ВЫПОЛНИТЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №1

«Изучение работы сети Ethernet и влияние факторов ее загрузки (работа с моделирующей программой)».

ТЕМА 3. СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ В СЕТИ ИНТЕРНЕТ:
ПРОТОКОЛЫ ARP И IP

В РЕЗУЛЬТАТЕ УСПЕШНОГО ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ВЫ

Узнаете:

· назначение сетевого уровня;

· подключение и маршрутизация;

· IP-протокол. Алгоритм доставки пакетов;

· протокол преобразования ARP.

Приобретете следующие компетенции:

· навыки соединения двух или более сетей;

· умение найти наиболее эффективный маршрут движения информации;

· умение использовать маршрутизаторы.

В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ ТЕМЫ

АКЦЕНТИРУЙТЕ ВНИМАНИЕ

НА СЛЕДУЮЩИХ ПОНЯТИЯХ

· Маршрутизатор – комплекс программных и/или аппаратных средств, обеспечивающий соединение двух или более сетей и определяющий наиболее эффективный маршрут движения информации. Маршрутизаторы в Интернете часто называют шлюзами IP.

· Хост – IP-адрес пользователя.

· алгоритм маршрутизации – алгоритм, по которому формируются таблицы маршрутизации.

· Датаграмма (datagram) – пакет, передаваемый через сеть без предварительной организации пути его следования и независимо от других пакетов.

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ПРОЧИТАЙТЕ

1. Акимов С.В. Технологии Internet / Intranet в почтовой связи: учебное пособие / СПбГУТ. СПб, 2005. Глава 6 – Маршрутизация.

2. учебное пособие Д.В. Иртегов «Введение в сетевые технологии». – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 560 с.: ил. Глава 8 – Маршрутизация.

3. http://www.citforum.ru – Сети – Сетевые технологии – Учебные пособия и обзоры – Телекоммуникационные технологии – 4.4.11 Протоколы маршрутизации (обзор, таблицы маршрутизации, вектор расстояния).

4. Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ) – 4.4 Интернет. Раздел 4.4.1 IP-протокол.

5. Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ) – 4.4 Интернет. Раздел 4.4.6 Протокол преобразования адресов ARP.

6. http://www.franko.lviv.ua/book/tcpip/ip.htm

7. http://rpm.narod.ru/protocols/tcpip.htm

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ПО ТЕМЕ

Протокол преобразования адресов ARP

Любое устройство, подключенное к локальной сети (Ethernet, FDDI и т.д.), имеет уникальный физический сетевой адрес, заданный аппаратным образом. 6-байтовый Ethernet-адрес выбирает изготовитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Если у машины меняется сетевой адаптер, то меняется и ее Ethernet-адрес. 4-байтовый IP-адрес задает менеджер сети с учетом положения машины в сети Интернет. Если машина перемещается в другую часть сети Интернет, то ее IP-адрес должен быть изменен.

Преобразование IP-адресов в сетевые выполняется с помощью ARP-таблицы. Каждая машина сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера.

Протокол ARP (address resolution protocol, RFC-826) решает именно эту проблему – преобразует ARP- в Ethernet-адреса.

Для понимания процесса рассмотрим процедуру преобразования адресов при отправлении сообщения.

Прикладная программа одной ЭВМ отправляет сообщение другой. Прикладной программе IP-адрес места назначения обычно известен. Для определения Ethernet-адреса просматривается ARP-таблица. Если для требуемого IP-адреса в ней присутствует Ethernet-адрес, то формируется и посылается соответствующий пакет. Если же с помощью ARP-таблицы не удается преобразовать адрес, то выполняется следующее:

1. Всем машинам в сети посылается пакет с ARP-запросом (с широковещательным Ethernet-адресом места назначения).

2. Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждая машина, принявшая ARP-запрос, в своем ARP-модуле сравнивает собственный IP-адрес с IP-адресом в запросе. Если IP-адрес совпал, то прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса посылается ответ, содержащий как IP-адрес ответившей машины, так и ее Ethernet-адрес. После получения ответа на свой ARP-запрос машина имеет требуемую информацию о соответствии IP и Ethernet-адресов, формирует соответствующий элемент ARP-таблицы и отправляет IP-пакет, ранее поставленный в очередь. Если же в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблицу. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, предназначенные для отправки по этому адресу.

Функционально, ARP делится на две части. Одна определяет физический адрес при посылке пакета, другая отвечает на запросы других машин. ARP-таблицы имеют динамический характер, каждая запись в ней «живет» определенное время, после чего удаляется. Менеджер сети может осуществить запись в ARP-таблицу, которая там будет храниться неограниченное время. ARP-пакеты вкладываются непосредственно в ethernet-кадры. Формат ARP-пакета показан на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Формат ARP-пакета

ARP-запросы могут решать и другие задачи. Например, при загрузке сетевого обеспечения ЭВМ можно выяснить, не присвоен ли идентичный IP-адрес какому-то еще объекту в сети. При смене физического интерфейса запрос может инициировать смену записи в ARP-таблице.

В рамках протокола ARP возможны самообращенные запросы (gratuitous ARP). При таком запросе инициатор формирует пакет, где в качестве IP используется его собственный адрес. Это бывает нужно, когда осуществляется стартовая конфигурация сетевого интерфейса. В таком запросе IP-адреса отправителя и получателя совпадают.

Самообращенный запрос позволяет ЭВМ решить следующие проблемы. Во-первых, определить, нет ли в сети объекта, имеющего тот же IР-адрес. (Если на такой запрос придет отклик, то ЭВМ выдаст на консоль сообщение Dublicate IP address sent from Ethernet address< ...>.) Во-вторых, в случае смены сетевой карты производится корректировка записи в АRP-таблицах ЭВМ, которые содержали старый МАС-адрес инициатора. Машина, получающая ARP-запрос c адресом, который содержится в ее таблице, должна обновить эту запись.

Вторая особенность такого запроса позволяет резервному файловому серверу заменить основной, послав самообращенный запрос со своим МАС-адресом, но с IP вышедшего из строя сервера. Этот запрос вынудит перенаправление кадров, адресованных основному серверу, на резервный. Клиенты сервера при этом могут и не знать о выходе основного сервера из строя.

Межсетевой протокол IP

Протокол IP является самым главным во всей иерархии протоколов семейства TCP/IP. Именно он используется для управления рассылкой TCP/IP пакетов по сети Internet. Среди различных функций, возложенных на IP, обычно выделяют следующие:

а) определение пакета, который является базовым понятием и единицей передачи данных в сети Internet. Многие зарубежные авторы называют такой IP-пакет датаграммой;

б) определение адресной схемы, которая используется в сети Internet;

в) передача данных между канальным уровнем (уровнем доступа к сети) и транспортным уровнем (другими словами. мультиплексирование транспортных датаграмм во фреймы канального уровня);

г) маршрутизация пакетов по сети, т.е. передача пакетов от одного шлюза к другому с целью передачи пакета машине-получателю;

д) «нарезка» и сборка из фрагментов пакетов транспортного уровня.

Главными особенностями протокола IP является отсутствие ориентации на физическое или виртуальное соединение. Это значит, что прежде, чем послать пакет в сеть, модуль операционной системы, реализующий IP, не проверяет возможность установки соединения, т.е. никакой управляющей информации, кроме той, что содержится в самом IP-пакете, по сети не передается. Кроме этого, IP не заботится о проверке целостности информации в поле данных пакета, что заставляет отнести его к протоколам ненадежной доставки. Целостность данных проверяется протоколами транспортного уровня (TCP) или протоколами приложений.

Таким образом, вся информация о пути, по которому должен пройти пакет, берется из самой сети в момент прохождения пакета. Принцип маршрутизации является одним из тех факторов, который обеспечил гибкость сети Internet. Для успешного администрирования и сопровождения IP-сетей необходимо понимание использования таблицы маршрутов и техники межсетевого взаимодействия.