Модель работы при передаче дейтаграмм из одной прикладной программы в другую иллюстрирует следующий сценарий. Предположим, что эта передача будет включать один промежуточный шлюз. Передающая прикладная программа готовит свои данные, вызывает свой локальный модуль IР для отправки этих данных в виде дейтаграммы и передает адрес места назначения и другие параметры в качестве аргументов вызова. Модуль IР готовит заголовок дейтаграммы и присоединяет к нему данные. Модуль определяет адрес локальной сети для этого адреса IР; в данном случае это адрес шлюза. Он посылает эту дейтаграмму и адрес локальной сети в локальный сетевой интерфейс. Локальный сетевой интерфейс создает локальный сетевой заголовок и присоединяет к нему дейтаграмму, а затем посылает результат через локальную сеть. Дейтаграмма прибывает на хост шлюза в оболочке заголовка локальной сети, интерфейс локальной сети удаляет этот заголовок и передает дейтаграмму модулю IР. Модуль определяет из адреса IР, что дейтаграмма должна быть передана на другой хост во второй сети. Модуль определяет адрес локальной сети для хоста назначения. Он обращается к интерфейсу локальной сети, чтобы послать ей дейтаграмму. Интерфейс локальной сети создает заголовок локальной сети и присоединяет дейтаграмму, посылая результат хосту назначения. На хосте назначения дейтаграмма освобождается от заголовка локальной сети интерфейсом локальной сети и передается модулю IР.
Модуль IР определяет, что дейтаграмма предназначена для прикладной программы на этом хосте. Он передает данные прикладной программе в ответ на системный вызов, передавая адрес источника и другие параметры, как результат вызова.
Функция или назначение протокола IР состоит в переносе дейтаграмм в пределах объединенной сети, или сетевого комплекса. Это реализуется путем передачи дейтаграмм из одного модуля IР в другой, пока не будет достигнуто место назначения. Модули IР располагаются на хостах и шлюзах в системе Интернет. Дейтаграммы маршрутизируются из одного модуля IР в другой через отдельные сети на основе интерпретации адреса IР. Таким образом, одним из важных механизмов протокола IР является IР-адрес.
При маршрутизации сообщений из одного модуля IР в другой дейтаграммам может понадобиться пересекать сеть, максимальный размер пакета в которой меньше размера дейтаграммы. Чтобы преодолеть эту трудность, в протоколе IР предоставлен механизм фрагментации.
Существует различие между именами, адресами и маршрутами. Имя указывает, что мы ищем. Адрес указывает, где это находится. Маршрут указывает, как туда попасть. Протокол IР имеет дело прежде всего с адресами. Задача протоколов высокого уровня (т.е. протокола хост-хост или приложения) — выполнить отображение из имен в адреса. Модуль IР отображает IР-адреса в адреса локальной сети. Задача низкоуровневых процедур (т.е. локальной сети или шлюзов) — выполнить отображение из адресов локальной сети или маршрутов.
Адреса имеют фиксированную длину из четырех октетов (32 бита). Адрес начинается с номера сети, за которым следует локальный адрес (называемый "собственным" полем). Есть три формата классов адресов IР: в классе (а) старший бит равен нулю, следующие семь битов определяют сеть, а последние 24 бита являются локальным адресом; в классе (Ь) старшими двумя битами будут один-ноль, следующие 14 битов определяют сеть, а последние 16 битов являются локальным адресом; в классе (с) старшими тремя битами будут один-один-ноль, следующие 21 бита определяют сеть, а последние восемь битов являются локальным адресом.
При отображении адресов IР в адреса локальной сети должна быть проявлена осторожность; в ряде случаев единственный физический хост должен действовать как несколько различных хостов за счет использования нескольких различных адресов IР. Некоторые хосты будут также иметь несколько физических интерфейсов (мультихост). Должно быть предусмотрено существование хоста с несколькими физическими сетевыми интерфейсами, каждый из которых может иметь несколько логических адресов IР.
Фрагментация дейтаграммы IР необходима, когда она создается в локальной сети, которая допускает большой размер пакета, и, чтобы достичь места назначения, должна пересекать локальную сеть, ограничивающую пакеты до меньшего размера.
Дейтаграмма IР может быть помечена как "не фрагментировать". Любая помеченная таким образом дейтаграмма IР не будет фрагментироваться ни при каких обстоятельствах. Если дейтаграмма IР, помеченная "не фрагментировать", не может быть доставлена к своему месту назначения без фрагментации, она будет отбрасываться. Фрагментация, передача и сборка в локальной сети, которые не видны для модуля протокола IР, называются фрагментацией интрасети.
Фрагментация IР и процедура сборки должны иметь возможность разбить дейтаграмму на произвольное число фрагментов, которые можно в дальнейшем собрать снова. Получатель фрагментов использует поле идентификации для обеспечения того, что фрагменты различных дейтаграмм не смешиваются. Поле сдвига фрагмента и длина определяют часть исходной дейтаграммы, содержащейся в этом фрагменте. Флаг "дополнительные фрагменты" указывает (будучи сброшенным) последний фрагмент. Эти поля предоставляют достаточно информации для сборки дейтаграмм.
Поле идентификации используется для различения фрагментов одной дейтаграммы от фрагментов другой. Модуль исходного протокола дейтаграммы IР задает в поле идентификации значение, которое должно быть уникальным для этой пары источник-место назначения и протокола, пока дейтаграмма будет активной в системе Интернет. Модуль исходного протокола всей дейтаграммы задает флаг "дополнительные фрагменты" равным нулю и сдвиг фрагмента как ноль.
Чтобы фрагментировать длинную дейтаграмму IР, модуль протокола IР (например, в шлюзе) создает две новые дейтаграммы IР и копирует содержимое полей заголовка IР из длинной дейтаграммы в оба новых заголовка IР. Данные длинной дейтаграммы делятся на две части по границе восьми октетов (64 бита) (вторая часть, в отличие от первой, может не быть целым, кратным восьми октетам). Вызовите число восьмиоктетных блоков в первой части NFB (для числа блоков фрагментов). Первая часть данных размещается в первой новой дейтаграмме IР, и поле общей длины задается равным длине первой дейтаграммы. Флаг "дополнительные фрагменты" задается равным единице. Вторая часть данных помещается во второй новой дейтаграмме IР, и поле общей длины задается равным длине второй дейтаграммы. Флаг "дополнительные фрагменты" имеет то же самое значение, что и длинная дейтаграмма. Поле сдвига фрагмента второй новой дейтаграммы IР задается равным значению этого поля в длинной дейтаграмме плюс NFB.
Эта процедура может быть обобщена для разбиения на п частей. Чтобы собрать фрагменты дейтаграммы IР, модуль протокола IР (например, на хосте назначения) объединяет дейтаграммы IР, которые имеют одно и то же значение для четырех полей: идентификации, источника, места назначения и протокола. Сборка осуществляется помещением порции данных каждого фрагмента в относительную позицию, указанную сдвигом фрагмента в заголовке IР этого фрагмента. Сдвиг фрагмента равен нулю, а флаг "дополнительные фрагменты" последнего фрагмента будет сброшен в ноль.
На рис. показан пример заголовка IР, как он определен в сети \Vindows NT. Первое поле в заголовке IР предназначено для версии, которая имеет в длину четыре бита. Поле версии указывает формат заголовка IР и поэтому сообщает другим машинам, как интерпретировать данные. Здесь показана версия 4. Следующим полем является поле длины заголовка IР. Для этой информации выделены четыре бита. Это число является длиной заголовка
IР в 32-битных словах и поэтому указывает на начало данных. Отметим, что минимальное значение для правильного заголовка равно пяти, что составляет 20 байтов. В шестнадцатеричной панели внизу рис. выделенная область является заголовком IР. Первое число равно 45. Это означает, что-это заголовок 1Р версии 4, имеющий длину 5x32 битов.
Следующее поле использует восемь битов для типа службы, чтобы задать значения абстрактных параметров желаемого качества службы. Эти параметры должны использоваться при выборе параметров реальной службы во время передачи дейтаграммы через определенную сеть. Несколько сетей предлагают приоритет службы, которая считает трафик с высоким приоритетом более важным, чем остальной трафик (обычно принимая трафик только выше определенного приоритета во время высокой нагрузки). Основным выбором является трехсторонний компромисс между низкой задержкой, высокой надежностью и высокой пропускной способностью.
Использование параметров задержки, пропускной способности и надежности может увеличить стоимость службы. Во многих сетях наилучшие показатели для одного из этих параметров сочетаются с наихудшими для другого. Почти во всех случаях по крайней мере два из этих трех указателей должны быть заданы. Тип службы используется для определения обработки дейтаграммы во время ее передачи через систему Интернет. Рассмотрим каждый из этих вариантов подробнее.
Задержка Если задать поле задержки как 1, то маршрутизатор IP будет выбирать тот маршрут к месту назначения, который имеет наименьшую задержку. Например, маршрутизатор IP выберет низкоскоростную наземную линию, а не спутниковую линию с более высокой задержкой, даже если последняя имеет большую полосу пропускания. Интерактивные сеансы, такие как telnet, могут требовать этот тип обслуживания.
Пропускная способность Когда бит пропускной способности задан как 1, маршрутизатор IP будет выбирать маршрут с наибольшей пропускной способностью. В этом случае будет выбрана спутниковая, а не наземная линия с более низкой скоростью из предыдущего примера, так как она ее пропускная способность выше. Если для загрузки большого файла используется такое приложение, как FTP, оно много выиграет от такой службы.
Надежность Здесь также имеются две возможности, нормальная и высокая. Если задать это поле как 1, то маршрутизатор IP будет принимать решение первыми во время периодов перегрузки отбрасывать дейтаграммы с нормальной надежностью.
Поле полной длины Следующее поле (длиной 16 битов) используется для указания общей длины дейтаграммы. Она измеряется в октетах и включает заголовок IP и данные. Размер поля позволяет длине дейтаграммы доходить до 65635 октетов. Такие длинные дейтаграммы являются непрактичными для большинства хостов и сетей. Все хосты должны быть готовы принять дейтаграммы до 576 байтов (целые или фрагментирован-ные). Рекомендуется, чтобы хосты посылали дейтаграммы больше 576 байтов, только если есть уверенность, что место назначения готово принять дейтаграммы большего размера.
Число 576 выбрано для того, чтобы предоставить возможность передать блок данных разумного размера в дополнение к требуемой информации заголовка. Например, этот размер позволяет поместить в дейтаграмме блок данных в 512 октетов плюс 64 октета заголовка. Максимальный заголовок IP имеет 60 байтов, а типичный заголовок IP — 20 байтов, не учитывая вариантов, предоставляющих резерв для заголовков протоколов более высокого уровня.
Сетевые протоколы предоставляют так называемые службы канала данных и составляют нижние три уровня модели OSI. Эти протоколы обрабатывают информацию адресации и маршрутизации, контроль ошибок и запросы повторной пересылки. Сетевые протоколы определяют также правила для коммуникации в сетевом окружении, таком как Ethernet или Token Ring. Наиболее популярные сетевые протоколы перечислены ниже:
1. IP (Internet Protocol), протокол TCP/IP для маршрутизации и пересылки пакетов.
2. IPX (Internetwork Packet Exchange), протокол NetWare для пересылки пакетов и маршрутизации.
3. NWLink, реализация Microsoft протокола IPX/SPX.
4. NetBEUI, транспортный протокол, который предоставляет службы транспорта данных для сеансов NetBIOS и приложений.
5. DDP (Datagram Delivery Protocol), протокол транспорта данных AppleTalk.
Мы увидели, как эти протоколы укладываются в модель OSI, и получили представление о функциях каждого из них. Теперь следует рассмотреть, как все это отображается в совокупности, после чего можно исследовать различия в поведении этих протоколов, как используется каждый из них, а также различные уровни функциональности.
