Linux API. Исчерпывающее руководство

Ранее мы отмечали: большинство протоколов канального уровня налагает ограничение на максимальный размер блоков данных (MTU). Например, в широко используемой архитектуре Ethernet он равен 1500 байтам (что намного меньше максимального размера IP-датаграммы). Кроме того, в протоколе IP существует понятие пути MTU. Это минимальное значение MTU на всех канальных уровнях маршрута, пройденного от источника к конечной цели (в Ethernet значение MTU часто равно минимальному MTU на маршруте).

Если датаграмма превышает MTU, то протокол IP разбивает ее на фрагменты, чьи размеры подходят для передачи по сети. В точке назначения они собираются обратно в исходную датаграмму (каждый такой фрагмент сам является датаграммой с полем, содержащим сдвиг, который позволяет определить его местоположение в оригинальном сообщении).

Эта фрагментация хоть и не видна протоколам более высокого уровня, но все равно считается нежелательной (см. [Kent & Mogul, 1987]). Дело в том, что протокол IP не поддерживает повторную передачу, а итоговую датаграмму можно собрать только в том случае, если до пункта назначения дошли все ее фрагменты. В результате при потере хотя бы одного фрагмента или в случае возникновения ошибки передачи мы теряем всю датаграмму целиком. В некоторых ситуациях это может привести к существенному увеличению процента потерянных данных (в случае с протоколами более высокого уровня, такими как UDP, не выполняющими повторную передачу пакетов) или снижению скорости (в случае с такими протоколами, как TCP, поддерживающими повторную передачу). Современные реализации TCP используют специальный алгоритм (обнаружение пути MTU) для определения маршрута MTU между двумя узлами и соответствующего разбиения данных, передаваемых протоколу IP, чтобы тот, в свою очередь, сразу передавал датаграммы подходящего размера. UDP не предоставляет подобного механизма; в подразделе 54.6.2 вы увидите, каким образом приложения на основе приведенного протокола могут справляться с потенциальной фрагментацией пакетов на уровне IP.

54.5. IP-адреса

IP-адрес состоит из двух частей: идентификатора сети, в которой находится узел, и идентификатора самого узла.

Адреса протокола IPv4

В IPv4 адрес занимает 32 бита (см. рис. 54.5). Его обычно записывают в виде десятичных чисел (всего 4 байта), разделенных точками, например, 204.152.189.116.

Рис. 54.5.Структура сетевого адреса и соответствующей сетевой маски в IPv4

Когда организация подает заявку на получение диапазона адресов формата IPv4, она получает 32-разрядный сетевой адрес и соответствующую 32-разрядную маску сети. В двоичном виде крайние левые биты этой маски состоят из единиц; остальные биты заполнены нулями. Единица указывает на то, где в адресе находится идентификатор сети, тогда как нули определяют, какая часть адреса доступна для назначения уникальных идентификаторов сетевым узлам. Размер первой части маски определяется во время назначения адреса. Поскольку идентификатор сети всегда находится слева, для описания диапазона адресов достаточно записи следующего вида:

204.152.189.0/24

/24 означает, что часть адреса, содержащая идентификатор сети, состоит из первых 24 бит, а оставшиеся 8 бит отводятся для идентификатора узла. Ту же самую маску можно было бы определить как 255.255.255.0.

Организация, владеющая этим диапазоном, имеет право назначить своим компьютерам 254 уникальных интернет-адреса — с 204.152.189.1 по 204.152.189.254. Существует два адреса, которые нельзя назначить: первый — тот, чей идентификатор узла полностью состоит из нулей (которые используются для идентификации самой сети), а второй имеет адрес узла, полностью состоящий из единиц (что является широковещательным адресом подсети — в нашем случае это 204.152.189.255).

В протоколе IPv4 определенные адреса имеют специальное назначение. Например, 127.0.0.1 обычно является адресом, замкнутым на себя, и назначается узлу с именем localhost (эту роль может играть любой IPv4-адрес в подсети 127.0.0.0/8, однако 127.0.0.1 является общепринятым выбором). Датаграмма, посланная по данному адресу, на самом деле никогда не попадает в сеть, а возвращается и принимается тем же узлом, который ее отправил. Этот адрес принято задействовать для тестирования клиент-серверных программ в локальной среде. В программах на языке C он определен в виде константы INADDR_LOOPBACK.