Das IP Protokoll

November 2016

Die Aufgabe vom IP Protokoll

Das IP Protokoll ist Teil der Internet - Schicht aus der Protokollfolge TTCP/IP. Es ist eins der wichtigsten Internet Protokolle; es erlaubt die Bereitstellung und den Transport der IP Datagramme (die Datenpakete), allerdings ohne sie « liefern ». In Wirklichkeit bearbeitet das IP Protokoll die IP Datagramme losgelöst von einander, wobei Handlung, Routing und Verschickung definiert werden.

Das IP Protokoll bestimmt den Nachrichtenadressaten mittels 3 Felder :

  • Das Feld IP Adresse : die Maschineadresse
  • Das Feld Unter-Netz Maske : eine Unternetzmaske zeigt für das Protokoll IP auf die IP Adressenportion die das Netz betrifft
  • Das Feld Gateway per default : zeigt dem Internet Protokoll, falls die Station nicht lokal liegt, an welche Maschine die Datagramme abgegeben werden.

Die Datagramme

Die Daten durchqueren Internet in Form von Datagramme (man spricht auch von Pakete). Das Datagramm besteht aus verkapselten Daten, d.h. Daten mit einem angesetzten Header der Transportinformation spiegelt (wie die Ziel-IP Adresse). de destination).

Die in den Datagramme enthaltenen Daten werden analysiert (und eventuell geändert) von den Router die sie durchqueren.

So sieht ein Datagramm aus  :

<-- 32 bit -->
Version
(4 bit)
Headerlänge
(4 bit)
Dienstart
(8 bit)
Gesamtlänge
(16 bit)
Identifikation
(16 bit)
Flag
(3 bit)
Fragmentverschiebung
(13 bit)
Lebensdauer
(8 bit)
Protokoll
(8 bit)
Header Checksumme
(16 bit)
Quell-IP Adresse (32 bit)
Ziel-IP Adresse (32 bit)
Daten

Nachfolgend die Bedeutung der einzelnen Felder :

  • Version (4 bit) : Dies ist die IP Protokoll eingesetzte Version (die aktuelle ist Version 4 IPv4
  • ) zwesks Validierung des Datagramms. Wird auf 4 bit kodiert.
  • Headerlänge, oder IHL für Internet Header Length (4 bit) : gibt die Anzahl der 32 bit Worte im Header (man merke: der kleinste Wert ist 5). Dieses Feld wird auf 4 bit kodiert.
  • Dienstart (8 bit) : Gibt an wie mit dem Datagramm verfahren wird
  • Gesamtlänge (16 bit) : enthält die Gesamtlänge des Datagramms in Bytes. Das Feld ist 2 Byte breit und die Datagramm Gesamtgrösse darf 65536 Byte nicht überschreiten. Zusammen mit der Header Grösse, erlaubt das Feld den Datenort herauszufinden.
  • Identifikation, Flags und Fragmentverschiebung sind Felder zur Fragmentierung des Datagramms. Sie werden weiter unten erläutert.
  • Lebensdauer auch TTL genannt, für Time To Live (8 bit) : Das Feld gibt die höchste Anzahl der Router an, die ein Datagramm durchlaufen kann. So wird das Feld bei jedem Router Durchlauf dekrementiert und vom Router zerstört wenn es 0 erreicht. Dies verhindert eine Netzverstopfung durch verlorengegangene Datagramme.
  • Protokoll (8 bit) : das Feld spiegelt dezimale Schreibweise, das Protokoll aus dem das Datagramm stammt.
    • ICMP : 1
    • IGMP : 2
    • TCP : 6
    • UDP : 17
  • Header-Kontroll-Checksumme, eng. header checksum (16 bits) : Das Feld enthäll einen 16 bit Wert zur Kontrolle der Header Integrität und festlegen ob er unterwegs nicht verfälscht wurde. Die Checksumme wird aus dem Komplement aus jedem der 16 bit Worte im Header (Feld Checksumme ausgeschlossen). Diese Checksumme wird über sämtliche Header-Felder berechnet (einschliesslich Checksumme) dass das Ergebnis eine Zahl ist deren bits alle auf 1 stehen.
  • Quell-IP Adresse (32 bit) : Das Feld ist die IP Adresse der Sendestation, dient dem Adressaten bei seiner Antwort
  • Ziel-IP Adresse (32 bit) : IP Adresse vom Ziel der Nachricht

IP Datagrammfragmentierung

Wie vorher erwähnt, die Grösse eines Datagramm beläuft sich auf 65536 oktetts. Jedoch wird dieser Wert nie erreicht da die Netze nicht die Fähigkeit besitzen Pakete mit dieser Grösse zu versenden. Ausserdem benutzen die Internet Netze verschiedene Technologien, so dass die Grösse eines Datagramm von der Netzart abhänht.
Die maximale Grösse einer Frame heisst MTU (Maximum Transfer Unit), sie erzwingt die Fragmentierung eines Datagramms wenn es Grösse erreicht die höher ist als die Netz MTU.

Netzart MTU (in Byte)
Arpanet 1000
Ethernet 1500
FDDI 4770

Die Fragmentierung eines Datagramms geschiet auf Höhes des Routers, d.h. beim Übergang von einem Netz mit grossem MTU zu einem Netz mit kleinerem MTU. Wenn das Datagramm zu gross ist für das Netz, wird es vom Router fragmentiert, d.h. in Fragemente kleinerer Grösse als die Netz MTU zerstückeln, so dass jedes Fragment ein 8-Byte vielfaches wird.

Der Router schickt dann diese Fragmente unabhängig von einander auf den Weg, so verkapselt - das Frament mit einem Header versehen - , dass die neue Grösse berücksichtigt wird. Ausserdem vermittelt der Router ergänzende Informationen über die Art der Wiederzusammensetzung in der richtigen Reihenfolge. Nichts besagt aber dass die Fragmente in der richtigen Reihenfolge wieder zusammen gesetzt werden können, da sie ja unabhängig von einander übertragen wurden.

Um der Fragmentierung entgegen zu kommen, sind in jedem Datagramm mehrere Felder für die Defragmentierung vorgesehen :

  • Feld Fragment Versetzung (13 bit) : enthüllt den Stellenanfang des Fragments im Ursprungsdatagramm. Die Feldgrösse ist 8 byte ( davo das erste eine Null).
  • Feld Indentifikation (16 bit) : an jedes Fragment vergebene Nummer damit reassembliert werden kann.
  • Feld Gesamtlänge (16 bit) : berechnet für jedes Fragment
  • Feld Flag (3 bit) : besteht aus drei bit :
    • Das erste ist unbenutzt
    • Das zweite (heisst DF : Don't Fragment) gibt an ob das Datagramm fragmentiert werden darf. Wenn das bit auf 1 steht und der Router nicht im Stande ist das Datagramm weiterzuleiten, wird das Datagramm mit einer Fehlermeldung zerstört.
    • Das Letzte (heisst MF : More Fragments, zu deutsch Fragmente folgen noch) zeigt an ob das ein Datenfragment ist (1). Steht es auf 0, ist das Fragment das Letzte ( der Router müsste demnach im Besitz aller vorrigen Fragmente) oder das Datagramm wurde keiner Fragmentierung unterzogen.

Das IP Routing

Das IP Routing ist Teil der IP Schicht in der TCP/IP Familie. Das Routing besteht aus dem Verlinken von IP Datagramme durch das Netz in dem sie den kürzesten Weg nehmen. Dieses Verhalten wird durch Maschinen, die sogenannten Router, d.h. Maschinen die mindestens zwei Netze verbinden.

Zusatzinformationen

Zweck mehr Literatur wird verwiesen auf RFC 791 erklärt detailliert das IP Protokoll :


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