Internetprotokoll (IP) – magyarázat, működés és szerepe az interneten
Fedezze fel az Internetprotokoll (IP) működését és szerepét a TCP/IP-ben: csomagcímzés, útválasztás és megbízhatóság érthetően, gyakorlati példákkal.
Az internetprotokoll (IP) az internetes protokollkészlet legfontosabb kommunikációs protokollja, amely az adatok hálózati határokon átnyúló továbbítására szolgál. Lényegében ez hozza létre az internetet. A múltban az IP nem biztosította a kapcsolatot; csak azt határozta meg, hogyan kell a csomagokat létrehozni. Ezt a funkciót a TCP (Transmission Control Protocol) tette lehetővé. Mivel egyik sem tudta volna ellátni feladatát a másik nélkül, a TCP/IP elnevezést azért kapták, hogy jelezzék, mennyire függnek egymástól.
Gondoljon az IP-re úgy, mint a postai rendszerre. Lehetővé teszi, hogy megcímezzen egy csomagot, és bedobja a rendszerbe, de nincs tényleges közvetlen kapcsolat Ön és a címzett között. Ehelyett az egymáshoz kapcsolódó linkek "hálója" van. Itt jön a képbe az IP és a TCP. Az IP megmondja a csomagoknak, hogy mi a célállomásuk, és hogyan juthatnak el oda; a TCP biztosítja a megbízható kapcsolatot, ellenőrzi a csomagokat hiba esetén, és ha hibát észlel, "újraküldést" kér.
Mi az IP és hogyan működik?
Az IP egy olyan réteg (a hálózati réteg az OSI-modellben), amely az adatok kisebb egységekre – csomagokra (vagy datagramokra) – bontásával és címzésével foglalkozik. Minden csomagnak van forrás- és célcíme, így a hálózati eszközök (például routerek) tudják, merre továbbítsák őket. Az IP működése datagram-alapú: minden csomagot önállóan kezel, nem feltételezi, hogy a csomagok sorrendben érkeznek vagy megérkeznek.
IP-címek – IPv4 és IPv6
- IPv4: 32 bites címek, általában "dotted decimal" formában (például 192.168.0.1). Az IPv4-címek száma korlátozott, ezért alakultak ki megoldások (NAT, CIDR).
- IPv6: 128 bites címek, hexadecimális alakban írjuk (például 2001:0db8::1). Az IPv6 sokkal nagyobb címtartományt ad, és új szolgáltatásokat (pl. beépített cím-lefedettség, egyszerűbb fejlécek) hoz.
- Privát és nyilvános címek: Az IPv4-nek vannak jól ismert privát tartományai (RFC1918): 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16. Ezeket belső hálózatokban használják, nyilvános internet eléréshez általában NAT-on keresztül jutnak ki.
- CIDR és alhálózatok: A CIDR (Classless Inter-Domain Routing) megadja, hány bit az alhálózati maszk (például /24). Ez határozza meg, hogy egy címtartomány hány gépnek adható.
IP-fejléc és fontos mezők
Egy IP-csomag fejlécében szereplő legfontosabb mezők (összefoglaló):
- Version: az IP verziója (4 vagy 6).
- Header Length (HLEN): a fejléc hossza (IPv4-nél).
- Total Length: a csomag teljes hossza (IPv4).
- Identification, Flags, Fragment Offset: a töredezéshez (fragmentation) szükséges mezők.
- TTL (Time To Live): élettartam, amely megakadályozza, hogy a csomag örökké keringjen a hálózaton; minden router csökkenti.
- Protocol: melyik felsőbb réteg protokollját hordozza a csomag (pl. TCP=6, UDP=17).
- Header checksum: az IPv4 fejlécének ellenőrzésére szolgál (IPv6-nál nincs fejléc ellenőrző összeg).
- Source / Destination Address: forrás- és cél IP-címek.
IPv6 egyszerűsíti a fejlécet (pl. eltávolítja a fejléc ellenőrző összeget) és más megoldással kezeli a töredezést (a végpontokra hagyja).
Routing – hogyan jut el a csomag a célhoz?
Routerek a célcím alapján továbbítják a csomagokat. Minden routerban van egy routing tábla, amely megmondja, melyik interfészre kell küldeni a csomagot a célhálózat alapján. A routing lehet statikus (kézzel beállított) vagy dinamikus, ahol routing protokollok segítenek (például OSPF, BGP) megtalálni a legjobb útvonalat.
Töredezés (fragmentation) és MTU
Ha egy csomag nagyobb, mint a hálózati link MTU-ja (Maximum Transmission Unit), a csomagot kisebb darabokra kell bontani. Ez a töredezés. IPv4 képes a hálózaton töredezni, míg IPv6 a forgalmazó végpontokra bízza azt, és az útvonal MTU-t használja a problémák elkerülésére.
Kapcsolódó protokollok és szolgáltatások
- TCP vs UDP: Az IP a hálózati réteg; a TCP (Transmission Control Protocol) a szállítási réteg, amely megbízhatóságot, sorrendiséget és hibajavítást biztosít. Az UDP (User Datagram Protocol) viszont egyszerű, kapcsolat nélküli, alacsony késleltetésű alkalmazásoknál (hang, videó, DNS) használatos.
- ARP (Address Resolution Protocol): IPv4-ben az ARP fordítja le az IP-címeket fizikai (MAC) címekre a helyi hálózaton.
- ICMP (Internet Control Message Protocol): hibajelzésekre és diagnosztikára szolgál (például a ping és a traceroute eszközök használják).
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): automatikusan oszt ki IP-címeket és egyéb hálózati beállításokat a gépeknek.
- NAT (Network Address Translation): a belső privát címeket egy vagy néhány nyilvános címre leképezi, így több belső eszköz osztozhat egy nyilvános IP-n. Ez segített az IPv4-címek korlátozott száma miatti problémán, de módosítja az end-to-end kapcsolat eredeti elvét.
Biztonság és adatvédelem
Az IP önmagában nem nyújt titkosítást vagy hitelesítést. Ezt kiegészítők, például IPsec biztosíthatják, amely titkosítást, hitelesítést és integritásvédelmet ad a hálózati forgalomhoz. Fontos megérteni, hogy az IP-cím információkat adhat az eszköz földrajzi helyzetéről vagy hálózati kapcsolatairól, ezért adatvédelmi szempontból is figyelni kell a kitettségre.
Gyakori eszközök és parancsok
- ping: ICMP-echo kérést küld a célhoz, ellenőrzi elérhetőségét és késleltetését.
- traceroute / tracert: megmutatja az útvonalat és a közbeeső routereket a forrástól a célig.
- ifconfig / ip addr: rendszerszintű eszközök IP-címek és interfészek ellenőrzésére és beállítására.
Összefoglalás
Az IP a modern internet alapja: címzést és csomag-alapú szállítást biztosít, amely lehetővé teszi, hogy különböző hálózatok összekapcsolódjanak. Bár önmagában nem garantál megbízhatóságot vagy biztonságot, más protokollokkal (TCP, UDP, IPsec, DHCP, ARP, ICMP) együtt olyan rendszert alkot, amely megbízható kommunikációt tesz lehetővé a globális hálózaton.
Funkció
Az internetprotokoll egy forrásszámítógépről egy célszámítógépre juttatja el az információkat. Ezt az információt csomagok formájában küldi el.
Az internetprotokollnak jelenleg két változata van használatban: Az IPv4 és az IPv6, a leggyakrabban használt változat az IPv4. Az IP a számítógépeknek is ad egy IP-címet egymás azonosítására, hasonlóan a tipikus fizikai címekhez.
Az IP az Internet Protocol Suite internetes rétegének elsődleges protokollja, amely hét absztrakciós rétegből álló kommunikációs protokollok halmaza (lásd OSI-modell),
Az IP fő célja és feladata az adatküldés a forrásállomás (forrásszámítógép) és a célállomás (fogadó számítógép) között a címek alapján. Ennek elérése érdekében az IP olyan módszereket és struktúrákat tartalmaz, amelyekkel címkéket (címinformációkat, amelyek a metaadatok részét képezik) helyezhetünk el az adatküldeményekben. A folyamatot, amelynek során ezeket a címkéket az adatkapcsolatokra helyezik, kapszulázásnak nevezzük.Gondoljunk egy anológiára a postai rendszerrel. Az IP abban hasonlít az amerikai postarendszerhez, hogy lehetővé teszi egy csomag (egy datagram) címzését (kapszulázását) és a rendszerbe (az internetbe) való beküldését a feladó (forrásállomás) által. A feladó és a címzett között azonban nincs közvetlen kapcsolat.
A csomag (datagram) szinte mindig darabokra van osztva, de minden egyes darab tartalmazza a címzett (célállomás) címét. Végül minden egyes darab megérkezik a címzetthez, gyakran különböző útvonalakon és különböző időpontokban. Ezeket az útvonalakat és időpontokat is a postai rendszer, azaz az IP határozza meg. A postai rendszer (a szállítási és az alkalmazási rétegben) azonban a címzetthez (célállomáshoz) történő kézbesítés előtt az összes darabot újra összerakja.
Megjegyzés: Az IP tulajdonképpen kapcsolat nélküli protokoll, ami azt jelenti, hogy az átvitel előtt (a forrásállomás által) nem kell létrehozni az áramkört a címzett (célállomás) felé. Az analógiát folytatva, a levél/csomag fizikai feladó címe és a címzett címe között nem kell közvetlen kapcsolatot létesíteni a levél/csomag elküldése előtt.
Az IP eredetileg egy kapcsolat nélküli datagram szolgáltatás volt egy átviteli vezérlő programban, amelyet Vint Cerf és Bob Kahn hozott létre 1974-ben. Amikor formátumot és szabályokat alkalmaztak a kapcsolatok engedélyezésére, létrejött a kapcsolatorientált átvitel-ellenőrzési protokoll. A kettő együtt alkotja az Internet Protocol Suite-ot, amelyre gyakran TCP/IP-ként hivatkoznak.
Az IPv4 (Internet Protocol 4. verziója) volt az IP első nagyobb változata. Ez az internet meghatározó protokollja. Az iPv6 azonban aktív és használatban van, és elterjedtsége világszerte egyre növekszik.
A címzés és az útválasztás az IP legösszetettebb aspektusai. A hálózat intelligenciája azonban a csomópontokban (hálózati összekapcsolási pontok) található, útválasztók formájában, amelyek az adatkapcsolatokat a következő ismert átjáróhoz továbbítják a végső célállomás felé vezető útvonalon. Az útválasztók belső átjáró protokollokat (IGP-k) vagy külső átjáró protokollokat (EGP-k) használnak az útvonalra vonatkozó döntések meghozatalához. Az útvonalakat az adatátviteli prefix alapján határozzák meg. Az útválasztási folyamat ezért összetetté válhat. De fénysebességgel (vagy majdnem) az útválasztó intelligencia meghatározza a legjobb útvonalat, és az adatcsomagdarabok és az adatcsomagok végül mind megérkeznek a célállomásra.
IP csomagok
Az IP-csomagok vagy datagram két részből áll. Az első rész a fejléc, amely olyan, mint egy címke a borítékon. A második rész a hasznos teher, amely olyan, mint a levél a borítékban. A fejléc tartalmazza a forrás és a cél IP-címét, valamint néhány további információt. Ezeket az információkat metaadatoknak nevezzük, és magáról a csomagról szólnak. Az adatok fejléccel ellátott csomagba helyezése a kapszulázás.
Útválasztás
A hálózat minden számítógépe végez valamilyen útválasztást. A dedikált számítógépek beszélgetnek egymással, hogy kitalálják, hová küldjék a csomagokat. Ezeket a számítógépeket útválasztóknak nevezik, és útválasztási protokollok segítségével beszélgetnek egymással.
A csomag útjának minden egyes lépése során a számítógép elolvassa a fejlécet. A számítógép látja a cél IP-címet, és kitalálja, hogy hová küldje a csomagot.
Megbízhatóság
Az ARPANET-et, az internet korai ősét úgy tervezték, hogy túléljen egy nukleáris háborút. Ha egy számítógép megsemmisülne, a többi számítógép közötti kommunikáció továbbra is működne. A számítógép-hálózatok ma is ezt a felépítést követik.Az egymással beszélgető számítógépek a számítógépes hálózatok egyszerűsítése érdekében az "intelligens" funkciókat kezelik. A központi hatóság helyett a végcsomópontok ellenőrzik a hibákat. Az "intelligens" dolgok a végszámítógépeken vagy csomópontokon tartása a végponttól végpontig elvnek megfelelően történik.
Az internetprotokoll anélkül küldi ki a csomagokat, hogy biztosítaná azok biztonságos megérkezését. Ez a "best-effort" kézbesítés, és megbízhatatlan. A csomagok összekuszálódhatnak, elveszhetnek, megkettőződhetnek, vagy nem a megfelelő sorrendben érkezhetnek. A magasabb szintű protokollok, mint például a TCP (Transmission Control Protocol), biztosítják a csomagok helyes kézbesítését. Az IP emellett kapcsolat nélküli, tehát nem követi nyomon a kommunikációt.
A 4-es verziójú internetprotokoll (IPv4) az IP-fejlécben lévő hibák ellenőrzésére ellenőrző összeget használ. Minden ellenőrző összeg egyedi egy forrás/cél kombinációhoz. Egy útválasztó csomópont új ellenőrző összeget generál, amikor csomagot kap. Ha az új ellenőrző összeg eltér a régitől, az útválasztó csomópont tudja, hogy a csomag hibás, és kidobja. Az IPv6 feltételezi, hogy egy másik protokoll ellenőrzi a hibákat, és elhagyja az ellenőrző összeget. Ez a teljesítmény javítását szolgálja.
Történelem
1974-ben az Institute of Electrical and Electronics Engineers kiadott egy tanulmányt "A Protocol for Packet Network Intercommunication" címmel. A dokumentum leírta, hogy a számítógépek hogyan tudnak egymással beszélgetni a csomagkapcsolás segítségével. Ennek az ötletnek nagy része volt a "Transmission Control Program". A Transmission Control Program túl nagy volt, ezért szétvált TCP-re és IP-re. Ezt a modellt ma a DoD Internet Model and Internet Protocol Suite, vagy TCP/IP modellnek nevezik.Az IP 0-3. változata kísérleti jellegű volt, és 1977 és 1979 között használták.
Az IPv4-címek elfogynak, mivel a lehetséges címek száma véges. Ennek orvoslására az IEEE létrehozta az IPv6-ot, amely még több címet tartalmaz. Míg az IPv4 4,3 milliárd címet tartalmaz, addig az IPv6 340 undecilliónyi címet. Ez azt jelenti, hogy az IPv6-os címek soha nem fognak elfogyni. Az IPv5 az Internet Stream Protocol számára volt fenntartva, amelyet csak kísérleti jelleggel használtak.
Kérdések és válaszok
K: Mi az az internetprotokoll?
V: Az internetprotokoll (IP) az internetprotokoll-csomagban használt fő kommunikációs protokoll a hálózati határokon átnyúló adattovábbításra.
K: Milyen szerepet játszik az IP az interneten?
V: Az IP az a protokoll, amely létrehozza az internetet.
K: A múltban az IP biztosította az összeköttetést?
V: Nem, a múltban az IP csak a csomagok létrehozásának módját határozta meg.
K: Mi az a Transmission Control Protocol?
V: A TCP (Transmission Control Protocol) egy olyan protokoll, amely összeköttetést biztosít azáltal, hogy lehetővé teszi a csomagok hálózaton keresztüli továbbítását.
K: Hogyan függ egymástól az IP és a TCP?
V: Az IP és a TCP azért függ egymástól, mert egyedül nem tudják ellátni a feladataikat. A TCP biztosítja az összeköttetést, míg az IP létrehozza az internetet. Együtt érdemelték ki a TCP/IP nevet.
K: Összehasonlítható-e az IP valami mással?
V: Igen, az IP a postai rendszerhez hasonlítható. Lehetővé teszi, hogy megcímezzen egy csomagot, és bedobja a rendszerbe, de nincs közvetlen kapcsolat Ön és a címzett között.
K: Mi a TCP szerepe az adatátvitelben?
V: A TCP szerepe az adatátvitelben a megbízható kapcsolat biztosítása, a csomagok hibaellenőrzése, és ha hibát észlel, újraküldés kérése.
Keres