Лекция №1 Тема: Содержание, предмет и метод «Коммуникация данных»

2.
 
Структура IP-пакета,используемого для обмена информацией 
на сетевом уровне 
На сетевом уровне модели TCP/IP или модели OSI 7 устройства 
обмениваются единицами данных, которые называются пакетами. Если мы 
говорим про протокол IP, то IP-пакетами, здесь и в дальнейшем, если вы 
встретите слово пакет, то в 99 случаях из 100 будет иметься в виду IP-пакет, если 
речь будет не про IP, я буду это явно указывать. Давайте посмотрим на две 
большие части, из которых состоит IP-пакет, они показаны на рисунке 2.1. 
Рисунок 13.2 Общая структура IP-пакета 
Да, этот рисунок в общем-то практически бессмысленный, на нем просто 
показан какой-то непонятный заголовок и какое-то непонятное поле данных. В 
протоколе IPv4, как и во многих других протоколах, заголовок определяет 
функционал и гибкость, а в поле данных передается какая-то полезная 
информация, чаще всего это будет: UDP, TCP или ICMP (немного познакомиться 
с этим протоколом можете в публикациях из цикла командная строка Windows 
10: ping, winmtr, tracert, pathping). 
Список 
протоколов, 
которые 
можно инкапсулировать в IP-пакеты будет ниже. То есть сообщения этих 
протоколов помещаются в поле данных IP-пакета. 
Заголовок же IP-пакета делится на несколько полей и каждое поле имеет 
свое строго определенное назначение, анализируя эти поля, маршрутизаторы и 
узлы понимают: что и как делать с пакетом. 

---

225 
Сразу стоит заметить, что разговоры о структуре различных сообщений 
очень неприятные и нудные, поскольку названия различных полей и их 
назначение нужно просто запоминать, так как другого выхода нет, а запоминать 
непонятно что и непонятно зачем не очень приятно. Поэтому давайте сперва 
разберемся зачем запоминать эти поля, ну или хотя бы зачем вообще о них знать 
и как это поможет? Всё очень просто, поля в заголовке сообщения определяют 
функционал протокола, поняв отдельные функции протокола, можно понять как 
работает сам протокол, а самое главное, как работают устройства, использующие 
этот протокол, а ведь именно этого мы и хотим добиться. 
Поэтому не будем затягивать и посмотрим на Рисунок 10.3, на котором 
показана структура IP-пакета со всеми полями заголовка. 
Рисунок 13.3 Заголовок IP-пакета (eng) 
Как видите, все подписи на английской, если для вас это не комфортно, то 
ниже та же самая структура с русскими подписями. 

---

226 
Рисунок 11.4 Заголовок IP-пакета 
Но и это еще не всё. На самом деле структура IP-пакета в протоколе IPv4 на 
данный момент выглядит немного не так. Дело в том, что раньше было поле «Тип 
сервиса» или ToS, под которое было выделено 8 бит, но этого оказалось слишком 
много, поэтому его разделили на два более мелких: первое поле указывает 
приоритет при обработке пакетов на узлах, а второе поле позволяет 
сигнализировать о том, что сеть перегружена, со вторым полем умеют работать 
далеко не все устройства. Структура современного IP-пакета показана на 
Рисунке 10.5. Честно признаюсь, что рисовать мне было лень, а поиск по Рунету 
не дал положительного результата, поэтому только английская версия. 
13.5 Правильный заголовок IP пакета 

---

227 
Давайте сразу скажем, что для маршрутизаторов и конечных узлов IP-
пакеты выглядят не так, как на рисунке. Естественно, для них это 
последовательность бит. При этом маршрутизатор не работает с отдельными 
битами пакета, он их обрабатывает целыми строками. Условно заголовок 
делится на строки, так, например, первая строка содержит поля: «Номер версии», 
«Длина заголовка», «Тип сервиса» и «Общая длина». Суммарно четыре этих 
поля дают 32 бита или 4 байта и это не случайное число. Эта строка имеет не 
случайную длину, более того, у этой строки есть название — машинное слово. 
Давайте сейчас коротко об этом поговорим, а за более полной информацией 
обращайтесь к литературе по архитектуре процессоров. Вспомните разрядность 
своего процессора, тут два варианта: или 32-а или 64-е бита. Что означают эти 
цифры? Эти цифры означают количество бит, которые может обработать 
процессор за один такт, или иначе длина машинного слова. А теперь вспомните, 
что все сетевые железяки — это те же самые компьютеры (немного особенные, 
но все же). У коммутаторов и маршрутизаторов (про разницу между 
коммутаторами и роутерами можете прочитать здесь) тоже есть свои CPU и они 
тоже оперируют машинными словами. Так, например, если ваш маршрутизатор 
имеет процессор с машинным словом 8 бит, то одна строка IP-пакета будет 
обработана за четыре такта, если 16 бит, то за два, а если 32 бита, то за один. 
По причине, описанной выше, все поля в заголовке IP пакета выравнены по 
границе 32-а бита, потому что так удобнее машине, а не человеку. 
Если вы посчитаете количество полей на Рисунке 2.4, то их получится ровно 
четырнадцать, при этом, когда конечное устройство формирует IP-пакет, чтобы 
отправить его в сеть, оно обязательно должно заполнить 13 полей, поле «Опции» 
не является обязательным, более того, на данный момент у этого поля нет 
нормального применения и вы его не встретите. Например, в этом поле есть такая 
опция, которая позволяет задать транзитные узлы, по которым должен будет 
пройти пакет, двигаясь из пункта А в пункт Б, но ни один нормальный провайдер 
не даст своему абоненту возможность управлять маршрутизацией на своей сети, 
также как этого не даст сделать ни один нормальный сетевой администратор 
сотрудникам компании, которую он обслуживает. 
Не все опции имеют длину 32-а бита, некоторые могут быть меньше, в этом 
случае используется специальная конструкция, которая дополняет опцию до 32-
ух бит, эту конструкцию называют выравниванием. В качестве заполнителя при 
выравнивание используются нули. Теперь давайте пройдемся по оставшимся 
полям заголовка IP-пакета. Будем двигаться слева направо и сверху вниз. 
Версия (Version)