Формат основного заголовка IPv6

Формат основного заголовка IPv6 имеет фиксированную длину 40 байт (рис.4.55).

Поле «Версия» (4 бита) содержит число 6 для пакета IPv6.

Поле «Приоритет» (4 бита) используется для того, чтобы различать пакеты с разными требованиями к доставке в реальном времени.

Поле «Метка потока» предназначено для установления между отправителем и получателем псевдосоединения с определёнными свойствами и требованиями. Маршрутизаторы, в зависимости от метки потока в заголовке прибывшего пакета, определяют, какого рода особая обработка требуется пакету. С помощью этого поля протокол пытается объединить достоинства дейтаграммного способа передачи пакетов и способа «виртуальный канал».

Поле «Длина полезной нагрузки» указывает, сколько байт содержится в пакете без учета основного заголовка, длиной 40 байт. Аналогичное поле «Полная длина» в IPv4 определяло всю длину пакета с учётом заголовка.

Поле «Следующий заголовок» указывает, какой из дополнительных заголовков следует за основным. Все дополнительные заголовки содержат такие же поля, которые указывают на последующие заголовки. В последнем заголовке в этом поле указывается протокол транспортного уровня (TCP или UDP), которому следует передать содержимое пакета.

Поле «Максимальное число транзитных участков (ТУ)» определяет время жизни пакета. Значение поля, устанавливаемое узлом-отправителем, уменьшается на единицу на каждом транзитном участке. Далее следуют 16-байтные IP-адреса отправителя и получателя. Сравнение заголовка IPv6 с заголовком IPv4 показывает, что:

· поле «Длина заголовка» исчезло, так как основной заголовок IPv6 имеет фиксированную длину;

· поле «Протокол» отсутствует, поскольку поле «Следующий заголовок» указывает, что следует за последним заголовком (TCP-сегмент или UDP-пакет);

· удалены поля, относящиеся к фрагментации, так как все узлы, поддерживающие протокол IPv6, должны динамически определять нужный размер дейтаграммы, что делает фрагментацию маловероятной;

· минимальный размер пакета, который должен передаваться в сетях IPv6 без фрагментации, увеличен с 576 до 1280 байт;

· поле «Контрольная сумма» удалено, так как её подсчёт занимает много времени, что существенно снижает производительность узлов; к тому же всё шире используются надёжные линии связи, например волоконно-оптические.

Таким образом, протокол IPv6 является простым, быстрым и гибким протоколом сетевого уровня с огромным адресным пространством.

Фрагментация. Транспортные протоколы стека TCP/IP. Транспортный протокол UDP. Транспортный протокол TCP.

Фрагментация

В объединяемых сетях разных технологий допустимая максимальная длина пакетов (Maximum Transfer Unit, MTU) различна и варьируется от 53 байт в АТМ-сетях до 65 535 байт в IP-сетях. При объединении таких сетей возникает проблема, связанная необходимостью разбиения большого пакета при его передаче через сеть с меньшей допустимой длиной пакета.

Если пакет проходит через последовательность сетей и попадает в сеть, у которой значение MTU оказывается меньше размера пакета, пограничный маршрутизатор разбивает пакет на две или более части.

Процесс разбиения длинного пакета на более короткие называется фрагментацией, а соответствующие короткие пакеты – фрагментами.

При фрагментации каждый новый пакет получает свой IP-заголовок (20 байт), что увеличивает накладные расходы. После прохождения фрагментов через соответствующую сеть необходимо восстановить исходный пакет из фрагментов.

Фрагментация в сетях может быть реализована двумя способами (рис.4.56):

· прозрачная фрагментация;

· сквозная фрагментация.

Принцип реализации прозрачной фрагментации на примере передачи длинного пакета от узла А к узлу В через две подсети (Ethernet и АТМ) с меньшим значением MTU показан на рис.4.57.

Подсети с разными MTU имеют шлюзы – специализированные маршрутизаторы, предоставляющие интерфейсы для связи с другими сетями. Если на такой шлюз приходит пакет слишком большого размера, он разбивается на фрагменты в соответствии с принятым в данной сети значением MTU. Каждый фрагмент адресуется одному и тому же выходному шлюзу, который восстанавливает из этих фрагментов исходный пакет и. Таким образом, прохождение данных через сети (подсети) с маленькими значениями MTU оказывается прозрачным для пользователей.

Прозрачная фрагментация обладает простотой, но при этом имеет ряд существенных недостатков:

· выходной шлюз должен собрать все фрагменты для восстановления исходного пакета, для чего в заголовках фрагментов необходимо иметь дополнительную информацию, например, номер фрагмента и признак последнего фрагмента;

· все фрагменты одного пакета должны покидать подсеть через один и то же шлюз, что снижает эффективность маршрутизации;

· появляются дополнительные накладные расходы на фрагментацию и дефрагментацию, что снижает производительность сети и увеличивает время доставки пакетов.

Сквозная фрагментация (рис.4.58) является альтернативной по отношению к прозрачной фрагментации и состоит в отказе от восстановления пакета из фрагментов в каждой подсети. Пакет разбивается на фрагменты сразу же в узле-отправителе А или в шлюзе Ш1 сети Эти фрагменты передаются по сети как самостоятельные пакеты независимо друг от друга и собираются только в конечном шлюзе Ш N или узле-получателе В.

Недостатками такого способа фрагментации являются следующие:

· необходимо, чтобы каждый узел (или шлюз) могли восстанавливать пакеты из фрагментов;

· возрастают накладные расходы на передачу данных, так как каждый фрагмент должен иметь заголовок, который сохраняется на протяжении всего пути, что снижает пропускную способность сети;

· необходимо иметь информацию о том, какие значения MTU имеют подсети, через которые проходит путь передачи данных, чтобы задать размер фрагментов.

Для того чтобы правильно восстановить исходный пакет из фрагментов необходимо иметь эффективную систему нумерации фрагментов. Одна из таких систем основана на понятии элементарного фрагмента, имеющего небольшой размер, достаточный для его передачи через любую подсеть. Например, длина элементарного фрагмента может быть равна 8 байтам, как это показано на рис.4.59. Исходный пакет разбивается на множество элементарных фрагментов одинаковой длины (рис.4.59,а), кроме последнего, который может быть короче. Фрагменты, формируемые в некоторой подсети и называемые межсетевыми пакетами, могут состоять из нескольких элементарных фрагментов (рис.4.59,б), число которых определяется значением MTU, принятым для данной подсети. Заголовок таких фрагментов должен содержать (рис.4.59):

· номер исходного пакета (ИП);

· номер первого элементарного фрагмента (нумерация начинается с нуля), содержащегося в нём, который в заголовке IP-пакета называется смещением фрагмента (СФ);

· признак конца (ПК) пакета.

Поскольку размер элементарного фрагмента выбирается таким образом, чтобы он мог пройти через любую сеть, дальнейшая фрагментация межсетевого пакета не составляет проблемы.