TCP/IP

указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются

независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой.

IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети internet.

Если машину перемещают в другую часть сети internet, то ее IP-адрес должен

быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного

оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства.

Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее

Ethernet-адрес

4.2. Порядок преобразования адресов

В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отправляет

прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP

посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP. В

результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу

Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю

TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адресместа

назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-

таблица

4.3. Запросы и ответы протокола ARP

Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP,

по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается

преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

1) По сети передается широковещательный ARP-запрос.

2) Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все

драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают

ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: “Если ваш IP-

адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес”

Пакет ARP-запроса выглядит примерно так:

-----------------------------------------------------------

| IP-адрес отправителя 223.1.2.1 |

| Ethernet-адрес отправителя 08:00:39:00:2F:C3 |

-----------------------------------------------------------

| Искомый IP-адрес 223.1.2.2 |

| Искомый Ethernet-адрес |

-----------------------------------------------------------

Табл.2. Пример ARP-запроса

Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете

и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ

прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно

интерпретировать так: “Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то

Ethernet-адрес”. Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:

-----------------------------------------------------------

| IP-адрес отправителя 223.1.2.2 |

| Ethernet-адрес отправителя 08:00:28:00:38:A9 |

-----------------------------------------------------------

| Искомый IP-адрес 223.1.2.1 |

| Искомый Ethernet-адрес 08:00:39:00:2F:C3 |

-----------------------------------------------------------

Табл.3. Пример ARP-ответа

Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины

проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP.

Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу

Обновленная таблица выглядит следующим образом:

---------------------------------------------

| IP-адрес Ethernet-адрес |

---------------------------------------------

| 223.1.2.1 08:00:39:00:2F:C3 |

| 223.1.2.2 08:00:28:00:38:A9 |

| 223.1.2.3 08:00:5A:21:A7:22 |

| 223.1.2.4 08:00:10:99:AC:54 |

---------------------------------------------

Табл.4. ARP-таблица после обработки ответа

4.4. Продолжение преобразования адресов

Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько

миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните, ранее на

шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с использованием

обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IP-адреса в Ethernet-

адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети

Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:

1) По сети передается широковещательный ARP-запрос.

2) Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

3) Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии IP- и

Ethernet-адресов. Эта информация заносится в ARP-таблицу.

4) Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у IP-пакета,

поставленного в очередь, используется ARP-таблица.

5) Ethernet-кадр передается по сети Ethernet.

Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осуществить

преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходимая для

преобразования информация получается с помощью запросов и ответов протокола

ARP, после чего IP-пакет передается по назначению

Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не

будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты,

направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отличить

случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-

адресом

Некоторые реализации IP и ARP не ставят в очередь IP-пакеты на то время,

пока они ждут ARP-ответов. Вместо этого IP-пакет просто уничтожается, а его

восстановление возлагается на модуль TCP или прикладной процесс, работающий

через UDP. Такое восстановление выполняется с помощью таймаутов и повторных

передач. Повторная передача сообщения проходит успешно, так как первая

попытка уже вызвала заполнение ARP-таблицы

Следует отметить, что каждая машина имеет отдельную ARP-таблицу для каждого

своего сетевого интерфейса

5. Межсетевой протокол IP

Модуль IP является базовым элементом технологии internet, а центральной

частью IP является его таблица маршрутов. Протокол IP использует эту

таблицу при принятии всех решений о маршрутизации IP-пакетов. Содержание

таблицы маршрутов определяется администратором сети. Ошибки при установке

маршрутов могут заблокировать передачи

Чтобы понять технику межсетевого взаимодействия, нужно понять то, как

используется таблица маршрутов. Это понимание необходимо для успешного

администрирования и сопровождения IP-сетей

5.1. Прямая маршрутизация

На рис 6 показана небольшая IP-сеть, состоящая из 3 машин: A, B и C

Каждая машина имеет такой же стек протоколов TCP/IP как на рис 1. Каждый

сетевой адаптер этих машин имеет свой Ethernet-адрес. Менеджер сети должен

присвоить машинам уникальные IP-адреса

A B C

| | |

--------------о------о------о------

Ethernet 1

IP-сеть “development”

Рис.6. Простая IP-сеть

Когда A посылает IP-пакет B, то заголовок IP-пакета содержит в поле

отправителя IP-адрес узла A, а заголовок Ethernet-кадра содержит в поле

отправителя Ethernet-адрес A. Кроме этого, IP-заголовок содержит в поле

получателя IP-адрес узла B, а Ethernet-заголовок содержит в поле получателя

Ethernet-адрес B

-----------------------------------------------------

| адрес отправитель получатель |

-----------------------------------------------------

| IP-заголовок A B |

| Ethernet-заголовок A B |

-----------------------------------------------------

Табл.5. Адреса в Ethernet-кадре, передающем IP-пакет от A к B

В этом простом примере протокол IP является излишеством, которое мало что

добавляет к услугам, предоставляемым сетью Ethernet. Однако протокол IP

требует дополнительных расходов на создание, передачу и обработку IP-

заголовка. Когда в машине B модуль IP получает IP-пакет от машины A, он

сопоставляет IP-адрес места назначения со своим и, если адреса совпадают,

то передает датаграмму протоколу верхнего уровня

В данном случае при взаимодействии A с B используется прямая маршрутизация

5.2. Косвенная маршрутизация

На рис 7 представлена более реалистичная картина сети internet. В данном

случае сеть internet состоит из трех сетей Ethernet, на базе которых

работают три IP-сети, объединенные шлюзом D. Каждая IP-сеть включает четыре

машины; каждая машина имеет свои собственные IP- и Ethernet-адреса

----- D -------

A B C | | | E F G

| | | | | | | | |

----о-----о-----о-----о-- | --о-----о-----о-----о---

Ethernet 1 | Ethernet 2

IP-сеть “development” | IP-сеть “accounting”

|

| H I J

| | | |

о----о-----о-----о----------

Ethernet 3 IP-сеть “fuctory”

Рис.7. Сеть internet, состоящая из трех IP-сетей

За исключением D все машины имеют стек протоколов, аналогичный показанному

на рис 1. Шлюз D соединяет все три сети и, следовательно, имеет три IP-

адреса и три Ethernet-адреса. Машина D имеет стек протоколов TCP/IP,

похожий на тот, что показан на рис 3, но вместо двух модулей ARP и двух

драйверов, он содержит три модуля ARP и три драйвера Ethernet. Обратим

внимание на то, что машина D имеет только один модуль IP

Менеджер сети присваивает каждой сети Ethernet уникальный номер, называемый

IP-номером сети. На рис 7 IP-номера не показаны, вместо них используются

имена сетей

Когда машина A посылает IP-пакет машине B, то процесс передачи идет в

пределах одной сети. При всех взаимодействиях между машинами, подключенными

к одной IP-сети, используется прямая маршрутизация, обсуждавшаяся в

предыдущем примере

Когда машина D взаимодействует с машиной A, то это прямое взаимодействие.

Когда машина D взаимодействует с машиной E, то это прямое взаимодействие.

Когда машина D взаимодействует с машиной H, то это прямое взаимодействие.

Это так, поскольку каждая пара этих машин принадлежит одной IP-сети

Однако, когда машина A взаимодействует с машинами, включенными в другую IP-

сеть, то взаимодействие уже не будет прямым. Машина A должна использовать

шлюз D для ретрансляции IP-пакетов в другую IP-сеть. Такое взаимодействие

называется “косвенным”

Маршрутизация IP-пакетов выполняется модулями IP и является прозрачной для

модулей TCP, UDP и прикладных процессов

Если машина A посылает машине E IP-пакет, то IP-адрес и Ethernet-адрес

отправителя соответствуют адресам A. IP-адрес места назначения является

адресом E, но поскольку модуль IP в A посылает IP-пакет через D, Ethernet-

адрес места назначения является адресом D

----------------------------------------------------

| адрес отправитель получатель |

----------------------------------------------------

| IP-заголовок A E |

| Ethernet-заголовок A D |

----------------------------------------------------

Табл.6. Адреса в Ethernet-кадре, содержащем IP-пакет от A к E (до шлюза D)

Модуль IP в машине D получает IP-пакет и проверяет IP-адрес места

назначения. Определив, что это не его IP-адрес, шлюз D посылает этот IP-

пакет прямо к E

----------------------------------------------------

| адрес отправитель получатель |

----------------------------------------------------

| IP-заголовок A E |

| Ethernet-заголовок D E |

----------------------------------------------------

Табл.7. Адреса в Ethernet-кадре, содержащем IP-пакет от A к E (после шлюз

D)

Итак, при прямой маршрутизации IP- и Ethernet-адреса отправителя

соответствуют адресам того узла, который послал IP-пакет, а IP- и Ethernet-

адреса места назначения соответствуют адресам получателя. При косвенной

маршрутизации IP- и Ethernet-адреса не образуют таких пар

В данном примере сеть internet является очень простой. Реальные сети могут

быть гораздо сложнее, так как могут содержать несколько шлюзов и несколько

типов физических сред передачи. В приведенном примере несколько сетей

Ethernet объединяются шлюзом для того, чтобы локализовать широковещательный

трафик в каждой сети

5.3. Правила маршрутизации в модуле IP

Выше мы показали, что происходит при передаче сообщений, а теперь

рассмотрим правила или алгоритм маршрутизации

Для отправляемых IP-пакетов, поступающих от модулей верхнего уровня, модуль

IP должен определить способ доставки - прямой или косвенный - и выбрать

сетевой интерфейс. Этот выбор делается на основании результатов поиска в

таблице маршрутов

Для принимаемых IP-пакетов, поступающих от сетевых драйверов, модуль IP

должен решить, нужно ли ретранслировать IP-пакет по другой сети или

передать его на верхний уровень. Если модуль IP решит, что IP-пакет должен

быть ретранслирован, то дальнейшая работа с ним осуществляется также, как с

отправляемыми IP-пакетами

Входящий IP-пакет никогда не ретранслируется через тот же сетевой

интерфейс, через который он был принят

Решение о маршрутизации принимается до того, как IP-пакет передается

сетевому драйверу, и до того, как происходит обращение к ARP-таблице

5.4. IP-адрес

Менеджер сети присваивает IP-адреса машинам в соответствии с тем, к каким

IP-сетям они подключены. Старшие биты 4-х байтного IP-адреса определяют

номер IP-сети. Оставшаяся часть IP-адреса - номер узла (хост-номер). Для

машины из табл.. 1 с IP-адресом 223.1.2.1 сетевой номер равен 223.1.2, а

хост-номер - 1. Напомним, что IP-адрес узла идентифицирует точку доступа

модуля IP к сетевому интерфейсу, а не всю машину

Существуют 5 классов IP-адресов, отличающиеся количеством бит в сетевом

номере и хост-номере. Класс адреса определяется значением его первого

октета

В табл. 8 приведено соответствие классов адресов значениям первого октета и

указано количество возможных IP-адресов каждого класса

0 8 16 24 31

---------------------------------------------------

Класс A |0| номер сети | номер узла |

---------------------------------------------------

---------------------------------------------------

Класс B |10| номер сети | номер узла |

---------------------------------------------------

---------------------------------------------------

Класс C |110| номер сети | номер узла |

---------------------------------------------------

---------------------------------------------------

Класс D |1110| групповой адрес |

---------------------------------------------------

---------------------------------------------------

Класс E |11110| зарезервировано |

---------------------------------------------------

Рис.8. Структура IP-адресов

-------------------------------------------------------

| Класс Диапазон значений Возможное Возможное |

| первого октета кол-во сетей кол-во узлов |

-------------------------------------------------------

| A 1 - 126 126 16777214 |

| B 128-191 16382 65534 |

| C 192-223 2097150 254 |

| D 224-239 - 2**28 |

| E 240-247 - 2**27 |

-------------------------------------------------------

Табл.8. Характеристики классов адресов

Адреса класса A предназначены для использования в больших сетях общего

пользования. Они допускают большое количество номеров узлов. Адреса класса

B используются в сетях среднего размера, например, сетях университетов и

крупных компаний. Адреса класса C используются в сетях с небольшим числом

компьютеров. Адреса класса D используются при обращениях к группам машин, а

адреса класса E зарезервированы на будущее

Некоторые IP-адреса являются выделенными и трактуются по-особому

------------------------------

| все нули | Данный узел

------------------------------

------------------------------

| номер сети | все нули | Данная IP-сеть

------------------------------

------------------------------

| все нули | номер узла | Узел в данной (локальной) IP-сети

------------------------------

------------------------------

| все единицы | Все узлы в данной (локальной) IP-сети

------------------------------

------------------------------

| номер сети | все единицы | Все узлы в указанной IP-сети

------------------------------

------------------------------

| 127 | что-нибудь (часто 1) | “Петля”

------------------------------

Рис.9. Выделенные IP-адреса

Как показано на рис 9, в выделенных IP-адресах все нули соответствуют либо

данному узлу, либо данной IP-сети, а IP-адреса, состоящие из всех единиц,

используются при широковещательных передачах. Для ссылок на всю IP-сеть в

целом используется IP-адрес с нулевым номером узла. Особый смысл имеет IP-

адрес, первый октет которого равен 127. Он используется для тестирования

программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Когда

программа посылает данные по IP-адресу 127.0.0.1, то образуется как бы

Страницы: 1, 2, 3, 4