Сети и телекоммуникации. Для студентов

Transmission Unit). MTU означает максимальный размер полезного блока данных одного
пакета, который может быть передан протоколом сетевого уровня без фрагментации пакета.
Фрагментация – разделение пакета во время его пересылки из одной среды передачи данных
в среду, где значение MTU меньше.
Заголовок пакета IPv4 включают в себя важную для передачи данных информацию
и состоит из следующих полей (рисунок 26):
Рисунок 26 – Структура заголовка IPv4
1. Версия – Определяет версию протокола. Для протокола IPv4 значение всегда будет
0100 в двоичной системе. Размер поля – 4 бита;
2. Размер – определяет размер самого заголовка. Размер поля – 4 бита;
3. Дифференцированные сервисы – определяет приоритет обслуживания каждого
кадра. Размер – 8 бит;
4. Общий размер пакета – Определяет полный размер пакета в байтах. Минимальный
размер полного пакета – 20 байт (это заголовок без данных), максимальный – 65535 байт. Если
размер пакета превосходит максимальный допустимый, то он фрагментируется, чтобы тот смог
поддерживаться каналом связи. Размер поля – 16 бит;
5. Идентификатор – Определяет фрагментированный пакет. Размер поля – 16 бит;
6. Флаг – Поле размером 3 бита, которое контролирует фрагментацию пакетов. Первый
бит зарезервированный и всегда равен 0, второй бит определяет возможность фрагментации
пакета, третий бит показывает, не является ли этот пакет последним в цепочке пакетов;
7. Смещение фрагмента – определяет позицию фрагмента в потоке данных. Размер –
13 бит
;
8. Время жизни (TTL – Time to Live) – Определяет максимальное количество марш-
рутизаторов на пути следования пакета. Размер – 8 бит;
9. Протокол – Определяет использованный в переносящемся пакете протокол. Напри-
мер, значение для протокола ICMP – 0001, для TCP – 0110, UDP – 10001 (значения даны
в двоичном формате). Размер – 8 бит;
10. Контрольная сумма заголовка — Данное поле необходимо для проверки заго-
ловка пакета (но не самих данных, находящийся в пакете! Проверка данных осуществляется

---

И. Трещев. «Сети и телекоммуникации. Для студентов»
40
протоколами более высоких уровней, например, TCP) на наличие или отсутствие поврежде-
ний, который могли быть получены во время передачи данных. Размер – 16 бит;
11. IPv4-адрес источника – определяет 32-битный адрес отправителя пакета;
12. IPv4-адрес назначения – определяет 32-битный адрес получателя пакета;
13. За адресом назначения может следовать поле дополнительных настроек, но оно
используется редко, поэтому на ней не будем заострять внимание.
Несмотря на то, что протокол IPv4 продолжается использоваться повсеместно, он имеет
несколько критических недостатков:
1. Во-первых, длина IPv4-адреса составляет 32 бита. При такой длине всего возможных
адресов при использовании данного протокола составляет 4294967296 (четыре миллиарда
двести девяносто четыре миллиона девятьсот шестьдесят семь тысяч двести девяносто
шесть
) адресов, или 2^32. Хоть читателю и кажется, что это огромная цифра, но на деле при
развитии сегодняшних технологий этого количества адресов может не хватить на все выпуска-
емое оборудование в мире, которое имеет возможность выхода в Интернет. Об этой проблеме
заговорили еще почти 30 лет назад, когда Интернет в преобладающем числе использовался
университетами, крупными корпорациями и правительственными организациями США, в том
числе и в Министерстве обороны;
2. Во-вторых, заголовок IPv4 имеет очень большое количестве полей, что уменьшает про-
изводительность сети, так как на обработку каждого поля маршрутизатору требуется время;
3. В-третьих, в попытки обойти ограничения в относительно малом количестве всевоз-
можных IPv4-адресов, была разработана служба NAT (Network Address Translation – преобра-
зование сетевых адресов), позволяющая различным устройствам совместно использовать один
публичный IPv4-адрес. Из-за использования данного механизма возникают дополнительные
сложности с идентификацией конкретного пользователя в сети, особенно если сеть развернута
по сценарию «Двойной NAT», когда маршрутизатор пользователя подключен не напрямую
к Интернету, а к другому маршрутизатор, вследствие чего пользователь не получает публич-
ный IP-адрес.
Эти и многие другие проблемы решает протокол IPv6, который убирает ограничения
протокола IPv4 и значительно расширяет доступные возможности на сетевом уровне:
1. Вместо 32-битного адреса протокол IPv6 использует 128-битный, что полностью
решает проблему недостатка свободных Интернет-адресов.
2. Благодаря практически неограниченному количеству доступных адресов, отпадает
использование механизма NAT, из-за которого могут возникнуть большое количество проблем
при работе в сети;
3. В протоколе IPv6 уменьшено количество полей в заголовке с 13 до 8, что позволяет
более эффективнее маршрутизаторам считывать информацию с поступающих пакетов (рису-
нок 27).
Рисунок 27 – Структура IPv6-заголовка
IPv6-заголовок состоит из следующих полей:
1. Версия – Определяет версию протокола. Для протокола IPv6 значение всегда будет
0110 в двоичной системе. Размер поля – 4 бита;
2. Класс трафика – Определяет приоритет поступившего пакета. По функционалу
соответствует полю IPv4-заголовка «Дифференцированные сервисы». Размер – 8 бита;

---

И. Трещев. «Сети и телекоммуникации. Для студентов»
41
3. Метка поля – Указывает, что всем пакетам, имеющих одинаковую метку, должен
назначаться одинаковый метод обработки этих пакетов маршрутизатором. Размер – 20 бит;
4. Длина полезной нагрузки – Показывает, сколько байт следует за данным заголов-
ком. По функционалу соответствует полю IPv4-заголовка «Общий размер пакета». Размер –
16 бит
;
5. Следующий заголовок  – Определяет соответствующий протокол следующего
уровня. По функционалу соответствует полю IPv4-заголовка «Протокол». Размер – 8 бит;
6. Предел перехода – Определяет максимальное количество маршрутизаторов на пути
следования пакета. По функционалу соответствует полю IPv4-заголовка «Время жизни». Раз-
мер – 8 бит;
7. IPv6-адрес источника – определяет 128-битный адрес отправителя пакета;
8. IPv6-адрес назначения – определяет 128-битный адрес получателя пакета.

---

И. Трещев. «Сети и телекоммуникации. Для студентов»
42