VYTAUTO DIDŽIOJO UNIVERSITETAS
INFORMATIKOS FAKULTETAS
IP protokolas; IPv4; IPv6
Referatas
Priėmė: dėst. R. Valterytė
2005 03 31
Atliko: stud. V. Dzedulionis
2005 03 31
Kaunas, 2005 TURINYS
ĮVADAS…………………………………………………………….……………………………………………………………….21. IPPROTOKOLAS………………………………………………………………………………………………………….3 1.1. IP protokolo struktūra(IPv4)…………………………………………………………….…………………..42.IPv6………………………………………………………………………………………………………………………………..6 2.1 IPv6 sukūrimo motyvai………………………………………………………………….……………………….6 2.2 IPv6 pagrindinėssavybės………………………………………………………………………………………..7 2.3 IPv6 protokolo paketo struktūra………………………………………………………………….…………9LITERATŪRA…………………………………………………………………………………………………………………11
ĮVADAS
Interneto protokolai yra populiariausi atvirųjų tinklų protokolai,kadangi jie gali būti labai sėkmingai taikomi tiek vietiniuose tinkluose,tiek globaliniuose tinkluose. Interneto protokolai tai ryšio taisykliųrinkiniai. Labiausiai žinomi protokolai yra šie: Transmission ControlProtocol (TCP) ir Internet Protocol (IP). Interneto protokolai buvo sukurti aštuntojo dešimtmečio viduryje, kaiGynybos perspektyviųjų tyrimų agentūra DARPA nusprendė sukurti paketųperdavimu paremtą tinklą, per kurį galėtų susijungti pastate esantyskompiuteriai. To pasekoje buvo sukurtas Interneto protokolų rinkinys(TCP/IP). Jis buvo užbaigtas aštuntojo dešimtmečio pabaigoje. Nepraėjus daug laiko TCP/IP buvo panaudotas UNIX operacinėje sistemoje.Tai padarė TCP/IP protokolą pagrindiniu interneto protokolu. Dabar TCP/IP protokolų stekas tapo žinomiausia sudėtinių tinklų kūrimopriemonė. Iki 1996 metų populiariausias buvo kompanijos Novell IPX/SPXprotokolų stekas, tačiau vėliau jis prarado populiarumą ir naujuoju lyderiutapo TCP/IP. Šiame referate bus aptartas IP protokolas ir jo esamos populiariausiosversijos (IPv4 ir IPv6).
1. IP Protokolas
Interneto protokolas (taisyklių rinkinys), reglamentuojantiskompiuterių adresavimą, duomenų skaidymą į paketus prieš siunčiant irsurinkimą juos atsiuntus, jų maršrutų parinkimą. Dabar daugiausia paplitusiketvirtoji versija IPv4, naudojanti 32 bitų IP adresus. Tikimasi, kad jąpakeis šeštoji 128 bitų versija IPv6. IP protokolas kartu su TCP protokolusudaro TCP/IP protokolą, kuris yra pagrindinis interneto protokolas. IPprotokolas buvo sukurtas, tam kad būtų galima sujungti skirtingų kompanijųpagamintus LAN ir komutuojamų paketų tinklus. Internetinis protokolas (IP) yra TCP/IP protokolų rinkinioprotokolas adresuojantis ir maršrutizuojantis duomenis, jis atsako už vieno
duomenų paketo gabenimą iš mazgo į kitą mazgą. IP protokolas paskirstoduomenų maršrutą nuo vieno kabineto iki visos firmos tinklo, tada įregioninius tinklus, o galiausiai – į globalų Internetą. Visi protokolai išTCP/IP protokolų rinkinio (išskyrus ARP ir RARP) naudoja IP protokolą.Duomenų sėkmingas persiuntimas įvykdomas vykdant adresavimą. IP protokolostandartas tiksliai apibrėžia, kad kiekvienas pagrindinis kompiuteris(host) turi unikalų 32 bitų numerį (IPv4), kuris vadinamas pagrindiniokompiuterio tarptinklinio protokolo adresu (Internet Protocol address),kuris dažnai trumpinamas IP adresas (IP address) arba interneto adresas(Internet address) . Kiekvienas paketas, siunčiamas internetu, turisiuntėjo (source) 32 bitų IP adresą ir gavėjo (destination) adresą. IPpriskiria vietinius IP adresus fiziniams tinklo adresams, suteikia adresus,kuriais naudojasi įvairūs maršrutizatoriai. Dabar populiariausia IP protokolo versija yra 4 (IPv4).Dabartinė IP versija prisitaikė prie pasikeitimų aparatinės daliestechnologijoje. IP protokolas buvo sukurtas labai senai, tuomet vietiniųtinklų technologijos nebuvo dar tokios populiarios. Pradinis sumanymas irtoliau dirbo gerai per kelias aparatinės dalies technologijų kartas. TPdabar dirba tinkluose, kurių greitis yra keliomis eilėmis didesnis, neitinklų kurie buvo naudojami, kai protokolas buvo sukurtas. Dar daugiau, kaikurie modernūs tinklai siūlo freimo dydį, kuris yra žymiai didesnis, neigalimas freimo dydis, kai TP buvo sukurtas.1.1 IP protokolo paketo struktūra (IPv4)
IP deitagrama sudaryta iš antraštės ir tekstinės dalies.Antraštė turi fiksuotą 20 baitų dalį ir kintamo ilgio nebūtinąją dalį.
32 bitai
0 4 86 9 4|Versija|IHL |Paslaugos tipas |Bendras ilgis ||Identifikacija |DF |MF |Fragmento poslinkis||Gyvavimo trukmė |Protokolas |Antraštės kontrolinė suma || Šaltinio adresas ||Tikslo adresas ||Nebūtinoji dalis |Padding |
20 bitų
1 pav. IP paketo antraštės struktūra
Versijos laukas (4 bitai) leidžia perduoti deitagramas iš kompiuterių,naudojančių senesnes IP protokolo versijas. IHL (4 bitai) – ilgis 32 bitų žodžiais. Mažiausia yra 5 žodžiai
(20 baitų), daugiausia – 15 žodžių (60 baitų). Nebūtinoji dalis (40 baitų). Paslaugos tipo laukas susideda iš keleto laukų. Prioritetolaukas – 3 bitai: 0 – normalus paketas (mažiausias prioritetas), 7 – tinklovaldymo paketas (aukščiausias prioritetas). Be jų yra dar trys vėliaviniaibitai: D (Delay), T (Throughput), R (Reliability). Jais nurodoma, kas yrasvarbiausia – vėlinimas, pralaida, patikimumas. Maršrutizatorius pagal taigali parinkti paketo perdavimo kelią. Likusieji 2 bitai nenaudojami. Bendras ilgis (2 baitai) – viso paketo ilgis (antraštė +duomenys). Identifikacijos laukas. Naudojamas fragmentuotų paketųatpažinimui. Visi deitagramos fragmentai turi tą pačią identifikacijosreikšmę. DF (1 bitas) Don’t Fragment. Bitas uždraudžia fragmentuotipaketą. MF (1 bitas) More Fragments. Jis informuoja, kad šis paketas yratarpinis (ne paskutinis). Likęs bitas rezervuotas. Fragmento numeris (Fragment offset). Jis užima 13 bitų ir nusakopaketo duomenų poslinkį baitais tarp bendro pradinio sufragmentuoto duomenųlauko pradžios ir esamo paketo duomenų lauko pradžios. Naudojamassurenkant/išskaidant paketų fragmentus perduodant juos tarp tinklų suskirtingo dydžio duomenų perdavimo vienetais. Poslinkis turi būtikartotinis 8. Egzistavimo trukmė (1 baitas). Didžiausia trukmė – 255 s.Egzistavimo trukmė kiekviename maršrutizatoriuje sumažinama priklausomainuo eilės dydžio. Kaskart kai pereinama per maršrutizatorių egzistavimotrukmė sumažinama vienetu. Prieš pasiekiant adresatą, kai trukmė tampa lyginuliui, paketas sunaikinamas. Protokolo laukas užima vieną baitą ir nurodo, kokiamaukštesniojo lygio protokolui priklauso duomenų lauko skiltyje patalpintainformacija (pvz., tai gali būti TCP protokolo segmentai, UDP deitagramos,ICMP ar OSPF paketai). Antraštės kontrolinė suma užima 2 baitus ir yra perskaičiuojamakiekviename maršrutizatoriuje, kadangi bent vieno lauko reikšmė pasikeičia( juk kinta gyvavimo trukmė). Jei kontrolinė suma neteisinga, paketasatmetamas. Adresų laukuose yra tinklo numeris ir kompiuterio tinkle –numeris. Nebūtinoji dalis (Options). Ši dalis paprastai nereikalinganormaliam duomenų perdavimui. Ji padaryta tam, kad naujesnės protokoloversijos galėtų patalpinti reikalingą informaciją. Taip pateksperimentuojama, tikrinamos naujos idėjos. Kadangi laukelių skaičiusnebūtinojoje dalyje nebūtinai yra 32, tai dar naudojamas paketo antraštėsišlyginimas, pridedant daugiau nulinių skilčių.2. IPv6
IPv6 – tai nauja interneto protokolo (IP) versija, sukurta tam,kad pakeistų dabar naudojamą IPv4 protokolą ir išspręstų su juo susijusiasproblemas.
Naujoji versija gerokai patobulinta tokiose srityse, kaip:saugumas, mobilumas, paslaugos kokybės užtikrinimas, tinklo architektūrosbei marštutizavimo dinamiškumas. Todėl IPv6 geriausiai pritaikytas dažnaikintančių parametrų tinklams.
Kad kuo sklandžiau pereiti nuo IPv4 prie IPv6 buvo sugalvotas nevienas mechanizmas, kurie yra nuolat tobulinami. Tikimasi, kad IPv6 potruputį pakeis IPv4, nors abu protokolai veiks kartu visą perėjimolaikotarpį.
Lyginant su IPv4, naujoji versija suteikia žymiai didesnę adresųerdvę (adreso ilgis padidėjo nuo 32 bitų iki 128). IPv6 adresai užrašominauja forma: tai šešioliktaine skaičiavimo sistema koduojami adresai,atrodantys maždaug taip: 2001:08e0:7d83:7d88:4f84:4c74:1d83:22b4. Prefiksainurodomi CIDR formate, pvz: /64.
2.1 IPv6 sukūrimo motyvai
Pirmoji motyvacija IPv6 sukūrimui kilo iš ribotos pačių adresųerdvės. Kuriant IP protokolą, egzistavo tik keli tinklai su keletukompiuterių. IP kūrėjai nusprendė adresams naudoti 32 bitus, tai leidointernetui turėti virš milijono tinklų. Tačiau dabartinis internetas augaeksponentiškai, padvigubėdamas mažiau kaip per metus. Dabartiniu augimotempu, kiekvienas galimas tinklo prefiksas greitai bus panaudotas irdidesnis augimas bus negalimas. Antroji motyvacija IP protokolo pasikeitimui kilo iš naujųinterneto taikomųjų programų. Programos, siuntinėjančios audio ir videoduomenis turi pristatyti juos reguliariais intervalais. Išlaikant tokiąinformacijos tėkmę per internetą be pertraukimų, IP protokolas turi galėtidažnai keisti maršrutus. Nekreipiant dėmesio į tai, kad dabartinio TPpaketo antraštė turi lauką, kuris gali būti naudojamas aptarnavimo tipui
aprašyti, protokolas nenustato aptarnavimo tipo, kuris galėtų būtinaudojamas audio ir video perdavimui realiuoju laiku.2.2 IPv6 pagrindinės savybės
IPv6 išlaikė daug savybių, kurios IPv4 padarė tokiu populiariu.IPv6 yra orientuotas į darbą be sujungimo – kiekvienas paketas turipaskirties adresą ir maršrutas jam yra parenkamas nepriklausomai. Kaip irIPv4 paketo antraštė turi maksimalų sekančių perdavimų skaičių iki tol,kol bus sunaikintas. Ir dar daugiau IPv4 savybių išlaiko naujasisprotokolas. Nepaisant pagrindinių koncepcijų išlaikymo, IPv6 keičia visasdetales. Pavyzdžiui, IPv6 naudoja didelius adresus ir visiškai naują paketoantraštės formatą. Pagaliau IPv6 naudoja eilę fiksuoto dydžio antraščiųpasirenkamos informacijos valdymui, vietoje vienos antraštės su kintamoilgio pasirinkimo laukais.Naujos IPv6 savybės gali būti sugrupuotos į penkias pagrindineskategorijas: Adreso dydis. Vietoje 32 bitų kiekvienas IPv6 adresas turi 128bitus. Gaunama adresinė erdvė yra pakankamai didelė aprūpinti pastovųinterneto augimą daugelį metų. Antraštės formatas. IPv6 paketo antraštė yra visiškai skirtinganuo IPv4 antraštės. Beveik kiekvienas laukas antraštėje buvo pakeistas, okai kurie pakeitė vietą. Plėtinio antraštės. Priešingai nei IPv4, kuris naudoja vienintelįantraštės formatą visiems paketams, IPv6 šifruoja informaciją į atskirasantraštes. Antraštė susideda iš pagrindinės IPv6 antraštės, po kurios yrakelios (arba nėra iš viso) plėtinio antraštės, po kurių seka duomenys. Audio ir video priemonės. IPv6 turi mechanizmą, kuris leidžiasiuntėjui ir gavėjui nustatyti aukštos kokybės kelią tinkle ir susietipaketus su šiuo keliu. Nežiūrint į tai, kad mechanizmas yra skirtas naudotisu audio ir video programomis, kurios reikalauja aukšto našumo garantijų,mechanizmas taip pat gali būti naudojamas susieti paketus su žemos kainos
keliais. Išplečiamas protokolas. Priešingai IPv4, IPv6 nenustato visųgalimų protokolo savybių. Vietoje to, projektuotojai pasiūlė schemą, kurileidžia siuntėjui pridėti papildomos informacijos į paketą. Išplėtimoschema daro IPv6 lankstesniu, nei IPv4 ir reiškia, kad naujos savybės galibūti pridėtos į projektą, jei reikia.2.3 IPv6 protokolo paketo struktūra
Paketas susideda iš pagrindinės antraštės, po kurios eina nulisarba daugiau plėtinio antraščių po kurių eina duomenys. IPv6 pagrindinė antraštė nors ir yra du kart didesnė už IPv4antraštę, tačiau turi mažiau informacijos. Daugiausia vietos antraštėje yraatiduota dviem laukam, kurie identifikuoja siuntėją ir gavėją. Kaip ir IPv4šaltinio adreso laukas nurodo siuntėją ir tikslo adreso laukasidentifikuoja gavėją. Kiekvienas adresas užima šešiolika baitų, keturiskartus daugiau, nei IPv4 adresas. Prie šaltinio ir paskirties adresų pagrindinė antraštė papildomaituri penkis laukus. Laukas VERS identifikuoja protokolą kaip 6 versijos.Laukas PAYLOAD LENGTH atitinka IPv4 paketo ilgio lauką. Priešingai IPv4PAYLOAD LENGTH nurodo tik nešamų duomenų ilgį; antraščių ilgisneįskaitomas. Laukas HOP LIMIT atitinka IPv4 lauką TIME-TO-LIVE. IPv6interpretuoja HOP LIMIT griežtai – paketas bus sunaikintas, jei šio laukoreikšmė taps nulis prieš paketui ateinant į paskirties tašką.
0 4 16 24 31|VERSION |FLOW LABEL ||(Versija) | ||PAYLOAD LENGTH (Bendras ilgis) |NEXT HEADER |HOP LIMIT || | |(gyvavimo || | |trukmė) ||SOURCE ADDRESS (Siuntėjo adresas) ||DESTINATION ADDRESS (Tikslo adresas) |
2 pav. IPv6 paketo antraštės struktūra
Laukas FLOW LABEL yra skirtas naudoti su naujomis programomis,kurios reikalauja našumo garantijų. Žymė gali būti naudojama susieti paketąsu atitinkamu tinklo keliu. Žymė yra padalinta į dvi dalis. Viena naudojamanustatyti informacijos mainų klasę, o kita naudojama nurodyti specifinįkelią. Informacijos mainų klasė nustato pagrindines savybes, kurių paketuireikia. Laukas NEXT HEADER yra laukas, kuris nurodo einamosios antraštės
tipą, pro kurią eina informacija. Pavyzdžiui, jei paketas turi plėtinioantraštę, laukas NEXT HEADER nurodo jos tipą. Jei plėtinio antraštės nėra,laukas NEXT HEADER nurodo paketo nešamų duomenų tipą. Kadangi standartasnustato unikalią reikšmę kiekvienam galimam antraštės tipui, niekada nėraabejonių apie lauko NEXT HEADER interpretavimą. Gavėjas naudoja NEXT HEADERlauką kiekvienoje antraštėje nustatymui kas seka iš paskos. Jei reikšmėlauke atitinka tipą, naudojamą duomenims, gavėjas perduoda paketą įprograminės įrangos modulį, kuris valdo duomenis. Jei reikšmė NEXT HEADERlauke atitinka kitą antraštę, IP protokolo programinė įranga nagrinėjaantraštę ir interpretuoja jos turinį. Kai baigia su antrašte, IP protokolasnaudoja NEXT HEADER lauką nustatyti duomenys ar kita antraštė eina toliau. Kai kurių tipų antraštės turi fiksuotą dydį, ir IPv6 programinėįranga žino, kur prasideda atitinkama antraštė ar sekantis elementas.Pavyzdžiui, pagrindinė antraštė turi fiksuotą dydį keturiasdešimt baitų.Kai kurios antraštės neturi fiksuoto ilgio. Tokiais atvejais antraštė turiturėti pakankamai informacijos, leidžiančios IPv6 nustatyti, kur antraštėpasibaigia.2.4 IPv6 adresavimas
IPv6 priskiria unikalų adresą kiekvienam sujungimui tarpkompiuterio ir fizinio tinklo. Taigi, jei kompiuteris jungia tris fiziniustinklus, tai jis yra pažymėtas trimis adresais. Taip pat panašiai IPv4,IPv6 atskiria kiekvieną tokį adresą į prefiksą, kuris identifikuoja tinklą,ir sufiksą, kuris identifikuoja individualų kompiuterį tinkle. Nepaisant panašumo, IPv6 adresavimas labai skiriasi nuo IPv4adresavimo. Visų pirma, visos adreso detalės yra skirtingos. Antra, IPv6nustato rinkinį specialių adresų, kurie visiškai skiriasi nuo IPv4 specialių adresų. IPv6 neturi specialių adresų transliavimui duotu tinklu.Kiekvienas IPv6 adresas yra vieno iš trijų pagrindinių tipų:Vienatipis (unicast). Adresas nurodo vienintelį kompiuterį. Paketas,pasiųstas šiuo adresu yra nukreipiama trumpiausiu keliu į kompiuterį.
Daugiatipis (multicast). Adresas atitinka kompiuterių grupę bendru atvejudaugelyje vietų. Narystė grupėje gali pasikeisti bet kuriuo metu. Kaipaketas yra pasiunčiamas tokiu adresu, IPv6 pristato vieną paketo kopijąkiekvienam grupės nariui.Grupinis (cluster). Adresas nurodo grupę kompiuterių, kurie bendrai naudojaadreso prefiksą (pav., visi yra vienoje vietoje). Paketas, pasiųstas tokiuadresu, nukreipiamas trumpiausiu keliu ir tada pristatomas tiksliai vienamiš kompiuterių (pav., kompiuteriui, kuris yra arčiausiai siuntėjui).LITERATŪRA
1. http://www.cisco.com/en/US/tech/tk827/tk369/technologies_white_paper0918 6a00800d6979.shtml [žiūrėta 2005/03/30]. 2. Liudvikas Kazlauskas Kompiuterių tinklai -1 dalis. Šiauliai – Šiaulių universiteto leidykla, 2003 3. http://www.webopedia.com/TERM/I/IP.htm [žiūrėta 2005/03/28]. 4. http://www.protocols.com/pbook/tcpip1.htm [žiūrėta 2005/03/28]. 5. http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/ip.htm [žiūrėta 2005/03/30]. 6. http://techno.su.lt/~bernotas/kt [žiūrėta 2005/03/28]. 7. http://www.ipv6.lt [žiūrėta 2005/03/28]. 8. http://playground.sun.com/pub/ipng/html/ipng-main.html [žiūrėta 2005/03/28]. 9. http://www.yale.edu/pclt/COMM/TCPIP.HTM [žiūrėta 2005/03/28].