Сетевой уровень в Internet. IP-протокол, IP-адресация, подсети. Протоколы управления в

Internet. ARP, RARP.

Сетевой уровень в Internet

Internet представляет собой объединение подсетей, которые называются автономными системами. Автономные системы - это подсеть, охватывающая единую территорию, находящаяся под единым административным управлением и имеющая единую политику маршрутизации по отношению ко всем остальным сетям. В Internet не какой-либо регулярной, специально предусмотренной структуры подсетей. Он образован из соединения большого числа подсетей, среди которых можно выделить несколько основных backbone. На рис.5.44 показана схема соединения таких backbone. IP протокол - это то что соединяет все эти автономные системы вместе.

Подсеть в Internet реализует сервис без соединений и работает следующим образом. Транспортный уровень получает поток данных, делит их на дейтаграммы. Дейтаграммы могут быть от 64К до 1500байт. Они передаются через подсети в Internet и если надо делятся на более короткие. Когда все дейтаграммы достигают места назначения они собираются в исходные дейтаграммы на сетевом уровне и передаются на транспортный уровень где и восстанавливается исходный поток данных.

IP протокол

На рис.5.45 показан заголовок IP пакета. Он имеет обязательную часть в 20 байт и может быть расширен до 60.

· Version - указывает версию протокола.

· IHL - длина заголовка (минимум 5).

· Type of service - вид необходимого сервиса: здесь возможны различные комбинации скорости и надежности: e.g. передача голоса, аккуратная доставка строки битов, файла и т.п.

· Identification - позволяет отличать фрагменты одной и той же дейтаграммы.

· DF - признак управления фрагментацией. Если он 1, то фрагментация невозможна.

· MF - признак фрагмента дейтаграммы. Его имеют все пакеты кроме последнего.

· Fragment offset - показывает место фрагмента в исходной дейтаграмме.

· Time to live - время жизни пакета (не более 255 сек.).

· Protocol - показывает какому процессу на транспортном уровне передать собранную дейтаграмму (TCP, UDP etc.).

· Option - это поле предусмотрено для расширения возможностей протокола. Его текущие возможности показаны на рис.5.46.

IP адресация

Каждая машина в Internet имеет уникальный IP адрес. Он состоит из адреса сети и адреса машины в этой сети. На рис.5.47 показаны форматы IP адресов. Классы A позволяет адресовать до 126 сетей по 16 миллионов машин, B - 16382 сетей по 64К машин, C - 2 миллиона сетей по 256 машин, D - групповая передача. Адреса выделяет только NIC - Network Information Center. Несколько адресов, показанных рис.5.48, имеют специальное назначение. Адрес из одних 0 используется при загрузке машины.

Подсети

Все машины одной сети должны иметь одинаковый номер сети в адресе. Это приводит к целому ряду проблем. По мере роста сети приходиться менять класс адреса. Появление новых адресов приводит к проблеме модификации таблиц маршрутизации и распространению информации о новых адресах по всюду. Перенос машины из одной сети в другую с последующим изменением маршрутизации, которая происходит не сразу, и пока она не произошла, все сообщения пойдут по старому адресу.

Решением этих проблем является разделение сети на части, которые из вне видны как единое целое, но внутри каждая часть имеет свой адрес. Эти части называются посети. Подсеть - это часть сети, не видимая извне. Изменение адреса подсети или введение новой подсети не требует обращения в NIC или изменений какой-либо глобальной базы данных. На рис.5.49 показано разбиение сети класса В на подсети.

 

Есть две таблицы (сеть, 0) IP адрес и (эта_сеть, машина) IP адрес. Первая показывает как достичь интересующей сети. Вторая как достичь узел внутри сети. Когда поступает IP пакет, маршрутизатор анализирует его адрес. часть. Если этот адрес - адрес сети, то пакет передают дальше. Если это адрес его сети, то маршрутизатор направляет пакет прямо узлу (PTO). Если адреса нет в таблице, то маршрутизатор направляет пакету специально выделенному по умолчанию маршрутизатору, который должен разобраться с этим случаем. Появление подсети структура адресов меняется. Добавляется таблица (эта_сеть, подсеть,0) и (эта_сеть, эта_подсеть, машина). С помощью операции И выделяется адрес подсети с помощью маски, показанной на рис.5.49.

Протоколы управления межсетевым взаимодействием

 

В Internet кроме IP, который используется для передачи данных, есть несколько протоколов управления, используемых на сетевом уровне, такие как ICMP, ARP, RARP, BOOTP.

Internet Control Message Protocol.

Управление функционированием Internet происходит через маршрутизаторы с помощью протокола ICMP. Этот протокол выявляет и рассылает сообщения о десятках событий, наиболее важные из них показаны на рис.5.50.

Address Resolution Protocol - протокол определения адреса.

 

Хотя каждая машина в Internet имеет уникальный IP адрес и даже не один, но при передаче пакета через сеть от этого мало пользы, так как канальный уровень не понимает IP адресов. Как правило, машина подключена к ЛВС через сетевую карту, которая понимает только ЛВС адреса канального уровня, например, Ethernet адрес. Этот адрес имеет 48 разрядов. Сетевая карта знает только такие адреса и ничего об 32 разрядных IP.

Как отобразить 32 разрядный IP адрес на адреса канального уровня, например, Ethernet адрес? Для объяснения воспользуемся рис.5.51.

Когда машина 1 посылает сообщение машине 2, то через DNS (Domain Name Service - службу имен домена - это приложение мы будем рассматривать в главе 7) определяется IP адрес места назначения. Далее, для отображения IP адреса на Ethernet адрес, в подсеть посылается запрос у кого такой IP адрес. Машина с указанным адресом шлет ответ. Протокол, который реализует рассылку запросов и сбор ответов - ARP протокол. Практически каждая машина в Internet имеет этот протокол.

Теперь рассмотрим случай когда обращение идет в другую сеть. Здесь два решения - есть определенный маршрутизатор, который принимает все сообщения, адресованные определенной сети или группе адресов - proxy ARP. Этот маршрутизатор знает как найти адресуемую машину. Другое решение - выделенный маршрутизатор, который управляет маршрутизацией удаленного трафика. Машина определяет, что обращение идет в удаленную сеть и шлет сообщение на этот маршрутизатор.

Reverse Address Resolution Protocol (RARP) - обратный протокол определения адреса

 

Иногда возникает обратная проблема - известен Ethernet адрес, какой IP адрес ему соответствует. Эта проблема возникает, например, при удаленной загрузке бездисковой станции. Как эта станция определит свой и соседние IP адреса?

Он посылает запрос к RARP серверу: Мой Ethernet адрес такой то, кто знает соответствующий IP адрес? RARP сервер отлавливает такие запросы и шлет ответ.

У этого протокола есть один существенный недостаток - пакеты с одним и тем же запросов рассылаются всем, увеличивает накладные расходы. Для устранения этого недостатка был предложен протокол BOOTP. В отличии от RARP, BOOTP использует UDP сообщения, которые рассылаются только маршрутизаторам. Этот протокол также используется в бездисковых станция, у которых в памяти прошит IP адрес выделенного маршрутизатора.