Документ описывает архитектуру и протоколы стека IP, включая IP, TCP и UDP, акцентируя внимание на их функциях, форматах заголовков и процессе инкапсуляции данных. Протокол IP обеспечивает передачу данных без установления соединения, не гарантируя надежность и порядок доставки пакетов. Также рассматриваются механизмы маршрутизации и приоритезации трафика, а также различия между TCP и UDP по качеству доставки.

1. Стек
(архитектура, модель)
протоколов IP

2. МОДЕЛЬ ПРОТОКОЛОВ IP
V.90
PPP
IP
TCP
H
T
T
P
Физический
Канальный
Сетевой
Транспортный
Сеансовый
Представительный
Прикладной
OSI – ISO
ЭМВОС
Стек IP
Сетевые
интерфейсы
(Протоколы
LAN, MAN)
Протоколы
сетей
маршрутизации
(WAN)
Протоколы
поддержки
служб
(сервисов)
WW
W
WW
W
IE Opera GUI
S
M
T
P
P
O
P
3
I
M
A
P
F
T
P
T
E
L
N
E
T
.
.
.
R
T
C
P
R
T
P
E-
mail
E-
mail
OE TheBat IP
-
tlf
IP
-
tlf
API
TM
N
TM
N
.
.
.
S
N
M
P
C
M
I
P
H.323
S
I
P
Multy
-
medi
a
Multy
-
medi
aDNSDNS
Q.
9
3
1
N
T
P
H.
2
4
8
.
.
.
PSTN
N-
PSTN
N-
V1
PPP
ATMATM
xDSL
ATM
STM
ATM
10BT
Ethernet
802.3
xDSLUm
GPRS
Wi-Fi
802.
11 16
Wi-Max
GSM
GPR
GSM
GPR
EthernetEthernet
Net
Meeting
ICMP,RIP,OSPF,BGP,RSVP,…
UDP

3. Как пользовательские данные готовятся для передачи по
пакетной сети?
(Инкапсуляция данных)
User data
User data
Application
header
Application data
TCP
header
TCP-сегмент
IP-дейтаграмма
IP
header
Ethernet
header
Ethernet
trailer
46 to 1500 байт
Ethernet-кадр
Уровень
приложения
(речь, текст,
файл, …)
Уровень
сервисных
протоколов
(RTP, http,
SMTP, …)
Транспортный
уровень
Сетевой
уровень
Канальный
уровень
TCP
header Application data
TCP
header
IP
header Application data

4. Протокол IP-является протоколом
межсетевых взаимодействий и может
работать поверх любых сетей 2-го
уровня (Ehternet, PPP, ATM…).
В протоколе IP предусмотрена
возможность дефрагментации
дейтаграмм при переходе из одной сети к
другой с различными MTU (размерами
транспортных блоков)
Протокол IP

5. IP- протокол реализует только функции CLNS (без
установления соединения) т.е. информация
передается в отдельных пакетах (дейтаграммах),
что не гарантирует:
QoS (т.е. не гарантируется доставка пакетов и не
контролируется вероятность потери пакетов);
Надежность доставки;
Время доставки.
Дейтаграммы могут перемещаться по различным
маршрутам и могут прибыть не в исходной
последовательности или быть дублированы.
IP не сохраняет копию маршрутов и не имеет
никаких средств для того, чтобы переупорядочить
дейтаграммы, как только они достигают пункта
назначения
Протокол IP

6. Не взирая на эти ограниченные функциональные
возможности, протокол IP активно используется
для передачи трафика RT, в частности речевого
IP обеспечивает "чистые" функции передачи,
которые освобождены от пользовательских
особенностей, и предполагает, что на других
уровнях будут добавлены те средства, которые
необходимы для данного приложения, и таким
образом будет достигнута максимальная
эффективность.
Протокол IP

7. Программный модуль IP-протокола реализует только функции
проталкивания дейтаграмм по различным сетевым
интерфейсам.
При этом он использует следующую информацию:
1) Адресная и др. информация в заголовках IP-пакетов
2) Информация в маршрутных таблицах, которая формируется
следующим образом:
- Администратор сети составляет статическую маршрутную
таблицу в которой указывается:
- основные направления, посредством адресов и масок,
- веса (метрики) конкретных маршрутов,
- номера физических портов, закрепленные за данными
направлениями…
- Динамическая информация, которая формируется
посредством ряда служебных протоколов (RIP,ICMP,RSVP…)
задача которых – следить за состоянием сети и изменять
маршрутные таблицы
Протокол IP

8. Протокол IP (Формат заголовка IP)
Данные
(до 65 535 байт)
Информация с верхних уровней
Адрес назначения (Destination) – 32 бита
Адрес источника (Source) – 32 бита
Контрольная сумма
заголовка – 16 бит
Идентификатор фрагмента – 16 бит
Общая длина пакета – 16 бит
TTL – 8 бит Protocol – 8 бит
Смещение – 13 бит
0 MD
Версия
4 бит
IHL
4 бит
ToS
8 бит
Флаги
Опции – до 40 байт

9. Версия
Протокола IP
Длина IP-заголовка
определяет количество
4-х байтовых слов.
В данном случае пять 4-х
байтовых слов-
всего=20байт
Тип сервиса определяет:
Биты 0 1 2 –приоритет
000-мин.приоритет
101-для речи
111-высший приоритет
Биты 3 4 5 6 7:
D=1-выбрать маршрут с мин.задержкой
T =1-выбрать маршрут с макс.проп.спос.
R =1-выбрать маршрут с макс.надежн.
C =1-выбрать маршрут с мин.стоимост.
X-не исп.
Длина IP-пакета
включая заголовки
IPи UDP

10. Поле ToS
Это поле делится на 6 частей: ToS
8 бит
Prioritet
3 бит
D T R C 0
Субполе Приоритет предоставляет возможность присвоить код приоритета
каждой дейтаграмме. Значения приоритетов приведены в таблице
(в сети Интернет это поле не используется).
0 Обычный уровень
1 Приоритетный
2 Немедленный
3 Срочный
4 Экстренный
5 Критичный к задержкам трафик
6 Межсетевое управление
7 Сетевое управление
Биты C, D, T и R характеризуют желание приложения относительно способа
доставки дейтаграммы.
D=1 – приложение требует минимальной задержки,
T=1 - приложение требует высокую пропускную способность,
R=1 - приложение требует высокую надежность,
C=1 - приложение требует 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).
Только один бит из четырех в TOS может принимать значение 1.
По умолчанию значения бит D, T, R, C равны нулю.

11. Поле DSCP (прежнее ToS)
ToS
8 бит
DSCP
6 бит
CU
2 бит
Биты CU временно не используются (Currently Unused).
С помощью битов DSCP можно создать до 64-х классов
обслуживания.
На данном этапе 3 бита этого поля используются для
обратной совместимости с прежними версиями IPv4

12. Протокол IP (Формат заголовка IP)

13. • IP- протокол поддерживается, как в
конечных терминалах так и в сетевых
узлах (Router)
• На базе IP можно организовать работу
нескольких приложений поверх IP (TCP-
протокол управления передачей, UDP
протокол передачи дейтаграмм, и др.)
• Протоколы TCP, UDP поддерживаются
только в конечных терминалах и в узлах
служб (серверах)
Протокол IP

14. • Из функций обеспечивающих решение
некоторых проблем маршрутизации в IP
реализуется:
Контроль и сброс зацикливших пакетов
(TTL)
Дифференциация пакетов по приоритетам
(ToS)
Возможность выставлять различные
требования к качеству (например:min
задержки ,max пропускная способность…)
Протокол IP

15. Таблица 1. Коды популярных протоколов Интернет
Код
протокола
Интернет
(Поле
Protocol)
(DEC/HEX)
Сокращенное
название
протокола
Описание
1/1 ICMP Протокол контрольных сообщений [rfc-792]
2/2 IGMP Групповой протокол управления [rfc-1112]
4/4 IP IP поверх IP (инкапсуляция/туннели)
6/6 TCP Протокол управления передачей [RFC-793]
8/8 EGP Протокол внешней маршрутизации [RFC-888]
9/9 IGP Протокол внутренней маршрутизации
17/11 UDP Протокол дейтаграмм пользователя [RFC-768]
46/2E RSVP Протокол резервирования ресурсов канала
88/58 IGRP IGRP (Cisco) - внутренний протокол
маршрутизации
89/59 OSPF-IGP OSPF-IGP - внутренний протокол маршрутизации

16. Протоколы TCP,UDP
• UDP- реализует ненадежную (пакеты могут
быть потеряны) передачу трафика RT (не
вносит задержки) без гарантии доставки;
• TCP-гарантирует вероятность доставки
пакетов по IP-сети из конца в конец, но не
гарантирует время доставки.

17. • TCP, UDP поддерживают функцию адресации сообщений
на уровне пользовательских приложений.
• Для этих целей в данных протоколах имеются поля
«порт» (это адреса приложений)
• Все «порты» прописаны в RFC1700
Существует понятие очень известных портов (0…1023),
которые прописаны за известными приложениями.
Порты начиная с 1024 закрепляются динамически.

18. Протокол TCP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Source Port Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment Number
Data U A P R S F
Offset
(HLen) Reserved R C S S Y I Window
G K H T N N
Checksum Urgent Pointer
Если IP-протокол работает с адресами, то TCP и UDP – с портами.
Номер порта обозначает точку доступа к услугам транспортного уровня (SAP) и
позволяет осуществлять мультиплексирование/демульт. различных приложений
в тело протокола TCP или UDP.
Порты с 0 по 1023 назначаются централизованно (Well known ports) организацией
IANA (см. RFC-1700).
Порты с 1024 по 65535 – назначаются локально (динамически – на время
логического TCP-соединения)

19. Протокол UDP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Source Port Destination Port
Длина пакета
(заголовок+длина поля
данных) Checksum
Поле данных
Протокол UDP также как и TCP, работает с портами, однако, в отличие от TCP он
не гарантирует качество доставки в части вероятности потери пакетов, что
впрочем устраивает многие приложения, в том числе и приложения RT.
Порты UDP назначаются аналогично портам TCP.
Так как UDP выполняет гораздо меньше функций по доставке информации из
конца в конец, заголовок UDP значительно проще, чем у TCP.