Розробка системи маршрутизації в глобальних мережах (протокол RIP для IP )

Інформатика, програмування

Вступ 3

1 Протоколи TCP/IP. Принципи, протоколи та архітектура 6

1.1 Структура стека протоколів TCP/IP 6

1.2 Протокол IP 12

1.3 Принципи побудови IP-адрес 14

1.4 IPing - нове покоління протоколів IP 16

1.5. Протокол для користувача датаграм - UDP 20

2 Класифікація алгоритмів маршрутизації та загальні відомості 23

2.1 Цілі розробки алгоритмів маршрутизації 23

2.2 Типи алгоритмів 25 < p> 2.3 Показники алгоритмів (метрики) 28

2.4 Таблиці маршрутизації 30

2.4.1 Типи записів в таблиці маршрутизації 30

2.4.2 Структура таблиці маршрутизації 31

3 Створення об'єднаної IP-мережі зі статичної маршрутизацією 32

3.1 середу зі статичної маршрутизацією 32

3.2 Питання проектування середовища з статичної маршрутизацією 33 < p> 3.3 Середа з використанням виклику на вимогу 33

3.4 Безпека статичної маршрутизації 34

3.5 Розгортання статичної маршрутизації 34

4 Протоколи динамічної маршрутизації 36

4.1 Загальні відомості 36

4.2 Внутрішній протокол маршрутизації RIP 39

4.3 Протокол маршрутизації OSPF 47

4.4 Протокол маршрутизації IGRP 63

4.5 Зовнішній протокол маршрутизації BGP-4 68

4.6 Протокол зовнішніх маршрутизаторів EGP. 78

5 Створення об'єднаної мережі з протоколом маршрутизації RIP для IP 82

5.1 Середовища з протоколом RIP для IP 82

5.2 Вартість маршрутів RIP 83

5.3 Змішані середовища RIP версії 1 і RIP версії 2 83

5.4 Перевірка автентичності RIP версії 2 84

5.5 Модель з одним адаптером 84

5.6 Модель з кількома адаптерами 85

5.7 Пасивні RIP-вузли 85

5.8 Безпека протоколу RIP для IP 86

5.9 Завдання рівних маршрутизаторів 86

5.10 Фільтри маршрутів 86

5.11 Сусіди 86

6 Реалізація маршрутизатора на основі протоколу RIP. 88

6.1 Опис алшорітма роботи сервісу RIP

7 Техніко - економічний обоснованін. 93

7.1. Характеристика програмного продукту 93

7.2. Визначення витрат праці на розробку програмного продукту 94

7.2.1. Визначення умовного кількості операторів програми, трудомісткості 94

7.2.2. Визначення чисельності виконавців 97

7.3 Розрахунок витрат на розробку 100

7.4 Економічний ефект від реалізації та впровадження програмного продукту

103

8. Безпека життєдіяльності

106

8.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих факторів при роботі з комп'ютером

106

8.2 Виробнича санітарія, основні заходи щодо створення нормальних метеорологічних умов 108

8.3 Освітлення робочих місць 110

8.3.1 Проектування та розрахунки природного освітлення 110

8.3.2 Розрахунок штучного освітлення 112

8.4 Розрахунок вентиляції. 113

8.4.1 Розрахунок загально обмінної вентиляції 114

8.4.2 Розрахунок місцевої вентиляції 114

8.5 Загальні вимоги безпеки праці на робочому місці 114

8.5.1 Вимоги до Дмитрий Мансуров (ВДТ) і персональних комп'ютерів 115

8.5.2 Вимоги до приміщень для експлуатації ВДТ та ПЕОМ 116

8.6 Захист від статичної електрики. Ураження електричним струмом

117

8.7 Вимоги щодо забезпечення пожежної безпеки 120

8.8 Водопостачання і каналізація 121

8.9 Охорона праці програмістів 122

8.10 Визначення оптимальних умов праці інженера - програміста 122

Список літератури: 125

Введення

Мережа Internet - це мережа мереж, яка об'єднує як локальні мережі, так іглобальні мережі. Тому центральним місцем при обговоренні принципівпобудови мережі є сімейство протоколів міжмережевого обміну TCP/IP.

Під терміном "TCP/IP" звичайно розуміють все, що пов'язано з протоколами TCPта IP. Це не тільки власне самі проколи з зазначеними іменами, але йпротоколи побудовані на використанні TCP і IP, і прикладні програми.

Головним завданням стека TCP/IP є об'єднання в мережу пакетнихпідмереж через шлюзи. Кожна мережа працює за своїми власними законами,однак передбачається, що шлюз може прийняти пакет з іншої мережі ідоставити його за вказаною адресою. Реально, пакет з однієї мережі передаєтьсяв іншу підмережа через послідовність шлюзів, які забезпечуютьнаскрізну маршрутизацію пакетів по всій мережі. У даному випадку, під шлюзомрозуміється точка з'єднання мереж. При цьому можуть з'єднуватися як локальнімережі, так і глобальні мережі. В якості шлюзу можуть виступати якспеціальні пристрої, маршрутизатори, наприклад, так і комп'ютери, якімають програмне забезпечення, що виконує функції маршрутизації пакетів.

Маршрутизація - це процедура визначення шляху проходження пакету зоднієї мережі в іншу. Такий механізм доставки стає можливим завдякиреалізації у всіх вузлах мережі протоколу міжмережевого обміну IP. Якщозвернутися до історії створення мережі Internet, то з самого початкупередбачалося розробити специфікації мережі комутації пакетів. Цеозначає, що будь-яке повідомлення, що відправляється по мережі, повинно бути привідправці разделіно на фрагменти. Кожен з фрагментів повинен бути забезпеченийадресами відправника та одержувача, а також номером цього пакета впослідовності пакетів, що складають все повідомлення в цілому. Такасистема дозволяє на кожному шлюзі вибирати маршрут, грунтуючись на поточномуінформації про стан мережі, що підвищує надійність системи в цілому. Прицьому кожен пакет може пройти від відправника до одержувача за своїмвласним маршрутом. Порядок отримання пакетів одержувачем не маєвеликого значення, тому що кожен пакет несе в собі інформацію про своє місцев повідомленні.
При створенні цієї системи принциповим було забезпечення її живучості танадійної доставки повідомлень, тому що передбачалося, що система повинна булазабезпечувати управління Збройними Силами США у разі нанесення ядерногоудару по території країни.

Комутатори, що організують робочу групу, мости, що з'єднують двісегменту мережі і локалізуються трафік в межах кожного з них, а такожswitch, що дозволяє поєднувати кілька сегментів локальної обчислювальноїмережі - це всі пристрої, призначені для роботи в мережах IEEE 802.3або Еthernet. Однак, існує особливий тип обладнання, званиймаршрутизаторами (routегs), що застосовується в мережах зі складноюконфігурацією для зв'язку її ділянок з різними мережевими протоколами (втому числі і для доступу до глобальних (WАN) мережам), а також для більшефективного поділу трафіку і використання альтернативних шляхів міжвузлами мережі. Основна мета застосування маршрутизаторів - об'єднаннярізнорідних мереж і обслуговування альтернативних шляхів.

Різні типи маршрутизаторів відрізняються кількістю і типами своїхпортів, що власне і визначає місця їх використання. Маршрутизатори,наприклад, можуть бути використані в локальній мережі Ethernet дляефективного управління трафіком за наявності великої кількості сегментів мережі,для з'єднання мережі типу Еthernet з мережами іншого типу, наприклад Тоkеn
Ring, FDDI, а також для забезпечення виходів локальних мереж на глобальнумережу.

Маршрутизатори не просто здійснюють зв'язок різних типів мереж ізабезпечують доступ до глобальної мережі, але й можуть керувати трафіком наоснові протоколу мережевого рівня (треті в моделі OSI), тобто на більшвисокому рівні в порівнянні з комутаторами. Необхідність у такомууправлінні виникає при ускладненні топології мережі та зростання кількості її вузлів,якщо в мережі з'являються надлишкові шляху, коли треба вирішувати завданнямаксимально ефективної і швидкої доставки відправленого пакету попризначенням. При цьому існує два основних алгоритму визначення найбільшвигідного шляхи і способи доставки даних: RIP і OSPF. При використанніпротоколу маршрутизації RIР, основним критерієм вибору найбільшефективного шляху є мінімальне число "хопові" (hops), тобто мережевихпристроїв між вузлами. Цей протокол мінімально завантажує процесормартрутізатора і гранично спрощує процес конфігурування, але він нераціонально управляє трафіком. При використанні OSPF найкращий шляхвибирається не тільки з точки зору мінімізації числа хопові, а й з урахуваннямінших критеріїв: продуктивності мережі, затримки при передачі пакету іт.д. Мережі великого розміру, чутливі до перевантаження трафіку ібазуються на складній маршрутизуюче апаратурі, вимагають використанняпротоколу ОSРF. Реалізації цього протоколу можлива тільки намаршрутизаторах з досить потужним процесором, тому що його реалізаціявимагає істотних процесингових витрат.

Маршрутизація в мережах, як правило, здійснюватися із застосуванням п'ятипопулярних мережевих протоколів - ТСР/IР, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, DECnеt
Phase IV і Хегох ХNS. Якщо маршрутизатора попадається пакет невідомогоформату, він починає з ним працювати як навчається міст. Крім того,маршрутизатор забезпечує більш високий рівень локалізації трафіку, ніжміст, надаючи можливість фільтрації широкомовних пакетів, атакож пакетів з невідомими адресами призначення, оскільки вмієобробляти адреса мережі.

1 Протоколи TCP/IP. Принципи, протоколи та архітектура

1.1 Структура стека протоколів TCP/IP

При розгляді процедур міжмережевої взаємодії завжди спираються настандарти, розроблені International Standard Organization (ISO). Цістандарти отримали назву "семирiвневу модель мережевого обміну" або ванглійському варіанті "Open System Interconnection Reference Model" (OSI
Ref.Model). У даній моделі обмін інформацією може бути представлений у виглядістека, представленого на малюнку 1.1. Як видно з малюнка, у цій моделівизначається все - від стандарту фізичного з'єднання мереж до протоколівобміну прикладного програмного забезпечення. Дамо деякі коментарі доцієї моделі.

Фізичний рівень даної моделі визначає характеристики фізичноїмережі передачі даних, що використовується для міжмережевого обміну. Цетакі параметри, як: напруга в мережі, сила струму, кількість контактів нароз'ємах тощо Типовими стандартами цього рівня є, наприклад
RS232C, V35, IEEE 802.3 і т.п.

До канального рівня віднесені протоколи, що визначають з'єднання,наприклад, SLIP (Strial Line Internet Protocol), PPP (Point to Point
Protocol), NDIS, пакетний протокол, ODI і т.п. У даному випадку мова йде пропротоколі взаємодії між драйверами пристроїв і пристроями, з одногобоку, а з іншого боку, між операційною системою і драйверамипристрою. Таке визначення грунтується на тому, що драйвер - це,фактично, конвертор даних з оного формату в іншій, але при цьому вінможе мати і свій внутрішній формат даних.

До мережному (міжмережевого) рівня відносяться протоколи, які відповідають завідправлення та отримання даних, або, іншими словами, за з'єднаннявідправника і одержувача. Взагалі кажучи, ця термінологія пішла від мережкомутації каналів, коли відправник і одержувач дійсноз'єднуються на час роботи каналом зв'язку. Стосовно до мереж TCP/IP,така термінологія не дуже прийнятна. До цього рівня в TCP/IP відносятьпротокол IP (Internet Protocol). Саме тут визначається відправник іодержувач, саме тут знаходиться необхідна інформація для доставкипакета по мережі.
Транспортний рівень відповідає за надійність доставки даних, і тут,перевіряючи контрольні суми, приймається рішення про складання повідомлення в однеціле. У Internet транспортний рівень представлений

Семирівнева модель протоколів міжмережевого обміну

OSI

Малюнок 1.1

двома протоколами TCP (Transport Control Protocol) і UDP (User Datagramm
Protocol). Якщо попередній рівень (мережевий) визначає тільки правиладоставки інформації, то транспортний рівень відповідає за цілісністьдоставляються даних.

Рівень сесії визначає стандарти взаємодії між собоюприкладного програмного забезпечення. Це може бути деякийпроміжний стандарт даних або правила обробки інформації. Умовно доцього рівня можна віднеси механізм портів протоколів TCP і UDP і Berkeley
Sockets. Проте зазвичай, рамках архітектури TCP/IP такого підрозділу нероблять.

Рівень обміну даними з прикладними програмами (Presentation Layer)необхідний для перетворення даних із проміжного формату сесії вформат даних програми. У Internet це перетворення покладено наприкладні програми.

Рівень прикладних програм або додатків визначає протоколи обмінуданими цих прикладних програм. У Internet до цього рівня можуть бутивіднесені такі протоколи, як: FTP, TELNET, HTTP, GOPHER і т.п.

Взагалі кажучи, стек протоколів TCP відрізняється від тільки щорозглянутого стека моделі OSI. Зазвичай його можна представити у вигляді схеми,представленої на малюнку 1.2

Структура стека протоколів TCP/IP

Малюнок 1.2

У цій схемі на рівні доступу до мережі розташовуються всі протоколидоступу до фізичних пристроїв. Вище розташовуються протоколи міжмережевогообміну IP, ARP, ICMP. Ще вище основні транспортні протоколи TCP і UDP,які крім збору пакетів в повідомлення ще і визначають яким додаткомнеобхідно дані відправити або від якого програми необхідно даніприйняти. Над транспортним рівнем розташовуються протоколи прикладногорівня, які використовуються додатками для обміну даними.

Базуючись на класифікації OSI (Open System Integration) всю архітектурупротоколів сімейства TCP/IP спробуємо зіставити з еталонної моделлю
(малюнок 1.3).

Прямокутниками на схемі позначені модулі, які обробляють пакунки лініями
- Шляхи передачі даних. Перш ніж обговорювати цю схему, введемо необхіднудля цього термінологію.

Драйвер - програма, що безпосередньо взаємодіє з мережнимадаптером.

Модуль - це програма, що взаємодіє з драйвером, з мережевимиприкладними програмами або з іншими модулями.

Схема наведена для випадку підключення вузла мережі через локальну мережу
Ethernet, тому назви блоків даних будуть відображати цю специфіку.

Схема модулів, що реалізують протоколи сімейства TCP/IP у вузлі мережі

Малюнок 1.3

Мережевий інтерфейс - фізична пристрій, що підключається комп'ютер домережі. У нашому випадку - карта Ethernet.

Кадр - це блок даних, який приймає/відправляє мережевий інтерфейс.

IP-пакет - це блок даних, яким обмінюється модуль IP з мережевимінтерфейсом.

UDP-датаграма - блок даних, яким обмінюється модуль IP з модулем
UDP.

TCP-сегмент - блок даних, яким обмінюється модуль IP з модулем TCP.

Прикладне повідомлення - блок даних, якими обмінюються програмимережевих додатків до протоколів транспортного рівня.

Інкапсуляція - спосіб упаковки даних у форматі одного протоколу вформат іншого протоколу. Наприклад, упаковка IP-пакету в кадр Ethernet або
TCP-сегменту в IP-пакет. Відповідно до словника іноземних слів термін
"інкапсуляція" означає "освіта капсули навколо чужих для організмуречовин (чужорідних тіл, паразитів і т.д.) ". У рамках міжмережевого обмінупоняття інкапсуляції має дещо розширений зміст. Якщо у випадкуінкапсуляції IP в Ethernet мова йде дійсно про приміщення пакету IP?якості даних Ethernet-фрейми, або, у разі інкапсуляції TCP в IP,приміщення TCP-сегменту в якості даних в IP-пакет, то при передачі данихпо комутованих каналах відбувається подальша "нарізка" пакетів тепер вжена пакети SLIP чи фрейми PPP.

Інкапсуляція протоколів верхнього рівня до протоколів TCP/IP

Малюнок 1.4

Вся схема (малюнок 1.4) називається стеком протоколів TCP/IP або простостеком TCP/IP. Щоб не повертатися до назв протоколів розшифруємоабревіатури TCP, UDP, ARP, SLIP, PPP, FTP, TELNET, RPC, TFTP, DNS, RIP,
NFS:

TCP - Transmission Control Protocol - базовий транспортний протокол,що дав назву всьому сімейства протоколів TCP/IP.

UDP - User Datagram Protocol - другий транспортний протокол сімейства
TCP/IP. Відмінності між TCP і UDP буде обговорено пізніше.

ARP - Address Resolution Protocol - протокол використовується длявизначення відповідності IP-адрес і Ethernet-адрес.

SLIP - Serial Line Internet Protocol (Протокол передачі данихтелефонних лініях).

PPP - Point to Point Protocol (Протокол обміну даними "точка-точка ").

FTP - File Transfer Protocol (Протокол обміну файлами).

TELNET - протокол емуляції віртуального терміналу.

RPC - Remote Process Control (Протокол управління віддаленимипроцесами).

TFTP - Trivial File Transfer Protocol (Тривіальний протокол передачіфайлів).

DNS - Domain Name System (Система доменних імен).

RIP - Routing Information Protocol (Протокол маршрутизації).

NFS - Network File System (Розподілена файлова система і системамережевого друку).

Під час роботи з такими програмами прикладного рівня, як FTP або telnet,утворюється стек протоколів з використанням модулю TCP, представлений намалюнку 1.5.

Стек протоколів при використанні модуля TCP

Малюнок 1.5

Під час роботи з прикладними програмами, які використовують транспортнийпротокол UDP, наприклад, програмні засоби Network File System (NFS),використовується другий стек, де замість модуля TCP буде використовуватися модуль
UDP (малюнок 1.6).

Стек протоколів при роботі через транспортний протокол UDP

Малюнок 1.6

При обслужіваніі блокових потоків даних модулі TCP, UDP і драйвер ENETпрацюють як мультиплексори, тобто перенаправляють дані з одного входу накілька виходів і навпаки, з багатьох входів на один вихід. Так, драйвер
ENET може направити кадр або модулю IP, або модулю ARP, залежно відзначення поля "тип" у заголовку кадру. Модуль IP може направити IP-пакетабо модулю TCP, або модулю UDP, що визначається полем "протокол" взаголовку пакета.

Одержувач UDP-датаграми або TCP-повідомлення визначається на підставізначення поля "порт" у заголовку датаграми або повідомлення.

Всі зазначені вище значення прописуються в заголовку повідомлення модулямивідправляє на комп'ютері. Так як схема протоколів - це дерево, то до йогокореня веде тільки один шлях, при проходженні якого кожен модульдодає свої дані в заголовок блоку. Машина, яка прийняла пакет,здійснює демультиплексування у відповідності з цими оцінками.

Технологія Internet підтримує різні фізичні середовища, з якихнайпоширенішою є Ethernet. Останнім часом великий інтересвикликає підключення окремих машин до мережі через TCP-стек по комутованих
(телефонним) каналам. З появою нових магістральних технологій типу ATMабо FrameRelay активно ведуться дослідження з інкапсуляції TCP/IP в ціпротоколи. На сьогоднішній день багато проблеми вирішені і існуєобладнання для організації TCP/IP мереж через ці системи.

1.2 Протокол IP

Протокол IP є найголовнішим у всій ієрархії протоколів сімейства
TCP/IP. Саме він використовується для керування розсилкою TCP/IP пакетів помережі Internet. Серед різних функцій, покладених на IP звичайно виділяютьнаступні: а) визначення пакету, яка є базовим поняттям і одиницеюпередачі даних у мережі Internet. Багато закордонних автори називають такий IP -пакет датаграм; б) визначення адресної схеми, яка використовується в мережі Internet; в) передача даних між канальним рівнем (рівнем доступу до мережі) ітранспортним рівнем (іншими словами мультиплексування транспортнихдатаграм у фрейми канального рівня); г) маршрутизація пакетів по мережі, тобто передача пакетів від одного шлюзудо іншого з метою передачі пакету машині-одержувачу; д) "нарізка" та збирання з фрагментів пакетів транспортного рівня.

Головними особливостями протоколу IP є відсутність орієнтації нафізична або віртуальне з'єднання. Це означає, що перш ніж послатипакет в мережу, модуль операційної системи, що реалізує IP, не перевіряєможливість установки з'єднання, тобто ніякої керуючої інформації крімтієї, що міститься в самому IP-пакеті, по мережі не передається. Крім цього,
IP не піклується про перевірку цілісності інформації в поле даних пакету, щопримушує віднести його до протоколів ненадійною доставки. Цілісність данихперевіряється протоколами транспортного рівня (TCP) або протоколамидодатків.

Таким чином, вся інформація про шлях, по якому повинен пройти пакетбереться з самої мережі в момент проходження пакета. Саме ця процедура іназивається маршрутизацією на відміну від комутації, яка використовується дляпопереднього встановлення маршруту проходження даних, за яким потімці дані відправляють.

Принцип маршрутизації є одним з тих факторів, який забезпечивгнучкість мережі Internet та її перемогу в змаганні з іншими мережевимитехнологіями. Треба сказати, що маршрутизація є доситьресурсномісткою процедурою, тому що вимагає аналізу кожного пакету, якийпроходить через шлюз або маршрутизатор, в той час як при комутаціїаналізується лише керуюча інформація, встановлюється канал,фізичний або віртуальний, і всі пакети пересилаються по цьому каналу безаналізу маршрутної інформації. Проте, ця слабкість IP одночасноє і його силою. При нестійкою роботі мережі пакети можутьпересилатися за різними маршрутами і потім збиратися в єдине повідомлення.
При комутації шлях доведеться щоразу обчислювати заново для кожногопакету, а в цьому випадку комутація зажадає більше накладних витрат, ніжмаршрутизація.

Взагалі кажучи, версій протоколу IP існує декілька. В данийчас використовується версія Ipv4 (RFC791). Формат пакета протоколупредставлена на рисунку 1.7.

Формат пакета Ipv4

Рісунок1.7

Фактично, в цьому заголовку визначені всі основні дані, необхіднідля перерахованих вище функцій протоколу IP: адреса відправника (4-е словозаголовка), адреса одержувача (5-те слово заголовка), загальна довжина пакета
(поле Total Lenght) і тип пересилається датаграми (поле Protocol).

Використовуючи дані заголовка, машина може визначити на якій мережевийінтерфейс відправляти пакет. Якщо IP-адреса одержувача належить одній зїї мереж, то на інтерфейс цієї мережі пакет і буде відправлений, у противномувипадку пакет відправлять на інший шлюз.

Якщо пакет занадто довго "бродить" по мережі, то черговий шлюз можевідправити ICMP-пакет на машину-відправник для того, щоб повідомити про те,що треба використовувати інший шлюз. При цьому, сам IP-пакет буде знищений.
На цьому принципі працює програма ping, яка використовується для поділумаршрутів проходження пакетів по мережі.

Знаючи протокол транспортного рівня, IP-модуль виробляєраскапсулірованіе інформації з свого пакету та її спрямування на модульобслуговування відповідного транспорту.

Під час обговорення формату заголовка пакету IP повернемося ще раз доінкапсулювання. Як вже зазначалося, при звичайній процедуріінкапсулювання пакет просто поміщається в поле даних фрейму, а у випадку,коли це не може бути здійснено, то розбивається на більш дрібніфрагменти. Розмір максимально можливого фрейма, який передається помережі, визначається величиною MTU (Maximum Transsion Unit), визначеної дляпротоколу канального рівня. Для того, щоб потім відновити пакет IPповинен тримати інформацію про свій розбитті. Для цієї мети використовуєтьсяполя "flags" і "fragmentation offset". У цих полях визначається, якачастина пакета отримана в даному фреймі, якщо цей пакет був фрагментованийна більш дрібні частини.

Обговорюючи протокол IP і взагалі все сімейство протоколів TCP/IP не можна незгадати, що в даний час перед Internet виникло багато по -справжньому складних проблем, які вимагають зміни базового протоколумережі.

1.3 Принципи побудови IP-адрес

IP-адреси визначені у тому ж самому RFC, що й протокол IP. Самеадреси є тією базою, на якій будується доставка повідомлень черезмережу TCP/IP.

IP-адреса - це 4-байтове послідовність. Прийнято кожен байт цієїпослідовності записувати у вигляді десяткового числа. Наприклад,наведений нижче адреса є адресою однієї з машин Вич.центра ВПІ
ВолгГТУ:

195.209.133.14

Кожна точка доступу до мережевого інтерфейсу має свій IP-адресу.

IP-адреса складається з двох частин: адреси мережі й номери хоста. Взагалікажучи, під хостом розуміють один комп'ютер, підключений до Мережі. УОстаннім часом, поняття "хост" можна тлумачити більш розширено. Це можебути і принтер з мережевою картою, і Х-термінал, і взагалі будь-який пристрій,яка має свій мережевий інтерфейс.

Існує 5 класів IP-адрес. Ці класи відрізняються один від одногокількістю бітів, відведених на адресу мережі та адреса хоста в мережі. Намалюнку 1.8 показані ці п'ять класів.

Класи IP-адрес

Малюнок 1.8

Спираючись на цю структуру, можна підрахувати характеристики кожногокласу в термінах числа мереж і числа машин в кожній мережі.

Таблиця 1.1 Характеристики класів IP-адрес
| Клас | Діапазон значень | Можлива кількість | Можлива кількість |
| | Перше октету | мереж | вузлів |
| А | 1 - 126 | 126 | 16777214 |
| B | 128 - 191 | 16382 | 65534 |
| C | 192 - 223 | 2097150 | 254 |
| D | 224 - 239 | - | 228 |
| E | 240 - 247 | - | 227 |

При розробці структури IP-адрес передбачалося, що вони будутьвикористовуватися по різному призначенням.

Адреси класу A призначені для використання у великих мережах загальногокористування. Адреси класу B призначені для використання в мережахсереднього розміру (мережі великих компаній, науково-досліднихінститутів, університетів). Адреси класу C призначені для використанняв мережах з невеликою кількістю комп'ютерів (мережі невеликих компаній та фірм).
Адреси класу D використовують для звернення до груп комп'ютерів, а адресикласу E - зарезервовані.

Серед всіх IP-адрес є декілька зарезервованих підспеціальні потреби. Нижче наведена таблиця зарезервованих адрес.

Особлива увага в таблицю 1.2 приділяється останньому рядку. Адреса
127.0.0.1 призначений для тестування програм і взаємодії процесівв рамках одного комп'ютера. У більшості випадків у файлах налаштування цейадреса обов'язково повинен бути вказаний, інакше система при запуску можезависнути (як це трапляється в SCO Unix). Наявність "петлі" надзвичайнозручно з точки зору використання мережевих додатків в локальному режимідля їх тестування і при розробці інтегрованих систем.

Взагалі, зарезервована вся мережа 127.0.0.0. Ця мережа класу A реально неописує жодної справжньої мережі.

Деякі зарезервовані адреси використовуються для широкомовнихповідомлень. Наприклад, номер мережі (рядок 2) використовується для посилкиповідомлень цієї мережі (тобто повідомлень всіх комп'ютерів цієї мережі). Адреси,що містять всі одиниці, використовуються для широкомовних посилок (длязапиту адрес, наприклад).

Реальні адреси виділяються організаціями, що надають IP-послуги, звиділених для них пулів IP-адрес. Згідно документації NIC (Network
Information Centre) IP-адреси надаються безкоштовно, але в прейскурантахнаших організацій (як комерційних, так і некомерційних), що займаються
Internet-сервісом надання IP-адреси стоїть окремим рядком.

1.4 IPing - нове покоління протоколів IP

До цих пір, під час обговорення IP-технології, основна увага приділяласяпроблем міжмережевого обміну і шляхам їх вирішення в рамках існуючоїтехнології. Однак, усі ці завдання, викликані необхідністю пристосування
IP до нових фізичним середах передачі даних тьмяніють перед дійсносерйозною проблемою - зростанням числа користувачів Мережі. Здавалося б, що тутстрашного? Найбільша кількість користувачів збільшується, отже зростаєпопулярність мережі. Такий стан справ повинен тільки радувати. Але проблемаполягає в тому, що Internet став надто великий, він переріс закладенів нього можливості. До 1994 року ISOC опублікувало дані, з яких сталоясно, що номери мереж класу B практично всі вже обрано, а залишилисятільки мережі класу A і класу C. Клас A - це занадто великі мережі.
Реальні користувачі мережі, такі як університети чи підприємства, невикористовують мережі цього класу. Клас С хороший для дуже невеликихорганізацій. При сучасної насиченості обчислювальною технікою тількидрібні контори будуть задоволені можливостями цього класу. Але якщо справапіде і далі такими темпами, то клас C теж швидко вичерпається. Самоепарадоксальне полягає в тому, що реально не всі адреси, з виділенихкористувачам мереж, реально використовуються. Велике число адрес пропадаєчерез різного роду прорахунків при організації підмереж, наприклад, занадтоширока маска, або навпаки дуже "далекоглядного планування, коли вмережа закладають великий запас "на виріст". Не слід думати, що ціадреси так і залишаться незатребуваними. Сучасна "залізо" дозволяє їхутилізувати досить ефективно, але це коштує значно дорожче, ніжпрості способи, описані вище. Одним словом, Internet, ставши дійсноглобальною мережею, виявився затиснутим в лещатах своїх власних стандартів.
Потрібно було щось терміново робити, щоб під час піку своєїпопулярності не зазнати нищівної фіаско.

На початку 1995 року IETF, після 3-x років консультацій і дискусій,випустило пропозиції за новим стандартом протоколу IP - IPv6, який щеназивають IPing. До речі, слід зауважити, що зараз Internet-спільнотаживе за стандартом IPv4. IPv6 покликаний не тільки вирішити проблему адресну,але і попутно допомогти вирішенню інших завдань, що стоять нині перед
Internet.

Не можна сказати, що до появи IPv6 не робилися спроби обійтиАдреса обмеження IPv4. Наприклад, в протоколах BOOTP (BOOTstrap
Protocol) і DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) пропонуєтьсядосить простий і природний спосіб вирішення проблеми для ситуації,коли кількість фізичних підключень обмежена, або реально всі користувачіне працюють в мережі одночасно. Типовою ситуацією такого сорту єдоступ до Internet по комутованому каналу, наприклад телефону. Ясно, щоодночасно кілька користувачів фізично не можуть розмовляти поодному телефону, тому кожен з них, при встановленні з'єднання запитуєсвою конфігурацію, в тому числі і IP-адресу. Адреси видаються з обмеженогонабору адрес, який закріплений за телефонним пулом. IP-адресакористувача може варіюватися від сесії. Фактично, DHCP - церозширення BOOTP в бік збільшення числа протоколів, для якихможлива динамічна настройка віддалених машин. Слід зауважити, що DHCPвикористовують також для спрощення адміністрування великих мереж, тому щодостатньо мати лише базу даних машин на одному комп'ютері локальноїмережі, і з неї завантажувати настройки віддалених комп'ютерів при їхньому включенні
(під включенням розуміється, в даному випадку не підключення до локальноїкомп'ютерної мережі, а включення харчування у комп'ютера, підключеного домережі).

Цілком очевидно, що наведений вище приклад - це доситьспецифічне рішення, орієнтоване на спеціальний вид підключення домережі. Однак, не тільки адресна проблема визначила появу новогопротоколу. Розробники подбали і про масштабованої адресації IP -пакетів, ввели нові типи адрес, спростили заголовок пакета, ввелиідентифікацію типу інформаційних потоків для збільшення ефективностіобміну даними, ввели поля ідентифікації та конфіденційності інформації.

Новий заголовок IP-пакета показаний на малюнку 1.13.

Малюнок 1.13 Заголовок IPv6 < p> У цьому заголовку поле "версія" - номер версії IP, що дорівнює 6. Поле
"пріоритет" може приймати значення від 0 до 15. Перші 8 значеньзакріплені за пакетами, які вимагають контролю переповнення, наприклад, 0 --несімвольная інформація; 1 - інформація заповнення (news), 2 - не критичнадо часу передача даних (e-mail); 4 - передача даних режиму on-line
(FTP, HTTP, NFS і т.п.); 6 - інтерактивний обмін даними (telnet, X); 7 --системні дані або дані управління мережею (SNMP, RIP і т.п.). Поле
"мітка потоку" передбачається використовувати для оптимізації маршрутизаціїпакетів. В IPv6 вводиться поняття потоку, який складається з пакетів. Пакетипотоку мають однакову адресу відправника і однакову адресу одержувача іряд інших однакових опцій. Мається на увазі, що маршрутизатори будутьздатні обробляти це поле і оптимізувати процедуру пересиланняпакетів, що належать одному потоку. В даний час алгоритми та способивикористання поля "мітка потоку" знаходяться на стадії обговорення. Поледовжини пакету визначає довжину наступної за заголовком частини пакета вбайтах. Поле "наступний заголовок" визначає тип наступного за заголовком
IP-заголовка. Заголовок IPv6 має меншу кількість полів, ніж заголовок
IPv4. Багато необов'язкові поля можуть бути зазначені в додатковихзаголовках, якщо це необхідно. Поле "обмеження переходів" визначаєчисло проміжних шлюзів, які ретранслюють пакет у мережі. Припроходженні шлюзу це число зменшується на одиницю. При досягненні значення
"0" пакет знищується. Після перших 8 байтів в заголовку вказуються адресавідправника пакету і адреса одержувача пакета. Кожен з цих адрес маєдовжину 16 байт. Таким чином, довжина заголовка IPv6 становить 48 байтів.

Після 4 байтів IP-адреси стандарту IPv4, шістнадцять байт IP-адреси для
IPv6 виглядають достатніми для задоволення будь-яких потреб Internet.
Не всі 2128 адрес можна використовувати в якості адреси мережевогоінтерфейсу в мережі. Передбачається виділення окремих груп адрес,відповідно до спеціальних префікса всередині IP-адреси, подібно до того, як церобилося при визначенні типів мереж в IPv4. Так, двійковий префікс "0000
010 "передбачається закріпити за відображенням IPX-адрес в IP-адреси. Унового стандарту виділяються декілька типів адрес: unicast addresses --адреси мережевих інтерфейсів, anycast addresses - пеклореса не пов'язані зконкретним мережевим інтерфейсом, але і не пов'язані з групою інтерфейсів іmulticast addresses - групові адреси. Різниця між останніми двомагрупами адрес в тому, що anycast address це адреса конкретногоодержувача, але визначається адресу мережного інтерфейсу тільки в локальніймережі, де цей інтерфейс підключений, а multicast-повідомлення призначенегрупі інтерфейсів, які мають один multicast-адресу. Поки IPv6 не ставзлобою дня, немає сенсу заглиблюватися у формати нових IP-адрес. Відзначимотільки, що існуючі вузли Internet будуть функціонувати в мережі безбудь-яких змін в їх налаштування та програмному забезпеченні. IPv6передбачає дві схеми включення "старих" адрес в нові. Передбачаєтьсярозширювати 4-х байтовий адреса за рахунок лідируючих байтів до 16-и байтового.
При цьому, для систем, які не підтримують IPv6, перші 10 байтзаповнюються нулями, наступні два байти складаються з двійкових одиниць, а заними слід "старий" IP-адреса. Якщо система в змозі підтримувати новийстандарт, то одиниці в 11 і 12 байтах замінюються нулями.

маршрутизувати IPv6-пакети передбачається також, як і IPv4-пакети.
Однак, в стандарт були додані три нові можливості маршрутизації:маршрутизація постачальника IP-послуг, маршрутизація мобільних вузлів іавтоматична переадресація. Ці функції реалізуються шляхом прямоговказівки проміжних адрес шлюзів при маршрутизації пакета. Ці спискимістяться в додаткових заголовках, які можна вставляти слідом зазаголовком IP-пакету.

Крім перерахованих можливостей, новий протокол дозволяє поліпшитизахист IP-трафіку. Для цієї мети в протоколі передбачені спеціальніопції. Перша опція призначена для захисту від підміни IP-адрес машин.
При її використанні потрібно крім адреси підміняти і вміст поляідентифікації, що ускладнює завдання зловмисника, який маскується підіншу машину. Друга опція пов'язана з шифрування трафіку. Поки IPv6 не ставреально діючим стандартом, говорити про конкретні механізми шифруванняважко.

Завершуючи опис нового стандарту, слід зазначити, що він швидшевідображає сучасні проблеми IP-технології і є доситьпроробленої спробою їх вирішення. Буде прийнятий новий стандарт чи ніпокаже найближче майбутнє. В усякому разі перші зразки програмногозабезпечення і "заліза" вже існують.

Після протоколів мережевого рівня перейдемо до протоколів транспортногорівня і першим з них розглянемо протокол UDP.

1.5. Протокол для користувача датаграм - UDP

У стеку пpотоколов TCP/IP UDP (Протокол користувацьких датаграм)забезпечує основний механізм, який використовується прикладні програми дляПеpедача датагpамм інші застосування. UDP надає протокольніпорт, що використовуються для pазліченія декількох пpоцессов, що виконуються наодному компьютеpе. Крім посилаються даних кожне UDP-повідомлення міститьномеp порт-пpіемніка і номеp порт-отпpавітеля, роблячи можливим дляпрограм UDP на машині-одержувача доставляти повідомлення відповідногореципієнту, а для пол