Протоколи маршрутизації в IP-мережах. Протокол маршрутизації IP Питання для роздумів

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-2.jpg" alt="(!LANG:>Протокол маршрутизації IP">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-3.jpg" alt="(!LANG:>IP-адреса l IPv 4 -адреса - це унікальна 3 послідовність двійкових цифр,"> IP-адрес l IPv 4 -адрес - это уникальная 32 разрядная последовательность двоичных цифр, с помощью которой компьютер однозначно идентифицируется в IP сети. (на канальном уровне в роли таких же уникальных адресов компьютеров выступают МАС адреса сетевых адаптеров, невозможность совпадения которых контролируется изготовителями на стадии производства.)!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-4.jpg" alt="(!LANG:>Версії l версія 4 протоколи IP, або IPv 4 (IPv 6),"> Версии l версия 4 протокола IP, или IPv 4 l версия 6 (IPv 6), в которой IP адрес представляется в виде 128 битной последовательности двоичных цифр. ipv 6 install!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-5.jpg" alt="(!LANG:>Структура l Для зручності роботи з IP адресами 32 розрядну"> Структура l Для удобства работы с IP адресами 32 разрядную последовательность обычно разделяют на 4 части по 8 битов (на октеты) l каждый октет переводят в десятичное число и при записи разделяют эти числа точками. l в таком виде (это представление называется «десятичные числа с точками» , или, «dotted decimal notation») IP адреса занимают гораздо меньше места и намного легче запоминаются 192. 168. 5. 200 11000000 10101000 0000101 11001000!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-6.jpg" alt="(!LANG:>Маска підмережі l Кількість підмережі - це 32 рази ідучих"> Маска подсети l Маска подсети - это 32 разрядное число, состоящее из идущих вначале единиц, а затем - нулей, например (в десятичном представлении) 255. 0 ИЛИ 255. 240. 0.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-7.jpg" alt="(!LANG:>Маска підмережі l IP-адреса в Маска підмережі грає виключно важливу роль"> Маска подсети l Маска подсети играет исключительно важную роль в IP адресации и маршрутизации l сеть ARPANet строилась как набор соединенных друг с другом гетерогенных сетей. Для правильного взаимодействия в такой сложной сети каждый участник должен уметь определять, какие IP адреса принадлежат его локальной сети, а какие - удаленным сетям. l здесь и используется маска подсети, с помощью которой производится разделение любого IP адреса на две части: идентификатор сети (Net ID) и идентификатор узла (Host ID). l такое разделение делается очень просто: там, где в маске подсети стоят единицы, находится идентификатор сети, а где стоят нули - идентификатор узла. Например, в IP адресе 192. 168. 5. 200 при использовании маски подсети 255. 0 идентификатором сети будет число 192. 168. 5. 0, а идентификатором узла - число 200. Стоит поменять маску подсети, на число 255. 0. 0, как и идентификатор узла, и идентификатор сети изменятся на 192. 168. 0. 0 и 5. 200, соответственно, и от этого, иначе будет вести себя компьютер при посылке IP пакетов.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-8.jpg" alt="(!LANG:>Правила призначення IP-адрес мереж і вузлів1. може містити тільки"> Правила назначения IP-адресов сетей и узлов 1. идентификатор сети не может содержать только двоичные нули или только единицы. Например, адрес 0. 0 не может являться идентификатором сети; 2. идентификатор узла также не может содержать только двоичные нули или только единицы - такие адреса зарезервированы для специальных целей l все нули в идентификаторе узла означают, что этот адрес является адресом сети. Например, 192. 168. 5. 0 является правильным адресом сети при использовании маски 255. 0 и его нельзя использовать для адресации компьютеров, l все единицы в идентификаторе узла означают, что этот адрес является адресом широковещания для данной сети. Например, 192. 168. 5. 255 является адресом широковещания в сети 192. 168. 5. 0 при использовании маски 255. 0 и его нельзя использовать для адресации компьютеров!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-9.jpg" alt="(!LANG:>Правила призначення IP-адрес мереж та вузлів l однієї та"> Правила назначения IP-адресов сетей и узлов l идентификатор узла в пределах одной и той же подсети должен быть уникальным; l диапазон адресов от 127. 0. 0. 1 до 127. 255. 254 нельзя использовать в качестве IP адресов компьютеров. Вся сеть 127. 0. 0. 0 по маске 255. 0. 0. 0 зарезервирована под так называемый «адрес заглушки» (loopback), используемый в IP для обращения компьютера к самому себе. PING 127. 12. 34. 56!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-10.jpg" alt="(!LANG:>l розподілом IP адрес у світі займається приватна неком"> l Распределением IP адресов в мире занимается частная некоммерческая корпорация под названием ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers), а точнее, работающая под ее патронажем организация IANA (Internet Assigned Numbers Authority).!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-11.jpg" alt="(!LANG:>Класова та безкласова IP-адресація">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-12.jpg" alt="(!LANG:>Розвиток l Початковий весь простір можливих IP адрес"> Развитие l Первоначальная все пространство возможных IP адресов было разбито на пять классов l принадлежность IP адреса к определенному классу определялась по нескольким битам первого октета l для адресации сетей и узлов использовались только классы А, В и С. l для этих сетей были определены фиксированные маски подсети по умолчанию, равные, соответственно, 255. 0. 0. 0, 255. 0. 0 и 255. 0, которые не только жестко определяли диапазон возможных IP адресов узлов в таких сетях, но и механизм маршрутизации.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-13.jpg" alt="(!LANG:>Класи адрес в початковій схемі IP-адреси в"> Классы адресов в первоначальной схеме IP-адресации Класс Первые Возможное число биты в значения сетей узлов в сети октете первого октета А 0 1 -126 16777214 В 10 128 -191 16384 65534 С 110 192 -223 2097152 254 D 1110 224 -239 Используется для многоадресной рассылки (multicast) Е 1111 240 -254 Зарезервирован как экспериментальный!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-14.jpg" alt="(!LANG:>Проблеми l Для отримання потрібного діапазону IP адрес ,"> Проблемы l Для получения нужного диапазона IP адресов организациям предлагалось заполнить регистрационную форму, в которой следовало указать текущее число компьютеров и планируемый рост компью терного парка в течение двух лет. l с развитием Интернета такой подход к распределению IP адресов стал вызывать проблемы, особенно острые для сетей класса В. l организациям, в которых число компьютеров не превышало нескольких сотен (скажем, 500), приходилось регистрировать для себя целую сеть класса В. l Поэтому количество доступных сетей класса В стало на глазах «таять» , но при этом громадные диапазоны IP адресов (в нашем примере - более 65000) пропадали зря.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-15.jpg" alt="(!LANG:>Вирішення проблеми l Щоб вирішити проблему, була розроблена безкласова">!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-16.jpg" alt="(!LANG:>Безкласова схема IP-адресації (Classless Inter.) , CIDR l відсутня прив'язка IP адреси"> Бесклассовая схема IP-адресации (Classless Inter. Domain Routing,), CIDR l отсутствует привязка IP адреса к классу сети и маске подсети по умолчанию l допускается применение так называемых масок подсети с переменной длиной (Variable Length Subnet Mask, VLSM). l Например, если при выделении сети для вышеуказанной организации с 500 компьютерами вместо фиксированной маски 255. 0. 0 использовать маску 255. 254. 0 то получившегося диапазона из 512 возможных IP адресов будет вполне достаточно. Оставшиеся 65 тысяч адресов можно зарезервировать на будущее или раздать другим желающим подключиться к Интернету. Этот подход позволил гораздо более эффективно выделять организациям нужные им диапазоны IP адресов, и проблема с нехваткой IP сетей и адресов стала менее острой.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-17.jpg" alt="(!LANG:>l Розрахунок максимально можливої кількості вузлів у будь-якій IP мережі скільки бітів"> l Рассчет максимально возможного количества узлов в любой IP сети сколько битов содержится в идентификаторе узла, или, иначе, сколько нулей имеется в маске подсети. l Это число используется в качестве показателя степени двойки, а затем из результата вычитается два зарезервированных адреса (сети и широковещания). l Аналогичным способом легко вычислить и возможное количество сетей классов А, В или С, если учесть, что первые биты в октете уже зарезервированы, а в классе А нельзя использовать IP адреса 0. 0 и 127. 0. 0. 0 для адресации сети.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-18.jpg" alt="(!LANG:>IP-адреси для локальних мереж l Всі використовувані в Інтернеті повинні реєструватися в"> IP-адреса для локальных сетей l Все используемые в Интернете адреса, должны регистрироваться в IANA, что гарантирует их уникальность в масштабе всей планеты. Такие адреса называют реальными, или публичными (public) IP адресами. l Для локальных сетей, не подключенных к Интернету, регистрация IP адресов, естественно, не требуется, так что, в принципе, здесь можно использовать любые возможные адреса. Однако, чтобы не допускать возможных конфликтов при последующем подключении такой сети к Интернету, RFC 1918 рекомендует применять в локальных сетях только следующие диапазоны так называемых частных (private) IP адресов (в Интернете эти адреса не существуют и использовать их там нет возможности): ¡ 10. 0- 10. 255; ¡ 172. 16. 0. 0- 172. 31. 255; а!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-19.jpg" alt="(!LANG:>Основи ІР-маршрутизації l щоб правильно взаємодіяти з іншими , кожен"> Основы IР-маршрутизации l чтобы правильно взаимодействовать с другими компьютерами и сетями, каждый компьютер определяет, какие IP адреса принадлежат его локальной сети, а какие - удаленным сетям. l если выясняется, что IP адрес компьютера назначения принадлежит локальной сети, пакет посылается непосредственно компьютеру назначения, если же это адрес удаленной сети, то пакет посылается по адресу основного шлюза.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-20.jpg" alt="(!LANG:>Приклад КОМП'ЮТЕР l IP адреса - 190. l маска підмережі -"> Пример КОМПЬЮТЕР l IP адрес - 192. 168. 5. 200; l маска подсети - 255. 0; l основной шлюз - 192. 168. 5. 1. При запуске протокола IP на компьютере выполняется операция логического «И» между его собственными IP адресом и маской подсети l IP адрес в 32 разрядном виде 11000000 10101000 00000101 11001000; l маска подсети - 11111111 0000; l идентификатор сети - 11000000 10101000 00000101 0000 Т. е. 192. 168. 5. 0 идентификатор собственной сети!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-21.jpg" alt="(!LANG:>Приклад Задача: відправити IP-пакет за адресою 19. 5. 15. l комп'ютер виконує"> Пример Задача: отправить IP-пакет по адресу 192. 168. 5. 15. l компьютер выполняет операцию логического «И» с IP адресом компьютера назначения и собственной маской подсети. l полученный в результате идентификатор сети назначения будет совпадать с идентификатором собственной сети компьютера отправителя.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-22.jpg" alt="(!LANG:>Приклад Так наш комп'ютер визначить, що комп'ютер призначення знаходиться в ним"> Пример Так наш компьютер определит, что компьютер назначения находится в одной с ним сети, и выполнит следующие операции: l с помощью протокола ARP будет определен физический МАС адрес, соответствующий IP адресу компьютера назначения; l с помощью протоколов канального и физического уровня по этому МАС адресу будет послана нужная информация.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-23.jpg" alt="(!LANG:>Приклад 2 Завдання: надіслати IP-пакет за адресою1 10. 20. l Комп'ютер виконає"> Пример 2 Задача: отправить IP-пакет по адресу 192. 168. 10. 20. l Компьютер выполнит аналогичную процедуру определения идентификатора сети назначения. l В результате будет получен адрес 192. 168. 10. 0, не совпадающий с идентификатором сети компьютера отправителя. l Так будет установлено, что компьютер назначения находится в удаленной сети, и алгоритм действий компьютера отправителя изменится: 1. будет определен МАС адрес не компьютера назначения, а маршрутизатора; 2. с помощью протоколов канального и физического уровня по этому МАС адресу на маршрутизатор будет послана нужная информация. Дальнейшая судьба IP пакета зависит от правильной настройки маршрутизаторов, объединя ющих сети 192. 168. 5. 0 и 192. 168. 10. 0. важна правильная настройка маски подсети в параметрах IP адресации!!!!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-24.jpg" alt="(!LANG:>Спосібами налаштування параметрів IP та перевірка працездатності помилитися, при"> Способами настройки параметров IP и проверка работоспособности 1. назначить вручную (легко ошибиться, при изменении надо перенастраивать, сетевые администраторы полностью контролируют все IP адреса, невозможно работать в крупных корпоративных сетях с мобильными устройствами типа ноутбуков или КПК, которые часто перемещаются из одного сегмента сети в другой) 2. автоматическое получение IP адреса. Специальные серверы, поддерживающие протокол динамической конфигурации узлов (Dynamic Host Con iguration Protocol, DHCP), задача которых состоит f в обслуживании запросов клиентов на получение IP адреса и другой информации, необходимой для правильной работы в сети. Если сервер DHCP недоступен (отсутствует или не работает), то начиная с версии Windows 98 компьютеры самостоятельно назначают себе IP адрес. При этом используется механизм автоматической личной IP адресации (Automatic Private IP Addressing, АРIPA), для которого корпорацией Microsoft в IANA был зарегистрирован диапазон адресов 169. 254. 0. 0 - 169. 254. 255.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-25.jpg" alt="(!LANG:>Перевірка параметрів та працездатності протоколу IP 1.ALL .PING 127."> Проверка параметров и работоспособности протокола IP 1. IPCONFIG /ALL. 2. PING 127. 0. 0. 1 3. PING w. x. y. z, где w. x. y. z - IP адрес соседнего компьютера. 4. PING w. x. y. z, где w. x. y. z - IP адрес основного шлюза. 5. PING w. x. y. z, гдеw. x. y. z - IP адрес любого удаленного компьютера.!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-26.jpg" alt="(!LANG:>Запитання 1. Які параметри та налаштування обов'язкові /IP?2."> Вопросы 1. Какие параметры и настройки обязательны дляобеспечения работы стека протоколов TCP/IP? 2. Что такое IP адрес? Какова его структура? Какиевозможны способы представления IP адресов? 3. Чем отличаются версии 4 и 6 протокола IP? Какие преимущества обеспечит версия 6 протокола IP? Почему возникла необходимость в переходе на версию 6 протокола IP? 4. Что такое маска подсети? Для чего она нужна? 5. В чем заключается смысл разделения IP адреса на идентификаторы сети и узла? Для чего это требуется? 6. Какие IP адреса и маски являются допустимыми, а какие - нет? Почему? 7. В чем различие между классовой и бесклассовой IP адресациями? Каковы их преимущества и недостатки?!}

Src="https://present5.com/presentation/3/159928527_437552731.pdf-img/159928527_437552731.pdf-27.jpg" alt="(!LANG:>Питання 1. Що таке класи IP адрес? визначаються?2."> Вопросы 1. Что такое классы IP адресов? По каким правилам они определяются? 2. Как назначить IP адреса в локальной сети (без выхода в Интернет)? 3. Каковы основные принципы маршрутизации пакетов в локальных и удаленных сетях? 4. Что такое таблица маршрутов (таблица маршрутизации)? Объясните смысл каждой из ее колонок. 5. Как «прописать» в таблице маршрутизации отсутствующий в ней новый маршрут? 6. Что такое динамическая конфигурация узлов? Для чего она нужна? 7. В чем заключается технология автоматической личной IP адресации? 8. Каков типовой алгоритм проверки работоспособности протокола IP?!}

Або шлюзом, називається вузол мережі з декількома IP-інтерфейсами (що містять свою MAC-адресу і IP-адресу), підключеними до різних IP-мереж, що здійснює на основі рішення задачі маршрутизації перенаправлення дейтаграм з однієї мережі в іншу для доставки від відправника до одержувача.

Є або спеціалізовані обчислювальні машини, або комп'ютери з декількома IP-інтерфейсами, робота яких керується спеціальним програмним забезпеченням.

Маршрутизація в IP-мережах

Маршрутизація використовується для отримання пакета від одного пристрою та передачі його по мережі іншому пристрої через інші мережі. Якщо в мережі немає маршрутизаторів, не підтримується маршрутизація. Маршрутизатори спрямовують (перенаправляють) трафік у всі мережі, що становлять об'єднану мережу.

Для маршрутизації пакета маршрутизатор повинен мати таку інформацію:

Адреса призначення
Сусідний маршрутизатор, від якого він може дізнатися про віддалені мережі
Доступні шляхи до всіх віддалених мереж
Найкращий шлях до кожної віддаленої мережі
Методи обслуговування та перевірки інформації про маршрутизацію

Маршрутизатор дізнається про віддалені мережі від сусідніх маршрутизаторів або від адміністратора мережі. Потім маршрутизатор будує таблицю маршрутизації, яка визначає, як знайти віддалені мережі.

Якщо мережа підключена безпосередньо до маршрутизатора, він знає, як направити пакет у цю мережу. Якщо мережа не підключена безпосередньо, маршрутизатор повинен дізнатися (вивчити) шляхи доступу до віддаленої мережі за допомогою статичної маршрутизації (введення адміністратором вручну розташування всіх мереж у таблицю маршрутизації) або за допомогою динамічної маршрутизації.

Динамічна маршрутизація - це процес протоколу маршрутизації, що визначає взаємодію пристрою з сусідніми маршрутизаторами. Маршрутизатор оновлюватиме відомості про кожну вивчену ним мережу. Якщо в мережі відбудуться зміни, протокол динамічної маршрутизації автоматично інформує про зміну всіх маршрутизаторів. Якщо ж використовується статична маршрутизація, оновити таблиці маршрутизації на всіх пристроях доведеться системному адміністратору.

IP-маршрутизація – простий процес, який однаковий у мережах будь-якого розміру. Наприклад, на малюнку показаний процес покрокової взаємодії хоста А з хостом В іншій мережі. У прикладі користувач хоста А запитує по ping IP-адресу хоста В. Подальші операції не такі прості, тому розглянемо їх докладніше:

У командному рядку користувач вводить ping 172.16.20.2. На хості А генерується пакет за допомогою протоколів мережного рівня та ICMP.

IP звертається до протоколу ARP для з'ясування мережі призначення пакета, переглядаючи IP-адресу і маску підмережі хоста А. Це запит до віддаленому хосту, тобто. пакет не призначений для хосту локальної мережі, тому пакет повинен бути направлений маршрутизатору для перенаправлення в потрібну віддалену мережу.
Щоб хост А зміг надіслати пакет маршрутизатору, хост повинен знати апаратну адресу інтерфейсу маршрутизатора, підключений до локальної мережі. Мережевий рівень передає пакет та апаратну адресу призначення канальному рівню для поділу на кадри та пересилання локальному хосту. Для отримання апаратної адреси хост шукає місце розташування точки власної пам'яті, званої кешем ARP.
Якщо IP-адреса ще не була доступна і не присутня в кеші ARP, хост надсилає широкомовне розсилання ARP для пошуку апаратної адреси за IP-адресою 172.16.10.1. Саме тому перший запит Ping зазвичай закінчується тайм-аутом, але чотири інші запити будуть успішними. Після кешування адреси тайм-ауту зазвичай немає.
Маршрутизатор відповідає та повідомляє апаратну адресу інтерфейсу Ethernet, підключеного до локальної мережі. Тепер хост має всю інформацію для пересилання пакета маршрутизатору локальної мережі. Мережевий рівень спускає пакет вниз для генерації ехо-запиту ICMP (Ping) на канальному рівні, доповнюючи пакет апаратною адресою, якою хост повинен надіслати пакет. Пакет має IP-адреси джерела та призначення разом із зазначенням типу пакета (ICMP) у полі протоколу мережного рівня.
Канальний рівень формує кадр, в якому інкапсулюється пакет разом з інформацією, що керує, необхідною для пересилки по локальній мережі. До такої інформації відносяться апаратні адреси джерела та призначення, а також значення у полі типу, встановлене протоколом мережного рівня (це буде поле типу, оскільки IP за замовчуванням користується кадрами Ethernet_II). Малюнок 3 показує кадр, що генерується на канальному рівні і пересилається локальним носієм. На малюнку 3 показана вся інформація, необхідна для взаємодії з маршрутизатором: апаратні адреси джерела та призначення, IP-адреси джерела та призначення, дані, а також контрольна сума CRC кадру, що знаходиться у полі FCS (Frame Check Sequence).
Канальний рівень хоста А передає кадр фізичного рівня. Там виконується кодування нулів і одиниць цифровий сигнал з подальшою передачею цього сигналу по локальній фізичній мережі.

Сигнал досягає інтерфейсу Ethernet 0 маршрутизатора, який синхронізується преамбулою цифрового сигналу для вилучення кадру. Інтерфейс маршрутизатора після побудови кадру перевіряє CRC, а наприкінці прийому кадру порівнює отримане значення з вмістом поля FCS. Крім того, він перевіряє процес передачі на відсутність фрагментації та конфліктів носія.
Перевіряється апаратна адреса призначення. Оскільки він збігається з адресою маршрутизатора, аналізується поле типу кадру визначення подальших дій із цим пакетом даних. У полі типу вказано протокол IP, тому маршрутизатор передає пакет процесу протоколу IP, що виконується маршрутизатором. Кадр віддаляється. Вихідний пакет (згенерований хостом А) міститься в буфер маршрутизатора.
Протокол IP дивиться на IP-адресу призначення в пакеті, щоб визначити, чи пакет не направлений самому маршрутизатору. Оскільки IP-адреса призначення дорівнює 172.16.20.2, маршрутизатор визначає за таблицею маршрутизації, що мережа 172.16.20.0 безпосередньо підключена до інтерфейсу Ethernet 1.
Маршрутизатор передає пакет із буфера в інтерфейс Ethernet 1. Маршрутизатору необхідно сформувати кадр для пересилання пакета хосту призначення. Спочатку маршрутизатор перевіряє свій кеш ARP, щоб визначити, чи була вже дозволена апаратна адреса під час попередніх взаємодій з цією мережею. Якщо адреси немає в кеші ARP, маршрутизатор надсилає широкомовний запит ARP до інтерфейсу Ethernet 1 для пошуку апаратної адреси для IP-адреси 172.16.20.2.
Хост В відгукується апаратною адресою свого мережевого адаптера на запит ARP. Інтерфейс Ethernet 1 маршрутизатора тепер має все необхідне для пересилання пакета до точки остаточного прийому. На малюнку показує кадр, згенерований маршрутизатором і переданий локальної фізичної мережі.

Кадр, згенерований інтерфейсом Ethernet 1 маршрутизатора, має апаратну адресу джерела від інтерфейсу Ethernet 1 і апаратну адресу призначення для мережевого адаптера хоста В. Важливо відзначити, що, незважаючи на зміни апаратних адрес джерела і призначення, в кожному пакеті інтерфейсі маршрутизатора, IP-адреси джерела та призначення ніколи не змінюються. Пакет аж ніяк не модифікується, але змінюються кадри.

Хост приймає кадр і перевіряє CRC. Якщо перевірка успішна, кадр видаляється, а пакет передається протоколу IP. Він аналізує IP-адресу призначення. Оскільки IP-адреса призначення збігається з встановленим в хості адресою, протокол IP досліджує поле протоколу для визначення мети пакета.
У нашому пакеті міститься ехо-запит ICMP, тому хост В генерує новий ехо-відповідь ICMP з IP-адресою джерела, рівним адресою хоста, і IP-адресою призначення, рівним адресою хоста А. Процес запускається заново, але в протилежному напрямку. Однак апаратні адреси всіх пристроїв на шляху проходження пакета вже відомі, тому всі пристрої зможуть отримати апаратні адреси інтерфейсів з власних кешів ARP.

У великих мережах процес відбувається аналогічно, але пакету доведеться пройти більше ділянок на шляху до хосту призначення.

Таблиці маршрутизації

У стеку TCP/IP маршрутизатори і кінцеві вузли приймають рішення у тому, кому передавати пакет його успішної доставки вузлу призначення, виходячи з про таблиць маршрутизації (routing tables).

Таблиця є типовим прикладом таблиці маршрутів, використовує IP-адреси мереж, для мережі, представленої малюнку.

Таблиця маршрутизації для Router 2

У таблиці представлена таблиця маршрутизації багатомаршрутна, оскільки міститься два маршрути до мережі 116.0.0.0. У разі побудови одномаршрутної таблиці маршрутизації необхідно вказувати лише один шлях до мережі 116.0.0.0 за найменшим значенням метрики.

Як неважко бачити, у таблиці визначено кілька маршрутів із різними параметрами. Читати кожен такий запис у таблиці маршрутизації потрібно так:

Щоб доставити пакет в мережу з адресою з поля Мережева адреса і маскою з поля Маска мережі, потрібно з інтерфейсу з IP-адресою з поля Інтерфейс надіслати пакет по IP-адресі з поля Адреса шлюзу, а «вартість» такої доставки буде дорівнює кількості з поля Метрика.

У цій таблиці в стовпці "Адреса мережі призначення" вказуються адреси всіх мереж, яким маршрутизатор може передавати пакети. У стеку TCP/IP прийнято так званий однокроковий підхід до оптимізації маршруту просування пакета (next-hop routing) – кожен маршрутизатор і кінцевий вузол бере участь у виборі лише одного кроку передачі пакета. Тому в кожному рядку таблиці маршрутизації вказується не весь маршрут у вигляді послідовності IP-адрес маршрутизаторів, через які повинен пройти пакет, а тільки одна IP-адреса - адреса наступного маршрутизатора, якому потрібно передати пакет. Разом із пакетом наступному маршрутизатору передається відповідальність за вибір наступного кроку маршрутизації. Однокроковий підхід до маршрутизації означає розподілене рішення задачі вибору маршруту. Це знімає обмеження максимальної кількості транзитних маршрутизаторів на шляху пакета.

Для надсилання пакета наступному маршрутизатору потрібне знання його локальної адреси, але у стеку TCP/IP у таблицях маршрутизації прийнято використання лише IP-адрес для збереження їхнього універсального формату, який залежить від типу мереж, які входять в інтерсеть. Для знаходження локальної адреси за відомою IP-адресою необхідно скористатися протоколом ARP.

Однокрокова маршрутизація має ще одну перевагу - вона дозволяє скоротити обсяг таблиць маршрутизації в кінцевих вузлах і маршрутизаторах за рахунок використання як номер мережі призначення так званого маршруту за замовчуванням - default (0.0.0.0), який зазвичай займає в таблиці маршрутизації останній рядок. Якщо в таблиці маршрутизації є такий запис, всі пакети з номерами мереж, які відсутні в таблиці маршрутизації, передаються маршрутизатору, зазначеному в рядку default. Тому маршрутизатори часто зберігають у своїх таблицях обмежену інформацію про мережі інтермережі, пересилаючи пакети для інших мереж порт і маршрутизатор, які використовуються за замовчуванням. Мається на увазі, що маршрутизатор, який використовується за замовчуванням, передасть пакет на магістральну мережу, а маршрутизатори, підключені до магістралі, мають повну інформацію про склад інтермережі.

Крім маршруту default, у таблиці маршрутизації можуть зустрітися два типи спеціальних записів - запис про специфічний для вузла маршруті та запис про адреси мереж, безпосередньо підключених до портів маршрутизатора.

Специфічний для вузла маршрут містить замість номера мережі повну IP-адресу, тобто адресу, що має ненульову інформацію у полі номери мережі, а й у полі номера вузла. Передбачається, що для такого кінцевого вузла маршрут повинен вибиратися не так, як для решти всіх вузлів мережі, до якої він відноситься. У випадку, коли в таблиці є різні записи про просування пакетів для всієї мережі N та її окремого вузла, що має адресу N,D, при надходженні пакета, адресованого вузлу N,D, маршрутизатор віддасть перевагу запису N,D.

Записи в таблиці маршрутизації, що стосуються мереж, безпосередньо підключених до маршрутизатора, у полі "Метрика" містять нулі («підключено»).

Алгоритми маршрутизації

Основні вимоги до алгоритмів маршрутизації:

точність;
простота;
надійність;
стабільність;
справедливість;
оптимальність.

Існують різні алгоритми побудови таблиць для однокрокової маршрутизації. Їх можна поділити на три класи:

алгоритми простої маршрутизації;
алгоритми фіксованої маршрутизації;
алгоритми адаптивної маршрутизації

Незалежно від алгоритму, що використовується для побудови таблиці маршрутизації, результат роботи має єдиний формат. За рахунок цього в одній і тій самій мережі різні вузли можуть будувати таблиці маршрутизації за своїми алгоритмами, а потім обмінюватися між собою відсутніми даними, так як формати цих таблиць фіксовані. Тому маршрутизатор, що працює за алгоритмом адаптивної маршрутизації, може забезпечити кінцевий вузол, що застосовує алгоритм фіксованої маршрутизації, відомостями про шлях до мережі, яку кінцевий вузол нічого не знає.

Проста маршрутизація

Це спосіб маршрутизації не змінюється при зміні топології та стан мережі передачі даних (СПД).

Проста маршрутизація забезпечується різними алгоритмами, типовими з яких є:

Випадкова маршрутизація – це передача повідомлення з вузла у будь-якому випадково вибраному напрямку, крім напрямків якими повідомлення надійшло вузол.
Лавинна маршрутизація – це передача повідомлення з вузла у всіх напрямках, крім напряму яким повідомлення надійшло у вузол. Така маршрутизація гарантує мінімальний час доставки пакета, за рахунок погіршення пропускної спроможності.
Маршрутизація за попереднім досвідом – кожен пакет має лічильник числа пройдених вузлів, у кожному вузлі зв'язку аналізується лічильник та запам'ятовується той маршрут, який відповідає мінімальному значенню лічильника. Такий алгоритм дозволяє пристосовуватися до зміни топології мережі, але адаптації протікає повільно і неефективно.

В цілому, проста маршрутизація не забезпечує спрямовану передачу пакета і має низьку ефективність. Основною її перевагою є забезпечення сталої роботи мережі при виході з експлуатації різних частин мережі.

Фіксована маршрутизація

Цей алгоритм застосовується у мережах із простою топологією зв'язків та заснований на ручному складанні таблиці маршрутизації адміністратором мережі. Алгоритм часто ефективно працює також для магістралей великих мереж, тому що сама магістраль може мати просту структуру з очевидними найкращими шляхами проходження пакетів у підмережі, приєднані до магістралі, виділяють такі алгоритми:

Одношляхова фіксована маршрутизація – коли між двома абонентами встановлюється єдиний шлях. Мережа з такою маршрутизацією нестійка до відмов та перевантажень.
Багатоколійна фіксована маршрутизація – може бути встановлено кілька можливих шляхів та вводиться правило вибору колії. Ефективність такої маршрутизації падає зі збільшенням навантаження. При відмови будь-якої лінії зв'язку необхідно змінювати таблицю маршрутизації, при цьому у кожному вузлі зв'язку зберігатися кілька таблиць.

Адаптивна маршрутизація

Це основний вид алгоритмів маршрутизації, що застосовуються маршрутизаторами у сучасних мережах із складною топологією. Адаптивна маршрутизація заснована на тому, що маршрутизатори періодично обмінюються спеціальною топологічною інформацією про мережі, що є в інтермерті, а також про зв'язки між маршрутизаторами. Зазвичай враховується як топологія зв'язків, а й їх пропускна здатність і стан.

Адаптивні протоколи дозволяють всім маршрутизаторам збирати інформацію про топологію зв'язків у мережі, оперативно відпрацьовуючи зміни конфігурації зв'язків. Ці протоколи мають розподілений характер, який виявляється у тому, що в мережі відсутні будь-які виділені маршрутизатори, які збирали б і узагальнювали топологічну інформацію: ця робота розподілена між усіма маршрутизаторами, виділяють такі алгоритми:

Локальна адаптивна маршрутизація – кожен вузол містить інформацію про стан лінії зв'язку, довжину черги та таблицю маршрутизації.
Глобальна адаптивна маршрутизація – заснована на використанні інформації, що отримується від сусідніх вузлів. І тому кожен вузол містить таблицю маршрутизації, у якій зазначено час проходження повідомлень. На основі інформації, що отримується із сусідніх вузлів, значення таблиці перераховується з урахуванням довжини черги у самому вузлі.
Централізована адаптивна маршрутизація – є певний центральний вузол, який займається збиранням інформації про стан мережі. Цей центр формує пакети, що містять таблиці маршрутизації і розсилає їх у вузли зв'язку.
Гібридна адаптивна маршрутизація – заснована на використанні таблиці періодично розсилається центром та на аналізі довжини черги з самому вузлі.

Показники алгоритмів (метрики)

Маршрутні таблиці містять інформацію, яку використовують програми комутації для вибору найкращого маршруту. Чим характеризується побудова маршрутних таблиць? Якою є особливість природи інформації, яку вони містять? У цьому розділі, присвяченому показникам алгоритмів, спроба відповісти питанням, яким чином алгоритм визначає перевагу одного маршруту проти іншими.

В алгоритмах маршрутизації використовується безліч різних показників. Складні алгоритми маршрутизації при виборі маршруту можуть базуватися на багатьох показниках, комбінуючи їх таким чином, що в результаті виходить один гібридний показник. Нижче наведено показники, що використовуються в алгоритмах маршрутизації:

Довжина маршруту.
Надійність.
Затримки.
Ширина смуги пропускання.

Довжина маршруту.

Довжина маршруту є найзагальнішим показником маршрутизації. Деякі протоколи маршрутизації дозволяють адміністраторам мережі призначати будь-які ціни на кожен канал мережі. У цьому випадку довжиною тракту є сума витрат, пов'язаних з кожним каналом, що був траверсований. Інші протоколи маршрутизації визначають "кількість пересилок" (кількість хопів), тобто показник, що характеризує кількість проходів, які пакет повинен здійснити на шляху від джерела до пункту призначення через елементи об'єднання мереж (такі як маршрутизатори).

Надійність.

Надійність, у контексті алгоритмів маршрутизації, відноситься до надійності кожного каналу мережі (як правило, що описується в термінах співвідношення біт/помилка). Деякі мережі можуть відмовляти частіше, ніж інші. Відмовлення одних каналів мережі можуть бути усунені легше чи швидше, ніж відмови інших каналів. При призначенні оцінок надійності можуть бути прийняті до уваги будь-які фактори надійності. Оцінки надійності зазвичай призначаються каналами мережі адміністраторами. Зазвичай, це довільні цифрові величини.

Затримки.

Під затримкою маршрутизації зазвичай розуміють відрізок часу, необхідний пересування пакета від джерела до пункту призначення через об'єднану мережу. Затримка залежить від багатьох факторів, включаючи смугу пропускання проміжних каналів мережі, черги в порт кожного маршрутизатора на шляху пересування пакета, перевантаженість мережі на всіх проміжних каналах мережі та фізична відстань, на яку необхідно перемістити пакет. Оскільки тут має місце конгломерація кількох важливих змінних, затримка є найбільш загальним та корисним показником.

Смуга пропуску.

Смуга пропускання відноситься до наявної потужності трафіку будь-якого каналу. За інших рівних показників, канал Ethernet 10 Mbps кращий за будь-яку орендовану лінію зі смугою пропускання 64 Кбайт/с. Хоча смуга пропускання є оцінкою максимально досяжної пропускної спроможності каналу, маршрути, що проходять через канали з більшою смугою пропускання, не обов'язково будуть кращими за маршрути, що проходять через менш швидкодіючі канали.

Протокол передачі даних TCP/IP

Мережа Інтернет, що є мережею мереж і об'єднує величезну кількість різних локальних, регіональних та корпоративних мереж, функціонує та розвивається завдяки використанню єдиного протоколу передачі TCP/IP. Термін TCP/IP включає назву двох протоколів:

Transmission Control Protocol (TCP) – транспортний протокол;
Internet Protocol (IP) – протокол маршрутизації.

Протокол маршрутизації.Протокол ІР забезпечує передачу інформації між комп'ютерами мережі. Розглянемо роботу цього протоколу за аналогією з передачею інформації за допомогою звичайної пошти. Щоб лист дійшов за призначенням, на конверті вказується адреса одержувача (кому лист) і адресу відправника (від кого лист).

Аналогічно передана по мережі інформація "упаковується в конверт", на якому "пишуться" IP-адреси комп'ютерів одержувача та відправника, наприклад "Кому: 198.78.213.185", "Від кого: 193.124.5.33". Вміст конверта на комп'ютерній мові називається IP-пакетомі є набір байтів.

У процесі надсилання звичайних листів вони спочатку доставляються на найближче до відправника поштове відділення, а потім передаються по ланцюжку поштових відділень на найближче до одержувача поштове відділення. На проміжних поштових відділеннях листи сортуються, тобто визначається, яке наступне поштове відділення необхідно надіслати той чи інший лист.

IP-пакети на шляху до комп'ютера-отримувача також проходять через численні проміжні сервери Інтернету, на яких здійснюється операція маршрутизації. В результаті маршрутизації IP-пакети надсилаються від одного сервера Інтернету до іншого, поступово наближаючись до комп'ютера-одержувача.

Internet Protocol (IP)забезпечує маршрутизацію IP-пакетів, тобто доставку інформації від комп'ютера-відправника до комп'ютера-одержувача.

Визначення маршруту проходження інформації."Географія" Інтернету суттєво відрізняється від звичної нам географії. Швидкість отримання інформації залежить не від віддаленості Web-сервера, а від кількості проміжних серверів та якості ліній зв'язку (їх пропускної спроможності), якими передається інформація від вузла до вузла.

З маршрутом проходження інформації в Інтернеті можна познайомитись досить просто. Спеціальна програма tracert.exe, яка входить до складу Windows, дозволяє простежити, через які сервери та з якою затримкою передається інформація з вибраного сервера Інтернету на ваш комп'ютер.

Простежимо, як реалізується доступ до інформації в "московській" частині Інтернету до одного з найпопулярніших пошукових серверів українського Інтернету www.rambler.ru.

Визначення маршруту проходження інформації

2. У вікні Сеанс MS-DOSу відповідь запрошення системи ввести команду.

3. Через деякий час з'явиться трасування передачі інформації, тобто список вузлів, через які передається інформація на ваш комп'ютер, та час передачі між вузлами.

Трасування маршруту передачі інформації показує, що сервер www.rambler.ru знаходиться від нас на відстані 7 переходів, тобто інформація передається через шість проміжних серверів Інтернету (через сервери московських провайдерів МТУ-Інформ і Демос). Швидкість передачі між вузлами досить висока, однією "перехід" витрачається від 126 до 138 мс.

Транспортний протокол.Тепер уявімо, що нам необхідно переслати поштою багатосторінковий рукопис, а пошта бандеролі та посилки не приймає. Ідея проста: якщо рукопис не поміщається у звичайний поштовий конверт, його треба розібрати на листи та переслати їх у кількох конвертах. При цьому аркуші рукопису необхідно обов'язково пронумерувати, щоб одержувач знав, у якій послідовності ці аркуші потім з'єднати.

В Інтернеті часто трапляється аналогічна ситуація, коли комп'ютери обмінюються великими файлами. Якщо надіслати такий файл цілком, то він може надовго "закупорити" канал зв'язку, зробити його недоступним для пересилання інших повідомлень.

Щоб цього не відбувалося, на комп'ютері-відправнику необхідно розбити великий файл на дрібні частини, пронумерувати їх і транспортувати в окремих IP-пакетах до комп'ютера-отримувача. На комп'ютері-одержувачі необхідно зібрати вихідний файл із окремих частин у правильній послідовності.

Transmission Control Protocol (TCP), тобто транспортний протокол, забезпечує розбиття файлів на IP-пакети у процесі передачі та збирання файлів у процесі отримання.

Цікаво, що для IP-протоколу, відповідального за маршрутизацію, ці пакети зовсім не пов'язані між собою. Тому останній IP-пакет може обігнати перший IP-пакет. Може скластися так, що навіть маршрути доставки цих пакетів будуть зовсім різними. Однак протокол TCP дочекається першого IP-пакета і збере вихідний файл у правильній послідовності.

Визначення часу обміну IP-пакетами.Час обміну IP-пакетами між локальним комп'ютером та сервером Інтернету можна визначити за допомогою утиліти ping, яка входить до складу операційної системи Windows. Утиліта надсилає чотири IP-пакети за вказаною адресою та показує сумарний час передачі та прийому для кожного пакета.

Визначення часу обміну IP-пакетами

1. З'єднатися з Інтернетом, введіть [Програми-сеанс MS-DOS].

2. У вікні Сеанс MS-DOSу відповідь запрошення системи ввести команду.

3. У вікні Сеанс MS-DOSвисвітиться результат пробного проходження сигналу у чотирьох спробах. Час відгуку характеризує швидкісні параметри всього ланцюга ліній зв'язку від сервера до локального комп'ютера.

Питання для роздумів

1. Що забезпечує цілісне функціонування глобальної комп'ютерної мережі Інтернет?

Практичні завдання

4.5. Простежити маршрут проходження інформації від одного з найпопулярніших пошукових серверів Інтернету www.yahoo.com, розташованого в "американському" сегменті Інтернету.

4.6. Визначити час обміну IP-пакетами із сервером www.yahoo.com.

IP розшифровується як Internet Protocol (протокол Інтернет), і саме четверта версія цього протоколу на даний момент є найпоширенішою. IPv4 визначено через RFC 791 .

У рамках OSI це протокол мережного (3-го) рівня. Цей рівень, нагадую, призначений визначення шляху передачі.

IPv4 використовує комутацію пакетів. При цьому, вихідне повідомлення поділяється на частини невеликого розміру (пакети), які передаються по мережі незалежно.

Крім того, IPv4 не гарантує доставку пакетів, або відсутність дублікатів. Це так звана “best effort delivery” (на відміну гарантованої доставки). Відповідно, ці завдання переходять до протоколів вищого рівня, наприклад TCP.

Адресація

IPv4 ідентифікує відправника та одержувача за допомогою 32-бітної адреси, що обмежує кількість можливих адрес 4294967296. З цієї кількості IPv4 резервує спеціальні діапазони адрес, звані приватними (~18 млн.) і мультикаст (~270 млн).

Адреси зазвичай записуються у вигляді чотирьох десяткових октетів через точку, наприклад: 198.51.100.25 відповідає числу C6336419 16 .

При використанні глобального простору адрес, необхідно розрізняти адреси, доступні в локальноїфізичної мережі, що не потребують маршрутизації, та адреси, що знаходяться фізично в іншій мережі. У разі останніх пакети направляються на маршрутизатор, який повинен передати їх далі.

У перших версіях стандарту перший октет використовувався для ідентифікації мережі, решта – для ідентифікації вузла. Досить швидко стало зрозумілим, що 256 мереж – це мало. Тому було запроваджено класи мереж:

Клас	Перші біти	Довжина адреси мережі	Довжина адреси вузла
A	0	8	24
B	10	16	16
C	110	24	8
D	1110	N/A	N/A
E	1111	N/A	N/A

Клас	Початок діапазону	Кінець діапазону
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	255.255.255.255

Клас D зарезервований для мультикасту, клас E просто зарезервований "про всяк випадок".

Довжина адреси мережі та довжина адреси вузла визначалися першими бітами адреси. Приблизно з 1985 року від цього відмовилися. Причини цього в тому, що багато організацій вимагали більше адрес, ніж надавали мережу класу C і отримували мережу класу B. Мережа класу B, однак, перевищувала вимоги організації в рази.

На зміну класам мереж прийшла маска мережі. Це бітова маска, яка показує, які біти адреси відносяться до мережі, а які – до вузла. За стандартною угодою, маска повинна заповнюватися ліворуч, так, щоб адреса мережі завжди знаходилася у старших бітах. Це дозволяє вказувати тільки довжину адреси мережізамість маски мережі повністю.

Наприклад, 192.0.2.0/24 означає, що перші 24 біти (три октети) відносяться до адреси мережі, а решта – до адреси вузла. /24 еквівалентно масці мережі 255.255.255.0.

Використання масок мереж описано в RFC 1517.

Численні стандарти також резервують різні діапазони адрес для спеціальних потреб.

Діапазон	Опис	RFC
0.0.0.0/8	Поточна мережа (адреса джерела)	6890
10.0.0.0/8	Приватна мережа	1918
100.64.0.0/10	Адресований простір CGN	6598
127.0.0.0/8	Loopback	6890
169.254.0.0/16	Автоконфігурація	3927
172.16.0.0/12	Приватна мережа	1918
192.0.0.0/24	IETF Protocol Assignments	6890
192.0.2.0/24	Документація та приклади 1	5737
192.88.99.0/24	Релей ipv6 to ipv4	3068
192.168.0.0/16	Приватна мережа	1918
198.18.0.0/15	Тестування пропускної спроможності мережі	2544
198.51.100.0/24	Документація та приклади 2	5737
203.0.113.0/24	Документація та приклади 3	5737
224.0.0.0/4	Мультікаст	5771
240.0.0.0/4	Зарезервовано	1700
255.255.255.255	Широкомовний запит	919

Так само резервуються адреси вузлів, що в двійковому поданні складається з нулів (позначає всю мережу, зарезервований) та одиниць (широкомовний запит для цієї мережі).

Наприклад, 203.0.113.0 означає (в тексті) мережу 203.0.113.0/24, а 203.0.113.255 – широкомовний запит до цієї мережі.

Формат пакету

Пакет складається із заголовка та даних. IP не передбачає жодної перевірки цілісності. Нижчележачий протокол (скажімо, Ethernet) вже забезпечує перевірку цілісності на канальному рівні, а вищележачий (скажімо, TCP) - на рівні даних.

Версія, 4 біта Перше поле заголовка. IPv4 має значення 0010 2 , тобто. 4. Довжина заголовка, 4 біта Кількість 32-бітних слів у заголовку. Мінімальне значення 5 що відповідає довжині заголовка 20 байт. Максимальне – 15, довжина заголовка – 60 байт. DSCP або ToS - тип сервісу, 6 біт Визначає пріоретизацію, скажімо, для VoIP. ECN, 2 біт Прапор явної вказівки перевантаженості мережі. Вимагає підтримки з обох сторін (що приймає та передає). При отриманні цього прапора знижується швидкість передачі. Якщо підтримка прапора немає, пакети просто відкидаються. Повна довжина, 16 біт Повна довжина пакета в байтах, включаючи заголовок та дані. Мінімальна довжина – 20, максимальна – 65535. Ідентифікація, 16 біт Служить для унікальної ідентифікації датаграми. Оскільки при передачі по різних мережах може бути необхідно розділити пакет на більш дрібні частини, це поле служить для ідентифікації частин, що належать одному пакету. Прапори, 3 біти

Бітові прапори:

Зарезервований, завжди 0
Чи не фрагментувати. Якщо передача пакета вимагає фрагментації, пакет відкидається.
Більше фрагментів. Для фрагментованих пакетів у всіх, крім останнього, цей прапор встановлений в 1.

Зсув, 13 біт Зсув фрагмента щодо початку датаграми, що вимірюється в блоках по 64 біти. Перший фрагмент має зсув 0. Максимальне зрушення – 65528 байт, що перевищує максимальну довжину пакета 65515 (з відрахуванням 20-байтного заголовка). Час життя (TTL), 8 біт Коли пакет проходить через маршрутизатор, це поле зменшується на 1. Якщо це поле дорівнює нулю, маршрутизатор відкидає його. Протокол, 8 біт

1 - ICMP
6 - TCP
17 - UDP

Контрольна сума заголовка, 16 біт Вважається сума 16-бітних слів у заголовку, крім, власне, контрольної суми. Ця сума також сумується блоками по 16 біт, поки не залишиться один. Потім до результату побітово застосовується заперечення. Адреса відправника, 32 біти Тут все ясно Адреса отримувача, 32 біти Тут теж все ясно. Опції (опціональне поле)

Використовується рідко. Складається з блоків заголовок-дані. Заголовок опції має довжину 8-16 біт і складається з полів:

Тип опції, 8 біт – поле, що визначає, що це опція. Значення "0" означає закінчення списку опцій. Усього зареєстровано 26 кодів.
Довжина, 8 біт - розмір усієї опції в бітах, включаючи заголовок. Для деяких типів опцій може бути відсутнім.

ARP

IP визначає логічні адреси. Однак, щоб відправити пакет в мережі Ethernet, необхідно також знати фізичну адресу цільового вузла (або маршрутизатора). Для порівняння одного з іншим використовується протокол ARP.

ARP (Протокол резолюції адрес) – це формально протокол мережевого (3-го) рівня моделі OSI, хоча фактично забезпечує взаємодію 2-го і 3-го рівнів. ARP реалізований для різних пар протоколів 2-го та 3-го рівнів.

Сам протокол побудований на простій схемі запит-відповідь. Розглянемо на конкретному прикладі.

Якщо вузол мережі, скажімо, A з логічною адресою 198.51.100.1 (у мережі 198.51.100.0/24) хоче надіслати пакет вузлу B з логічною адресою 198.51.100.2, він надсилає широкомовний запит протоколу другого рівня (в даному випадку Ethernet ARP, що запитує вузли мережі – яка фізична адреса у вузла з логічною адресою 198.51.100.2, і містить логічний та фізичний адреси вузла А. Вузол B, побачивши власну логічну адресу в запиті, посилає відповідь вузлу A за отриманою в запиті логічною та фізичною адресою. Результати запитів кешуються.

Повідомлення ARP мають таку структуру:

Фізичний протокол (HTYPE), 2 байти Використовуваний протокол 2 рівня. Ethernet має ідентифікатор 1. Логічний протокол (PTYPE), 2 байти Використовуваний протокол 3 рівня. Відповідає типу EtherType. IPv4 має ідентифікатор 0x0800. Довжина фізичної адреси (HLEN), 1 байт Довжина фізичної адреси в октетах, для Ethernet – 6 Довжина логічної адреси (PLEN), 1 байт Довжина логічної адреси в октетах, для IPv4 – 4 Операція (OPER), 2 байти 1 для запиту, 2 для відповіді, і безліч інших варіантів розширення протоколу. Фізична адреса відправника (SHA), HLEN байт У запиті – адреса запитувача. У відповіді – адреса запитаного вузла. Логічна адреса відправника (SPA), PLEN байт
Фізична адреса одержувача (THA), HLEN байт У запиті ігнорується. У відповіді – адреса запитувача. Логічна адреса одержувача (TPA), PLEN байт

Зазвичай вузли мережі також надсилають ARP-повідомлення при зміні IP-адреси або увімкнення. Зазвичай це реалізується як APR-запит, у якому TPA=SPA , а THA=0. Інший варіант – ARP-відповідь, у якій TPA=SPA та THA=SHA.

Крім того, ARP може бути використаний для визначення конфлікту логічних адрес (при цьому SPA=0).

Існують розширення протоколу, що проводять зворотні операції, InARP (Inverse ARP), що отримує L3-адресу за L2-адресою і RARP, що отримує L3-адресу запитуючого вузла.

RARP використовувався для автоконфігурування L3-адрес. Згодом замінений протоколом BOOTP, а потім DHCP.

Маршрутизація в мережах IPv4

Основний алгоритм маршрутизації у мережах IPv4 називається алгоритмом пересилання.

Якщо є цільова адреса D та префікс мережі N, то

Якщо N збігається з префіксом мережі поточного вузла, надіслати дані локального зв'язку.
Якщо в таблиці маршрутизації є маршрут N, надіслати дані next-hop маршрутизатору.
Якщо є маршрут за промовчанням, надіслати дані next-hop маршрутизатору за умовчанням
Інакше – помилка.

Таблиця маршрутизації є таблицю зіставлення адрес мереж і адрес next-hop маршрутизаторів цих мереж. Так, наприклад, вузол з адресою 198.51.100.54/24 може мати таку таблицю маршрутизації: 203.0.113.0/24

Destination	Gateway	Device
198.51.100.0/24	0.0.0.0	eth0
203.0.113.0/24	198.51.100.1	eth0
0.0.0.0/0	203.0.113.1	eth0

Важливо, що маршрут так само прив'язується до мережного пристрою, з якого повинні бути надіслані дані.

Якщо вузол може бути досягнутий за декількома маршрутами, вибирається маршрут з довшою маскою мережі (тобто більш конкретний). Маршрут за промовчанням може бути лише один.

Наприклад, вузол 198.51.100.54/24 має таблицю маршрутизації:

Destination	Gateway	Device
198.51.100.0/24	0.0.0.0	eth0
203.0.113.0/24	198.51.100.1	eth0
203.0.113.224/27	198.51.100.5	eth0