Protokol IP - paket, adresy a podsítě, směrování

Síťová vrstva je nezávislá na nižších vrstvách.
Úkolem této vrstvy je jedinečná identifikace uzlů v síti a zajištění komunikace mezi uzly které se nenacházejí ve stejné lokální síti.
Síťová vrstva je tvořena několika protokoly, tím nejdůležitějším je IP (Internet Protocol)
- Umožňuje propojení více sítí a poskytuje nespolehlivý přenos dat
- Další protokoly: ICMP, IGMP, ARP (sporné zda patří do L3 nebo L2)

Na úrovni síťové vrstvy jsou data přenášena ve formě IP paketů
Obsahuje:
- Hlavičku ve velikosti minimálně 20B
  - V ní je vyhrazena sekce pro volitelné položky o velikosti až 40B
  - Může tedy mít až 60B
- Za hlavičkou je datová část obsahující data z vyšší vrstvy
Políčko verze má pouze historický význam, nerozlišuje IPv4 a IPv6 (je vždy 4).

Každý uzel v síti je jedinečně identifikován pomocí IP adresy
IPv4 adresa je číslo o velikost 32b, pro přehlednost se zapisuje dekadicky po jednotlivých bajtech ve tvaru X.X.X.X, kde X je hodnota $0 - 255$
Položka IP adresa odesílatele a IP adresa příjemce v hlavičce IP paketu jsou IP adresy uzlů, které mezi sebou komunikují.
32b umožňuje adresovat $2^{32} = 4.294.967.296$ různých adres.
O přidělování IPv4 adres v síti Internet se starají různé organizace
- IANA (Internet Assigned Numbers Authority) - celosvětové IP adresy, přidělení jednotlivým regionům
- RIR (Regional Internet Registry) - přidělují dalším jednotkám (např. státům).
IPv4 adres není dostatek - na nejvyšších úrovních už došly

Adresa sítě a uzlu je určena pomocí síťové masky.
Narozdíl od Classful adresace je hierarchická.
Síťová maska:
- Má stejnou velikost jako IP adresa
- Rozděluje se na dvě části: adresa sítě a adresa v síti
- Tyto části jsou určeny:
  - nepřerušenou sekvencí po sobě jdoucích jedniček (část pro adresu sítě)
  - nepřerušenou sekvencí po sobě jdoucích nul (číst pro adresu v síti)
- Počet po sobě jdoucích jedniček se označuje jako délka masky
- Zapisuje se:
  - Stejně jako IP adresa (255.255.255.0)
  - CIDR formátu (/24)
Adresu sítě snadno získáme z IP adresy provedením logického součinu (operace AND) na IP adresu a masku sítě
- 192.168.1.42 AND 255.255.255.0 $\to$ 192.168.1.0
První a poslední adresa v síti je vyhrazena pro adresu sítě a pro broadcast adresu
Počet adres v síti je určen jako $2^{32 - n}$ , kde $n$ je délka masky
Broadcast adresu zjistíme jako IP OR (NOT maska).

Sítě je možné dále dělit na menší části (podsítě)
Případně je možné podsítě spojovat do větších sítí.
Obojí se realizuje manipulací se síťovou maskou.
Rozdělení sítě na podsítě umožňuje snadnější správu.
Při tvorbě podsítí se původní adresní prostor zmenší o $m$ bitů, které se využijí pro adresaci podsítí.
To se provede prodloužením délky síťové masky o $m$ bitů.
Je tedy tvořena původní adresou sítě a $m$ bity, které byly ukrojeny z původního adresního prostoru v síti
Tvorbu podsítí můžeme realizovat dvěma způsoby:
1. Konstantní maska
  - Rozdělení na stejně velké podsítě pomocí konstantní masky.
  - Příklad:
2. Variabilní maska
  - Rozdělení na různě velké podsítě pomocí variabilní masky
  - Docílíme menšího plýtvání
  - Nejprve podsítě seřadíme dle jejich velikosti a postupně jim přidělujeme adresy
  - Příklad:

Statické přidělení - adresa je manuálně přidělena
- Nepraktické, pokud se do sítě často připojují a odpojují uzly (např. bezdrátové sítě)
Dynamické přidělení - DHCP
- Poskytuje klient-server službu, kdy klient automaticky požadá o přidělení IP adesy a DHCP server mu ji poskytne.

Komunikace mezi uzly propojenými na úrovni vrstvy L2 se označuje jako komunikace v lokální síti.
Je třeba znám MAC adresu příjemce, jelikož IP packet je vkládán do linkového rámce.
Při komunikaci na úrovni L3 vrstvy se využívají pouze IP adresy. Je tedy třeba zajistit překlad IP adresy na MAC adresu.
- Zjistit k dané IP adrese MAC adresu NIC. Tento překlad zajištuje protokol ARP.

Hlavním úkolem síťové vrstvy je nalezení nejvhodnější cesty a následné odesílání IP paketů touto cestou mimo lokální síť.
Komunikaci mimo lokální síť lehce poznáme porovnáním adres sítí odesílatele a příjemce.
Směrování je realizováno pomocí předávání paketů na síťových rozhraních jednotlivých zařízení. Typicky realizované routerem. Směrování je rozhodováno na základě IP adresy příjemce IP paketu a směrovací tabulky. Ta obsahuje informace o dalším uzlu sítě (next-hop), který má být paket předán.

Zkoušky