Иллюстрированный самоучитель по Microsoft Internet Explorer 6
         

Формат пакета IP


Пакет IP состоит из заголовка и поля данных. Заголовок пакета имеет следующие поля.

Поле "Номер версии" (VERS) указывает версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 и готовится переход на аерсию 6, называемую также IPng (IP next generation).

Поле "Длина заголовка" (HLEN) пакета IP занимает 4 бита и указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования дополнительных байт в поле Резерв (IP OPTIONS).

Поле "Тип сервиса" (SERVICE TYPE) занимает 1 байт и задает приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (PRECEDENCE). Приоритет может иметь значения от 0 (нормальный пакет) до 7 (пакет управляющей информации). Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать более важные пакеты в первую очередь. Поле "Тип сервиса" содержит также три бита, определяющие критерий выбора маршрута. Установленный бит D (delay) говорит о том, что маршрут должен выбираться для минимизации задержки доставки данного пакета, бит Т — для максимизации пропускной способности, а бит R — для максимизации надежности доставки.

Поле "Общая длина" (TOTAL LENGTH) занимает 2 байта и указывает общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных.

Поле "Идентификатор пакета" (IDENTIFICATION) занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого поля.

Поле "Флаги" (FLAGS) занимает 3 бита, оно указывает на возможность фрагментации пакета (установленный бит Do not Fragment — DF — запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет), а также на то, является ли данный пакет промежуточным или последним фрагментом исходного пакета (установленный бит More Fragments — MF — говорит о том, что пакет переносит промежуточный фрагмент).



Поле "Смещение фрагмента" ( FRAGMENT OFFSET) занимает 13 бит, оно используется для указания в байтах смещения поля данных этого пакета от начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации. Используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между сетями с различными величинами максимальной длины пакета.

Поле "Время жизни" (TIME TO LIVE) занимает 1 байт, и указывает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи средствами протокола IP. На шлюзах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; единица вычитается также при каждой транзитной передаче (даже если не прошла секунда). По истечении времени жизни пакет аннулируется.

Поле "Идентификатор Протокола верхнего уровня" (PROTOCOL) занимает 1 байт и указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет (например, это могут быть протоколы TCP, UDP или RIP).

Поле "Контрольная сумма" (HEADER CHECKSUM) занимает 2 байта, она рассчитывается по всему заголовку.

Поля "Адрес источника" (SOURCE IP ADDRESS) и Адрес назначения (DESTINATION IP ADDRESS) имеют одинаковую длину — 32 бита, и одинаковую структуру.

Поле "Резерв" (IP OPTIONS) является необязательным и используется обычно только при отладке сети. Это поле состоит из нескольких подполей, каждое из которых может быть одного из восьми предопределенных типов. В этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов, регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности, а также временные отметки. Так как число подполей может быть произвольным, то в конце поля Резерв должно быть добавлено несколько байт для выравнивания заголовка пакета по 32-битной границе.

Максимальная длина поля данных пакета ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65 535 байтов, однако при передаче по сетям различного типа длина пакета выбирается с учетом максимальной длины пакета протокола нижнего уровня, несущего IP-пакеты.Если это кадры Ethernet, то выбираются пакеты с максимальной длиной в 1500 байтов, умещающиеся в поле данных кадра Ethernet.


Формат сообщений протокола ICMP


Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.

Поле типа может иметь следующие значения (табл. П2.1).



Таблица П2.1. Значения

Значение

Тип сообщения

0 1

Эхо-ответ (Echo Replay)

3

Узел назначения недостижим (Destination Unreachable)

4

Подавление источника (Source Quench)

5

Перенаправление маршрута (Redirect)

8

Эхо-запрос (Echo Request)

11

Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram)

12

Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)

13

Запрос отметки времени (Timestamp Request)

14

Ответ отметки времени (Timestamp Replay)

17

Запрос маски (Address Mask Request)

18

Ответ маски (Address Mask Replay)

Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.



Формат сообщений TCP


Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента имеет следующие поля:

поле "Порт источника" (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-отправитель;

поле "Порт назначения" (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-получатель;

поле "Последовательный номер" (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных;

поле "Подтвержденный номер" (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта, содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;

поле "Длина заголовка" (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле "Опции";

поле "Резерв" (RESERVED) занимает 6 бит, поле зарезервировано для последующего использования;

поле "Кодовые биты" (CODE BITS) занимают 6 бит, содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:

• URG — срочное сообщение;

• АСК — квитанция на принятый сегмент;

• PSH — запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;

• RST — запрос на восстановление соединения;

• SYN — сообщение, используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения;

• FIN— признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.

поле "Окно" (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение размера окна в байтах;

поле "Контрольная сумма" (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по сегменту;

поле "Указатель срочности" (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;

поле "Опции" (OPTIONS) — это поле имеет переменную'длину и может вообще отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;

поле "Заполнитель" (PADDING) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле," используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.



Формат сообщений UDP


Единица данных протокола UDP называется UDP-пакетом или пользовательской дейтаграммой (user datagram). UDP-пакет состоит из заголовка и поля данных, в котором размещается пакет прикладного уровня. Заголовок имеет простой формат и состоит из четырех двухбайтовых полей:

UDP source port — номер порта процесса-отправителя;

UDP destination port — номер порта процесса-получателя;

UDP message length — длина UDP-пакета в байтах;

UDP checksum — контрольная сумма UDP-пакета.

Не все поля UDP-пакета обязательно должны быть заполнены. Если посылаемая дейтаграмма не предполагает ответа, то на месте адреса отправителя могут помещаться нули. Можно отказаться и от подсчета контрольной суммы, однако следует учесть, что протокол IP подсчитывает контрольную сумму только для заголовка IP-пакета, игнорируя поле данных.



Интернет-протоколы


Протокол межсетевого взаимодействия — IP

Формат пакета IP

Протокол доставки пользовательских дейтаграмм UDP

Формат сообщений UDP

Протокол надежной доставки сообщений TCP

Формат сообщений TCP

Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP

Формат сообщений протокола ICMP

Протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP



Протокол доставки пользовательских дейтаграмм UDP


Задачей протокола транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) является передача данных между прикладными процессами без гарантий доставки, поэтому его пакеты могут быть потеряны, продублированы или прийти не в том порядке, в котором они были отправлены.



Протокол надежной доставки сообщений TCP


В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.



Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP


Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми маршрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.

Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.

Протокол ICMP — это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются тдчно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того чтобы не вызывать лавины сообщений об ошибках, потерях пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках не могут порождать новые сообщения ICMP.



Протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP


Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA); ГП алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).

дистанционно-векторных алгоритмах каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами. Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.

Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией — вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.

Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.

Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.

Для того чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.

Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.