Что такое интернет-протокол (IP)

что такое ip

Чтобы отправить кому-то информацию через Интернет, вам нужен правильный адрес — так же, как отправка обычного письма по почте. В этом случае — это IP-адрес. Подобно тому, как письмо получает штамп, чтобы убедиться, что оно пришло к правильному получателю, пакеты данных получают IP-адрес. Разница между IP-адресом и почтовым адресом заключается в том, что они не коррелируют с конкретным местоположением как таковым: вместо этого они автоматически или вручную назначаются сетевым устройствам во время установки соединения. «Интернет-протокол» играет важную роль в этом процессе.

Интернет-протокол (сокращенно IP) является основным протоколом в семействе интернет-протоколов и поэтому имеет фундаментальное значение для обмена сообщениями в компьютерных сетях. Протокол без установления соединения, опубликованный в 1974 году Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и определенный в качестве стандарта в RFC 791 , в первую очередь предназначен для обеспечения успешной отправки пакетов от отправителя к получателю. Для этого Интернет-протокол имеет формат, который определяет, какое описание имеют эти пакеты данных.

Протокол ip сети интернет: определение и история.

Интернет-протокол (IP) — это протокол без установления соединения, который является неотъемлемой частью набора интернет-протоколов (набор из около 500 сетевых протоколов) и отвечает за адресацию и фрагментацию пакетов данных в цифровых сетях. Вместе с транспортным уровнем TCP (протокол управления передачей), IP составляет основу Интернета. Чтобы иметь возможность отправить пакет от отправителя адресату, Интернет-протокол создает структуру пакета, которая суммирует отправленную информацию. Таким образом, протокол определяет, как описывается информация об источнике и месте назначения данных, и отделяет эту информацию от данных в заголовке IP. Этот тип формата пакета также известен как IP-датаграмма.

В 1974 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал исследовательскую работу американских ученых-компьютерщиков Роберта Кана и Винта Серфа, которые описали модель протокола для взаимного пакетного сетевого соединения, основанного на предшественнике Интернета — ARPANET. В дополнение к протоколу управления передачей TCP основным компонентом этой модели был протокол IP, который (помимо специального уровня абстракции) позволял осуществлять связь через различные физические сети. После этого все больше исследовательских сетей были объединены на основе комбинации протоколов «TCP / IP», которая в 1981 году была окончательно определена в качестве стандарта в RFC 971.

IPv4 и IPv6: структура и отличия

Сегодня те, кто занимается характеристиками конкретного IP-адреса, например, делает компьютеры адресуемыми в локальной сети, без сомнения, столкнутся с двумя вариантами IPv4 и IPv6 . Однако, несмотря на значительные изменения в прошлом, это ни в коем случае не является протоколом четвертого или шестого поколения IP. IPv4 фактически является первой официальной версией интернет-протокола, тогда как номер версии относится к тому факту, что используется четвертая версия протокола TCP. IPv6 является прямым преемником IPv4 — разработка IPv5 была преждевременно приостановлена ​​по экономическим причинам.

Несмотря на то, что после IPv4 и IPv6 больше не было выпусков, интернет-протокол был пересмотрен с момента его первого упоминания в 1974 году (до этого он был просто частью TCP и не существовал независимо). Основное внимание было уделено оптимизации настройки соединения и адресации. Например, длина битов адресов хоста была увеличена с 16 до 32 битов, что позволило расширить адресное пространство примерно до четырех миллиардов возможных прокси. Дальновидный IPv6 имеет 128-битные поля адресов и допускает около 340 секстиллионов (число с 37 нулями) разных адресов, таким образом удовлетворяя долгосрочную потребность в интернет-адресах.

Как создаются IP-заголовоки дейтаграммы?

Как упоминалось ранее, Интернет-протокол гарантирует, что каждому пакету данных предшествуют важные структурные особенности в заголовке и он назначен соответствующему транспортному протоколу (обычно TCP). Структура ip протокола была существенно пересмотрена для версии 6.

Структура IPv4

Каждый заголовок IP всегда начинается с 4-битной спецификации номера версии интернет-протокола — IPv4 или IPv6. Затем идут еще 4 бита, которые содержат информацию о длине заголовка IP, так как она не всегда остается постоянной. Общая длина заголовка всегда рассчитывается из этого значения, умноженного на 32 бита. Таким образом, наименьшая возможная длина заголовка составляет 160 байт (что эквивалентно 20 байтам), когда никакие параметры не добавляются. Максимальное значение составляет от 15 до 480 бит (эквивалентно 60 байтам). Биты с 8 по 15 ( тип обслуживания) включают инструкции для обработки и определения приоритетов дейтаграммы. Здесь хост может указывать важность таких свойств, как надежность, пропускная способность и задержка при передаче данных.

из чего состоит ipv4 адрес?

Общая длина определяет размер пакета данных — другими словами, он добавляет размер полезных данных к длине заголовка. Поскольку длина поля составляет 16 бит, максимальный предел составляет 65 635 байт . В RFC 791 предусмотрено, что каждый хост должен иметь возможность обрабатывать не менее 576 байтов. При желании датаграмма IP может быть фрагментирована на пути от хоста к маршрутизаторам или другим устройствам, но фрагменты не должны быть меньше упомянутых 576 байтов.Ниже представлено подробное описание ip структуры:

  • Identification: все фрагменты дейтаграммы имеют тот же идентификационный номер, который они получают от отправителя. Сопоставляя это 16-битовое поле, целевой хост может назначать отдельные фрагменты конкретной дейтаграмме.
  • Flags. Каждый IP-заголовок содержит 3 флага, которые содержат информацию и рекомендации по фрагментации. Первый бит зарезервирован и всегда имеет значение 0. Второй бит, называемый « Дон ‘ т Фрагмент», сообщает , могут ли быть фрагментированы пакеты (0) или нет (1). Последний бит «Больше фрагментов» указывает, следуют ли последующие фрагменты (1) или же пакет завершен (0).
  • Fragment alignment : это поле информирует целевой хост о том, где находится отдельный фрагмент, так что вся дейтаграмма может быть снова легко выполнена. Длина 13 бит означает, что дейтаграмма может быть разбита на 8192 фрагмента.
  • Lifespan  (Time to Live,TTL ). Чтобы гарантировать, что пакет в сети не может мигрировать от узла к узлу бесконечно, он отправляется с максимальным сроком жизни. Стандарт RFC предусматривает измерение в секундах для этого 8-битного поля, в то время как максимальное время жизни составляет 255 секунд. TTL уменьшается как минимум на 1 для каждого пройденного сетевого узла. Если достигается значение 0, пакет данных автоматически отбрасывается.
  • Protocol: Поле протокола (8 бит) назначает соответствующий транспортный протокол пакету данных, например, значение 6 для TCP или значение 17 для протокола UDP. Официальный список всех возможных протоколов было управляется и поддерживается IANA ( Internet Assigned Numbers Authority ) с 2002 года.
  • Header/Checksum : 16-битное поле « Контрольная сумма» содержит контрольную сумму для заголовка. Это должно быть пересчитано на каждом сетевом узле из-за истощения TTL за промежуток времени. Точность пользовательской информации остается непроверенной по соображениям эффективности.
  • Source address and destination address : каждые 32 бита (4 байта) зарезервированы для назначенного IP-адреса исходного и целевого хостов. Эти IP-адреса обычно записываются в виде 4 десятичных чисел, разделенных точками. Самый низкий адрес — 0.0.0.0., А самый высокий — 255.255.255.255.
  • Options: Поле опций расширяет протокол IP дополнительной информацией, которая не указана в стандартном проекте. Поскольку это просто необязательные дополнения, поле имеет переменную длину, которая ограничена максимальной длиной заголовка. Примеры возможных вариантов: «Безопасность» (указывает, насколько секретна датаграмма), «RecordRoute» (указывает все пройденные узлы сети, их IP-адрес для следования по маршруту пакета) и «Метка времени» (добавляет время в который был передан конкретный узел).

Структура IPv6

структура ip адреса

Интернет протокол ipv6

В отличие от заголовка своего предшественника, протокол IPv6 имеет фиксированный размер 320 бит (40 байт). Реже требуемая информация может быть прикреплена отдельно между стандартным заголовком и пользовательскими данными. Эти заголовки расширения можно сравнить с полем опций протокола IPv4, и их можно адаптировать в любое время без необходимости изменения фактического заголовка. Помимо прочего, вы можете определять маршруты пакетов, указывать информацию о фрагментации или инициировать зашифрованную связь через IPSec . Для оптимизации производительности контрольная сумма заголовка не существует.

Как и IPv4, фактический заголовок IP начинается с 4-битного номера версии Интернет-протокола. Следующее поле под названием «Класс трафика» эквивалентно записи «Тип обслуживания» в более старом варианте протокола. К этим 8 битам применяются те же правила, что и в предыдущей версии: они информируют целевой хост о качественной обработке дейтаграммы . Новой функцией IPv6 является FlowLabel (20 бит), который позволяет идентифицировать потоки данных из непрерывных пакетов данных. Это позволяет резервировать пропускную способность и оптимизировать маршрутизацию .

Следующий список объясняет дополнительную информацию заголовка для улучшенного протокола IP:

  • Size of user data: IPv6 передает значение для размера транспортируемых пользовательских данных, включая заголовки расширений (всего 16 бит). В предыдущей версии это значение нужно было рассчитывать отдельно от общей длины минус длина строки заголовка.
  • Next Header: 8-битное поле «Следующий заголовок» является аналогом спецификации протокола в IPv4 и поэтому также приняло на себя свою функцию — назначение требуемого транспортного протокола.
  • Hop -Limit : предел Hop (8 бит) определяет максимальное количество промежуточных станций, через которые может пройти пакет, прежде чем он будет отброшен. Так же, как TTL в IPv4, значение уменьшается как минимум на 1 для каждого узла.
  • Source and destination address. Большинство заголовков IPv6 содержат адреса отправителя и получателя. Как упоминалось ранее, они имеют длину 128 битов (в четыре раза больше адресов IPv4). Существуют также значительные различия в стандартных обозначениях. Более новая версия интернет-протокола использует шестнадцатеричные числа и делит их на 8 блоков по 16 бит в каждом. Двойные точки используются вместо простых точек для их разделения. Например, полный адрес IPv6 выглядит примерно так2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344.

Как работает IP (интернет-протокол)

Чтобы дейтаграммы в их заголовке составляли базовую спецификацию начального и конечного адресов, они должны сначала быть назначены абонентам сети. Они обычно назначаются между внутренним и внешним или публичными IP-адресами. Для первых зарезервированы три диапазона адресов, которые используются для связи в локальных сетях:

  • 10.0.0.0 до 10.255.255.255
  • 172.16.0.0 до 172.31.255.255
  • 192.168.0.0 до 192.168.255.255

Префикс «fc00 :: / 7» предоставляется для сетей IPv6. Адреса в этих сетях не маршрутизируются в Интернете, поэтому их можно свободно выбирать и использовать в частных сетях или компаниях. Адреса успешно назначаются либо с помощью ручного ввода, либо автоматически, как только устройство подключается к сети, если активировано автоматическое назначение адресов и используется сервер DHCP . С помощью маски подсети этот тип локальной сети также может быть выборочно сегментирован на другие области.

Внешние IP-адреса автоматически маршрутизируются соответствующим интернет-провайдером при подключении к интернету. Все устройства в Интернете через общий маршрутизатор имеют один и тот же внешний IP-адрес. Как правило, провайдеры присваивают новый интернет-адрес каждые 24 часа из диапазона адресов, который был назначен им IANA. Это также относится к почти неисчерпаемому арсеналу адресов IPv6, которые только частично используются для обычного использования. Кроме того, он не просто делится на частные и публичные адреса, но может отличаться гораздо более универсальными возможностями классификации в так называемых «областях адресов»:

  • Host Scope: Адрес обратной связи 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: может использовать хост для отправки дейтаграмм IPv6 самому себе.
  • Link Local Scope : Для подключения IPv6 важно, чтобы у каждого хоста был свой адрес, даже если он действителен только в локальной сети. Этот локальный адрес канала идентифицируется префиксом «fe80 :: / 10» и используется, например, для связи со стандартным шлюзом (маршрутизатором) для генерации общедоступного IP-адреса.
  • Unique Local Scope: это вышеупомянутый диапазон адресов «fc00 :: / 7», который зарезервирован исключительно для конфигурации локальных сетей.
  • Site Local Scope: локальная область сайта — это устаревший префикс «fec0 :: / 10», который также был определен для локальных сетей. Однако, как только были подключены разные сети или были установлены VPN-соединения между сетями, которые были пронумерованы локальными адресами сайта, стандарт считался перегруженным.
  • Global Scope : Любой хост, который хочет подключиться к Интернету, по крайней мере, должен иметь свой собственный публичный адрес. Это достигается путем автоматической настройки, либо путем доступа к SLAAC (конфигурация адреса без сохранения состояния) или DHCPv6 (конфигурация адресации, ориентированная на состояние).
  • Multicast Scope: многоадресной рассылки. Сетевые узлы, маршрутизаторы, серверы и другие сетевые службы могут быть сгруппированы в группы многоадресной рассылки с использованием IPv6. Каждая из этих групп имеет свой собственный адрес, который позволяет одному пакету достичь всех задействованных хостов. Префикс «ff00 :: / 8» указывает, что следует многоадресный адрес.

Как протокол IP регулирует фрагментацию

Всякий раз, когда пакет данных должен быть отправлен через TCP / IP, общий размер проверяется автоматически. Если размер превышает максимальную единицу передачи соответствующего сетевого интерфейса, информация становится фрагментированной, то есть деконструированной на меньшие блоки данных. Хост-отправитель (IPv6) или промежуточный маршрутизатор (IPv4) берет на себя эту задачу. По умолчанию пакет состоит из получателя, который получает доступ к информации фрагментации, хранящейся в заголовке IP или в заголовке расширения. В исключительных случаях повторная сборка также может выполняться брандмауэром, если она может быть настроена соответствующим образом.

Поскольку IPv6, как правило, больше не обеспечивает фрагментацию и не позволяет фрагментацию маршрутизатора, IP-пакет должен уже иметь подходящий размер перед отправкой. Если маршрутизатор достигает дейтаграмм IPv6, которые превышают максимальную единицу передачи, маршрутизатор отбрасывает их и информирует отправителя о сообщении ICMPv6 типа 2 «Слишком большой пакет» . Приложение для отправки данных теперь может создавать небольшие фрагментированные пакеты или инициировать фрагментацию. Впоследствии соответствующий заголовок расширения добавляется к IP-пакету, так что целевой хост также может повторно собрать отдельные фрагменты после приема.