Протокол IP и его функции. Структура IP-пакета и его параметры. Маршрутизация в IP-сетях. Фрагментация IP-пакетов. Сборка фрагментов.

Протокол IP находится на межсетевом уровне стека протоколов TCP/IP. Функции протокола IP определены в стандарте RFC-791 следующим образом: “Протокол IP обеспечивает передачу блоков данных, называемых дейтаграммами, от отправителя к получателям, где отправители и получатели являются компьютерами, идентифицируемыми адресами фиксированной длины (IP-адресами). Протокол IP обеспечивает при необходимости также фрагментацию и сборку дейтаграмм для передачи данных через сети с малым размером пакетов”. Протокол IP является ненадежным протоколом без установления соединения. Это означает, что протокол IP не подтверждает доставку данных, не контролирует целостность полученных данных и не производит операцию квитирования ( handshaking ) - обмена служебными сообщениями, подтверждающими установку соединения с узлом назначения и его готовность к приему данных.

Структура IP-пакета
IP-пакет состоит из заголовка и поля данных. Заголовок, как правило, имеющий длину 20 байт, имеет следующую структуру (рис. 5.12).

Поле Флаги (Hags) занимает 3 бита и содержит признаки, связанные с фраг­ментацией. Установленный бит DF (Do not Fragment) запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет, а установленный бит MF (More Fragments) гово­рит о том, что данный пакет является промежуточным (не последним) фрагмен­том. Оставшийся бит зарезервирован.

Основная функция маршрутизатора — чтение заголовков пакетов сетевых прото­колов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту (например, IPX, IP, AppleTalk или DECnet), и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла.

Основная функция маршрутизатора — чтение заголовков пакетов сетевых прото­колов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту (например, IPX, IP, AppleTalk или DECnet), и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла.

Программные модули протокола IP устанавливаются на всех конечных станциях и маршрутизаторах сети. Для продвижения пакетов они используют таблицы марш­рутизации.

Структура таблицы маршрутизации стека TCP/IP соответствует общим принци­пам построения таблиц маршрутизации. Однако важно от­метить, что вид таблицы IP-маршрутизации зависит от конкретной реализации стека TCP/IP.
Назначение полей таблицы маршрутизации
Несмотря на достаточно заметные внешние различия, во всех трех таблицах есть все те ключевые параметры, необходимые для работы маршрутизатора.
К таким параметрам, безусловно, относятся адрес сети назначения  и адрес следующего маршрутизатора. Третий ключевой параметр - адрес порта, на который нужно направить пакет, в некоторых таблицах указывается прямо, а в некоторых — косвенно. Остальные параметры, которые можно найти з представленных версиях табли­цы маршрутизации, являются необязательными для принятия решения о пути сле­дования пакета.

Источники и типы записей в таблице маршрутизации:

1. Первым источником является программное обеспечение стека TCP/IP.
2. Вторым источником появления записи в таблице является администратор, непос­редственно формирующий запись с помощью некоторой системной утилиты.
3. Третьим источником записей могут быть протоколы маршрутиза­ции, такие как RIP или OSPF.

Фрагментация IP-пакетов

Протокол IP позволяет выполнять фрагментацию пакетов, поступающих на входные порты маршрутизаторов.Следует различать фрагментацию сообщений в узле-отправителе и динамическую фрагментацию сообщений в транзитных узлах сети - маршрутизаторах. Практически во всех стеках протоколов есть протоколы, которые отвечают за фрагментацию сообщений прикладного уровня на такие части, которые укладываются в кадры канального уровня. В стеке TCP/IP эту задачу решает протокол TCP, который разбивает поток байтов, передаваемый ему с прикладного уровня на сообщения нужного размера (например, на 1460 байт для протокола Ethernet). Поэтому протокол IP в узле-отправителе не использует свои возможности по фрагментации пакетов.

А вот при необходимости передать пакет в следующую сеть, для которой размер пакета является слишком большим, IP-фрагментация становится необходимой. В функции уровня IP входит разбиение слишком длинного для конкретного типа составляющей сети сообщения на более короткие пакеты с созданием соответствующих служебных полей, нужных для последующей сборки фрагментов в исходное сообщение.
В большинстве типов локальных и глобальных сетей значения MTU, то есть максимальный размер поля данных, в которое должен инкапсулировать свой пакет протокол IP, значительно отличается. Сети Ethernet имеют значение MTU, равное 1500 байт, сети FDDI - 4096 байт, а сети Х.25 чаще всего работают с MTU в 128 байт.

IP-пакет может быть помечен как не фрагментируемый. Любой пакет, помеченный таким образом, не может быть фрагментирован модулем IP ни при каких условиях. Если же пакет, помеченный как не фрагментируемый, не может достигнуть получателя без фрагментации, то этот пакет просто уничтожается, а узлу-отправителю посылается соответствующее ICMP-сообщение.

Процедура объединения заключается в помещении данных из каждого фрагмента в позицию, указанную в заголовке пакета в поле «fragment offset».

Каждый модуль IP должен быть способен передать пакет из 68 байт без дальнейшей фрагментации.