии доставки Произвольный порядок доставки Задачи IP Маршрутизация Объединение сетей Качество обслуживания

ИМКН УрФУ7 Формат пакета Зачем изучать формат пакета? В заголовке пакета отражается большинство функций протокола

ИМКН УрФУ8 Формат кадра Ethernet Посмотрите на формат кадра Ethernet Какие функции предоставляет Ethernet? MAC-адрес отправителя 6 байт MAC-адрес получателя 6 байт Тип 2 байта4 байта Контрольная сумма байт Данные Заголовок Концевик

ИМКН УрФУ9 Формат кадра Ethernet Доставка на канальном уровне MAC-адреса получателя и отправителя Мультиплексирование Поле «Тип» – протокол вышестоящего уровня Проверка правильности передачи Поле «Контрольная сумма»

ИМКН УрФУ10 Заголовок IP-пакета 4 бита Номер версии 4 бита Длина заголовка 8 бит Тип сервиса 16 бит Общая длина 16 бит Идентификатор пакета 13 бит Смещение фрагмента 3 бита Флаги 16 бит Контрольная сумма 8 бит Время жизни 8 бит Тип протокола 32 бита IP-адрес отправителя 32 бита IP-адрес получателя Опции и выравнивание (не обязательно)

ИМКН УрФУ11 Версия протокола IP Существует две версии IP: 4 и 6 IPv4 (RFC 791) Длина IP-адреса 4 байта Нехватка IP-адресов Используется сейчас IPv6 (RFC 2460) Длина IP-адреса 16 байт Вводится в эксплуатацию

ИМКН УрФУ12 Длина заголовка В IP длина заголовка не фиксирована: Дополнительные опции Служебная информация Заполнитель Поле «Длина заголовка» измеряется в 32- битных словах Длина: Минимальная 20 байт (5 32-битных слов) Максимальная 60 байт (15 32-битных слов)

ИМКН УрФУ13 Общая длина Общая длина – длина пакета, включая заголовок и данные Измеряется в байтах Максимальное значение – байт На практике длина выбирается с учетом MTU канального уровня 1500 байт для Ethernet

ИМКН УрФУ14 Фрагментация При передаче по сетям с разным MTU IP-пакет может быть разбит на части Поля в заголовке IP, отвечающие за фрагментацию: Идентификатор пакета Флаги Смещение фрагмента

ИМКН УрФУ15 Фрагментация. Флаги Поле флаги состоит из тех бит: Первый бит зарезервирован и не используется DF (Do not Fragment) – не фрагментировать MF (More Fragments) – есть еще фрагменты

ИМКН УрФУ16 Фрагментация Идентификатор пакета: Уникальный номер пакета, разбитого на части (фрагментированного) Все фрагменты пакета должны иметь одинаковый идентификатор Получатель может принимать фрагменты разных пакетов Задержки в передаче Разные маршруты Отброшенные пакеты

ИМКН УрФУ17 Смещение фрагмента Используется для сборки фрагментированных пакетов Фрагменты пакета могут прийти в неправильном порядке Содержит смещение поля данных относительно нефрагментированного пакета

ИМКН УрФУ18 Схема дефрагментации Получатель принимает пакет и видит, что установлен флаг MF Получатель запоминает идентификатор пакета и записывает в буфер все пакеты с этим идентификатором Приходит пакет со сброшенным флагом MF – признак завершения передачи Получатель собирает пакет из фрагментов на основе поля «Смещение»

ИМКН УрФУ19 Время жизни Время жизни (TTL, Time To Live) – максимальное время, в течение которого пакет может перемещаться по сети Нужно для предотвращения «бесконечного» продвижения пакетов Единицы измерения: Секунды Прохождение через маршрутизатор (hop)

ИМКН УрФУ20 Тип протокола Предназначено для реализации функции мультиплексирования/ демультиплексирования Код протокола, данные которого передаются (RFC 1700): TCP – 6 UDP – 17 ICMP – 1

ИМКН УрФУ21 Контрольная сумма заголовка Контрольная сумма, рассчитывается по заголовку Проверяется и пересчитывается на каждом промежуточном маршрутизаторе При ошибке в контрольной сумме пакет отбрасывается Нет оповещения отправителя об ошибке Нет запросов на повторную передачу

ИМКН УрФУ22 Поле «Тип сервиса» Назначение – обеспечение качества обслуживания Два формата: Тип сервиса (старый) Дифференцированное обслуживание (используется сейчас)

ИМКН УрФУ23 Тип сервиса Используется 6 из 8 бит PR (3 бита) – приоритет пакета: 0 – самый низкий 7 – самый высокий Критерий выбора маршрута: D (Delay) – минимизация задержек T (Throughput) – максимизация пропускной способности R (Reliability) – максимизация надежности PRDTR

ИМКН УрФУ24 Дифференцированное обслуживание Поле «Тип сервиса» было придумано на ранней стадии развития Интернет Оказалось, что качество обслуживания на основе поля «Тип сервиса» обеспечить сложно С ростом и увеличением популярности Интернет появились практические подходы: Интегрированное обслуживание Дифференцированное обслуживание

ИМКН УрФУ25 Дифференцированное обслуживание Физическая линия связи Логический канал для обычных пакетов Логический канал для срочных пакетов

ИМКН УрФУ26 Дифференцированное обслуживание Дифференцированное обслуживание вытеснило традиционное представление поля «Тип сервиса» RFC 2474 Простота реализации: Выполняется отдельно на каждом маршрутизаторе (Per-Hop Behavior) Нет необходимости знать топологию сети и требования приложений

ИМКН УрФУ27 Дифференцированное обслуживание Используется 6 из 8 бит 3 бита – класс обслуживания 2 бита – варианты обслуживания пакета внутри класса 1 бит – флаг индикатор «выхода» пакета из профиля класса По умолчанию все 0 для совместимости Класс

ИМКН УрФУ28 Опции заголовка IP-пакета Заголовок IP-пакета может включать дополнительные поля Примеры опций: Записать маршрут Маршрут отправителя Жесткая маршрутизация Свободная маршрутизация Временные метки

ИМКН УрФУ29 Заполнение Опции могут иметь разный размер Длина заголовка IP-пакета должна быть кратна 32 битам Для выравнивания до 32 бит поле опций дополняется нулями

ИМКН УрФУ30 Заголовок IP-пакета 4 бита Номер версии 4 бита Длина заголовка 8 бит Тип сервиса 16 бит Общая длина 16 бит Идентификатор пакета 13 бит Смещение фрагмента 3 бита Флаги 16 бит Контрольная сумма 8 бит Время жизни 8 бит Тип протокола 32 бита IP-адрес отправителя 32 бита IP-адрес получателя Опции и выравнивание (не обязательно)

ИМКН УрФУ31 Маршрутизация Маршрутизатор 3 Сеть 1 Сеть 3 Сеть 2 Сеть 5 Сеть 4 Маршрутизатор 1 Маршрутизатор 2 Маршрутизатор 4 Маршрутизатор 5 IP 11 IP 12 IP 31 IP 34 IP 33 IP 54 IP 55 IP 45 IP 42 IP 22 IP 23

ИМКН УрФУ32 Маршрутизатор Устройство для объединения сетей Специализированный аппаратный маршрутизатор Обычный компьютер Должен стоять на каждой границе объединения сетей Имеет IP-адрес в каждой сети, к которой подключен Коммутаторы не имеют адресов и в сети не заметны

ИМКН УрФУ33 Таблица маршрутизации АдресМаскаШлюзИнтерфейсМетрика Подсоединен Подсоединен Подсоединен Подсоединен Маршрутизатор / /16 … …

ИМКН УрФУ34 Таблица маршрутизации Адрес – адрес сети или хоста Маска – маска сети или хоста Шлюз: Адрес маршрутизатора, через который можно попасть к сети/хосту Подсоединен – сети или хост подключены к порту маршрутизатора Интерфейс – номер интерфейса или IP- адрес, через который доступна сеть

ИМКН УрФУ35 Метрика Одна сеть может быть доступна через несколько маршрутов Надежность Если есть несколько маршрутов, какой выбрать? Метрика - расстояние до сети в условных единицах Выбирается маршрут с меньшей метрикой

ИМКН УрФУ36 Метрика Измеряется в условных единицах Старый подход – количество маршрутизаторов между сетями Новый подход – условные единицы с учетом: Количества маршрутизаторов Пропускной способности каналов Загрузки каналов И других параметров

ИМКН УрФУ37 Записи в таблице маршрутизации Статические Конфигурация интерфейсов Вручную прописанные маршруты к сетям Динамические Конфигурируются автоматически Протоколы маршрутизации RIP, OSPF, BGP и др.

ИМКН УрФУ38 Маршрут по умолчанию Маршрутизатор должен знать обо всех существующих сетях На практике невозможно Маршрутизатор по умолчанию (шлюз, default router, gateway) – маршрутизатор, на который отправляются пакеты для неизвестных сетей Условное обозначение: , макса default

ИМКН УрФУ39 Поиск маршрута в таблице маршрутизации Поиск маршрута к хосту Пакет отправляется к хосту Поиск маршрута к сети Пакет отправляется в сеть Поиск маршрута по умолчанию Пакет отправляется на маршрутизатор по умолчанию Если маршрут не найден, пакет отбрасывается

ИМКН УрФУ40 Передача пакета Присоединенная сеть: Пакет передается напрямую хосту Удаленная сеть Пакет передается на маршрутизатор, который является шлюзом для этой сети

ИМКН УрФУ41 Таблица маршрутизации на хостах Таблица маршрутизации есть не только у маршрутизаторов, но и у всех хостов в сети Содержание таблицы маршрутизации хоста: Присоединенная сеть Маршрутизатор по умолчанию (Не обязательно) маршруты к знакомым сетям

ИМКН УрФУ42 Итоги Место протокола IP в моделях OSI и TCP/IP Сервисы IP Формат IP-пакета Маршрутизация

ИМКН УрФУ43 Вопросы?