Основы построения компьютерных сетей (стр. 5 )

I Flags, 3 бита — управляющие флаги: d бит 0 — резерв, должен быть нулевым;

d бит 1 — DF (Don't Fragment — запрет фрагментирования): 0 — дейтаграмму можно фрагментировать, 1 — нельзя;

а бит 2 — MF (More Fragments — будут еще фрагменты): 0 — последний фрагмент, 1 — не последний.

I Fragment Offset, 13 бит — местоположение фрагмента в дейтаграмме (смещение в 8-байтных блоках). Первый фрагмент имеет нулевое смещение.

I Time to Live (TTL), 8 бит — время жизни пакета в сети, формально — в секундах. Нулевое значение означает необходимость удаления дейтаграммы. Начальное значение задается отправителем, шлюзы декрементируют поле по получении пакета и каждую секунду пребывания пакета в очереди на обработку (пересылку). Поскольку современное оборудование редко задерживает пакет более чем на секунду, это поле может использоваться для подсчета промежуточных узлов (hop count). Заданием TTL можно управлять дальностью распространения пакетов: при TTL=1 пакет не может выйти за пределы подсети отправителя.

I Protocol, 8 бит — идентификатор протокола более высокого уровня, использующего поле данных пакета.

I Header Checksum, 16 бита — контрольная сумма заголовка. Сумма по модулю 2^ всех 16-битных слов заголовка (вместе с контрольной суммой) должна быть нулевой. Контрольная сумма должна проверяться и пересчитываться в каждом шлюзе в связи с модификацией некоторых полей (TTL).

I Source Address, 32 бита — IP-адрес отправителя. I Destination Address, 32 бита — IP-адрес получателя.

l Options — опции пакета, длина произвольна (опции могут и отсутствовать). Опции могут быть в одном из вариантов формата:

а один октет с типом опций;

а октет типа (см. ниже), октет длины опции (включая октет типа, октет-длины и собственно данные) и октеты данных опции.

I Padding — заполнитель, выравнивающий пакет до 32-битной границы. Октет типа опции имеет следующие поля:

1 1 бит — флаг копирования опций во все фрагменты: 0 — не копируются, 1 — копируются.

1 2 бита — класс опции: 0 — управление, 2 — отладка и измерения, 1 и 3— резерв.

1 5 бит — номер опции. Опции, определенные для Интернета, приведены в табл. 2.1.

В дейтаграмму длиной 576 байт умещается 512-байтный блок данных и 64-байт-ный заголовок (размер заголовка может составлять 20-60 байт). Длина дейтаграммы определяется сетевым ПО так, чтобы она умещалась в поле данных сетевого кадра, осуществляющего ее транспортировку. Поскольку по пути следования к адресату могут встречаться сети с меньшим размером поля данных кадра, IP специфицирует единый для всех маршрутизаторов метод сегментации — разбивки дейтаграммы на фрагменты (тоже IP-дейтаграммы) и реассемблирова-ния - обратной ее сборки приемником. Фрагментированная дейтаграмма собирается только ее окончательным приемником, поскольку отдельные фрагменты

могут добираться до него различными путями. Порядок сборки определяется смещением фрагмента, перекрытие фрагментов и даже выход фрагмента за заяв-леный размер собираемого пакета, как правило, не контролируются. На основе этих свойств алгоритма сборки «умельцы» осуществляют взлом сетевых ОС. Возможна также конкатенация — соединение нескольких дейтаграмм в одну и сепарация — действие, обратное конкатенации.

Таблица 2.1. Опции IP-пакета

Класс	Номер	Длина^	Назначение
0	0	-	End of Option list — конец списка onmiii
0	1	-	No Operation — пустая опция
0	2	11	Security — безопасность
0	3	v	Loose Source Routing — свободная маршрутизация от источника
0	9	v	Strict Source Routing — ограниченная маршрутизация от источника
0	7	v	Record Route — запись маршрута (трассировка)
0	8	4	Stream ID — идентификатор потока
2	4	v	Internet Timestamp — отметки времени

v — произвольная длина

Казавшийся вполне достаточным во времена разработки, формат заголовка пакета стал уже тесным. В настоящее время готовится переход на протокол IP v.6, который имеет следующие основные отличия:

1 Расширение поля адреса с 32 до 128 бит. 1 Обеспечение возможности автоконфигурирования узлов. 1 Выравнивание полей заголовка с целью ускорения обработки пакетов. 1 Обеспечение возможностей для большей расширяемости протокола.

Дальнейшее изложение относится к существующей 32-битной адресации IP v.4.

2.1.1. Адресация в IP

В отличие от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкретной сетевой технологии, IP-адрес любого узла сети представляется 32-разрядным двоичным числом. Соответствие IP-адреса узла его физическому адресу внутри сети (подсети) устанавливается динамически посредством широковещательных запросов ARP-протокола.

При написании IP-адрес состоит из четырех чисел в диапазоне 0-255, представляемых в двоичной, восьмеричной, десятичной или ш^стнадцатеричной системе счисления и разделяемых точками.

Адрес состоит из префикса — сетевой части (п), общей для всех узлов данной сети, и хост-части (h), уникальной для каждого узла. Соотношение размеров частей адреса определяется в зависимости от принятого способа адресации, которых сменилось уже три поколения.

Изначально (1980 г.) было определено разделение на основе класса (classful addressing) и допускались три фиксированных размера префикса — 1, 2 или 3 байта. Они соответствовали классу сети, однозначно определяемому значениями старших бит адреса. В табл. 2.2 приведена структура адресов пяти классов сетей. Сети класса D предназначены для группового (multicast) вещания, здесь хост-часть адреса отсутствует, а п...п представляет идентификатор группы. Класс Е обозначен как резерв для будущих применений.

Таблица 2.2. Классовая адресация IP-сетей

Класс сети	1 байт	2 байт	3 байт	4 байт	Число сетей Число узлов в сети
^—	Onnnnnnn	hhhhhhhh	hhhhhhhh	hhhhhhhh	126.	^16 млн.
ib	IOnrmnnn	nnnnnnnn	hhhhhhhh	hhhhhhhh	^16 тыс.	^65 тыс.
(С	1 IOnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	hhhhhhhh	^2 млн.	254
!^	11 IOnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	^256 млп.	Нс ограничено
ie	11 IIOlinn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	nnnnnnnn	^128 млн.	Резерв ;

Позже (1985 г., RFC 950) было введено деление на подсети (subnetting) относительно произвольных размеров. Адрес подсети (s) использует несколько старших бит, отводимых при стандартной классовой разбивке под хост-часть адреса. Например, структура адреса в сети класса С может иметь следующий вид: IIOnnnnn. nnnnnnnn. nnnnnnnn. sssshhhh — подсеть с 4-битной хост-частью адреса, которая может содержать 14 узлов. Подсети могут делиться на еще более мелкие тюдсети. Деление на подсети не допускает пересечения границы адресов класса. Так, например, адрес IIOnnnnn. nnnnnnnn. nnnnnnss. sshhhhhh не является допустимым, поскольку по первым битам он относится к классу С (для класса В такая длина префикса была бы допустимой).

Впоследствии (1993 г., RFC 1519) был принят «внеклассовый» подход к определению длины префикса classless addressing или supernetting — CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Здесь длина префикса произвольна, что позволяет наиболее гибко распределять адресное пространство.

Комбинации из всех нулей или всех единиц (первый и последний номера) в префиксе и/или хост-части зарезервированы под широковещательные сообщения и служебные цели:

1 Нулевой адрес не используют.

1 Нулевой префикс означает принадлежность получателя к (под)сети отправителя.

1 Нулевая хост-часть адреса в старых протоколах обмена маршрутной информацией (RIP) означает, что передается адрес (под)сети.

1 Единицы во всех битах адреса означают широковещательность рассылки пакета всем узлам (под)сети отправителя (limited broadcast — ограниченное широковещательное сообщение).

1 Единицы во всех битах хост-части (префикс ненулевой и неединичный) означают широковещательность (broadcast) рассылки пакета всем узлам (под)сети, заданной сетевой частью адреса (префиксом).

1 Адреса 127.х. х.х зарезервированы для отладочных целей. Пакет, посланный протоколом верхнего уровня по любому из этих адресов (обычно используют 127.0.0.1), по сети не распространяется, а сразу поступает вверх по протокольному стеку того же узла (loopback).

При записи адреса иногда применяют форму, в которой последний элемент указывает длину префикса в битах. Так, например, адрес сети стандартного класса С может выглядеть в десятичном представлении как 199.123.456.0/24, а адрес 199.123.456.0/28 определяет уже подсеть с числом хостов 14.

Три варианта адресации различаются в плане информации, которая необходима маршрутизатору. При классовой организации, кроме адреса, никакой дополнительной информации не требуется, поскольку положение префикса фиксировано. Протокол RIP сетевой маршрут (network route) распознавал по нулевой хост-части; адрес, у которого в хост-части есть хоть один единичный бит, определял маршрут у^а (host route). При определении подсетей требуется дополнительная информация о длине префикса. При переходе на подсети было принято соглашение о том, что адресация внешних («чужих») сетей выполняется по классовому признаку, а локальные маршрутизаторы, работающие с подсетями, получают значение масок при ручной настройке. Появилась новая категория — подсетевой маршрут (subnetwork route). Протоколы маршрутизации, поддерживающие подсети по RFC 950 (например, RIP), «не понимают» комбинаций префиксов и адресов подсетей, пересекающих границы стандартных классов. Так, например, подсеть 210.22.74/23 недопустима, поскольку она распространяется на две сети класса С: 210.22.74.0 и 210.22.75.0. Кроме того, RIP не позволяет одну сеть делить па подсети разных размеров (длина префиксов всех подсетей в пределах «классовой» сети должна быть единой).

Новые протоколы обмена маршрутной информации, поддерживающие префиксы произвольного размера (OSPF), обмениваются полной информацией, включающей 32-битный адрес и длину префикса. При этом остается единственный тип маршрутов — префиксный (prefix route).

В настоящее время распространена форма задания префикса в виде маски (под)сети. Маска представляет собой 32-битное число, представляемое по общим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие префиксу, имеют единичное значение, младшие (локальная хост-часть) — нуле-. вые. Маски могут принимать значения из ограниченного списка, приведеппого в табл. 2.3. Перед ненулевым байтом маски могут быть только значения 255, после байта, отличного от 255, — только нули. Образование байт маски поясняет табл. 2.4. Количество допустимых адресов хостов в (под)сети (с учетом резервирования крайних значении адреса) определяется по формуле

n = 2^-^ - 2 ^

где Р — длина префикса. Префиксы длиной 31 или 32 бит непригодны для употребления, префикс длиной 30 бит позволяет адресовать только два узла (используется при двухточечных соединениях по РРР).

Адресом (под)сети можно считать адрес любого ее узла с обнуленными битами хост-части.

В десятичном представлении диапазоны адресов н маски сетей стандартных классов имеют следующие значения:

1 Класс А: 1.0.0.0-126.0.0.0, маска 255.0.0.0. 1 Класс В: 128.0.0.0-191.255.0.0, маска 255.255.0.0. 1 Класс С: 192.0.0.0-223.255.255.0, маска 255.255.255.0. 1 Класс D: 224.0.0.0-239.255.255.255, маска 255.255.255.255. l Класс Е: 240.0.0.0-247.255.255.255, маска 255.255.255.255.

Таблица 2.3. Длина префикса, значение маски и количество узлов подсети

Длина	Маска	Число узлов	Длина	Маска	Число узлов	Длина	Маска	Число узлов
32	255.255.255.255	-	21	255.255.248.0	2046	10	255.192.0.0	4M-2
31	255.255.255.254	-	20	255.255.240.0	4094	9	255.128.0.0	8M-2
30	255.255.255.252	2	19	255.255.224.0	8190	8	255.0.0.0	16M-2
29	255.255.255.248	6	18	255.255.192.0	16382	7	254.0.0.0	32M-2
28	255.255.255.240	14	17	255.255.128.0	32766	6	252.0.0.0	64M-2
27	255.255.255.224	30	16	255.255.0.0	65534	5	248.0.0.0	128M-2
26	255.255.255.192	62	15	255.254.0.0	131070	4	240.0.0.0	256M-2
25	255.255.255.128	126	14	255.252.0.0	262142	3	224.0.0.0	512M-2
24	255.255.255.0	254	13	255.248.0.0	524286	2	192.0.0.0	1024M-2
23	255.255.254.0	510	12	255.240.0.0	1048574	1	128.0.0.0	2048M-2
22	255.255.252.0	1022	11	255.224.0.0	2097150	0	0.0.0.0	4096M-2

Таблица 2.4. Возможные значения элементов масок