Лекция 5. Функции сетевого уровня

Лекция 5. Функции сетевого уровня
Функции протокола IP
Протокол IP (Internet Protocol) входит в состав стека протоколов TCP/IP и является основным протоколом сетевого уровня, использующимся в Интернет и обеспечивающим
единую схему логической адресации устройств в сети и маршрутизацию данных.
Для выполнения своих функций протокол определяет свой формат пакета. Основными
информационными полями заголовка пакета являются;
 IP-адреса отправителя и получателя – предназначены для идентификации
отправителя и получателя;
 Время жизни пакета – определяет время, которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для предотвращения «захламления» в сети «заблудившимися» пакетами;

Поля, предназначенные для фрагментации пакета (см. IP-фрагментация);
 Поля, предназначенные для управления обработкой пакета(длина пакета и
заголовка, контрольная сумма заголовка, тип обслуживания).
С точки зрения протокола IP, сеть рассматривается как логическая совокупность взаимосвязанных объектов, каждый из которых представлен уникальным IP-адресом, называемых узлами или хостами. Ключевым здесь является слово «логическая», поскольку одно и тоже физическое устройство (компьютер, маршрутизатор) может иметь несколько IPадресов, т.е. соответствовать нескольким узлам логической сети.
IP-адресация в компьютерной сети
Для правильной доставки данных с одного компьютера на другой необходимо знать
адреса отправителя и получателя. Одной из главных и важнейших особенностей Интернет является общее адресное пространство, в котором каждый подключаемый компьютер
имеет собственный уникальный адрес. Так как в компьютерах вся информация представляется в цифровом виде, то и адрес, который используют компьютеры, является цифровым.
IP-адрес – уникальный числовой адрес компьютера в сети, который имеет длину 32
бита и записывается в виде четырех частей по 8 бит каждая.
По формуле определения количества информации легко подсчитать, что общее количество различных IP-адресов составляет более 4 миллиардов: N=232 =4 294 967 296.
Поскольку двоичное представление IP-адреса для человека крайне не удобно, то на
практике используется так называемая десятичная форма записи IP-адреса. В данном
представлении IP-адрес записывается в виде четырех десятичных чисел, называемых
октетами, разделенных точками: W.X.Y.Z. Следовательно, каждая часть может быть
числом от 0 до 255, а весь IP-адрес имеет вид 192.23.34.45 или 10.2.0.12.
Такие адреса состоят из двух частей – номер сети и номер узла. Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные
почтовое отделение внутри региона IP – адреса первых трех классов предназначены для
адресации отдельных узлов и отдельных сетей…
Существует 5 классов IP – адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP – адреса к
тому или иному классу, определяется значением первого октета. Адреса разных классов
отличаются разрядностью их номеров, что определяет возможный их диапазон значений.
Адреса D используются для адресации групп компьютеров, а диапазон адресов E зарезервирован и в настоящее время не используется.
Класс А
Класс B
Класс C
Класс D
Класс E
0
1
1
1
1
7 бит
Идентификатор сети
24 бита
Идентификатор хоста
14 бит
Идентификатор сети
0
1
0
1
1
1
1
16 бит
Идентификатор хоста
21 бит
Идентификатор сети
28 бит
Идентификатор группы
0
1
8 бит
Идентификатор хоста
0
27 бит
Зарезервировано для использования
Класс
Диапазон
A
0.0.0.0 - 127.255.255.255
B
128.0.0.0 - 191.255.255.255
C
192.0.0.0 - 223.255.255.255
D
224.0.0.0 - 239.255.255.255
E
240.0.0.0 - 247.255.255.255
В таблице отражены основные характеристики IP – адресов классов A,B,C.
Характеристика
Номер сети
Номер узла
Адрес сети
широковещательный адрес
A
W
X.Y.Z
W.0.0.0
W.255.255.255
B
W.X
Y.Z
W.X.0.0
W.X.255.255
C
W.X.Y
Z
W.X.Y.0
W.X.Y.255
При использовании широковещательного адреса, информация передается всем компьютерам данной сети.
Наряду с традиционной десятичной формой записи IP – адресов, может использоваться
и двоичная форма, отражающая непосредственно способ представления адреса в памяти компьютера.
Например, в адресе 190.167.34.2 первые 24 бита могут быть адресом сети, а последние 8
- адресом хоста. Тогда наш адрес будет выглядеть как
10111110101001110010001000000010, где красным цветом выделена часть адреса, адресующая хост внутри локальной сети.
Использование масок для IP-адресации
Для того, чтобы быстро вычислять по IP-адресу адрес сети или хоста, используется понятие маски подсети (subnet mask). Это двоичное число, в котором все биты адреса сетевой
части адреса равны 1, а все остальные биты равны нулю.
В нашем случае для адреса
10111110101001110010001000000010
получим маску подсети
11111111111111111111111100000000.
Маску подсети принято записывать в том же десятичном формате, что и IP-адрес. Для
этого нужно каждый байт маски перевести в десятичное число и записать полученные десятичные числа через точки.
В нашем случае
111111112=255
111111112=255
111111112=255
000000002=0
Ответ:
255.255.255.0 - маска подсети.
Маску подсети в настоящее время все чаще называют маской сети, что точней отображает ее смысл.
IP- маршрутизация
Маршрутизация (routing) процесс выбора пути для передачи пакета в сети. Под путем
(маршрутом) понимается последовательность маршрутизаторов, через которые проходит
пакет по пути к узлу-назначению.
Маршрутизатор – это специальное устройство, предназначенное для объединения сетей и обеспечивающее определение пути прохождения пакетов в составной сети. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами сетей, соответствующими номерам объединяемых сетей. В качестве маршрутизатора может быть использован
компьютер.
Если ваш компьютер, имеющий IP адрес 192.169.204.12 и маску подсети 255.255.192.0
должен отправить информацию компьютеру с адресом 192.169.198.15, то, прежде всего
ваш компьютер проверит, находится ли получатель информации в той же сети.
Для этого двоичное представление адреса получателя он побитово умножит на двоичное
представление маски подсети, то в результате получится адрес сети:
11000000101010001100011000001100 (адрес компьютера - получателя)
*
11111111111111111100000000000000 (текущая маска подсети)
---------------------------------------------------------11000000101010001100000000000000 (адрес сети получателя)
Аналогичную процедуру компьютер проделает со своим адресом для того, чтобы узнать
адрес своей собственной сети:
11000000101010011100110000001100 (адрес компьютера - отправителя)
*
11111111111111111100000000000000 (текущая маска подсети)
---------------------------------------------------------11000000101010011100000000000000 (адрес своей собственной сети)
Адрес сети получателя совпадает с адресом собственной сети. Следовательно, получатель находится в локальной сети, и информация может быть послана напрямую. Если бы
совпадения не произошло, то информация была бы отправлена маршрутизатору (с адресом, например,192.168.192.2) с указанием адреса получателя 192.169.204.15, а он переслал бы ее в другую сеть. Этот процесс продолжался бы до тех пор, пока информация не
дошла бы до получателя.
Выбор пути на маршрутизаторе осуществляется на основе информации, представленной
в таблице маршрутизации. Таблица маршрутизации – это пециальная таблица, сопоставляющая IP-адресам сетей адреса следующих маршрутизаторов, на которые следует
отправлять пакеты с целью их доставки в эти сети. Обязательной записью в таблице
маршрутизации является маршрут по умолчанию, содержащий информацию о том, как
направлять пакеты в сети, адреса которых не присутствуют в таблице, поэтому нет необходимости описывать в таблице маршруты для всех сетей.
IP-фрагментация
Иногда на маршрутизаторе может потребоваться разделение IP-пакетов на более мелкие
пакеты. Для того, чтобы данные могли быть правильно собраны получателем, в заголовки
новых IP-пакетов помещается числовой идентификатор, позволяющий однозначно определить, что эти пакеты являются фрагментами одного большого пакета.