Лекция №4_IP_протокол

1. IP протокол

2. Эталонная модель TCP/IP

OSI
TCP/IP
Прикладной уровень
Application layer
Уровень представления
Presentation layer
Прикладной уровень
Process/Application layer
Сеансовый уровень
Session layer
Транспортный уровень
Transport layer
Транспортный уровень
Host-to-host layer
Сетевой уровень
Network layer
Межсетевой уровень
Internet layer
Канальный уровень
Data Link layer
Физический уровень
Phisical layer
Уровень доступа к сети
Network access layer
2

3.

4. Единицы передаваемых данных

Уровень
Название единицы
Прикладной
Сообщение
Представления
Сообщение
Сеансовый
Сообщение
Транспортный
Сегмент/Дейтаграмма
Сетевой
Пакет
Канальный
Кадр
Физический
Бит
4

5. Сетевое оборудование

Уровень модели OSI
Оборудование
Сетевой
Маршрутизатор
Канальный
Коммутатор, точка
доступа
Физический
Концентратор
5

6. Стек протоколов TCP/IP

Прикладной
HTTP
SMTP
Транспортный
TCP
Сетевой
IP
Сетевых
интерфейсов
DNS
FTP
UDP
ICMP
ARP
DHCP
Ethernet
Wi-Fi
DSL
6

7.

Ограничения мостов и коммутаторов
Во-первых, в топологии получившейся
сети должны отсутствовать петли.
Мост/коммутатор может решать задачу
доставки пакета адресату только тогда,
когда
между
отправителем
и
получателем существует единственный
путь.
7

8.

В то же время наличие избыточных
связей, которые и образуют петли,
часто
необходимо
для
лучшей
балансировки нагрузки, а также для
повышения надежности сети за счет
образования резервных путей.
8

9.

Компромисс в данном вопросе был
найден путем использования алгоритма
Spanning Tree (STA) [2], который
позволяет,
используя
исходную
топологию
сети,
автоматически
создавать древовидную конфигурацию
связей без петель. Эту конфигурацию
называют покрывающим деревом Spanning Tree.
9

10.

Конфигурация покрывающего дерева
строится коммутаторами автоматически
путем
обмена
специальными
служебными кадрами.
В случае отказа каналов или портов
коммутатора, они запускают алгоритм
STA. Строится новое дерево и
восстанавливается
связность
сети.
Очевидно, что в данном случае
понимается отсутствие петель не в
физической, а в логической топологии
сети.
10

11.

Во-вторых, логические сегменты сети,
расположенные между мостами или
коммутаторами, слабо изолированы друг
от друга, а именно не защищены от так
называемых
широковещательных
штормов.
Если какая-либо станция посылает
широковещательное сообщение, то это
сообщение передается всем станциям
всех логических сегментов сети.
11

12.

Защита от широковещательных штормов
в сетях, построенных на основе мостов и
коммутаторов, имеет количественный,
а
не
качественный
характер:
администратор просто ограничивает
количество
широковещательных
пакетов,
которое
разрешается
генерировать некоторому узлу в единицу
времени.
12

13.

Использование
же
механизма
виртуальных сетей, реализованного
во многих коммутаторах, хотя и
позволяет достаточно гибко создавать
изолированные по трафику группы
станций, но при этом изолирует их
полностью, так что узлы одной
виртуальной
сети
не
могут
взаимодействовать с узлами другой
виртуальной сети.
13

14.

В-третьих, в сетях, построенных на
основе мостов и коммутаторов,
достаточно сложно решается задача
управления трафиком на основе
значения данных, содержащихся в
пакете.
14

15.

В-четвертых,
реализация
транспортной подсистемы только
средствами физического и канального
уровней, к которым относятся мосты и
коммутаторы,
приводит
к
недостаточно гибкой, одноуровневой
системе адресации: в качестве адреса
назначения используется МАС - адрес,
жестко
связанный
с
сетевым
адаптером.
15

16.

Вывод:
Наличие
серьезных
ограничений
у
протоколов канального уровня показывает,
что построение на основе средств этого
уровня больших неоднородных сетей
является
весьма
проблематичным.
Естественное решение в этих случаях - это
привлечение средств более высокого,
сетевого уровня.
16

17. ПРИЦИПЫ ОБЪЕДИНЕНИЯ сетей на базе протоколов сетевого уровня

17

18.

18

19.

В стандартной модели взаимодействия
открытых систем в функции сетевого
уровня входит решение следующих
задач:
передача пакетов между конечными
узлами в составных сетях;
выбор маршрута передачи пакетов,
наилучшего по некоторому критерию;
согласование разных протоколов
канального уровня, использующихся в
отдельных подсетях одной составной
сети.
19

20.

Протоколы
сетевого
уровня
реализуются, как правило, в виде
программных модулей и выполняются на
конечных
узлах-компьютерах,
называемых хостами, а также на
промежуточных
узлах
маршрутизаторах,
называемых
шлюзами.
20

21.

Функции
маршрутизаторов
могут
выполнять как специализированные
устройства, так и универсальные
компьютеры
с
соответствующим
программным обеспечением.
21

22.

Понятие internetworking
Сеть в общем случае рассматривается
как совокупность нескольких сетей и
называется
составной
сетью
или
интерсетью (internetwork или internet).
Сети, входящие в составную сеть,
называются
подсетями
(subnet),
составляющими сетями или просто
сетями.
22

23.

23

24.

Подсети соединяются между собой
маршрутизаторами.
Компонентами
составной сети могут являться как
локальные, так и глобальные сети.
Все узлы в пределах одной подсети
взаимодействуют, используя единую для
них технологию.
24

25.

Каждая из этих технологий достаточна для
того, чтобы организовать взаимодействие
всех узлов в своей подсети, но не способна
построить информационную связь между
произвольно
выбранными
узлами,
принадлежащими разным подсетям.
Следовательно,
для
организации
взаимодействия между любой произвольной
парой узлов этой «большой» составной сети
требуются дополнительные средства. Такие
средства и предоставляет сетевой уровень.
25

26.

Сетевой уровень выступает в качестве
координатора, организующего работу
всех подсетей, лежащих на пути
продвижения пакета по составной сети.
Для перемещения данных в пределах
подсетей сетевой уровень обращается к
используемым
в
этих
подсетях
технологиям.
26

27.

Адреса,
присвоенные
узлам
в
соответствии с технологиями подсетей,
называют локальными. Чтобы сетевой
уровень мог выполнить свою задачу, ему
необходима
собственная
система
адресации, не зависящая от способов
адресации
узлов
в
отдельных
подсетях, которая позволила бы на
сетевом уровне универсальным и
однозначным
способами
идентифицировать любой узел составной
сети.
27

28.

Естественным способом формирования
сетевого адреса является уникальная
нумерация всех подсетей составной сети
и нумерация всех узлов в пределах
каждой подсети. Таким образом, сетевой
адрес представляет собой пару: номер
сети (подсети) и номер узла.
Каждый узел составной сети имеет
наряду со своим локальным адресом еще
один - универсальный сетевой адрес.
28

29.

Заголовок пакета сетевого уровня имеет
унифицированный формат, не зависящий
от форматов кадров канального уровня
тех сетей, которые могут входить в
объединенную сеть, и несет наряду с
другой служебной информацией данные
о номере сети, которой предназначается
этот пакет.
Сетевой уровень определяет маршрут
и перемещает пакет между подсетями.
29

30.

При передаче пакета из одной подсети в
другую
пакет
сетевого
уровня,
инкапсулированный
в
прибывший
канальный
кадр
первой
подсети,
освобождается от заголовков этого кадра
и
окружается
заголовками
кадра
канального уровня следующей подсети.
30

31.

32.

33.

34.

Глобальные адреса:
• Адреса сетевого уровня
• Пример: IP-адреса
• Не привязаны к технологии
• Применяются при объединении сетей
(Интернет)

35.

IP-адреса
Глобальные адреса, используемые в стеке
протоколов TCP/IP
Используются для уникальной
идентификации компьютеров в составной
сети
Широко используются в Интернет
Две версии протокола IP:
• IPv4 (далее просто IP): адрес 4 байта
• IPv6: адрес 16 байт

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42. Место в стеке протоколов TCP/IP

Прикладной
HTTP
SMTP
Транспортный
TCP
Сетевой
IP
Сетевых
интерфейсов
ARP
Ethernet
DNS
FTP
UDP
ICMP
DHCP
Wi-Fi
DSL
42

43.

44. Сервисы IP

Передача данных
• без гарантии доставки
• без сохранения порядка следования
сообщений
Протокол IP использует передачу данных без
установки соединения
Задачи IP
• Объединение сетей
• Маршрутизация
• Качество обслуживания
44

45.

Слово/Бит
0
1
3 4
Version
2
3
7
IHL
8
15
Type of Service
Identification
Time To Live
Protocol
Header
Checksum
4
Source IP Address
5
Destination IP Address
6
Options
16
19
31
Total Length
Fragment
Flags
Ofiset

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52. Версия IP

Существует две версии IP: 4 и 6
IPv4
• Длина IP-адреса 4 байта
• Нехватка IP-адресов
• Используется сейчас
IPv6
• Длина IP-адреса 16 байт
• Вводится в эксплуатацию
52

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59. Общая длина

Общая длина – длина пакета, включая
заголовок и данные
Измеряется в байтах
Максимальное значение – 65535 байт
На практике длина выбирается с учетом
размера кадра канального уровня
1500 байт для Ethernet
59

60.

61.

62.

63.

64. Время жизни

Время жизни (TTL, Time To Live) –
максимальное время, в течение которого пакет
может перемещаться по сети
Введено для предотвращения «бесконечного»
продвижения пакетов
Единицы измерения:
• Секунды
• Прохождение через маршрутизатор (hop)
64

65.

66.

67. Тип протокола

Предназначено для реализации функции
мультиплексирования/ демультиплексирования
Код протокола, данные которого передаются:
• TCP – 6
• UDP – 17
• ICMP – 1
67

68.

69.

70.

71.

72.

73.

74.

75. Опции

Заголовок IP-пакета может включать дополнительные
поля:
• Записать маршрут
• Маршрут отправителя
• Жесткая маршрутизация
• Свободная маршрутизация
• Временные метки
Заполнение:
• Опции могут иметь разный размер
• Длина заголовка IP-пакета должна быть кратна 32
битам
• Для выравнивания до 32 бит поле опций
75
дополняется нулями

76. Итоги

Протокол IP (Internet Protocol) – протокол
межсетевого взаимодействия
Уровень в моделях OSI и TCP/IP:
• Сетевой
Задачи IP
• Объединение сетей
• Маршрутизация
Тип сервиса:
• Без гарантии доставки
• Без
сохранения
порядка
следования 76
сообщений