itmo_conspects

Лекция 6. Протокол IPv4

Протокол IPv4 является протоколом сетевого уровня, поэтому ее задача - доставка данных между узлами, не находящимися в одной подсети

Для этого у узла должен быть IP-адрес. Для протокола IP четвертой версии адрес состоит из 4 байт, например, 240.19.64.22

Далее при известных адресах получателя и отправителя для пакета формируется заголовок. Заголовок состоит из таких полей

• Версия протокола, 4 бита - ну то есть 0100, 4-ая версия
• Длина заголовка, число 32-битных слов, 4 бита

• Тип службы, 8 бит

  Раньше это поле называлось тип обслуживания (Type of Service), теперь оно состоит из двух полей

  • Differentiated Services Code Point, 6 бит, используется для разделения трафика на классы обслуживания
  • Указатель перегрузки (Explicit Congestion Notification, ECN), 2 бита - предупреждение о перегрузке сети без потери пакетов (RFC 3168)
• Размер пакета, включая полезную нагрузку и заголовок, в байтах, 16 бит

• Идентификатор, 16 бит

  Нужно для сборки фрагментов в цельный пакет. Для конкретного фрагментированного пакета все фрагменты имеют одинаковый идентификатор

• Флаги, 3 бита

  Первый бит всегда равен нулю, второй бит DF (Don’t Fragment) запрещает фрагментацию, а третий MF (More Fragments) показывает, не является ли этот фрагмент последним

• Смещение фрагмента, число 8-байтных блоков, 13 бит

  Смещение определяет позицию фрагмента относительно цельного пакета. Первый фрагмент имеет нулевое смещение

• Время жизни (или TTL, Time-to-live), 8 бит

  Обычно при отправке равно 64 (зависит от конфигурации ОС), но при прохождении маршрутизатор уменьшается на 1. Если к узлу пришел пакет с временем жизни 0, то он считается не актуальным и игнорируется

• Протокол, 8 бит - идентификатор протокол уровня выше, для TCP - это 6 (00000110), для UDP - 17 (00010001), полный список - iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xhtml

• Контрольная сумма, 16 бит

  Контрольная сумма вычисляется для заголовка пакета (это поле при вычислении принимается за 0) и используется на принимающей стороне для проверки целостности заголовка - если значения не совпадают, то пакет игнорируется (RFC 1071)

• IP-адрес отправителя, 32 бита
• IP-адрес получателя, 32 бита

• Дополнительные параметры, или опции (если размер заголовка больше 5)

  Такие параметры используются редко. Опции имеют такой формат:

  • Флаг “копировать”, 1 бит - требование о копировании этой опции в заголовки всех фрагментов
  • Класс опции, 2 бита, 00 - это класс управляющих опций, 10 - класс опций измерений и отладки, 11 и 01 зарезервированы
  • Номер опции, 5 бит
  • Размер опции (с учетом этого поля), 8 бит, не указывается для опций без аргументов
  • Аргументы опции

  Например, можно заказать опцию “Запись маршрута” (Record Route, 00000111) - маршрутизаторы будут в конце в аргументы писать свой IP-адрес

Заголовок дополняется нулями в конце так, чтобы занимаемое число байт было кратно 4

При маршрутизации время жизни пакета меняется, что заставляет маршрутизатор заново вычислять контрольную сумму. Поэтому при прохождении в заголовке IP-пакета изменяются минимум эти 2 поля

Также маршрутизатор можно иметь разную максимальную длину пакета (MTU, Maximum transmission unit). Чтобы уметь передавать большие пакеты до 65000 байт, нужно их фрагментировать - разделить на маленькие, которые можно передать, а на приемнике их собрать. Для этого в заголовке используются:

• Идентификатор
• Полная длина пакета
• Смещение фрагмента
• Флаги фрагментации

Например, есть пакет длиной 5140 байт, тогда он разобьется на 4 фрагмента (пусть MTU = 1500):

Идентификатор	Размер пакета	Флаг DF	Флаг MF	Смещение пакета
345	1500	0	1	0
345	1500	0	1	185
345	1500	0	1	370
345	700	0	0	555

Суммарно пакет вырос на 60 байт - 3 размера IP-заголовков дополнительных фрагментов

This site is open source. Improve this page.