IP - Internet Protocol - (IPv4 - protokół internetowy wersja 4) jest bezpołączeniowym protokołem komunikacyjnym, generującym usługi datagramowe. Datagramy są to pakiety IP, zawierające między innymi adres IP źródła i miejsca przeznaczenia oraz całość lub fragment danych przekazywanych między źródłem a miejscem przeznaczenia. Przepływ datagramów w sieci IP odbywa się bez kontroli kolejności dostarczania ich do miejsca przeznaczenia, kontroli błędów i bez potwierdzania odbioru.

W tej sytuacji za uporządkowanie pakietów IP we właściwej kolejności i sprawdzenie, czy dotarły wszystkie i bez błędów, jest odpowiedzialny odbiorca. Tak znaczne uproszczenie funkcji wykonywanych w czasie transportu datagramów sprawia, że protokół IP jest szybki i efektywny.

Protokół IP (Internet Protocol) został zaprojektowany w celu umożliwienia współdziałania wielu systemów typu host. Znalazł szerokie zastosowanie w sieciach lokalnych LAN i WAN. IP łącznie z TCP (Transmission Control Protocol) są oficjalnymi protokołami sieci Internet. W sieciach z protokołem IP przepływem pakietów sterują routery IP (IP router) łączące sieci przyłączone albo lokalnie, albo zdalnie i przesyłające datagramy pomiędzy nimi.

Protokoły TCP/IP

Protokoły TCP/IP i przełączanie pakietów stanowią podstawę Internetu, a także i intrasieci (intranetów). TCP/IP jest zbiorem protokołów tworzących stos (w sensie kolejności ich wykonywania), współpracujących ze sobą w celu zapewnienia komunikacji w Internecie (intrasieci). Protokół ten opiera się na modelu warstw sieciowych ISO/OSI. Do każdej takiej warstwy są przypisane protokoły określające jej przeznaczenie. Model ISO/OSI definiuje siedem warstw funkcjonalnych sieci; TCP/IP wykorzystuje pięć protokołów tego modelu.

Adresacja internetowa - adres IP

Każdy węzeł sieci TCP/IP musi mieć przyporządkowany 4-bajtowy adres (adres IP) identyfikujący zarówno sieć, jak i lokalnego hosta lub węzeł sieci. Adres IP jest zapisywany w formie czterech grup cyfr oddzielonych kropkami (np. 191.33.139.98).

W przypadku sieci nie związanych z Internetem adres IP może być arbitralnie wybrany i ustalony przez administratora sieci w momencie dołączania do niej nowych węzłów (w niektórych przypadkach, stacja robocza może zwrócić się do serwera o nadanie adresu dynamicznego, przyznawanego na czas połączenia, np. w PPP, DHCP).

W sytuacji podłączania urządzeń do Internetu adres IP musi być uzgodniony i zarejestrowany w Network Information Center (NIC), nad którym zarząd powierzono firmie Network Solutions z USA.

W związku z niedoskonałością adresu IP w wersji 4, polegającą na zbyt małej ilości adresów, jaką można uzyskać na 32 bitach, stworzono jego wersję 6 (IPv6), która rozszerza zakres adresacji do 128 bitów. 

Klasy adresów IP ( IPv4) 

Adresy IP (IPv4) podzielono na 5 klas:

• klasa A - 8-mio bitowa maska daje unicastowe adresy IP od 0.0.0.0 do 127.255.255.255
  
• klasa B - 16-to bitowa maska daje unicastowe adresy IPod 128.0.0.0 do 191.255.255.255
• klasa C - 24-ro bitowa maska daje unicastowe adresy IP od 192.0.0.0 do 223.255.255.255
• klasa D - multicastowe adresy IP od 224.0.0.0 do 239.255.255.255
  
• klasa E - zarezerwowane adresy IP od 240.0.0.0 do 239.255.255.255
  

Budowa pakietu IP

Poniższy rysunek przedstawia pola pakietu IP.

Wersja IP: 4-bitowe pole wersji nagłówka IP, tylko wersja 4.

Dł. nagł.: 4-bitowe pole IHL (Internet Header Length) długości nagłówka IP wyrażona w 32 bitowych słowach, minimalna długość wynosi 5 (5x32bity).

TOS: 8-bitowe pole Type of Service (typ usługi) to informacja o pożądanej jakości usługi (RFC791). 

      Bity 0-2:  Precedens.

      Bit    3:  0 = Normalne opóźnienie (Delay),      1 = Niskie opóźnienie.

      Bits   4:  0 = Normalna przepływność (Throughput, 1 = Wysoka przepływność.

      Bits   5:  0 = Normalna niezawodność (Reliability), 1 = Wysoka niezawodność.

      Bit  6-7:  Zarezerwowane.

     

        Precedens:
          111 - Network Control

          110 - Internetwork Control

          101 - CRITIC/ECP

          100 - Flash Override

          011 - Flash

          010 - Immediate

          001 - Priority

          000 - Routine

      W RFC1349 przedefiniowano TOS do 4-bitów:

     

                    1000   --   minimalizuj opóźnienia

                    0100   --   maksymalizuj przepływność

                    0010   --   maksymalizuj niezawodność

                    0001   --   minimalizuj koszt pieniężny

                    0000   --   normalna usługa - domyślny TOS

 

      W RFC2474 pole TOS zostało całkowicie przedefiniowane na pole DSCP (usługi zróżnicowane)

      

        DSCP: Differentiated Services CodePoint - pole usług zróżnicowanych

        CU:   Currently Unused - brak zastosowania

 

      W RFC3168 pole DSCP zostało zmodyfikowane i dodane pole ECN - Explicit Congestion Notification (jawnej informacji o natłoku):

  

        DSCP: Differentiated Services CodePoint

        ECN:  Explicit Congestion Notification       

Całkowita Długość: 16-bitowe pole długości datagramu IP, mierzona w bajtach łącznie z nagłówkiem IP i danymi. Pole daje możliwość zaadresować 65535 bajtów.

Identyfikacja fragmentacji: 16-bitowe pole, którego wartość pomaga złożyć datagram IP, który został poddany procesowi fragmentacji (podzielenia na mniejsze fragmenty).

Znacznik: 3-bitowe pole Flag (znaczników) sterujących:

Bit 0: zarezerwowany, wartość zero;

      Bit 1: (DF) 0 = można fragmentować,  1 = nie fragmentuj (Don't Fragment).

      Bit 2: (MF) 0 = ostatni fragment, 1 = więcej fragmentów (More Fragments).

     

Przesunięcie fragmentacji: 13-bitowe pole offsetu wskazujące, gdzie w datagramie dany fragment należy umieścić.

TTL: 8-bitowe pole Time-To-Live mówiące jak długo datagram IP może pozostać w sieci. Wartość zmniejsza się o jeden przy przejściu przez każdy router. Po osiągnięciu wartości 0, datagram musi osiągnąć sieć przeznaczenia bądź zostanie odrzucony.

Przenoszony protokół: 8-bitowe pole protokołu, mówiące jaki protokół następnego poziomu jest przenoszony w datagramie IP. (patrz niżej )

CRC nagłówka: 16-bitowe pole sumy kontrolnej CRC nagłówka, liczone za każdym razem przy przejściu przez router, gdyż zmieniane jest tam pole TTL.

IP Source Address: 32-bitowe pole adresu IP źródłowego, czyli nadawcy datagramu IP.

IP Destination Address: 32-bitowe pole adresu IP przeznaczenia, czyli odbiorcy datagramu IP.

Dodatkowe opcje IP: pole zmienne - ewentualne opcje to np. Timestamp (znacznik czasu), zapis trasy datagramy IP, identyfikacja strumienia.

Dane użytkownika: dane protokołu następnego poziomu.

Protokoły przenoszone w IPv4

W nagłówku IP 8 bitowe pole "przenoszonych protokołów" (czyli 255 różnych wartości) zawiera informację jaki protokół następnego poziomu jest w danym pakiecie IP przenoszony. Tymi protokołami są m.in.:

0          HOPOPT          IPv6 Hop-by-Hop Option                   
1          ICMP                Internet Control Message                 
2          IGMP                Internet Group Management                
4          IP                      IP in IP (encapsulation)                
6          TCP                  Transmission Control Protocol                   
8          EGP                  Exterior Gateway Protocol                
9          IGP                    Cisco IGRP
17        UDP                   User Datagram Protocol                           
41        IPv6                   Ipv6                                         
43        IPv6-Route         Routing Header for IPv6                  
44        IPv6-Frag           Fragment Header for IPv6                 
45        IDRP                  Inter-Domain Routing Protocol            
46        RSVP                Reservation Protocol                     
47        GRE                  General Routing Encapsulation            
50        ESP                   Encap Security Payload                   
51        AH                     Authentication Header                    
58        IPv6-ICMP         ICMP for IPv6                            
59        IPv6-NoNxt        No Next Header for IPv6                  
60        IPv6-Opts          Destination Options for IPv6             
88        EIGRP               Cisco EIGRP                                    
103      PIM                   Protocol Independent Multicast           
108      IPComp             IP Payload Compression Protocol          
112      VRRP                Virtual Router Redundancy Protocol       
115      L2TP                 Layer Two Tunneling Protocol             
132      SCTP                Stream Control Transmission Protocol     
133      FC                     Fibre Channel                            
137      MPLS-in-IP       MPLS in IPv4