Internetový protokol (IP) – co je to, jak funguje a rozdíl od TCP

Internetový protokol přenáší informace ze zdrojového počítače do cílového počítače. Tyto informace odesílá ve formě paketů.

V současné době se používají dvě verze internetového protokolu: IPv4 a IPv6, přičemž nejpoužívanější je verze IPv4. Protokol IP také dává počítačům IP adresu, která slouží k jejich vzájemné identifikaci, podobně jako typická fyzická adresa.

Protokol IP je primárním protokolem internetové vrstvy sady internetových protokolů, což je sada komunikačních protokolů sestávající ze sedmi abstrakčních vrstev (viz model OSI),

Hlavním účelem a úkolem protokolu IP je doručování datagramů od zdrojového hostitele (zdrojového počítače) k cílovému hostiteli (přijímajícímu počítači) na základě jejich adres. Za tímto účelem obsahuje protokol IP metody a struktury pro vkládání značek (informací o adrese, které jsou součástí metadat) do datagramů. Proces vkládání těchto značek do datagramů se nazývá zapouzdření.Představte si anologii s poštovním systémem. Protokol IP je podobný poštovnímu systému USA v tom, že umožňuje adresovat balík (datagram) (zapouzdření) a vložit jej do systému (Internetu) odesílatelem (zdrojovým hostitelem). Neexistuje však přímé spojení mezi odesílatelem a příjemcem. 

Balíček (datagram) je téměř vždy rozdělen na části, ale každá část obsahuje adresu příjemce (cílového hostitele). Nakonec každá část dorazí k příjemci, často různými cestami a v různou dobu. Tyto trasy a časy jsou rovněž určeny poštovním systémem, kterým je IP. Poštovní systém (v transportní a aplikační vrstvě) však všechny části před doručením příjemci (cílovému hostiteli) opět spojí dohromady.

Poznámka: IP je vlastně protokol bez připojení, což znamená, že okruh k příjemci (cílovému hostiteli) nemusí být před přenosem (zdrojovým hostitelem) nastaven. Pokud budeme pokračovat v analogii, není třeba, aby před odesláním dopisu/balíku existovalo přímé spojení mezi fyzickou zpáteční adresou na dopise/balíku a adresou příjemce.

Původně byla IP služba datagramů bez spojení v programu pro řízení přenosu, který vytvořili Vint Cerf a Bob Kahn v roce 1974. Když byl použit formát a pravidla umožňující připojení, vznikl protokol řízení přenosu orientovaný na připojení. Tyto dva protokoly společně tvoří sadu protokolů Internet Protocol Suite, často označovanou jako TCP/IP.

Internetový protokol verze 4 (IPv4) byl první hlavní verzí protokolu IP. Jedná se o dominantní protokol internetu. Protokol iPv6 je však aktivní a používaný a jeho nasazení roste po celém světě.

Adresování a směrování jsou nejsložitějšími aspekty protokolu IP. Inteligence v síti se však nachází v uzlech (propojovacích bodech sítě) v podobě směrovačů, které předávají datagramy další známé bráně na trase ke konečnému cíli. Směrovače používají protokoly vnitřních bran (IGP) nebo protokoly vnějších bran (EGP), které pomáhají při rozhodování o předávání trasy. Trasy jsou určeny směrovacím prefixem v datagramech. Proces směrování proto může být složitý. Rychlostí světla (nebo téměř rychlostí světla) však směrovací inteligence určí nejlepší trasu a všechny části datagramu a datagramy nakonec dorazí do svého cíle

Pakety IP

Pakety IP neboli datagramy mají dvě části. První částí je hlavička, která je jako štítek na obálce. Druhou částí je užitečné zatížení, které je jako dopis uvnitř obálky. Záhlaví obsahuje zdrojovou a cílovou adresu IP a některé další informace. Tyto informace se nazývají metadata a týkají se samotného paketu. Vložení dat do paketu se záhlavím je zapouzdření.

Směrování

Každý počítač v síti provádí určitý druh směrování. Vyhrazené počítače spolu komunikují, aby zjistily, kam mají posílat pakety. Tyto počítače se nazývají směrovače a komunikují pomocí směrovacích protokolů.

Na každém skoku na cestě paketu čte počítač hlavičku. Počítač vidí cílovou IP adresu a zjistí, kam má paket poslat.

ARPANET, první předchůdce internetu, byl navržen tak, aby přežil jadernou válku. Pokud by byl zničen jeden počítač, komunikace mezi všemi ostatními počítači by stále fungovala. Počítačové sítě se stále řídí stejnou konstrukcí.

Počítače, které spolu komunikují, zvládají "chytré" funkce a zjednodušují tak počítačové sítě. Chyby kontrolují koncové uzly namísto centrální autority. Udržování "chytrých" věcí na koncových počítačích nebo uzlech se řídí principem end-to-end.

Internetový protokol odesílá pakety bez zajištění jejich bezpečného doručení. Jedná se o doručování při nejlepší snaze, které je nespolehlivé. Pakety se mohou zpřeházet, ztratit, duplikovat nebo obdržet mimo pořadí. Protokoly vyšší úrovně, jako je protokol TCP (Transmission Control Protocol), zajišťují správné doručení paketů. Protokol IP je také bez spojení, takže nesleduje komunikaci.

Internetový protokol verze 4 (IPv4) používá ke kontrole chyb v záhlaví IP kontrolní součet. Každý kontrolní součet je pro kombinaci zdroj/cíl jedinečný. Směrovací uzel generuje nový kontrolní součet, když obdrží paket. Pokud se nový kontrolní součet liší od starého, směrovací uzel pozná, že paket je špatný, a zahodí jej. IPv6 předpokládá, že jiný protokol bude kontrolovat chyby a kontrolní součet vynechá. Důvodem je zlepšení výkonu.

V roce 1974 vydal Institut elektrotechnických a elektronických inženýrů článek s názvem "A Protocol for Packet Network Intercommunication". Článek popisoval způsob, jakým spolu mohou počítače komunikovat pomocí přepínání paketů. Důležitou součástí této myšlenky byl "Program řízení přenosu". Program řízení přenosu byl příliš velký, a proto se rozdělil na TCP a IP. Tento model se nyní nazývá DoD Internet Model and Internet Protocol Suite, neboli model TCP/IP.

Verze 0 až 3 protokolu IP byly experimentální a používaly se v letech 1977 až 1979.

Adresy IPv4 dojdou, protože počet možných adres je konečný. Aby to IEEE napravila, vytvořila protokol IPv6, který má ještě více adres. Zatímco IPv4 má 4,3 miliardy adres, IPv6 jich má 340 nedecilionů. To znamená, že adresy IPv6 nikdy nedojdou. Protokol IPv5 byl vyhrazen pro internetový proudový protokol, který se používal pouze experimentálně.