IP (Internet Protocol) – компонент, который играет важнейшую роль при работе в Сети. Он появился задолго до того, как возник Интернет. Соответствующий термин обозначает некоторое объединение сетей. IP занимается именно этим – соединяет каналы Интернета, построенные при помощи различных технологий.
На данный момент Интернет – это самая масштабная, крупная и известная Сеть, которая опирается на IP. Далее этот протокол будет рассмотрен более подробно. Предложенная информация рассчитана на широкую публику. С ее помощью получится не только разобраться в the IP, но и понять, как он работает, какие особенности и нюансы имеет. Соответствующие данные пригодятся как работникам сферы IT, так и обычным ПК-пользователям.
Определение
Пакет IP (или межсетевой протокол) – это маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Он существует достаточно долгое время. The IP стал протоколом, который начал использоваться для объединения отдельных сетей во всемирную сеть Интернет. Его неотъемлемой частью является адресация сети.
Появился рассматриваемый элемент в 1981 году. Он реализует сразу несколько функций. К ним относят:
- передачу данных (информации);
- маршрутизацию;
- адресацию;
- фрагментацию датаграмм.
Рассматриваемый протокол не предоставляет 100 % гарантий доставки пакета: они могут прийти в неправильном порядке, оказаться утраченными в процессе передачи информации, продублироваться или повредиться. За надежность пакетов будет отвечать протоколы, которые имеют прямое отношение к транспортному уровню.
Сейчас огромным спросом пользуются два варианта исполнения рассматриваемого компонента: the IPv4, а также более совершенный аналог – the IPv6. Именно с ними предстоит иметь дело в большинстве случаев.
IPv4
The IPv4 – это четвертая версия протокола the IP. Он описан в IETF в статье RGC 791 за сентябрь 1981 года. Это наиболее часто используемый интернет-протокол из всех существующих. Он активно применяется в современных компьютерных устройствах и Сети. В непосредственное использование the IPv4 был введен в ARPANET в 1983 году.
У данного протокола имеется определенная функция. С его помощью осуществляется передача дейтаграммов по множеству соединенных сетей.
IPv6
The IPv6 – это IP Protocol нового уровня. Его версия – шестая. Она появилась в качестве результата стремительного развития the IPv4. Протокол появился за счет IETF в 1996 году. Несмотря на свое достаточно долгое существование, он выступает в качестве нового. Описан этот компонент в спецификации RFC 2460.
Ключевой причиной для формирования этой составляющей послужило то, что у IPv4 быстро подошел к концу пул адресов. Однако этот более «старый» тип internet protocol’а все равно поддерживается по сей день.
Ключевые отличия the IPv6 от предыдущей версии:
- заголовок имеет фиксированную длину – 40 октетов;
- поле общей длины полностью заменено на поле длины области информации (данных);
- в новой версии протокола поддерживается передача пакетов, длины которых оказываются более 64 Кбайт;
- поддерживаются заголовки надстроек;
- поле времени жизни заменено полем ограничения количества переходов;
- многие дополнения IPv4 оформили в качестве отдельных протоколов.
Теперь можно изучить непосредственно IP-адрес. Этот элемент играет огромную роль для работы в Интернете.
IP-адрес – это…
IP адрес – это уникальный адрес Сети узла в компьютерной сети, которая построена по протоколу IP. Он может быть нескольких версий. По IP адресу удается понять, с какого конкретно компьютера (иного устройства) работает пользователь.
IPv4-адрес
IPv4-адрес будет использовать 32-битные адреса, которые ограничивают адресное пространство. Количество уникальных возможных адресов достигает 4 294 367 296 штук. У каждого хоста и маршрутизатора в Интернете имеется IP-адрес. Этот элемент не имеет никакого отношения к хосту. Он напрямую относится к сетевому интерфейсу, поэтому иногда хост или маршрутизатор могут поддерживать одновременно несколько IP.
IPv4-адреса обладают иерархической организацией. Первая часть поддерживает переменную длину. Она отвечает за непосредственное задание Сети. Последняя – указывает на имеющийся хост.
Обычно IP имеют запись в виде 4-х десятичных чисел. Каждое имеет значение в пределах от 0 до 255 включительно. Элементы разделяются точками. Каждая часть – это один байт адреса.
Префикс – это непрерывный блок пространства IP-адресов соответствующей сети. В ней сетевая часть будет совпадать (окажется одинаковой) для всех хостов.
Префикс задается системой в качестве наименьшего IP в блоке. Его размер будет определяться числом битов в сетевой части. Оставшиеся биты в части хоста могут меняться (варьироваться). Размер – это степень двойки. Она будет записываться непосредственно после префикса IP адреса в виде слеша и длины сетевой части в байтах.
Сетевые адреса
IP адрес может означать:
- Адрес IP-сети. Это группа устройств, имеющих доступ к общей среде передачи. Примером могут послужить все устройства, которые относятся к сегменту Ethernet. Сетевой адрес будет всегда иметь биты интерфейса (хоста) адресного пространства установленными 0. Исключение – когда сеть разбита на подсети.
- Широковещательный адрес. Это адрес для «разговора» со всеми устройствами в IP-сети. Широковещательные адреса для сети всегда поддерживают интерфейсные (хостовые) биты адресного пространства установленными в 1. Исключение здесь будет точно таким же, как и в предыдущем случае.
- Адрес интерфейса. Примером может послужить Ethernet-адаптер или PPP интерфейс хоста, маршрутизатора, сервера печати и так далее. Такие адреса могут поддерживать любые значения хостовых битов, включая все нули или все единицы. Это необходимо для того, чтобы не путать их с адресами сетей и широковещательными адресами.
Теперь можно рассмотреть особенности IPv6 и другие нюансы работы изучаемого протокола. Эта информация поможет лучше разобраться в IP различных версий.
Особенности IPv6
Адрес IPv6 – это восемь групп из четырех шестнадцатеричных чисел. Они разделяются в процессе записи двоеточиями. В процессе записи предстоит запомнить следующие правила:
- если одна и более групп подряд равняются 0000, их можно пропустить и заменить на двойное двоеточие;
- незначащие старшие нули в группах необходимо опустить;
- для записи встроенного или отображенного IPv4-адреса последние две группы цифр заменяются на IPv4-адрес;
- при использовании IPv6-адреса в URL он должен быть размещен непосредственно в квадратных скобках;
- порт в URL прописывается после закрывающей квадратной скобки.
Стоит обратить внимание на то, что существуют различные типы the IPv6. Они имеют свои ключевые особенности.
Типы the IPv6
В IP-версиях 6 можно выделить несколько разновидностей:
- Одноадресный. Он называется Unicast. Используется для отправки пакетов на конкретный адрес устройства. Здесь можно выделить Global unicast – глобальные адреса. Они могут быть расположены в любом незанятом диапазоне. Также можно выделить Link Local – это локальный адрес канала. Дает возможность обмениваться данными по одному и тому же каналу (или подсети). Пакеты с локальным адресом канала не могут быть отправлены за его пределы. Unique Local – это уникальные локальные адреса. Они используются для того, чтобы обеспечить локальную адресацию в пределах узла или между ограниченным количеством узлов.
- Многоадресный или Multicast. Он используется для отправки пакетов на целую группу IP адресов. Тут выделяются всего два варианта. Первый – assigned. Так называются назначенные адреса. Зарезервированные для определенных групп устройств Multicast-адреса. Второй вариант – solicited. Так называются запрошенные адреса. Остальные адреса, которые устройства способны использовать для прикладных задач.
- Групповой или Anycast. Он используется для отправки пакета на «любой» индивидуальный адрес. Он может быть назначен нескольким устройствам одновременно. Пакет будет доставлен ближайшему устройству с соответствующим адресом.
The IP и его пакеты сталкиваются с маршрутизацией и фрагментацией. Соответствующие пакеты имеют определенные ключевые моменты, о которых должен помнить каждый IT-специалист.
Фрагментация и маршрутизация
Основная масса передачи данных устанавливает предельную длину пакета. Она называется MTU. В случае, когда длина пакета оказывается больше соответствующего значения, запускается процедура фрагментации.
Фрагментация the IP – это разбиение пакета на множество частей, которые могут быть повторно собраны, но позже. Данный процесс имеет огромное значение для работы в Сети.
The IP требует, чтобы в маршрутизации принимали участие все узлы. Ими выступают обычно компьютеры или другие устройства. Длина маршрута, по которому the IP пакет передается, способна меняться. Она зависит от того, какие именно узлы участвуют в доставке пакета. Каждый узел принимает решение о том, куда именно ему отправлять пакет. Он для этого опирается на таблицу маршрутизации – routing tables.
Подсеть – это логическое разбиение the IP.
Маска подсети
Длина префикса из the IP не выводится. Это приводит к тому, что протоколы маршрутизации вынуждены передавать префиксы на маршрутизаторы. Иногда эти самые префиксы устанавливаются (задаются) при помощи непосредственного указания длины.
Маска подсети – двоичная маска, которая соответствует длине префикса, в которой единицы ссылаются на сетевую часть. Она определяет, как будут локально интерпретироваться the IP в сегменте Сети. Это имеет особое значение для пользователя за счет того, что определяет процесс разбивки подсети.
Стандартная маска подсети – это все сетевые биты в адресе, установленные в «1». Хостовые биты будут установлены в «0». Выполнение операции И между маской и the IP дает возможность выделить сетевую часть.
Про маску подсети рекомендуется запомнить следующее:
- она предназначается только для локальной интерпретации локальных the IP (где «локальный» значит в том же сетевом сегменте);
- данный элемент не является the IP – он используется для локальной модификации интерпретации IP.
Также стоит обратить внимание на бесклассовую междоменную маршрутизацию.
Бесклассовая межведомственная классификация
Изначально в работе Интернета использовалась классовая адресация (INET), но со второй половины 90-х годов 20-го века она была заменена на бесклассовую. В ней количество адресов в сети определяется при помощи маски подсети.
Работает данный процесс так:
- Когда прибывает пакет информации, необходимо определить, относится ли адрес к данному префиксу. Для этого нужно просмотреть таблицу маршрутизации. Может получиться так, что по значению подойдут несколько записей. В соответствующей ситуации используется самый длинный префикс.
- Маршрутизация просматривается не запись за записью. Вместо подобной операции был разработан сложный алгоритм для ускорения процесса поиска адреса в таблице.
- В маршрутизаторах, которые предполагают коммерческое использование, применяются специальные чипы. А именно – VLSI. В них необходимые алгоритмы встроены на аппаратном уровне.
Теперь понятно, что собой представляет IP Internet Protocol, а также как он работает. Более подробно его изучить можно на компьютерных курсах по IT и работе Интернета.
P. S. Интересуют компьютерные сети, сетевые технологии, протоколы передачи данных? Обратите внимание на следующие курсы в Otus:
