Файл: Учебнометодический комплекс по учебной дисциплине компьютерные системы и сети для специальности 1 40 01 01 Программное обеспечение информационных технологий.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 1063
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
DHCP, ARP, RARP, ICMP которые являются вспомогательными или сопутствующими протоколами стека протоколов TCP/IP и протоколы OSPF, RIP которые относятся к протоколам динамической маршрутизации. Для облегчения работы администраторов и был создан протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Протокол DHCP работает в соответствии с моделью клиент-сервер. Во время старта системы компьютер, являющийся DHCP-клиентом, посылает в
69 сеть широковещательный запрос на получение IP-адреса. DHCP-сервер откликается и посылает сообщение-ответ, содержащее IP-адрес и некоторые другие конфигурационные параметры.
Хотя основным назначением DHCP является динамическое назначение
IP-адресов, но данный протокол может поддерживать ручное назначение адресов.
При этом сервер DHCP может работать в разных режимах:
1) ручное назначение статических адресов;
2) автоматическое назначение статических адресов;
3) автоматическое распределение динамических адресов.
Во всех режимах работы администратор при конфигурировании DHCP- сервера сообщает ему один или несколько диапазонов IP-адресов, причем все эти адреса относятся к одной сети, то есть имеют одно и то же значение в поле номера сети.
1) В ручном режиме администратор, помимо пула доступных адресов, снабжает DHCP-сервер информацией о жестком соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентских узлов. DHCP- сервер, пользуясь этой информацией, всегда выдает определенному DHCP- клиенту один и тот же назначенный ему администратором IP-адрес (а также набор других конфигурационных параметров.
2) В режиме автоматического назначения статических адресов DHCP сервер самостоятельно без вмешательства администратора произвольным образом выбирает клиенту IP-адрес из пула наличных IP-адресов. Адрес дается клиенту из пула в постоянное пользование, то есть между идентифицирующей информацией клиента и его IP-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первого назначения DHCP-сервером IP-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает клиенту тот же самый IP-адрес.
3) При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, называемое сроком аренды. Когда компьютер, DHCP-клиент, удаляется из подсети, назначенный ему IP-адрес автоматически освобождается. Когда компьютер подключается к другой подсети, то ему автоматически назначается новый адрес.
Администратор управляет процессом конфигурирования сети, определяя два основных параметра конфигурации DHCP-сервера: пул адресов, доступных распределению, и срок аренды. Срок аренды диктует, как долго компьютер может использовать назначенный IP-адрес, перед тем как снова запросить его от DHCP-сервера. Срок аренды зависит от режима работы
70 пользователей сети. Если это небольшая сеть учебного заведения, куда со своими компьютерами приходят многочисленные студенты для выполнения лабораторных работ, то срок аренды может быть равен длительности лабораторной работы. Если же это корпоративная сеть, в которой сотрудники предприятия работают на регулярной основе, то срок аренды может быть достаточно длительным — несколько дней или даже недель.
Рисунок 3.6. – Схемы взаимного расположение серверов и клиентов
DHCP
DHCP-сервер должен находиться в одной подсети с клиентами, учитывая, что клиенты посылают ему широковещательные запросы. Для снижения риска выхода сети из строя из-за отказа DHCP-сервера в сети иногда ставят резервный DHCP-сервер.
Когда обращаемся к ресурсу в локальной сети или же ресурсу за её пределами, вводим сетевой адрес, срабатывает протокол ARP (Address
Resolution Protocol), задача которого – преобразовать IP адрес в адрес локальной сети (для технологий Ethernet, Toking Ring, FDDI – это MAC адрес).
В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- сервер
DHCP- сервер
71
Узел (компьютер, маршрутизатор и др.), которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес (на MAC адрес), формирует ARP запрос (рис. 3.7), вкладывает его в кадр протокола канального уровня (рис.
3.8), указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.
Рисунок 3.7. – Формат пакета протокола ARP стека TCP/IP и канального
Ethernet
Рисунок 3.8. – Инкапсуляция сообщений ARP в кадр Ethernet
Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP- ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета. Так как локальные адреса могут в различных типах сетей иметь различную длину, то формат пакета протокола ARP зависит от типа сети. На рисунке 14.3 показан формат пакета протокола ARP для передачи по сети
Ethernet.
В поле типа сети для сетей Ethernet указывается значение 1. Поле типа протокола позволяет использовать пакеты ARP не только для протокола IP, но и для других сетевых протоколов. Для IP значение этого поля равно 0х0800.
0
Тип протокола
Тип сети
Длина локального адреса
Длина сетевого адреса
Операция
Локальный адрес отправителя
(байты 0-3)
Локальный адрес отправителя
(байты 4-5)
IP-адрес отправителя
(байты 0-1)
IP-адрес отправителя
(байты 2-3)
Искомый локальный адрес
(байты 0-1)
Искомый локальный адрес
(байты 2-5)
Искомый IP-адрес
(байты 0-3)
8 16 31
DA
SA
T/L
DATA (ARP)
FCS
ARP – Запрос / ARP - ответ
Кадр Ethernet
72
Длина локального адреса для протокола Ethernet равна 6 байтам, а длина
IPадреса - 4 байтам. В поле операции для ARP запросов указывается значение
1 для протокола ARP и 2 для протокола RARP.
Узел, отправляющий ARP-запрос, заполняет в пакете все поля, кроме поля искомого локального адреса (для ARP-запроса не указывается искомый
IPадрес). Значение этого поля заполняется узлом, опознавшим свой IP-адрес.
RARP (Reverse Address Resolution Protocol — обратный протокол преобразования адресов) — протокол третьего (сетевого) уровня модели OSI
— выполняет обратное отображение адресов, то есть преобразует аппаратный
(MAC) адрес в IP-адрес. Протокол применяется во время загрузки узла
(например, компьютера), когда он посылает групповое сообщение-запрос со своим физическим адресом. Сервер принимает это сообщение и просматривает свои таблицы (либо перенаправляет запрос куда-либо еще) в поисках соответствующего физическому IP-адреса. После обнаружения найденный адрес отсылается обратно на запросивший его узел. Другие станции также могут "слышать" этот диалог и локально сохранить эту информацию в своих ARPтаблицах. RARP позволяет разделять IP-адреса между не часто используемыми хост-узлами. После использования каким- либо узлом IP-адреса он может быть освобожден и выдан другому узлу. RARP используется, например, при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент времени своего IPадреса, но знающих МАС-адрес своего сетевого адаптера.
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control
Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми маршрутизатор столкнулся при передаче какого-либо
IP-пакета от данного конечного узла. Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов. Протокол
ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок.
Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются. Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения
73
ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.
Помимо диагностики ICMP также используется для мониторинга сети.
Так, в основе популярных утилит для мониторинга IP-сетей ping и tracert лежат
ICMPсообщения. С помощью ICMP-сообщений приложение может определить маршрут перемещения данных, оценить работоспособность сети, определить время прохождения данных до заданного узла, сделать запрос о значении маски определенного сетевого интерфейса и т. п.
Все типы ICMP-сообщений могут быть разделены на два класса:
• диагностические сообщения об ошибках;
• информационные сообщения типа запрос/ответ.
ICMP-сообщение инкапсулируется в поле данных IP-пакета
Рисунок 3.9. – Инкапсуляция и формат ICMP-сообщения
Заголовок ICMP состоит из 8 байт; поля заголовка перечислены ниже.
Тип (размером 1 байт) содержит код, определяющий тип сообщения.
Код (размером 1 байт) более тонко дифференцирует тип ошибки.
Контрольная сумма, подсчитанная для всего ICMP-сообщения, занимает 2 байта.
Поле из 4 байт:
1) В сообщениях типа запрос/ответ это поле содержит 2-байтовые подполя идентификатора и порядкового номера. Числа из этих подполей дублируются из сообщения-запроса в сообщение-ответ. Идентификатор позволяет узлу-получателю сообщения определить, какому приложению направлен этот ответ, а порядковый номер используется приложением, чтобы связать ответ с соответствующим запросом (учитывая, что одно приложение может выдать несколько однотипных запросов).
2) В сообщениях об ошибке это поле не используется и заполняется нулями.
Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно- векторном алгоритме, является протокол RIP (Routing Information Protocol).
Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.
Заголовок
IP-пакета
Тип
Код
Контрольная сумма
Зависит от типа и кода
Заголовок ICMP (8 байт)
ICMP-сообщение
Зависит от типа и кода
20 байт
1 байт
1 байт
2 байт
4 байт
74
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации.
Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.
Маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.
Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.
Протокол RIP относится к группе протоколов с дистанционно- векторным алгоритмом (DVA).
Для IP имеются две версии RIP — RIP v1 и RIP v2. Протокол RIP v1 не поддерживает масок. Протокол RIP v2 передает информацию о масках сетей, поэтому он в большей степени соответствует требованиям сегодняшнего дня.
Таблица 3.1. Таблица маршрутизации протокола RIP
Сеть
Следующий переход
Метрика
Таймеры
Флаги
153.19.88.0
Route “A”
2 30-180-240 198.63.35.0
Route “B”
6 30-180-240 153.19.89.0
Route “C”
1 30-180-240
Поля таблицы:
Сеть: адрес сети назначения.
Следующий переход: IP-адрес маршрутизатора, который является следующим звеном при перемещении к адресату.
Метрика/Стоимость: Метрика маршрутизации ─ параметр критерий, по которому определяется наиболее предпочтительный маршрут.
Таймер ─ поле на самом деле представляет три разных таймера, используемых RIP. Таймер обновления маршрутов (routing update timer) указывает интервал между обновлениями. Обычно RIP отсылает копию своей таблицы маршрутов каждые 30 секунд.
Второй таймер – это тайм-аут для маршрута-таймера удержания (route
timeout). Если от какой-то конкретной сети обновление маршрутов не получено в течение 180 секунд, то маршрут помечается как недостижимый.
Последний таймер – это таймер удаления маршрута (route removal timer).
Флаги: в поле хранятся различные необязательные данные (RIP
75 используется нечасто).
Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.
OSPF имеет следующие преимущества:
• Высокая скорость сходимости по сравнению с дистанционно- векторными протоколами маршрутизации;
• Поддержка сетевых масок переменной длины (VLSM);
• Оптимальное использование пропускной способности с построением дерева кратчайших путей.
Принцип работы заключается в следующем:
1. После включения маршрутизаторов протокол ищет непосредственно подключенных соседей и устанавливает с ними «дружеские» отношения.
2. Затем они обмениваются друг с другом информацией о подключенных и доступных им сетях. То есть они строят карту сети (топологию сети). Данная карта одинакова на всех маршрутизаторах.
3. На основе полученной информации запускается алгоритм SPF (Shortest
Path First, «выбор наилучшего пути»), который рассчитывает оптимальный маршрут к каждой сети. Данный процесс похож на построение дерева, корнем которого является сам маршрутизатор, а ветвями — пути к доступным сетям.
Данный процесс, то есть конвергенция, происходит очень быстро.
3.3. Глобальные сети и перспективные сетевые технологии
Под коммутацией понимается технология выбора направления и организация передачи данных в сетях, имеющих несколько альтернативных маршрутов, по которым может производиться обмен информацией между двумя узлами.
Существуют три принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:
- коммутация каналов (circuit switching);
- коммутация пакетов (packet switching);
- коммутация сообщений (message switching).
Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку - на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.
В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем
76
(по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается.
Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, измеряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated) или арендуемых (leased) каналов.
Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются: телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP.
Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.
В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используются две техники:
• техника частотного мультиплексирования (Frequency Division
Multiplexing, FDM);
• техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division
Multiplexing, TDM).
Сети с коммутацией каналов обладают несколькими важными общими свойствами независимо от того, какой тип мультиплексирования в них используется.
Сети с динамической коммутацией требуют предварительную процедуру установления соединения между абонентами. Для этого в сеть передается адрес вызываемого абонента, который проходит через коммутаторы и настраивает их на последующую передачу данных. Запрос на установление соединения маршрутизируется от одного коммутатора к другому и в конце концов достигает вызываемого абонента.
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину,
69 сеть широковещательный запрос на получение IP-адреса. DHCP-сервер откликается и посылает сообщение-ответ, содержащее IP-адрес и некоторые другие конфигурационные параметры.
Хотя основным назначением DHCP является динамическое назначение
IP-адресов, но данный протокол может поддерживать ручное назначение адресов.
При этом сервер DHCP может работать в разных режимах:
1) ручное назначение статических адресов;
2) автоматическое назначение статических адресов;
3) автоматическое распределение динамических адресов.
Во всех режимах работы администратор при конфигурировании DHCP- сервера сообщает ему один или несколько диапазонов IP-адресов, причем все эти адреса относятся к одной сети, то есть имеют одно и то же значение в поле номера сети.
1) В ручном режиме администратор, помимо пула доступных адресов, снабжает DHCP-сервер информацией о жестком соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентских узлов. DHCP- сервер, пользуясь этой информацией, всегда выдает определенному DHCP- клиенту один и тот же назначенный ему администратором IP-адрес (а также набор других конфигурационных параметров.
2) В режиме автоматического назначения статических адресов DHCP сервер самостоятельно без вмешательства администратора произвольным образом выбирает клиенту IP-адрес из пула наличных IP-адресов. Адрес дается клиенту из пула в постоянное пользование, то есть между идентифицирующей информацией клиента и его IP-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первого назначения DHCP-сервером IP-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает клиенту тот же самый IP-адрес.
3) При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, называемое сроком аренды. Когда компьютер, DHCP-клиент, удаляется из подсети, назначенный ему IP-адрес автоматически освобождается. Когда компьютер подключается к другой подсети, то ему автоматически назначается новый адрес.
Администратор управляет процессом конфигурирования сети, определяя два основных параметра конфигурации DHCP-сервера: пул адресов, доступных распределению, и срок аренды. Срок аренды диктует, как долго компьютер может использовать назначенный IP-адрес, перед тем как снова запросить его от DHCP-сервера. Срок аренды зависит от режима работы
70 пользователей сети. Если это небольшая сеть учебного заведения, куда со своими компьютерами приходят многочисленные студенты для выполнения лабораторных работ, то срок аренды может быть равен длительности лабораторной работы. Если же это корпоративная сеть, в которой сотрудники предприятия работают на регулярной основе, то срок аренды может быть достаточно длительным — несколько дней или даже недель.
Рисунок 3.6. – Схемы взаимного расположение серверов и клиентов
DHCP
DHCP-сервер должен находиться в одной подсети с клиентами, учитывая, что клиенты посылают ему широковещательные запросы. Для снижения риска выхода сети из строя из-за отказа DHCP-сервера в сети иногда ставят резервный DHCP-сервер.
Когда обращаемся к ресурсу в локальной сети или же ресурсу за её пределами, вводим сетевой адрес, срабатывает протокол ARP (Address
Resolution Protocol), задача которого – преобразовать IP адрес в адрес локальной сети (для технологий Ethernet, Toking Ring, FDDI – это MAC адрес).
В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- клиент
DHCP- сервер
DHCP- сервер
71
Узел (компьютер, маршрутизатор и др.), которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес (на MAC адрес), формирует ARP запрос (рис. 3.7), вкладывает его в кадр протокола канального уровня (рис.
3.8), указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.
Рисунок 3.7. – Формат пакета протокола ARP стека TCP/IP и канального
Ethernet
Рисунок 3.8. – Инкапсуляция сообщений ARP в кадр Ethernet
Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP- ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета. Так как локальные адреса могут в различных типах сетей иметь различную длину, то формат пакета протокола ARP зависит от типа сети. На рисунке 14.3 показан формат пакета протокола ARP для передачи по сети
Ethernet.
В поле типа сети для сетей Ethernet указывается значение 1. Поле типа протокола позволяет использовать пакеты ARP не только для протокола IP, но и для других сетевых протоколов. Для IP значение этого поля равно 0х0800.
0
Тип протокола
Тип сети
Длина локального адреса
Длина сетевого адреса
Операция
Локальный адрес отправителя
(байты 0-3)
Локальный адрес отправителя
(байты 4-5)
IP-адрес отправителя
(байты 0-1)
IP-адрес отправителя
(байты 2-3)
Искомый локальный адрес
(байты 0-1)
Искомый локальный адрес
(байты 2-5)
Искомый IP-адрес
(байты 0-3)
8 16 31
DA
SA
T/L
DATA (ARP)
FCS
ARP – Запрос / ARP - ответ
Кадр Ethernet
72
Длина локального адреса для протокола Ethernet равна 6 байтам, а длина
IPадреса - 4 байтам. В поле операции для ARP запросов указывается значение
1 для протокола ARP и 2 для протокола RARP.
Узел, отправляющий ARP-запрос, заполняет в пакете все поля, кроме поля искомого локального адреса (для ARP-запроса не указывается искомый
IPадрес). Значение этого поля заполняется узлом, опознавшим свой IP-адрес.
RARP (Reverse Address Resolution Protocol — обратный протокол преобразования адресов) — протокол третьего (сетевого) уровня модели OSI
— выполняет обратное отображение адресов, то есть преобразует аппаратный
(MAC) адрес в IP-адрес. Протокол применяется во время загрузки узла
(например, компьютера), когда он посылает групповое сообщение-запрос со своим физическим адресом. Сервер принимает это сообщение и просматривает свои таблицы (либо перенаправляет запрос куда-либо еще) в поисках соответствующего физическому IP-адреса. После обнаружения найденный адрес отсылается обратно на запросивший его узел. Другие станции также могут "слышать" этот диалог и локально сохранить эту информацию в своих ARPтаблицах. RARP позволяет разделять IP-адреса между не часто используемыми хост-узлами. После использования каким- либо узлом IP-адреса он может быть освобожден и выдан другому узлу. RARP используется, например, при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент времени своего IPадреса, но знающих МАС-адрес своего сетевого адаптера.
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control
Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми маршрутизатор столкнулся при передаче какого-либо
IP-пакета от данного конечного узла. Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов. Протокол
ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок.
Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются. Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения
73
ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.
Помимо диагностики ICMP также используется для мониторинга сети.
Так, в основе популярных утилит для мониторинга IP-сетей ping и tracert лежат
ICMPсообщения. С помощью ICMP-сообщений приложение может определить маршрут перемещения данных, оценить работоспособность сети, определить время прохождения данных до заданного узла, сделать запрос о значении маски определенного сетевого интерфейса и т. п.
Все типы ICMP-сообщений могут быть разделены на два класса:
• диагностические сообщения об ошибках;
• информационные сообщения типа запрос/ответ.
ICMP-сообщение инкапсулируется в поле данных IP-пакета
Рисунок 3.9. – Инкапсуляция и формат ICMP-сообщения
Заголовок ICMP состоит из 8 байт; поля заголовка перечислены ниже.
Тип (размером 1 байт) содержит код, определяющий тип сообщения.
Код (размером 1 байт) более тонко дифференцирует тип ошибки.
Контрольная сумма, подсчитанная для всего ICMP-сообщения, занимает 2 байта.
Поле из 4 байт:
1) В сообщениях типа запрос/ответ это поле содержит 2-байтовые подполя идентификатора и порядкового номера. Числа из этих подполей дублируются из сообщения-запроса в сообщение-ответ. Идентификатор позволяет узлу-получателю сообщения определить, какому приложению направлен этот ответ, а порядковый номер используется приложением, чтобы связать ответ с соответствующим запросом (учитывая, что одно приложение может выдать несколько однотипных запросов).
2) В сообщениях об ошибке это поле не используется и заполняется нулями.
Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно- векторном алгоритме, является протокол RIP (Routing Information Protocol).
Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.
Заголовок
IP-пакета
Тип
Код
Контрольная сумма
Зависит от типа и кода
Заголовок ICMP (8 байт)
ICMP-сообщение
Зависит от типа и кода
20 байт
1 байт
1 байт
2 байт
4 байт
74
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации.
Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.
Маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.
Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.
Протокол RIP относится к группе протоколов с дистанционно- векторным алгоритмом (DVA).
Для IP имеются две версии RIP — RIP v1 и RIP v2. Протокол RIP v1 не поддерживает масок. Протокол RIP v2 передает информацию о масках сетей, поэтому он в большей степени соответствует требованиям сегодняшнего дня.
Таблица 3.1. Таблица маршрутизации протокола RIP
Сеть
Следующий переход
Метрика
Таймеры
Флаги
153.19.88.0
Route “A”
2 30-180-240 198.63.35.0
Route “B”
6 30-180-240 153.19.89.0
Route “C”
1 30-180-240
Поля таблицы:
Сеть: адрес сети назначения.
Следующий переход: IP-адрес маршрутизатора, который является следующим звеном при перемещении к адресату.
Метрика/Стоимость: Метрика маршрутизации ─ параметр критерий, по которому определяется наиболее предпочтительный маршрут.
Таймер ─ поле на самом деле представляет три разных таймера, используемых RIP. Таймер обновления маршрутов (routing update timer) указывает интервал между обновлениями. Обычно RIP отсылает копию своей таблицы маршрутов каждые 30 секунд.
Второй таймер – это тайм-аут для маршрута-таймера удержания (route
timeout). Если от какой-то конкретной сети обновление маршрутов не получено в течение 180 секунд, то маршрут помечается как недостижимый.
Последний таймер – это таймер удаления маршрута (route removal timer).
Флаги: в поле хранятся различные необязательные данные (RIP
75 используется нечасто).
Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.
OSPF имеет следующие преимущества:
• Высокая скорость сходимости по сравнению с дистанционно- векторными протоколами маршрутизации;
• Поддержка сетевых масок переменной длины (VLSM);
• Оптимальное использование пропускной способности с построением дерева кратчайших путей.
Принцип работы заключается в следующем:
1. После включения маршрутизаторов протокол ищет непосредственно подключенных соседей и устанавливает с ними «дружеские» отношения.
2. Затем они обмениваются друг с другом информацией о подключенных и доступных им сетях. То есть они строят карту сети (топологию сети). Данная карта одинакова на всех маршрутизаторах.
3. На основе полученной информации запускается алгоритм SPF (Shortest
Path First, «выбор наилучшего пути»), который рассчитывает оптимальный маршрут к каждой сети. Данный процесс похож на построение дерева, корнем которого является сам маршрутизатор, а ветвями — пути к доступным сетям.
Данный процесс, то есть конвергенция, происходит очень быстро.
3.3. Глобальные сети и перспективные сетевые технологии
Под коммутацией понимается технология выбора направления и организация передачи данных в сетях, имеющих несколько альтернативных маршрутов, по которым может производиться обмен информацией между двумя узлами.
Существуют три принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:
- коммутация каналов (circuit switching);
- коммутация пакетов (packet switching);
- коммутация сообщений (message switching).
Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку - на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.
В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем
76
(по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается.
Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, измеряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated) или арендуемых (leased) каналов.
Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются: телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP.
Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.
В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используются две техники:
• техника частотного мультиплексирования (Frequency Division
Multiplexing, FDM);
• техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division
Multiplexing, TDM).
Сети с коммутацией каналов обладают несколькими важными общими свойствами независимо от того, какой тип мультиплексирования в них используется.
Сети с динамической коммутацией требуют предварительную процедуру установления соединения между абонентами. Для этого в сеть передается адрес вызываемого абонента, который проходит через коммутаторы и настраивает их на последующую передачу данных. Запрос на установление соединения маршрутизируется от одного коммутатора к другому и в конце концов достигает вызываемого абонента.
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину,