The OpenNET Project / Index page

[ новости /+++ | форум | wiki | теги | ]

Каталог документации / Раздел "Сети, протоколы, сервисы" / Оглавление документа

previous up down next index index
Previous: 4.4 Интернет    UP: 4.4 Интернет
Down: 4.4.11 Протоколы маршрутизации (обзор, таблицы маршрутизации, вектор расстояния)
    Next: 4.4.1.1 Адресация IPv6

4.4.1 IP-протокол
Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ)

В Интернет используется много различных типов пакетов, но один из основных - IP-пакет (RFC-791), именно он вкладывается в кадр Ethernet и именно в него вкладываются пакеты UDP, TCP. IP-протокол предлагает ненадежную транспортную среду. Ненадежную в том смысле, что не существует гарантии благополучной доставки IP-дейтограммы. Алгоритм доставки в рамках данного протокола предельно прост: при ошибке дейтограмма выбрасывается, а отправителю посылается соответствующее ICMP-сообщение (или не посылается ничего). Обеспечение же надежности возлагается на более высокий уровень (UDP или TCP). Формат IP-пакетов показан на рисунке 4.4.1.1.

Рис. 4.4.1.1. Формат дейтограммы Интернет

Поле версия характеризует версию IP-протокола (например, 4 или 6). Формат пакета определяется программой и, вообще говоря, может быть разным для разных значений поля версия. Только размер и положение этого поля незыблемы. Поэтому в случае изменений длины IP-адреса слишком тяжелых последствий это не вызовет. Понятно также, что значение поля версия во избежании непредсказуемых последствий должно контролироваться программой. HLEN - длина заголовка, измеряемая в 32-разрядных словах, обычно заголовок содержит 20 октетов (HLEN=5, без опций и заполнителя). Поле полная длина определяет полную длину IP-дейтограммы (до 65535 октетов), включая заголовок и данные. Одно-октетное поле тип сервиса (TOS - type of service) характеризует то, как должна обрабатываться дейтограмма. Это поле делится на 6 субполей:

Субполе Приоритет предоставляет возможность присвоить код приоритета каждой дейтограмме. Значения приоритетов приведены в таблице (в настоящее время это поле не используется).

0 Обычный уровень
1 Приоритетный
2 Немедленный
3 Срочный
4 Экстренный
5 ceitic/ecp
6 Межсетевое управление
7 Сетевое управление

Формат поля TOS определен в документе RFC-1349. Биты C, D, T и R характеризуют пожелание относительно способа доставки дейтограммы. Так D=1 требует минимальной задержки, T=1 - высокую пропускную способность, R=1 - высокую надежность, а C=1 - низкую стоимость. TOS играет важную роль в маршрутизации пакетов. Интернет не гарантирует запрашиваемый TOS, но многие маршрутизаторы учитывают эти запросы при выборе маршрута (протоколы OSPF и IGRP). В таблице 4.4.1.1 приведены рекомендуемые значения TOS.

Табл. 4.4.1.1. Значения TOS для разных протоколов

Процедура Минимал. задержка Максим. пропускная способность Максим. надежность Минимал. стоимость Код TOS

FTP управление

FTP данные

1

0

0

0

0x10

0

1

0

0

0x08

TFTP

1

0

0

0

0x10

DNS

UDP

tcp

1

0

0

0

0

0

0

0

0x10

0

0

0

0

0x00

telnet

1

0

0

0

0x10

ICMP

0

0

0

0

0x00

IGP

0

0

1

0

0x04

SMTP управление

SMTP данные

1

0

0

0

0x10

0

1

0

0

0x08

SNMP

0

0

1

0

0x04

NNTP

0

0

0

1

0x02

Только один бит из четырех в TOS может принимать значение 1. Значения по умолчанию равны нулю. Большинство из рекомендаций самоочевидны. Так при telnet наибольшую важность имеет время отклика, а для SNMP (управление сетью) - надежность.

До середины 90-х годов поле TOS в большинстве реализаций игнорировалось. Но после начала разработок средств обеспечения качества обслуживания (QoS) внимание к этому возрасло. Появилось предложение замены поля TOS на поле DSCP (Differenciated Services Code Point), которое также имеет 8 бит (см. RFC-2474). Смотри рис. 4.4.1.1a. Биты CU пока не определены. Иногда это поле называется байтом DS (Differenttiated Services).


Рис. 4.4.1.1a. Формат поля DSCP.

Биты DS0-DS5 определяют селектор класса. Значения этого кода представлены в таблице ниже. Стандартным значением DSCP по умолчанию является 000000.

Селектор класса DSCP
Приоритет 1 001000
Приоритет 2 010000
Приоритет 3 011000
Приоритет 4 100000
Приоритет 5 101000
Приоритет 6 110000
Приоритет 7 111000

На базе DSCP разработана технология "пошагового поведения" PHB (per Hop Behavior). В рамках этой политики определяются коды DSCP внутри классов. Например, для политики немедленной переадресации EF рекомендуемое значение DSCP=101110. Эта политика соответствует наиболее высокому уровню обслуживания.

Маршрут транспортировки IP-дейтограммы нельзя знать заранее, это связано с поэтапным (по-шаговом) принятием решения о пути каждого пакета. Это свойство маршрутизации обусловлено тем, что IP является протоколом передачи данных без установления соединения.

Поля идентификатор, флаги (3 бита) и указатель фрагмента (fragment offset) управляют процессом фрагментации и последующей "сборки" дейтограммы. Идентификатор представляет собой уникальный код дейтограммы, позволяющий идентифицировать принадлежность фрагментов и исключить ошибки при "сборке" дейтограмм. Бит 0 поля флаги является резервным, бит 1 служит для управления фрагментацией пакетов (0 - фрагментация разрешена; 1 - запрещена), бит 2 определяет, является ли данный фрагмент последним (0 - последний фрагмент; 1 - следует ожидать продолжения). Поле время жизни (TTL - time to live) задает время жизни дейтограммы в секундах, т.е. предельно допустимое время пребывания дейтограммы в системе. При каждой обработке дейтограммы, например в маршрутизаторе, это время уменьшается в соответствии со временем пребывания в данном устройстве или согласно протоколу обработки. Если TTL=0, дейтограмма из системы удаляется. Во многих реализациях TTL измеряется в числе шагов, в этом случае каждый маршрутизатор выполняет операцию TTL=TTL-1. TTL помогает предотвратить зацикливание пакетов. Поле протокол аналогично полю тип в Ethernet-кадре и определяет структуру поля данные (см. табл. 4.4.1.2).

Поле контрольная сумма заголовка вычисляется с использованием операций сложения 16-разрядных слов заголовка по модулю 1. Сама контрольная сумма является дополнением по модулю один полученного результата сложения. Обратите внимание, здесь осуществляется контрольное суммирование заголовка, а не всей дейтограммы. Поле опции не обязательно присутствует в каждой дейтограмме. Размер поля опции зависит от того, какие опции применены. Если используется несколько опций, они записываются подряд без каких-либо разделителей. Каждая опция содержит один октет кода опции, за которым может следовать октет длины и серия октетов данных. Если место, занятое опциями, не кратно 4 октетам, используется заполнитель. Структура октета кода опции отражена на рис. 4.4.1.2.

Таблица 4.4.1.2. Коды протоколов Интернет

Код протокола Интернет Сокращенное название протокола Описание

0

-

Зарезервировано

1

ICMP

Протокол контрольных сообщений [rfc792]

2

IGMP

Групповой протокол управления [rfc1112]

3

GGP

Протокол маршрутизатор-маршрутизатор [RFC-823]

4

IP

IP поверх IP (инкапсуляция/туннели)

5

ST

Поток [rfc1190]

6

TCP

Протокол управления передачей [RFC-793]

7

UCL

UCL

8

EGP

Протокол внешней маршрутизации [RFC-888]

9

IGP

Протокол внутренней маршрутизации

10

BBN-MON

BBN-RCC мониторирование

11

NVP-II

Сетевой протокол для голосовой связи [RFC-741]

12

PUP

PUP

13

ARGUS

argus

14

Emcon

emcon

15

Xnet

Перекрестный сетевой отладчик [IEN158]

16

Chaos

Chaos

17

UDP

Протокол дейтограмм пользователя [RFC-768]

18

MUX

Мультиплексирование [IEN90]

19

DCN-MEAS

DCN измерительные субсистемы

20

HMP

Протокол мониторирования ЭВМ (host [RFC-869])

21

PRM

Мониторирование при передаче пакетов по радио

22

XNS-IDP

Xerox NS IDP

23

Trunk-1

Trunk-1

24

Trank-2

Trunk-2

25

Leaf-1

Leaf-1

26

Leaf-2

Leaf-2

27

RDP

Протокол для надежной передачи данных [RFC-908]

28

IRTP

Надежный TP для Интернет [RFC-938]

29

ISO-TP4

iso транспортный класс 4 [RFC-905]

30

Netblt

Массовая передача данных [RFC-969]

31

MFE-NSP

Сетевая служба MFE

32

Merit-INP

Межузловой протокол Merit

33

SEP

Последовательный обмен

34

не определен

35

IDRP

Междоменный протокол маршрутизации

36

XTP

Xpress транспортный протокол

37

DDP

Протокол доставки дейтограмм

38

IDPR-CMTP

IDPR передача управляющих сообщений

39

TP++

TP++ транспортный протокол

40

IL

IL-транспортный протокол

41

SIP

Простой Интернет-протокол

42

SDRP

Протокол маршрутных запросов для отправителя

43

SIP-SR

SIP исходный маршрут

44

SIP-Frag

SIP-фрагмент

45

IDRP

Интер-доменный маршрутный протокол

46

RSVP

Протокол резервирования ресурсов канала

47

GRE

Общая инкапсуляция маршрутов

49

BNA

BNA

50

SIPP-ESP

SIPP ESЗ

52

I-NLSP

Интегрированная система безопасности сетевого уровня

53

Swipe

IP с кодированием

54

NHRP

nbma протокол определения следующего шага

55-60

не определены

61

Любой внутренний протокол ЭВМ

62

CFTP

CFTP

63

Любая локальная сеть

64

Sat-Expak

Satnet и Expak

65

MIT-Subn

Поддержка субсетей MIT

66

RVD

Удаленный виртуальный диск MIT

67

IPPC

IPPC

68

Любая распределенная файловая система

69

Sat-Mon

Мониторирование Satnet

70

не определен

71

IPCV

Базовая пакетная утилита

75

PVP

Пакетный видео-протокол

76

BRsat-Mon

Резервное мониторирование Satnet

78

Wb-mon

Мониторирование Expak

79

Wb-expak

Широкополосная версия Expak

80

ISO-IP

iso Интернет протокол

88

IGRP

IGRP (Cisco) - внутренний протокол маршрутизации

89

OSPFIGP

OSPFIGP - внутренний протокол маршрутизации

92

MTP

Транспортный протокол мультикастинга

101-254

не определены

255

зарезервировано

Рис. 4.4.1.2. Формат описания опций

Флаг копия равный 1 говорит о том, что опция должна быть скопирована во все фрагменты дейтограммы. При равенстве этого флага 0 опция копируется только в первый фрагмент. Ниже приведены значения разрядов 2-битового поля класс опции:

Значение поля класс опции Описание

0

Дейтограмма пользователя или сетевое управление

1

Зарезервировано для будущего использования

2

Отладка и измерения (диагностика)

3

Зарезервировано для будущего использования

В таблице, которую вы найдете ниже, приведены значения классов и номеров опций.

Класс опции

Номер опции

Длина описания

Назначение

0

0

-

Конец списка опций. Используется, если опции не укладываются в поле заголовка (смотри также поле "заполнитель")

0

1

-

Никаких операций (используется для выравнивания октетов в списке опций)

0

2

11

Ограничения,связанные с секретностью (для военных приложений)

0

3

*

Свободная маршрутизация. Используется для того, чтобы направить дейтограмму по заданному маршруту

0

7

*

Запись маршрута. Используется для трассировки

0

8

4

Идентификатор потока. Устарело.

0

9

*

Жесткая маршрутизация. Используется, чтобы направить дейтограмму по заданному маршруту

2

4

*

Временная метка Интернет

* в колонке "длина" - означает - переменная.

Наибольший интерес представляют собой опции временные метки и маршрутизация. Опция записать маршрут создает дейтограмму, где зарезервировано место, куда каждый маршрутизатор по дороге должен записать свой IP-адрес (например, утилита traceroute). Формат опции записать маршрут в дейтограмме представлен ниже на рис. 4.4.1.3:

Рис. 4.4.1.3 Формат опций записать маршрут

Поле код содержит номер опции (7 в данном случае). Поле длина определяет размер записи для опций, включая первые 3 октета. Указатель отмечает первую свободную позицию в списке IP-адресов (куда можно произвести запись очередного адреса). Интересную возможность представляет опция маршрут отправителя, которая открывает возможность посылать дейтограммы по заданному отправителем маршруту. Это позволяет исследовать различные маршруты, в том числе те, которые недоступны через узловые маршрутизаторы. Существует две формы такой маршрутизации: Свободная маршрутизация и Жесткая маршрутизация. Форматы для этих опций показаны ниже:

Рис. 4.4.1.3а. Формат опций маршрутизации

Жесткая маршрутизация означает, что адреса определяют точный маршрут дейтограммы. Проход от одного адреса к другому может включать только одну сеть. Свободная маршрутизация отличается от предшествующей возможностью прохода между двумя адресами списка более чем через одну сеть. Поле длина задает размер списка адресов, а указатель отмечает адрес очередного маршрутизатора на пути дейтограммы.

IP-слой имеет маршрутные таблицы, которые просматриваются каждый раз, когда IP получает дейтограмму для отправки. Когда дейтограмма получается от сетевого интерфейса, IP первым делом проверяет, принадлежит ли IP-адрес места назначения к списку локальных адресов, или является широковещательным адресом. Если имеет место один из этих вариантов, дейтограмма передается программному модулю в соответствии с кодом в поле протокола. IP-процессор может быть сконфигурирован как маршрутизатор, в этом случае дейтограмма может быть переадресована в другой узел сети. Маршрутизация на IP-уровне носит пошаговый характер. IP не знает всего пути, он владеет лишь информацией - какому маршрутизатору послать дейтограмму с конкретным адресом места назначения.

Просмотр маршрутной таблицы происходит в три этапа:

  1. Ищется полное соответствие адресу места назначения. В случае успеха, пакет посылается соответствующему маршрутизатору или непосредственно интерфейсу адресата. Связи точка-точка выявляются именно на этом этапе.
  2. Ищется соответствие адресу сети места назначения. В случае успеха система действует также как и в предшествующем пункте. Одна запись в таблице маршрутизации соответствует всем ЭВМ, входящим в данную сеть.
  3. Осуществляется поиск маршрута по умолчанию и, если он найден, дейтограмма посылается в соответствующий маршрутизатор.

Для того чтобы посмотреть, как выглядит простая маршрутная таблица, воспользуемся командой netstat -rn (ЭВМ Sun. Флаг -r выводит на экран маршрутную таблицу, а -n отображает IP-адреса в цифровой форме. С целью экономии места таблица в несколько раз сокращена).

routing tables destination gateway flags refcnt use interface
193.124.225.72 193.124.224.60 ughd

0

61 le0
192.148.166.1 193.124.224.60 ughd

0

409 le0
193.124.226.81 193.124.224.37 ughd

0

464 le0
192.160.233.201 193.124.224.33 ughd

0

222 le0
192.148.166.234 193.124.224.60 ughd

1

3248 le0
193.124.225.66 193.124.224.60 ughd

0

774 le0
192.148.166.10 193.124.224.60 ughd

0

621 le0
192.148.166.250 193.124.224.60 ughd

0

371 le0
192.148.166.4 193.124.224.60 ughd

0

119 le0
145.249.16.20 193.124.224.60 ughd

0

130478 le0
192.102.229.14 193.124.224.33 ughd

0

13206 le0
default 193.124.224.33 ug

9

5802624 le0
193.124.224.32 193.124.224.35 u

6

1920046 le0
193.124.134.0 193.124.224.50 ugd

1

291672 le0

Колонка destination - место назначение, Default - отмечает маршрут по умолчанию; Gateway - IP-адреса портов подключения (маршрутизаторов); REFCNT (reference count) - число активных пользователей маршрута; USE - число пакетов, посланных по этому маршруту; interface - условные имена сетевых интерфейсов. Расшифровка поля FLAGS приведено ниже:

u Маршрут работает (up).

g

Путь к маршрутизатору (gateway), если этот флаг отсутствует, адресат доступен непосредственно.

h

Маршрут к ЭВМ (host), адрес места назначения является полным адресом этой ЭВМ (адрес сети + адрес ЭВМ). Если флаг отсутствует, маршрут ведет к сети, а адрес места назначения является адресом сети.

d Маршрут возник в результате переадресации.
m Маршрут был модифицирован с помощью переадресации.

Опция временные метки работает также как и опция запись маршрута. Каждый маршрутизатор на пути дейтограммы делает запись в одном из полей дейтограммы (два слова по 32 разряда; смотри раздел 4.4.15). Формат этой опции отображен на рисунке 4.4.1.4.

Рис. 4.4.1.4 Формат опции "временные метки"

Смысл полей длина и указатель идентичен тому, что сказано о предыдущих опциях. 4-битовое поле переполнение содержит число маршрутизаторов, которые не смогли записать временные метки из-за ограничений выделенного места в дейтограмме. Значения поля флаги задают порядок записи временных меток маршрутизаторами:

Таблица 4.4.1.3.

Значение флага

Назначение

0

Записать только временные метки; опустить ip-адреса.

1

Записать перед каждой временной меткой ip-адрес (как в формате на предыдущем рисунке).

3

ip-адреса задаются отправителем; маршрутизатор записывает только временные метки, если очередной IP-адрес совпадает с адресом маршрутизатора

Временные метки должны содержать время в миллисекундах, отсчитанное от начала суток.

Взаимодействие других протоколов с IP можно представить из схемы на рис. 4.4.1.5. В основании лежат протоколы, обеспечивающие обмен информацией на физическом уровне, далее следуют протоколы IP, ICMP, ARP, RARP, IGMP и протоколы маршрутизаторов. Чем выше расположен протокол, тем более высокому уровню он соответствует. Протоколы, имена которых записаны в одной и той же строке, соответствуют одному и тому же уровню. Но все разложить аккуратно по слоям невозможно - некоторые протоколы занимают промежуточное положение, что и отражено на схеме, (области таких протоколов захватывают два уровня. Здесь протоколы IP, ICMP и IGMP помещены на один уровень, для чего имеется не мало причин. Но иногда последние два протокола помещают над IP, так как их пакеты вкладываются в IP-дейтограммы. Так что деление протоколов по уровням довольно условно. На самом верху пирамиды находятся прикладные программы, хотя пользователю доступны и более низкие уровни (например, ICMP), что также отражено на приведенном рисунке (4.4.1.5).

Рис. 4.4.1.5. Распределение протоколов Интернет по уровням

Интернет - это инструмент общения, средство доступа к информации и как всякий инструмент требует практики. Из вашего собственного опыта вы знаете, что можно прочесть ворох инструкций о том, как забивать гвозди, но научиться этому можно лишь на практике. Поэтому рекомендую с самого начала, читая данные тексты, чаще садитесь за терминал.

Previous: 4.4 Интернет    UP: 4.4 Интернет
Down: 4.4.11 Протоколы маршрутизации (обзор, таблицы маршрутизации, вектор расстояния)    Next: 4.4.1.1 Адресация IPv6




Спонсоры:
Inferno Solutions
Hosting by Hoster.ru
Хостинг:

Закладки на сайте
Проследить за страницей
Created 1996-2021 by Maxim Chirkov
Добавить, Поддержать, Вебмастеру