IPv 4 Internet Protocol (IP)

Internet Protocol (IP)
IP
Характеристики IP:
Работает на третьем уровне модели OSI (второй уровень модели TCP/IP);
Имеет адресацию в двух вариантах: IPv4 и IPv6;
Адресация иерархическая;
Независим от физической среды передачи данных;
Единица передачи данных – пакет;
Отсутствуют возможности по восстановлению данных;
Не умеет управлять приоритетом трафика.

Перевод числа в двоичную систему
См. 0.Двоичная система счисления.ppt (2-5 сл.)

IPv4
IP-адрес v4 - 32-разрядное двоичное число, разделенное на группы по 8 бит, называемых октетами:
17.239.47.94
=
00010001 11101111 00101111 01011110
Максимальное значение октета
111111112 = 25510

IP-адресация
IP-адрес состоит из двух логических частей
номера подсети (ID подсети)
Идентифицирует сеть, в которой находится узел;
Используется маршрутизаторами для определения маршрута к сети.
номера узла (ID хоста) в этой подсети
Идентифицирует узел;
Назначается администратором сетевому устройству.
При передаче пакета из одной подсети в другую используется ID подсети. Когда пакет попал в подсеть назначения, ID хоста указывает на конкретный узел в рамках этой подсети.
Например, для адреса 192.168.5.164/24
ID подсети – 192.168.5.0
ID хоста – 0.0.0.164
Номер подсети
Номер узла
192.168.5.164
32 байта

Заголовок пакета IP
Поле Номер версии (Version), занимающее 4 бит, указывает версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 (IPv4), и готовится переход на версию 6 (IPv6).
Поле Длина заголовка (IHL) IP-пакета занимает 4 бит и указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования дополнительных байт в поле Опции (IP Options). Наибольший заголовок занимает 60 октетов.
Поле Тип сервиса (Type of Service) занимает один байт и задает приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута.
Поле Общая длина (Total Length) занимает 2 байта и означает общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных.
Поле Идентификатор пакета (Identification) занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого поля.
Поле Флаги (Flags) занимает 3 бита и содержит признаки, связанные с фрагментацией.
Поле Смещение фрагмента (Fragment Offset) занимает 13 бит и задает смещение в байтах поля данных этого пакета от начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации.
Поле Время жизни (Time to Live) занимает один байт и означает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети.
Идентификатор Протокол верхнего уровня (Protocol) занимает один байт и указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит информация, размещенная в поле данных пакета (например, это могут быть сегменты протокола TCP, дейтаграммы UDP, пакеты ICMP или OSPF). Значения идентификаторов для различных протоколов приводятся в документе RFC «Assigned Numbers».
Контрольная сумма (Header Checksum) занимает 2 байта и рассчитывается только по заголовку.
Поля IP-адрес источника (Source IP Address) и IP-адрес назначения (Destination IP Address) имеют одинаковую длину - 32 бита - и одинаковую структуру.
Поле Опции (IP Options) является необязательным и используется обычно только при отладке сети.
Поле Выравнивание (Padding) используется для того, чтобы убедиться в том, что IP-заголовок заканчивается на 32-битной границе. Выравнивание осуществляется нулями.

Классы IP-адресов

Класс А
Первый бит адреса начинается с 0;
номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети;
сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126;
количество узлов может достигать 16 777 214.
00010001 11101111 00101111 01011110
=
17.239.47.94
Классы IP-адресов

Классы IP-адресов
Класс В
первые два бита адреса равны 10;
номер сети занимает два байта, остальные 2 байта интерпретируются как номер узла в сети;
количество узлов может достигать 65 534
10000000 01010000 00011111 11010010
=
128.80.31.210

Классы IP-адресов
Класс С
первые три бита адреса равны 110;
номер сети занимает три байта, 1 байт интерпретируются как номер узла в сети;
количество узлов может достигать 254
11000000 10101000 00001010 00001010
=
192.168.10.10

Класс D
первые четыре бита адреса равны 1110;
обозначает особый, групповой адрес (multicast), т.е. пакет с таким адресом направляется всем узлам, которым присвоен данный адрес
Класс E
Адреса класса Е в настоящее время не используются (был зарезервирован на будущее применение, однако не был использован из-за введения IPv6).
Классы IP-адресов

Количество адресов в сети
IP-адрес, со всеми обнуленными битами на позициях, соответствующих нулям в маске (например 192.168.1.0), называется адресом подсети. Если эти биты установить в единицы (например 192.168.1.255), этот адрес будет называьбся направленным бродкастом (широковещательным) для данной сети.
Итого, два адреса в каждой подсети не используются. Все остальные адреса в диапазоне от адреса подсети до широковещательного адреса являются полноправными адресами хостов внутри подсети, их можно использовать для назначения на компьютерах.
Вычисление количества узлов в сети: 2N – 2, где
N – число разрядов для представления номера узла

Типы IP-адресов

Маска подсети
Маска подсети (subnet mask) – это число, которое используется в паре с IP-адресом и определяет выделенный блок адресов;
Двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети.
Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:
класс А – 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);
класс В – 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0);
класс С – 11111111. 11111111. 11111111. 00000000 (255.255.255.0).

Маска подсети
Способы записи маски подсети:
аналогично записи IP-адреса, например 255.255.255.0 (netmask);
совместно с IP-адресом с помощью указания числа единичных разрядов в записи маски, например 192.168.1.1/24 (bitmask).

Взамен классовой адресации пришли две технологии - Variable-Length Subnet Mask (VLSM) и Classless Inter-Domain Routing (CIDR).
VLSM позволяет разделять сети на меньшие по размеру подсети, что позволяет экономить адреса.
CIDR — метод IP-адресации, позволяющий объединять несколько масок VLSM в одну запись.
Использование этих методов позволяет экономно использовать ограниченный ресурс IP-адресов, поскольку возможно применение различных масок подсетей к различным подсетям.
Бесклассовая адресация

Маска подсети

Примеры
См. 0.Двоичная система счисления.ppt (8-11 сл.)

Особые IP-адреса
Если первый октет ID сети начинается со 127, такой адрес считается адресом машины-источника пакета. Используются для проверки функционирования стека TCP/IP. 127.0.0.1/8
Если все биты IP-адреса равны нулю, адрес обозначает узел-отправитель и используется в некоторых сообщениях ICMP.
Если все биты ID хоста равны 1, адрес называется широковещательным (broadcast), пакеты, имеющие широковещательный адрес, доставляются всем узлам подсети назначения
Если все биты ID хоста равны 0, адрес считается идентификатором подсети (subnet ID).

Адреса частных диапазонов
Частные адреса (Private addresses), описанные в RFC 1918, специально выделены для применения во внутренних сетях и не могут быть присвоены хостам в Интернете. Существует три диапазона частных адресов:
ID подсети – 10.0.0.0, маска подсети: 255.0.0.0;
ID подсети – 172.16.0.0, маска подсети: 255.240.0.0;
ID подсети – 192.168.0.0, маска подсети: 255.255.0.0.