IP

Toiminto

Internet-protokolla välittää tietoa lähdetietokoneesta kohdetietokoneeseen. Se lähettää nämä tiedot pakettien muodossa.

Internet-protokollasta on tällä hetkellä käytössä kaksi versiota: IPv4 ja IPv6, joista IPv4 on eniten käytetty versio. IP antaa myös tietokoneille IP-osoitteen, jonka avulla ne voivat tunnistaa toisensa, aivan kuten tyypillisen fyysisen osoitteen.

IP on ensisijainen protokolla Internet-protokollapaketin Internet-kerroksessa, joka on seitsemän abstraktiokerroksen muodostama tietoliikenneprotokollien sarja (ks. OSI-malli),

IP:n päätarkoitus ja -tehtävä on toimittaa datagrammeja lähdeisännästä (lähdetietokoneesta) kohdeisännälle (vastaanottavaan tietokoneeseen) niiden osoitteiden perusteella. Tätä varten IP sisältää menetelmiä ja rakenteita, joilla datagrammeihin voidaan sijoittaa tunnisteita (osoitetietoja, jotka ovat osa metatietoja). Prosessia, jossa nämä tunnisteet laitetaan datagrammeihin, kutsutaan kapseloinniksi.Ajattele anologiaa postijärjestelmän kanssa. IP muistuttaa Yhdysvaltain postijärjestelmää siinä, että sen avulla paketti (datagrammi) voidaan osoitteistaa (kapselointi) ja lähettää järjestelmään (Internet) lähettäjän (lähde-isäntä) toimesta. Lähettäjän ja vastaanottajan välillä ei kuitenkaan ole suoraa yhteyttä. 

Paketti (datagrammi) on lähes aina jaettu osiin, mutta jokainen osa sisältää vastaanottajan (kohdeisäntäkoneen) osoitteen. Lopulta jokainen osa saapuu vastaanottajalle, usein eri reittejä ja eri aikoina. Myös nämä reitit ja ajat määräytyvät postijärjestelmän eli IP:n mukaan. Postijärjestelmä (siirto- ja sovelluskerroksessa) kuitenkin kokoaa kaikki palat uudelleen yhteen ennen niiden toimittamista vastaanottajalle (kohdeisännälle).

Huomautus: IP on itse asiassa yhteydetön protokolla, mikä tarkoittaa sitä, että vastaanottajan (kohdeisäntäkoneen) piiriä ei tarvitse muodostaa ennen lähetystä (lähdeisäntäkoneessa). Vertailua jatketaan: kirjeen/paketin fyysisen palautusosoitteen ja vastaanottajan osoitteen välillä ei tarvitse olla suoraa yhteyttä ennen kirjeen/paketin lähettämistä.

Alun perin IP oli Vint Cerfin ja Bob Kahnin vuonna 1974 luoma lähetyksenohjausohjelma, jossa ei ollut yhteyttä. Kun muoto ja säännöt otettiin käyttöön yhteyksien sallimiseksi, luotiin yhteyspainotteinen Transmission Control Protocol. Nämä kaksi yhdessä muodostavat Internet Protocol Suite -protokollapaketin, josta käytetään usein nimitystä TCP/IP.

IPv4 (Internet Protocol version 4) oli IP:n ensimmäinen merkittävä versio. Tämä on Internetin hallitseva protokolla. iPv6 on kuitenkin aktiivinen ja käytössä, ja sen käyttö lisääntyy kaikkialla maailmassa.

Osoitteistaminen ja reititys ovat IP:n monimutkaisimmat osa-alueet. Verkon älykkyys sijaitsee kuitenkin solmupisteissä (verkon liitäntäpisteissä) reitittimissä, jotka välittävät datagrammeja seuraavalle tunnetulle yhdyskäytävälle reitillä lopulliseen määränpäähän. Reitittimet käyttävät IGP-protokollia (sisäiset yhdyskäytävät) tai EGP-protokollia (ulkoiset yhdyskäytävät) apuna reittipäätösten tekemisessä. Reitit määräytyvät datagrammeissa olevan reititysprefiksin perusteella. Reititysprosessi voi siis olla monimutkainen. Mutta valon nopeudella (tai lähes valon nopeudella) reititysäly määrittää parhaan reitin, ja datagrammin palaset ja datagrammi saapuvat lopulta kaikki määränpäähänsä.

IP-paketit

IP-paketit tai datagrammit koostuvat kahdesta osasta. Ensimmäinen osa on otsikko, joka on kuin kirjekuoren etiketti. Toinen osa on hyötykuorma, joka on kuin kirje kirjekuoren sisällä. Otsikko sisältää lähde- ja kohde-IP-osoitteet sekä joitakin lisätietoja. Näitä tietoja kutsutaan metatiedoiksi, ja ne koskevat itse pakettia. Tiedon sijoittaminen pakettiin otsikon kanssa on kapselointia.

Reititys

Jokainen verkon tietokone tekee jonkinlaista reititystä. Erilliset tietokoneet keskustelevat keskenään selvittääkseen, minne paketit lähetetään. Näitä tietokoneita kutsutaan reitittimiksi, ja ne keskustelevat reititysprotokollien avulla.

Tietokone lukee paketin jokaisen matkan varrella otsikon. Tietokone näkee määränpään IP-osoitteen ja päättää, mihin paketti lähetetään.

Luotettavuus

ARPANET, internetin varhainen esi-isä, suunniteltiin selviytymään ydinsodasta. Jos yksi tietokone tuhoutuisi, kaikkien muiden tietokoneiden välinen viestintä toimisi edelleen. Tietokoneverkot noudattavat edelleen tätä samaa rakennetta.

Toistensa kanssa keskustelevat tietokoneet hoitavat "älykkäät" toiminnot tietokoneverkkojen yksinkertaistamiseksi. Loppusolmut tarkistavat virheet keskusviranomaisen sijasta. "Älykkäiden" asioiden pitäminen pääteasemilla tai solmuissa noudattaa päästä päähän -periaatetta.

Internet-protokolla lähettää paketteja varmistamatta, että ne saapuvat turvallisesti perille. Tämä on best-effort-toimitusta, ja se on epäluotettavaa. Paketit voivat mennä sekaisin, kadota, kopioitua tai vastaanottaa ne väärin. Korkeamman tason protokollat, kuten TCP (Transmission Control Protocol), varmistavat, että paketit toimitetaan oikein. IP on myös yhteydetön, joten se ei pidä kirjaa viestinnästä.

Internet Protocol Version 4 (IPv4) käyttää tarkistussummaa IP-otsikon virheiden tarkistamiseen. Jokainen tarkistussumma on yksilöllinen lähde/kohde-yhdistelmälle. Reitityssolmu luo uuden tarkistussumman, kun se saa paketin. Jos uusi tarkistussumma eroaa vanhasta, reitityssolmu tietää, että paketti on virheellinen, ja heittää sen pois. IPv6 olettaa, että toinen protokolla tarkistaa virheet ja jättää tarkistussumman pois. Tällä pyritään parantamaan suorituskykyä.

Historia

Vuonna 1974 Institute of Electrical and Electronics Engineers julkaisi artikkelin nimeltä "A Protocol for Packet Network Intercommunication". Siinä kuvattiin tapa, jolla tietokoneet voivat keskustella keskenään pakettikytkennän avulla. Iso osa tätä ideaa oli "Transmission Control Program". Transmission Control Program oli liian suuri, joten se jakautui TCP:ksi ja IP:ksi. Tätä mallia kutsutaan nykyään nimellä DoD Internet Model and Internet Protocol Suite eli TCP/IP Model.

IP:n versiot 0-3 olivat kokeellisia, ja niitä käytettiin vuosina 1977-1979.

IPv4-osoitteet loppuvat, koska mahdollisten osoitteiden määrä on rajallinen. Tämän korjaamiseksi IEEE loi IPv6:n, jossa on vielä enemmän osoitteita. IPv4:ssä on 4,3 miljardia osoitetta, kun taas IPv6:ssa niitä on 340 miljardia. Tämä tarkoittaa, että IPv6-osoitteet eivät koskaan lopu kesken. IPv5 oli varattu Internet Stream Protocolille, jota käytettiin vain kokeellisesti.