Сетевой уровень Интернета. Основные компоненты. Краткая характеристикаОсновные компоненты сетевого уровня Интернет
Основные компоненты сетевого уровня Интернета Сетевой уровень Интернет состоит из трех основных компонентов. Первый компонент представляет собой протокол сетевого уровня, определяющий адресацию сетевого уровня, формат полей дейтаграммы и действия над дейтаграммой, предпринимаемые маршрутизаторами и оконечными системами на основании значений этих полей. Сетевой протокол в Интернете называется Интернет - протоколом, а чаще протоколом IP (Internet Protocol). Сегодня используются две версии протокола IP. Мы обсудим широко распространенную версию 4, обычно называемую IPv4 (RFC 791). Версию 6 (RFC 2373, RFC 2460), которая должна в будущем заменить IPv4, будем рассматривать отдельно. Второй главной составляющей сетевого уровня является компонент определения пути. Он выбирает маршрут, по которому следует дейтаграмма от отправителя к получателю. Протоколы маршрутизации вычисляют таблицы продвижения данных, используемые для маршрутизации пакетов в сети. Мы обсудим компонент определения маршрута в Интернете в разделе «Маршрутизация в Интернете» (Лекция 10). Наконец, третий компонент сетевого уровня должен уметь сообщать об ошибках в дейтаграммах и отвечать на запросы определенной информации сетевого уровня. Эту задачу в Интернете решает протокол ICMP (Internet Control Message Protocol — протокол управляющих сообщений Интернета). 46. Сетевой уровень Интернета. Протокол IP. Структура заголовка IP – дейтограммы. В Интернет используется много различных типов пакетов, но один из основных - IP-пакет/дейтаграмма (RFC-791), именно он вкладывается в кадр Ethernet и именно в него вкладываются пакеты UDP, TCP и другие. IP-протокол предлагает ненадежную транспортную среду. Ненадежную в том смысле, что не существует гарантии благополучной доставки IP-дейтаграммы. Алгоритм доставки в рамках данного протокола предельно прост: при ошибке дейтаграмма отбрасывается, а отправителю посылается соответствующее ICMP-сообщение (или не посылается ничего). Обеспечение же надежности возлагается на более высокий уровень (транспортный(TCP) или прикладной).
Формат IPv4 – дейтаграммы
Ключевые поля IPv4-дейтаграммы Версия. Четыре бита в этом поле определяют номер версии протокола IP. По этому номеру маршрутизатор может определить, как интерпретировать остальные поля IP-дейтаграммы. В различных версиях протокола IP применяются различные форматы IP-дейтаграмм. На рисунке показан формат дейтаграммы текущей версии протокола IP (IPv4). Длина заголовка. Поскольку IPv4-дейтаграмма может содержать разное количество необязательных полей параметров (включаемых в заголовок IPv4-дейтаграммы), эти четыре бита необходимы для того, чтобы определить, где заканчивается заголовок и начинаются данные. В большинстве IP-дейтаграмм не содержатся поля параметров, поэтому обычно заголовок IP-дейтаграммы 20-байтов (пять слов по 32 разряда). Тип службы. Поле типа службы (Type Of Service, TOS) было включено в заголовок IPv4-дейтаграммы, чтобы была возможность разделять IP-дейтаграммы на типы (например, выделять дейтаграммы, для которых требуется низкая задержка, или высокая пропускная способность, или высокая надежность). Так, может оказаться полезным отличать дейтаграммы реального времени (например, используемые в IP-телефонии) от прочего трафика (например, FTP). В последние годы один из основных производителей маршрутизаторов (Cisco) стал интерпретировать первые три бита поля TOS как идентификатор уровня услуг, предоставляемых маршрутизатором. Предоставляемый уровень услуг определяется администратором маршрутизатора. Длина дейтаграммы. Это полная длина IP-дейтаграммы (заголовок плюс данные) в байтах. Поскольку размер этого поля равен 16 бит, теоретически максимальный размер IP-дейтаграммы может составлять 65 535 байт. Однако размер дейтаграмм редко превосходит 1500 байт и обычно ограничивается значением 576 байт.
Идентификатор, флаги, смещение фрагмента. Эти три поля имеют отношение к так называемой IP-фрагментации. Интересно отметить, что новая версия протокола IP (IPv6) запрещает фрагментацию в маршрутизаторах. Протокол. Это поле используется только тогда, когда IP-дейтаграмма достигает конечного адресата. Значение поля определяет протокол транспортного уровня, которому следует передать данные из IP-дейтаграммы. Например, значение 6 означает, что порция данных должна быть передана протоколу TCP, а значение 17 — протоколу UDP. Список всех возможных номеров имеется в RFC - 1700, RFC - 3232. Список некоторых значений поля протокол см. здесь. Обратите внимание, что роль номера протокола в IP-дейтаграмме полностью аналогична роли номера порта в сегменте транспортного уровня. Номер протокола представляет собой «клей», связывающий вместе сетевой и транспортный уровни, тогда как номер порта связывает транспортный уровень с прикладным. В кадре канального уровня также есть специальное поле, связывающее канальный уровень с сетевым уровнем. Контрольная сумма заголовка. Контрольная сумма заголовка помогает маршрутизатору обнаруживать ошибки в полученных IP-дейтаграммах. Контрольная сумма заголовка вычисляется путем суммирования всех двухбайтовых слов заголовка в дополнительном коде. Дополнение до 1 этой суммы хранится в поле контрольной суммы. Маршрутизатор вычисляет контрольную сумму заголовка для каждой полученной дейтаграммы и таким образом проверяет ошибки в заголовке. Как правило, маршрутизаторы отбрасывают дейтаграммы, в которых обнаруживают ошибки. Обратите внимание, что контрольную сумму нужно вычислять заново и снова сохранять в поле заголовка на каждом маршрутизаторе, так как на единицу уменьшается поле времени жизни, могут также измениться поля параметров. Интересное описание быстрых алгоритмов для вычисления контрольной суммы заголовка IP-дейтаграммы содержится в RFC - 1071. В этом месте часто возникает вопрос, зачем TCP/IP выполняет проверку контрольной суммы на обоих уровнях (на сетевом и на транспортном)? Тому есть несколько причин. Во-первых, на IP-уровне вычисляется только контрольная сумма IP-заголовка, тогда как на транспортном уровне вычисляется сумма всего TCP- или UDP-сегмента. Во-вторых, протоколы TCP/UDP и IP, вообще говоря, не обязаны принадлежать одному и тому же стеку протоколов. В принципе, протокол TCP может работать поверх другого протокола (например, ATM), а протокол IP может переносить данные, которые не будут передаваться протоколу TCP или UDP. IP-адреса отправителя и получателя. Эти поля содержат 32-разрядные IP-адреса отправителя и конечного получателя IP-дейтаграммы. Следует упомянуть еще один тип IP-адреса, а именно широковещательный IP-адрес 255.255.255.255. Когда хост передает дейтаграмму с адресом получателя 255.255.255.255, сообщение доставляется всем хостам той же сети. Кроме того, маршрутизаторы могут переправить широковещательное сообщение в соседние IP-сети (хотя, как правило, они этого не делают). Параметры. Поле параметров позволяет расширить IP-заголовок. Параметры заголовка представляют собой редко используемые необязательные поля IP-дейтаграммы. Поэтому было решено не включать их в заголовок каждой дейтаграммы и таким образом снизить накладные расходы. Однако само существование необязательных полей заголовка усложняет его обработку, так как заголовки дейтаграмм могут иметь различную длину, и, чтобы определить, где заканчивается заголовок и начинается поле данных, необходимо дополнительное поле длины заголовка. Кроме того, поскольку для одних дейтаграмм требуется обработка параметров, а для других нет, время обработки IP-дейтаграммы на маршрутизаторе может варьироваться в широких пределах. Эти соображения имеют особую важность для высокопроизводи-тельных маршрутизаторов и хостов. Среди причин, по которым в протоколе IPv6 отказались от необязательных полей заголовка, была и эта. Данные {полезная нагрузка). Самое важное поле, ради которого и существует дейтаграмма! В большинстве случаев поле данных IP-дейтаграммы содержит сегмент транспортного уровня (TCP или UDP), который необходимо доставить адресату. Однако поле данных может содержать и другие типы данных, например сообщения протокола ICMP. Необходимо обратить внимание на то, что IP-дейтаграмма содержит 20-байтный заголовок (без дополнительных полей). Если дейтаграмма содержит TCP-сегмент, тогда в каждой (не фрагментированной) дейтаграмме помимо сообщения прикладного уровня содержится 40 байт заголовков (20 байт IP-заголовка и 20 байт ТСР - заголовка).
|
