Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

Поле Total length (Полная длина) содержит длину всей дейтаграммы: заголовок и данные. Максимальная длина дейтаграммы — 65 535 байт. В настоящий момент этого достаточно, однако для будущих сетей могут понадобиться дейтаграммы большего размера.

Поле Identification (Идентификация) позволяет хосту-получателю определить, какому пакету принадлежат принятые им фрагменты. Все фрагменты одного пакета содержат одно и то же значение идентификатора.

Далее идет неиспользуемый бит, что достаточно странно, так как место в IP-заголовке крайне ограниченно. В качестве первоапрельской шутки Белловин (Bellovin, 2003) предложил использовать его для обнаружения вредоносного трафика. Это значительно упростило бы защиту сети: пакеты с таким битом можно было бы просто удалять, зная, что они отправлены злоумышленниками. К сожалению, сетевую безопасность невозможно обеспечить столь простым способом, как бы заманчиво идея ни выглядела.

Затем следуют два однобитных поля, относящиеся к фрагментации. Бит DF означает «Don’t Fragment» («Не фрагментировать»); он запрещает маршрутизатору фрагментировать пакет. Изначально предполагалось, что это поле будет помогать хостам, которые не могут восстановить пакет из фрагментов. Сейчас оно используется при определении путевого значения MTU, которое равно максимальному размеру пакета, передаваемого по пути без фрагментации. Пометив дейтаграмму битом DF, отправитель гарантирует, что либо дейтаграмма дойдет единым блоком, либо отправитель получит сообщение об ошибке.

Бит MF означает «More Fragments» («Дополнительные фрагменты»). Он устанавливается во всех фрагментах, кроме последнего. По этому биту получатель узнает о прибытии последнего фрагмента дейтаграммы.

Поле Fragment offset (Смещение фрагмента) указывает положение фрагмента в исходном пакете. Длина всех фрагментов в байтах, кроме длины последнего фрагмента, должна быть кратной 8. Так как на это поле выделено 13 бит, максимальное количество фрагментов в дейтаграмме равно 8192, что дает максимальную длину пакета вплоть до пределов поля Total length. Поля Identification, MF и Fragment offset используются при реализации схемы фрагментации, описанной в разделе 5.5.6.

Поле TtL, Time to live (Время жизни) представляет собой счетчик, ограничивающий время существования пакета. Изначально предполагалось, что он будет отсчитывать время в секундах. Максимальное значение равнялось 255 с. На каждом маршрутизаторе оно должно было уменьшаться как минимум на единицу плюс время стояния в очереди. Однако на практике отсчитывается количество переходов через маршрутизаторы. Когда значение этого поля достигает нуля, пакет отвергается, а отправителю отсылается пакет с предупреждением. Таким образом удается избежать вечного странствования пакетов, что может произойти, если таблицы маршрутизаторов по какой-либо причине будут повреждены.

Собрав пакет из фрагментов, сетевой уровень должен решить, что с ним делать. Поле Protocol (Протокол) сообщит ему, какому процессу транспортного уровня нужно передать пакет: TCP, UDP или какому-либо другому. Нумерация процессов глобально стандартизирована по всему интернету. Номера протоколов (и некоторые другие) были перечислены в RFC 1700, но теперь они собраны в базе данных по адресу www.iana.org.

Поскольку заголовок содержит важную информацию (в частности, адрес), для ее защиты существует отдельное поле Header checksum (Контрольная сумма заголовка). Алгоритм вычисления суммы просто складывает все 16-разрядные полуслова заголовка по мере их поступления с помощью арифметики дополнительных кодов, а затем использует дополнение результата. Алгоритм предполагает, что контрольная сумма заголовка по прибытии должна быть нулевой. Этот метод полезен для обнаружения ошибок, возникающих во время прохождения пакета по сети. Обратите внимание, что значение поля Header checksum должно подсчитываться заново на каждом транзитном участке, поскольку хотя бы одно поле постоянно меняется (поле Time to live). Для ускорения расчетов применяются некоторые хитрости.

Поля Source address (Адрес отправителя) и Destination address (Адрес получателя) указывают IP-адреса сетевых интерфейсов отправителя и получателя. Интернет-адреса будут обсуждаться в следующем разделе.

Поле Options было разработано, чтобы с появлением новых вариантов протокола не пришлось вносить в заголовок поля, отсутствующие в нынешнем формате. Оно может служить пространством для различного рода экспериментов и испытания новых идей. Кроме того, оно позволяет не включать в стандартный заголовок редко используемую информацию. Размер поля Options варьируется. В начале поля всегда находится однобайтный идентификатор. Иногда за ним может располагаться также однобайтное поле длины, а затем один или несколько информационных байтов. В любом случае размер поля должен быть кратен 4 байтам. Изначально было определено пять разновидностей этого поля, перечисленных на илл. 5.48.

Тип

Описание

Security

Указывает уровень секретности дейтаграммы

Strict source routing

Задает полный путь следования дейтаграммы

Loose source routing

Задает список маршрутизаторов, которые нельзя миновать

Record route

Требует, чтобы все маршрутизаторы добавляли свой IP-адрес

Timestamp

Требует, чтобы все маршрутизаторы добавляли свой IP-адрес и временную метку

Илл. 5.48. Некоторые типы поля опций IP-дейтаграммы

Опция Security (Безопасность) указывает уровень секретности дейтаграммы. Теоретически военный маршрутизатор может использовать это поле, чтобы запретить маршрутизацию пакета по территории определенных государств. На практике все маршрутизаторы игнорируют эту опцию, и ее единственное применение состоит в помощи шпионам при поиске ценной информации.

Опция Strict source routing (Строгая маршрутизация от источника) задает полный путь следования дейтаграммы от отправителя до получателя в виде последовательности IP-адресов. Дейтаграмма обязана следовать именно по этому маршруту. Эта опция наиболее полезна потому, что с ее помощью системный администратор может отправить экстренные пакеты в случае повреждения таблиц маршрутизатора или измерить параметры времени и производительности.

Опция Loose source routing (Свободная маршрутизация от источника) требует, чтобы пакет прошел через указанный список маршрутизаторов в заданном порядке, но при этом он может проходить через любые другие маршрутизаторы. Обычно указывается лишь небольшое число маршрутизаторов. Например, чтобы заставить пакет, отправляемый из Лондона в Сидней, двигаться не на восток, а на запад, можно указать IP-адреса маршрутизаторов в Нью-Йорке, Лос-Анджелесе и Гонолулу. Эта опция нужна, когда по политическим или экономическим соображениям пакет должен пересечь определенные страны или, напротив, обойти их.

Опция Record route (Запись маршрута) требует от всех маршрутизаторов на пути следования пакета добавлять свой IP-адрес к полю Options. Это позволяет системным администраторам выявлять ошибки в алгоритмах маршрутизации (к примеру, когда все пакеты, отправляемые из Хьюстона в Даллас, сначала попадают в Токио). Когда появилась сеть ARPANET, пакеты проходили максимум через 9 маршрутизаторов, поэтому 40 байт для этого параметра вполне хватало. Как уже говорилось, сегодня этого недостаточно.

Наконец, опция Timestamp (Временная метка) аналогична Record route, но кроме 32-разрядного IP-адреса каждый маршрутизатор также записывает 32-разрядную запись о текущем времени. Timestamp также применяется в основном для измерения параметров сети.

В последнее время опции IP теряют свою значимость. Маршрутизаторы либо игнорируют их, либо обрабатывают неэффективно, отодвигая в сторону как нечто нетипичное. В общем, они поддерживаются лишь частично и используются редко.

5.7.2. IP-адреса

Определяющим признаком IPv4 является его 32-битный адрес. У каждого