Интернет -протокол ( IP ) — это протокол связи сетевого уровня в наборе интернет-протоколов для ретрансляции дейтаграмм через границы сети. Его функция маршрутизации обеспечивает межсетевое взаимодействие и, по сути, устанавливает Интернет .
Задача IP — доставлять пакеты от хоста -источника к хосту назначения исключительно на основе IP-адресов в заголовках пакетов . Для этой цели IP определяет структуры пакетов, инкапсулирующие доставляемые данные. Он также определяет методы адресации, которые используются для пометки дейтаграммы информацией об источнике и назначении.
IP был службой дейтаграмм без установления соединения в исходной программе управления передачей, представленной Винтом Серфом и Бобом Каном в 1974 году, которая была дополнена службой , ориентированной на соединение , которая стала основой для протокола управления передачей (TCP). Поэтому набор интернет-протоколов часто называют TCP/IP .
Первая основная версия IP, Интернет-протокол версии 4 (IPv4), является доминирующим протоколом Интернета. Его преемником является Интернет-протокол версии 6 (IPv6), который все чаще используется в общедоступном Интернете примерно с 2006 года. [1]
Интернет-протокол отвечает за адресацию интерфейсов хоста , инкапсуляцию данных в дейтаграммы (включая фрагментацию и повторную сборку ) и маршрутизацию дейтаграмм от интерфейса исходного хоста к интерфейсу хоста назначения через одну или несколько IP-сетей. [2] Для этих целей Интернет-протокол определяет формат пакетов и обеспечивает систему адресации.
Каждая дейтаграмма состоит из двух компонентов: заголовка и полезной нагрузки . Заголовок IP включает IP-адрес источника, IP-адрес назначения и другие метаданные, необходимые для маршрутизации и доставки дейтаграммы. Полезная нагрузка — это передаваемые данные. Этот метод вложения полезных данных в пакет с заголовком называется инкапсуляцией.
IP-адресация влечет за собой назначение IP-адресов и связанных с ними параметров хост-интерфейсам. Адресное пространство разделено на подсети , предполагающие обозначение сетевых префиксов. IP-маршрутизация осуществляется всеми хостами, а также маршрутизаторами , основная функция которых — транспортировка пакетов через границы сети. Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом через специально разработанные протоколы маршрутизации , либо протоколы внутреннего шлюза , либо протоколы внешнего шлюза , в зависимости от топологии сети. [3]
В мае 1974 года Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал статью под названием «Протокол для пакетной сетевой связи». [4] Авторы статьи, Винт Серф и Боб Кан , описали межсетевой протокол для совместного использования ресурсов с использованием коммутации пакетов между сетевыми узлами . Центральным компонентом управления этой модели была «Программа управления передачей», которая включала как каналы, ориентированные на соединение, так и службы дейтаграмм между хостами. Монолитная программа управления передачей позже была разделена на модульную архитектуру, состоящую из протокола управления передачей и протокола пользовательских дейтаграмм на транспортном уровне и интернет-протокола на интернет-уровне . Модель стала известна как Интернет-модель и набор интернет-протоколов Министерства обороны (DoD) и неофициально как TCP/IP .
Версии IP с 1 по 3 были экспериментальными версиями, разработанными между 1973 и 1978 годами. [5] Следующие документы Internet Experiment Note (IEN) описывают версию 3 Интернет-протокола, предшествовавшую современной версии IPv4:
Доминирующим межсетевым протоколом на используемом уровне Интернета является IPv4 ; число 4 идентифицирует версию протокола, передаваемую в каждой IP-дейтаграмме. IPv4 описан в RFC 791 (1981).
Версии 2 и 3, а также черновой вариант версии 4 допускали длину адреса до 128 бит, [6] но в окончательной версии IPv4 она была уменьшена до 32 бит.
Версия номер 5 использовалась Internet Stream Protocol — экспериментальным протоколом потоковой передачи, который не был принят. [5]
Преемником IPv4 является IPv6 . IPv6 стал результатом нескольких лет экспериментов и диалога, в ходе которых были предложены различные модели протоколов, такие как TP/IX ( RFC 1475), PIP ( RFC 1621) и TUBA (TCP и UDP с большими адресами, RFC 1347). Его наиболее заметное отличие от версии 4 — размер адресов. В то время как IPv4 использует 32 бита для адресации, в результате чего получается c. 4,3 миллиарда (4,3 × 10 9 ) адресов, IPv6 использует 128-битные адреса, обеспечивающие c.3,4 × 10 38 адресов. Хотя внедрение IPv6 шло медленно, по состоянию на январь 2023 года [update]в большинстве стран мира наблюдается значительное внедрение IPv6, [7] при этом более 41% трафика Google передается через соединения IPv6. [8]
Назначение нового протокола как IPv6 было неопределенным до тех пор, пока комплексная проверка не подтвердила, что IPv6 ранее не использовался. [9] Другим протоколам Интернет-уровня были присвоены номера версий, [10] например, 7 ( IP/TX ), 8 и 9 ( исторические ). Примечательно, что 1 апреля 1994 года IETF опубликовал первоапрельскую шутку об IPv9. [11] IPv9 также использовался в альтернативном предлагаемом расширении адресного пространства под названием TUBA. [12] Предложение Китая 2004 года по протоколу «IPv9», по-видимому, не имеет отношения ко всем этим и не одобрено IETF.
Дизайн набора интернет-протоколов соответствует сквозному принципу — концепции, адаптированной из проекта CYCLADES . В соответствии с сквозным принципом сетевая инфраструктура считается по своей сути ненадежной в любом отдельном сетевом элементе или среде передачи и является динамичной с точки зрения доступности каналов и узлов. Не существует централизованного мониторинга или средства измерения производительности, которое отслеживает или поддерживает состояние сети. В целях снижения сложности сети интеллектуальные ресурсы сети размещаются в конечных узлах .
В результате такой конструкции Интернет-протокол обеспечивает доставку только с максимальной эффективностью , а его обслуживание характеризуется как ненадежное . На языке сетевой архитектуры это протокол без установления соединения , в отличие от связи, ориентированной на соединение . Могут возникнуть различные неисправности, такие как повреждение данных , потеря пакетов и дублирование. Поскольку маршрутизация является динамической, то есть каждый пакет обрабатывается независимо, и поскольку сеть не поддерживает состояние, основанное на пути предыдущих пакетов, разные пакеты могут направляться в один и тот же пункт назначения по разным путям, что приводит к доставке с нарушением порядка. получатель.
Все неисправности в сети должны обнаруживаться и компенсироваться участвующими конечными узлами. Протоколы верхнего уровня набора протоколов Интернета отвечают за решение проблем надежности. Например, хост может буферизовать сетевые данные, чтобы обеспечить правильный порядок, прежде чем данные будут доставлены в приложение.
IPv4 обеспечивает защиту, гарантирующую отсутствие ошибок в заголовке IP-пакета. Узел маршрутизации отбрасывает пакеты, не прошедшие проверку контрольной суммы заголовка . Хотя протокол управляющих сообщений Интернета (ICMP) обеспечивает уведомление об ошибках, узел маршрутизации не обязан уведомлять об ошибках какой-либо конечный узел. IPv6, напротив, работает без контрольных сумм заголовков, поскольку предполагается, что современная технология канального уровня обеспечивает достаточное обнаружение ошибок. [13] [14]
Динамический характер Интернета и разнообразие его компонентов не дают гарантии того, что какой-либо конкретный путь действительно способен или подходит для выполнения запрошенной передачи данных. Одним из технических ограничений является размер пакетов данных, возможных по данному каналу. Существуют средства для проверки максимального размера единицы передачи (MTU) локального канала, а обнаружение MTU пути можно использовать для всего предполагаемого пути к месту назначения. [15]
Межсетевой уровень IPv4 автоматически фрагментирует дейтаграмму на более мелкие блоки для передачи при превышении MTU канала. IP обеспечивает переупорядочение фрагментов, полученных не по порядку. [16] Сеть IPv6 не осуществляет фрагментацию сетевых элементов, но требует конечных хостов и протоколов более высокого уровня, чтобы избежать превышения MTU пути. [17]
Протокол управления передачей (TCP) является примером протокола, который настраивает размер своего сегмента так, чтобы он был меньше MTU. Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) и ICMP игнорируют размер MTU, тем самым вынуждая IP фрагментировать дейтаграммы слишком большого размера. [18]
На этапе проектирования ARPANET и раннего Интернета аспекты безопасности и потребности общедоступной международной сети не могли быть адекватно предвидены. Следовательно, многие интернет-протоколы имели уязвимости, выявленные сетевыми атаками и последующими оценками безопасности. В 2008 году была опубликована тщательная оценка безопасности и предложения по устранению проблем. [19] IETF проводит дальнейшие исследования. [20]
Авторы хотели бы поблагодарить ряд коллег за полезные комментарии во время ранних обсуждений международных сетевых протоколов, особенно Р. Меткалфа, Р. Скантлбери, Д. Уолдена и Х. Циммермана; Д. Дэвис и Л. Пузен, конструктивно прокомментировавшие вопросы фрагментации и учета; и С. Крокер, комментировавшие создание и разрушение ассоциаций.
