IP protokolas; IPv4; IPv6

VYTAUTO DIDŽIOJO UNIVERSITETAS

INFORMATIKOS FAKULTETAS

Referatas

Priėmė: dėst. R. Valterytė

2005 03 31

Atliko: stud. V. Dzedulionis

2005 03 31

Kaunas, 2005

TURINYS

ĮVADAS……………………

…………………….2

1. IP

PROTOKOLAS………………….

……………….3

1.1. IP protokolo struktūra

(IPv4)……………………

………4

IPv6……………………

……………………..6

2.1 IPv6 sukūrimo motyvai

……………………..

……….6

2.2 IPv6 pagrindinės

savybės…………………..

…………7

2.3 IPv6 protokolo paketo struktūra

……………………..

….9

LITERATŪRA………………….

…………………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 taisyklių

rinkiniai. Labiausiai žinomi protokolai yra šie: Transmission Control

Protocol (TCP) ir Internet Protocol (IP).

Interneto protokolai buvo sukurti aštuntojo dešimtmečio viduryje, kai

Gynybos perspektyviųjų tyrimų agentūra DARPA nusprendė sukurti paketų

perdavimu paremtą tinklą, per kurį galėtų susijungti pastate esantys

kompiuteriai. 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 kūrimo

priemonė. Iki 1996 metų populiariausias buvo kompanijos Novell IPX/SPX

protokolų stekas, tačiau vėliau jis prarado populiarumą ir naujuoju lyderiu

tapo TCP/IP.

Šiame referate bbus aptartas IP protokolas ir jo esamos populiariausios

versijos (IPv4 ir IPv6).

1. IP Protokolas

Interneto protokolas (taisyklių rinkinys), reglamentuojantis

kompiuterių adresavimą, duomenų skaidymą į paketus prieš siunčiant ir

surinkimą juos atsiuntus, jų maršrutų parinkimą. Dabar daugiausia paplitusi

ketvirtoji versija IPv4, naudojanti 32 bitų IIP adresus. Tikimasi, kad ją

pakeis šeštoji 128 bitų versija IPv6. IP protokolas kartu su TCP protokolu

sudaro TCP/IP protokolą, kuris yra pagrindinis interneto protokolas. IP

protokolas buvo sukurtas, tam kad būtų galima sujungti skirtingų kompanijų

pagamintus LAN ir komutuojamų paketų tinklus.

Internetinis protokolas (IP) yra TCP/IP protokolų rinkinio

protokolas adresuojantis ir maršrutizuojantis duomenis, jis atsako už vieno

duomenų paketo gabenimą iš mazgo į kitą mazgą. IP protokolas paskirsto

duomenų maršrutą nuo vieno kabineto iki visos firmos tinklo, tada į

regioninius tinklus, o galiausiai – į globalų Internetą. Visi protokolai iš

TCP/IP protokolų rinkinio (išskyrus ARP ir RARP) naudoja IP protokolą.

Duomenų sėkmingas persiuntimas įvykdomas vykdant adresavimą. IP protokolo

standartas tiksliai apibrėžia, kad kiekvienas pagrindinis kompiuteris

(host) turi unikalų 32 bitų numerį (IPv4), kuris vadinamas pagrindinio

kompiuterio tarptinklinio protokolo adresu (Internet Protocol address),

kuris ddažnai trumpinamas IP adresas (IP address) arba interneto adresas

(Internet address) . Kiekvienas paketas, siunčiamas internetu, turi

siuntėjo (source) 32 bitų IP adresą ir gavėjo (destination) adresą. IP

priskiria 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 dalies

technologijoje. IP protokolas buvo sukurtas labai senai, tuomet vietinių

tinklų technologijos nebuvo dar tokios populiarios. Pradinis sumanymas ir

toliau dirbo gerai per kelias aparatinės dalies technologijų kartas. TP

dabar dirba tinkluose, kurių ggreitis yra keliomis eilėmis didesnis, nei

tinklų kurie buvo naudojami, kai protokolas buvo sukurtas. Dar daugiau, kai

kurie modernūs tinklai siūlo freimo dydį, kuris yra žymiai didesnis, nei

galimas 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 8

6 9 4

|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. Prioriteto

laukas – 3 bitai: 0 – normalus paketas (mažiausias prioritetas), 7 – tinklo

valdymo paketas (aukščiausias prioritetas). Be jų yra dar trys vėliaviniai

bitai: D (Delay), T (Throughput), R (Reliability). Jais nurodoma, kas yra

svarbiausia – vėlinimas, pralaida, patikimumas. Maršrutizatorius pagal tai

gali parinkti paketo perdavimo kelią. Likusieji 2 bitai nenaudojami.

Bendras ilgis (2 baitai) – viso paketo ilgis (antraštė +

duomenys).

Identifikacijos laukas. Naudojamas fragmentuotų paketų

atpažinimui. Visi deitagramos fragmentai turi tą pačią identifikacijos

reikšmę.

DF (1 bitas) Don’t Fragment. Bitas uždraudžia fragmentuoti

paketą.

MF (1 bitas) More Fragments. Jis informuoja, kad šis paketas yra

tarpinis (ne paskutinis). Likęs bitas rezervuotas.

Fragmento numeris (Fragment offset). Jis užima 13 bitų ir nusako

paketo duomenų poslinkį baitais tarp bendro pradinio sufragmentuoto duomenų

lauko pradžios ir esamo paketo duomenų lauko pradžios. Naudojamas

surenkant/išskaidant paketų fragmentus perduodant juos tarp tinklų su

skirtingo dydžio duomenų perdavimo vienetais. Poslinkis turi būti

kartotinis 8.

Egzistavimo trukmė (1 baitas). Didžiausia trukmė – 255 s.

Egzistavimo trukmė kiekviename maršrutizatoriuje sumažinama priklausomai

nuo eilės dydžio. Kaskart kai pereinama per maršrutizatorių egzistavimo

trukmė sumažinama vienetu. Prieš pasiekiant adresatą, kai trukmė tampa lygi

nuliui, paketas sunaikinamas.

Protokolo laukas užima vieną baitą ir nurodo, kokiam

aukštesniojo lygio protokolui priklauso duomenų lauko skiltyje patalpinta

informacija (pvz., tai gali būti TCP protokolo segmentai, UDP deitagramos,

ICMP ar OSPF paketai).

Antraštės kontrolinė suma užima 2 baitus ir yra perskaičiuojama

kiekviename maršrutizatoriuje, kadangi bent vieno lauko reikšmė pasikeičia

( juk kinta gyvavimo trukmė). Jei kontrolinė suma neteisinga, paketas

atmetamas.

Adresų laukuose yra tinklo numeris ir kompiuterio tinkle –

numeris.

Nebūtinoji dalis (Options). Ši dalis paprastai nereikalinga

normaliam duomenų perdavimui. Ji padaryta tam, kad naujesnės protokolo

versijos galėtų patalpinti reikalingą informaciją. Taip pat

eksperimentuojama, tikrinamos naujos idėjos. Kadangi laukelių skaičius

nebūtinojoje dalyje nebūtinai yra 32, tai dar naudojamas paketo antraštės

išlyginimas, ppridedant daugiau nulinių skilčių.

2. IPv6

IPv6 – tai nauja interneto protokolo (IP) versija, sukurta tam,

kad pakeistų dabar naudojamą IPv4 protokolą ir išspręstų su juo susijusias

problemas.

Naujoji versija gerokai patobulinta tokiose srityse, kaip:

saugumas, mobilumas, paslaugos kokybės užtikrinimas, tinklo architektūros

bei marštutizavimo dinamiškumas. Todėl IPv6 geriausiai pritaikytas dažnai

kintančių parametrų tinklams.

Kad kuo sklandžiau pereiti nuo IPv4 prie IPv6 buvo sugalvotas ne

vienas mechanizmas, kurie yra nuolat tobulinami. Tikimasi, kad IPv6 po

truputį pakeis IPv4, nors abu protokolai veiks kartu visą perėjimo

laikotarpį.

Lyginant su IPv4, naujoji versija suteikia žymiai didesnę adresų

erdvę (adreso ilgis padidėjo nuo 32 bitų iki 128). IPv6 adresai užrašomi

nauja forma: tai šešioliktaine skaičiavimo sistema koduojami adresai,

atrodantys maždaug taip: 2001:08e0:7d83:7d88:4f84:4c74:1d83:22b4. Prefiksai

nurodomi CIDR formate, pvz: /64.

2.1 IPv6 sukūrimo motyvai

Pirmoji motyvacija IPv6 sukūrimui kilo iš ribotos pačių adresų

erdvės. Kuriant IP protokolą, egzistavo tik keli tinklai su keletu

kompiuterių. IP kūrėjai nusprendė adresams naudoti 32 bitus, tai leido

internetui turėti virš milijono tinklų. Tačiau dabartinis internetas auga

eksponentiškai, padvigubėdamas mažiau kaip per metus. Dabartiniu augimo

tempu, kiekvienas galimas tinklo prefiksas greitai bus panaudotas ir

didesnis augimas bus negalimas.

Antroji motyvacija IP protokolo pasikeitimui kilo iš naujų

interneto taikomųjų programų. Programos, siuntinėjančios audio ir video

duomenis turi pristatyti juos reguliariais intervalais. Išlaikant tokią

informacijos tėkmę per internetą be pertraukimų, IP protokolas turi galėti

dažnai

keisti maršrutus. Nekreipiant dėmesio į tai, kad dabartinio TP

paketo antraštė turi lauką, kuris gali būti naudojamas aptarnavimo tipui

aprašyti, protokolas nenustato aptarnavimo tipo, kuris galėtų būti

naudojamas 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 turi

paskirties adresą ir maršrutas jam yra parenkamas nepriklausomai. Kaip ir

IPv4 paketo antraštė turi maksimalų sekančių perdavimų skaičių iki tol,

kol bus sunaikintas. Ir dar daugiau IPv4 savybių išlaiko naujasis

protokolas. Nepaisant pagrindinių koncepcijų išlaikymo, IPv6 keičia visas

detales. Pavyzdžiui, IPv6 naudoja didelius adresus ir visiškai naują paketo

antraštės formatą. Pagaliau IPv6 naudoja eilę fiksuoto dydžio antraščių

pasirenkamos informacijos valdymui, vietoje vienos antraštės su kintamo

ilgio pasirinkimo laukais.

Naujos IPv6 savybės gali būti sugrupuotos į penkias pagrindines

kategorijas:

Adreso dydis. Vietoje 32 bitų kiekvienas IPv6 adresas turi 128

bitus. Gaunama adresinė erdvė yra pakankamai didelė aprūpinti pastovų

interneto augimą daugelį metų.

Antraštės formatas. IPv6 paketo antraštė yra visiškai skirtinga

nuo IPv4 antraštės. Beveik kiekvienas laukas antraštėje buvo pakeistas, o

kai kkurie pakeitė vietą.

Plėtinio antraštės. Priešingai nei IPv4, kuris naudoja vienintelį

antraštės formatą visiems paketams, IPv6 šifruoja informaciją į atskiras

antraštes. Antraštė susideda iš pagrindinės IPv6 antraštės, po kurios yra

kelios (arba nėra iš viso) plėtinio antraštės, po kurių seka duomenys.

Audio ir vvideo priemonės. IPv6 turi mechanizmą, kuris leidžia

siuntėjui ir gavėjui nustatyti aukštos kokybės kelią tinkle ir susieti

paketus su šiuo keliu. Nežiūrint į tai, kad mechanizmas yra skirtas naudoti

su 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 visų

galimų protokolo savybių. Vietoje to, projektuotojai pasiūlė schemą, kuri

leidžia siuntėjui pridėti papildomos informacijos į paketą. Išplėtimo

schema daro IPv6 lankstesniu, nei IPv4 ir reiškia, kad naujos savybės gali

būti pridėtos į projektą, jei reikia.

2.3 IPv6 protokolo paketo struktūra

Paketas susideda iš pagrindinės antraštės, po kurios eina nulis

arba daugiau plėtinio antraščių po kurių eina duomenys.

IPv6 pagrindinė antraštė nors ir yra du kart didesnė už IPv4

antraštę, tačiau turi mažiau informacijos. DDaugiausia vietos antraštėje yra

atiduota dviem laukam, kurie identifikuoja siuntėją ir gavėją. Kaip ir IPv4

šaltinio adreso laukas nurodo siuntėją ir tikslo adreso laukas

identifikuoja gavėją. Kiekvienas adresas užima šešiolika baitų, keturis

kartus daugiau, nei IPv4 adresas.

Prie šaltinio ir paskirties adresų pagrindinė antraštė papildomai

turi penkis laukus. Laukas VERS identifikuoja protokolą kaip 6 versijos.

Laukas PAYLOAD LENGTH atitinka IPv4 paketo ilgio lauką. Priešingai IPv4

PAYLOAD LENGTH nurodo tik nešamų duomenų ilgį; antraščių ilgis

neįskaitomas. Laukas HOP LIMIT atitinka IPv4 lauką TIME-TO-LIVE. IPv6

interpretuoja HOP LIMIT griežtai – paketas bbus sunaikintas, jei šio lauko

reikšmė 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 paketą

su atitinkamu tinklo keliu. Žymė yra padalinta į dvi dalis. Viena naudojama

nustatyti informacijos mainų klasę, o kita naudojama nurodyti specifinį

kelią. Informacijos mainų klasė nustato pagrindines savybes, kurių paketui

reikia.

Laukas NEXT HEADER yra laukas, kuris nurodo einamosios antraštės

tipą, pro kurią eina informacija. Pavyzdžiui, jei paketas turi plėtinio

antraštę, laukas NEXT HEADER nurodo jos tipą. Jei plėtinio antraštės nėra,

laukas NEXT HEADER nurodo paketo nešamų duomenų tipą. Kadangi standartas

nustato unikalią reikšmę kiekvienam galimam antraštės tipui, niekada nėra

abejonių apie lauko NEXT HEADER interpretavimą. Gavėjas naudoja NEXT HEADER

lauką kiekvienoje antraštėje nustatymui kas seka iš paskos. Jei reikšmė

lauke atitinka tipą, naudojamą duomenims, gavėjas perduoda paketą į

programinės įrangos modulį, kuris valdo duomenis. Jei reikšmė NEXT HEADER

lauke atitinka kitą antraštę, IP protokolo programinė įranga nagrinėja

antraštę ir interpretuoja jos turinį. Kai baigia su antrašte, IP protokolas

naudoja NEXT HEADER lauką nustatyti duomenys ar kkita antraštė eina toliau.

Kai kurių tipų antraštės turi fiksuotą dydį, ir IPv6 programinė

įranga 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 turi

turėti pakankamai informacijos, leidžiančios IPv6 nustatyti, kur antraštė

pasibaigia.

2.4 IPv6 adresavimas

IPv6 priskiria unikalų adresą kiekvienam sujungimui tarp

kompiuterio ir fizinio tinklo. Taigi, jei kompiuteris jungia tris fizinius

tinklus, 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 IPv4

adresavimo. Visų pirma, visos adreso detalės yra skirtingos. Antra, IPv6

nustato 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 atveju

daugelyje vietų. Narystė grupėje gali pasikeisti bet kuriuo metu. Kai

paketas yra pasiunčiamas tokiu adresu, IPv6 pristato vieną paketo kopiją

kiekvienam grupės nariui.

Grupinis (cluster). Adresas nurodo grupę kompiuterių, kurie bendrai naudoja

adreso prefiksą (pav., visi yra vienoje vietoje). Paketas, pasiųstas tokiu

adresu, nukreipiamas trumpiausiu keliu ir tada pristatomas tiksliai vienam

iš kompiuterių (pav., kompiuteriui, kuris yyra arčiausiai siuntėjui).

LITERATŪRA

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].