Протокол ip обеспечивает разбиение файлов на. Что обеспечивает протокол маршрутизации (IP)? . Межсетевой уровень и протокол IP

Тест: Виды сетей
1) Что обеспечивает протокол маршрутизации (IP)?

2. сохранение механических, функциональных параметров физической связи в компьютерной сети

3. интерпретацию данных и подготовку их для пользовательского уровня

4. доставку информации от компьютера отправителя к компьютеру получателю

5. разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения

2) Что обеспечивает транспортный протокол (TCP) ?

1. прием, передачу и выдачу одного сеанса связи

4. доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру получателю
3) В чём измеряется пропускная способность канала передачи информации?

4. Кбайт/с

4) Как называется топология локальной сети, где рабочие станции соединены с сервером (файл-сервером)?

2. кольцевой

4. древовидной

5) Совокупность компьютеров, соединенных каналами обмена информации и находящихся в пределах одного (или нескольких) помещений, здания, называется:

1. глобальной компьютерной сетью

2. локальной компьютерной сетью

4. электронной почтой

5. региональной компьютерной сетью

6) Локальные компьютерные сети как средство общения используются

2. только для осуществления обмена данными между несколькими пользователями

3. для общения людей непосредственно

5. только для организации доступа к общим для всех пользователей информационных ресурсов
7) Установите соответствие

1. информационная система с гиперсвязями

3. совокупность локальных сетей и компьютеров, расположенных на больших расстояниях и соединенных с помощью каналов связи в единую систему

2. когда появились компьютеры

10) Для хранения файлов, предназначенных для общего доступа пользователей сети, используется:

1. хост-компьютер

2. клиент-сервер

3. файл-сервер

4. коммутатор

5. рабочая станция

11) Что включает в себя общая схема передачи информации?

1. отправителя информации, канал передачи информации и получателя информации

2. отправителя информации, пропускную способность канала

3. отправителя информации, пропускную способность канала и получателя информации

12) На какие группы делятся поисковые серверы Интернета?

2. специализированные и общего назначения

3. всевозможные

2 Вариант

Тема: Компьютерные коммуникации

Тест: Виды сетей
1) Глобальные компьютерные сети как средство коммуникации появились

1. когда появились компьютеры

2. когда созрела общественная потребность общения между людьми, проживающими на разных точках планеты

3. когда совершилась научно-техническая революция

4. когда созрела общественная потребность общения между людьми, проживающими в разных точках планеты и появились соответствующие технические возможности (системы и сети компьютерной коммуникации)

2) Совокупность компьютеров, соединенных каналами обмена информации и находящихся в пределах одного (или нескольких) помещений, здания, называется:

1. информационной системой с гиперсвязями

2. региональной компьютерной сетью

3. глобальной компьютерной сетью

4. электронной почтой

3) Конфигурация (топология) локальной компьютерной сети, в которой все рабочие станции последовательно соединены друг с другом, называется:

1. сетевой

2. кольцевой

4. древовидной

5. радиальной
4) Виды подключений к Интернету?

1. коммутируемое, веделенная линия, спутниковый канал

2. коммутируемое, спутниковый канал

3. сотовый телефон
5) Локальные компьютерные сети как средство общения используются

1. для организации доступа к общим для всех пользователей устройствам ввода - принтерам, графопостроителям и общим информационным ресурсам местного значения

2. только для организации доступа к общим для всех пользователей информационных ресурсов

3. только для осуществления обмена данными между несколькими пользователями

4. для осуществления обмена данными между несколькими пользователями, для организации доступа к общим для всех пользователей устройствам вывода (принтерам), а также к общим информационным ресурсам местного значения

5. для общения людей непосредственно

2. кольцевой

4. древовидной

7) Глобальная компьютерная сеть - это:

2. множество компьютеров, связанных каналами передачи информации и находящихся в пределах одного помещения, здания

3. совокупность хост-компьютеров и файл-серверов

4. система обмена информацией на определенную тему

5. информационная система с гиперсвязями

8) Транспортный протокол (TCP) обеспечивает:

1. доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру получателю

2. прием, передачу и выдачу одного сеанса связи

3. доступ пользователя к переработанной информации

4. разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения

9) Установите соответствие

10) Сетевой протокол - это:

1. правила интерпретации данных, передаваемых по сети

2. последовательная запись событий, происходящих в компьютерной сети

3. набор соглашений о взаимодействиях в компьютерной сети

4. правила установления связи между двумя компьютерами сети

5. согласование различных процессов во времени

11) Что называется топологией сети?

1. расположение сетевых плат

2. общая схема соединения компьютеров в сети

3. вид сети

12) Кто предоставляет доступ к сети Интернет?

2. компьютер

3. провайдер

3 Вариант

Тема: Компьютерные коммуникации

Тест: Виды сетей
1) Конфигурация (топология) локальной компьютерной сети, в которой все рабочие станции последовательно соединены друг с другом, называется:

2. радиальной

3. сетевой

4. древовидной

5. кольцевой

2) Пропускная способность канала передачи информации измеряется в:

4. Кбайт/с

3) Установите соответствие:

1. совокупность локальных сетей и компьютеров, расположенных на больших расстояниях и соединенных с помощью каналов связи в единую систему

2. информационная система с гиперсвязями

3. множество компьютеров, связанных каналами передачи информации и находящихся в пределах одного помещения, здания

4. система обмена информацией на определенную тему

5. совокупность хост-компьютеров и файл-серверов

5) Протокол маршрутизации (IP) обеспечивает:

1. управление аппаратурой передачи данных и каналов связи

2. разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения

3. сохранение механических, функциональных параметров физической связи в компьютерной сети

4. доставку информации от компьютера -отправителя к компьютеру получателю

5. интерпретацию данных и подготовку их для пользовательского уровня

6) Конфигурация (топология) локальной сети, в которой все рабочие станции соединены с сервером (файл-сервером), называется

1. кольцевой

2. древовидной

7) Транспортный протокол (TCP) обеспечивает:

1. разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения

2. доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру получателю

3. доступ пользователя к переработанной информации

4. прием, передачу и выдачу одного сеанса связи

8) Совокупность компьютеров, соединенных каналами обмена информации и находящихся в пределах одного (или нескольких) помещений, здания, называется:

1. региональной компьютерной сетью

2. глобальной компьютерной сетью

3. информационной системой с гиперсвязями

4. электронной почтой

5. локальной компьютерной сетью
9) Глобальные компьютерные сети как средство коммуникации появились

1. когда созрела общественная потребность общения между людьми, проживающими в разных точках планеты и появились соответствующие технические возможности (системы и сети компьютерной коммуникации)

2. когда появились компьютеры

3. когда совершилась научно-техническая революция

4. когда созрела общественная потребность общения между людьми, проживающими на разных точках планеты

10) Что такое FTP ?

1. протокол передачи файлов

2. протокол передачи страниц

3. протокол передачи доступа

11) Что такое всемирная паутина?

1. это десятки милионны WEb - серверов

2. это компьютеры

3. это сайты Интернета

12) Протоколы – это …

1. специализированные средства, позволяющие в реальном времени организовать общение пользователей по каналам компьютерной связи

2. совокупностью правил, регулирующих порядок обмена данными в сети

3. система передачи электронной информации, позволяющая каждому пользователю сети получить доступ к программам и документам, хранящимся на удаленном компьютере

Ответы

Билет № 1
1 - 4

7 - 1-b, 2-c, 3-d, 4-e, 5-a

Билет № 2
1 - 4

7 - 1-a,2-b, 3-c, 4-d, 5-e,

12 - 3
Билет № 3
1 - 5

Сеть Интернет, являющаяся сетью сетей и объединяющая громадное количество различных локальных, региональных и корпоративных сетей, функционирует и развивается благодаря использованию единого протокола передачи данных TCP/IP. Термин TCP/IP включает название двух протоколов:

Transmission Control Protocol (TCP) - транспортный протокол;

Internet Protocol (IP) - протокол маршрутизации.

Протокол маршрутизации. Протокол IP обеспечивает передачу информации между компьютерами сети. Рассмотрим работу данного протокола по аналогии с передачей информации с помощью обычной почты. Для того чтобы письмо дошло по назначению, на конверте указывается адрес получателя (кому письмо) и адрес отправителя (от кого письмо).

Аналогично передаваемая по сети информация "упаковывается в конверт", на котором "пишутся" IP-адреса компьютеров получателя и отправителя, например "Кому: 198.78.213.185", "От кого: 193.124.5.33". Содержимое конверта на компьютерном языке называется IP-пакетом и представляет собой набор байтов.

В процессе пересылки обыкновенных писем они сначала доставляются на ближайшее к отправителю почтовое отделение, а затем передаются по цепочке почтовых отделений на ближайшее к получателю почтовое отделение. На промежуточных почтовых отделениях письма сортируются, то есть определяется, на какое следующее почтовое отделение необходимо отправить то или иное письмо.

IP-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернета, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации IP-пакеты направляются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю.

Internet Protocol (IP) обеспечивает маршрутизацию IP-пакетов, то есть доставку информации от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю.

Определение маршрута прохождения информации. "География" Интернета существенно отличается от привычной нам географии. Скорость получения информации зависит не от удаленности Web-сервера, а от количества промежуточных серверов и качества линий связи (их пропускной способности), по которым передается информация от узла к узлу.

С маршрутом прохождения информации в Интернете можно познакомиться достаточно просто. Специальная программа tracert.exe, которая входит в состав Windows, позволяет проследить, через какие серверы и с какой задержкой передается информация с выбранного сервера Интернет на ваш компьютер.

Проследим, как реализуется доступ к информации в "московской" части Интернета к одному из наиболее популярных поисковых серверов российского Интернета www.rambler.ru.

Определение маршрута прохождения информации

1. Соединиться с Интернетом, ввести команду [Программы-Сеанс MS-DOS].

2. В окне Сеанс MS-DOS в ответ на приглашение системы ввести команду .

3. Через некоторое время появится трассировка передачи информации, то есть список узлов, через которые передается информация на ваш компьютер, и время передачи между узлами.

Трассировка маршрута передачи информации показывает, что сервер www.rambler.ru находится от нас на "расстоянии" 7 переходов, т. е. информация передается через шесть промежуточных серверов Интернета (через серверы московских провайдеров МТУ-Информ и Демос). Скорость передачи информации между узлами достаточно высока, на один "переход" тратится от 126 до 138 мс.

Транспортный протокол . Теперь представим себе, что нам необходимо переслать по почте многостраничную рукопись, а почта бандероли и посылки не принимает. Идея проста: если рукопись не помещается в обычный почтовый конверт, ее надо разобрать на листы и переслать их в нескольких конвертах. При этом листы рукописи необходимо обязательно пронумеровать, чтобы получатель знал, в какой последовательности потом эти листы соединить.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, когда компьютеры обмениваются большими по объему файлами. Если послать такой файл целиком, то он может надолго "закупорить" канал связи, сделать его недоступным для пересылки других сообщений.

Для того чтобы этого не происходило, на компьютере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать в отдельных IP-пакетах до компьютера-получателя. На компьютере-получателе необходимо собрать исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности.

Transmission Control Protocol (TCP), то есть транспортный протокол, обеспечивает разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения.

Определение времени обмена IP-пакетами. Время обмена IP-пакетами между локальным компьютером и сервером Интернета можно определить с помощью утилиты ping, которая входит в состав операционной системы Windows. Утилита посылает четыре IP-пакета по указанному адресу и показывает суммарное время передачи и приема для каждого пакета

73. Поиск информации в Интернет .

Существует во многом справедливое мнение, что уже сегодня в Интернет “есть все” и проблема лишь в том, как найти нужную информацию. Сама открытая архитектура Сети способствует тому, что в ней отсутствует какая-либо централизация и ценнейшие для Вас данные, которые Вы безуспешно искали по всему свету, могут оказаться расположенными на сервере в одном городе с Вами. Можно выделить 2 взаимодополняющих подхода к сбору информации о ресурсах Интернет – создание индексов и создание каталогов :

При первом способе мощные поисковые серверы непрерывно “обыскивают” Интернет, создавая и пополняя базы данных, содержащие информацию о том, в каких документах Сети встречаются те или иные ключевые слова. Таким образом, реально поиск происходит не по серверам Internet, что было бы нереализуемо технически, а по базе данных поисковой машины, и отсутствие подходящей информации, найденной по запросу, еще не означает, что ее нет в Сети - можно попробовать воспользоваться другим поисковым средством или каталогом ресурсов. Базы данных поискового сервера пополняются не только автоматически. На любой крупной поисковой машине есть возможность проиндексировать свой сайт и добавить его в базу данных. Преимущество поискового сервера – простота работы с ним, недостаток – низкая степень отбора документов по запросу.

Во втором случае сервер организован как библиотечный каталог , содержащий иерархию разделов и подразделов, в которых хранятся ссылки на документы, соответствующие теме подраздела. Пополнение каталога обычно производится самими пользователями после проверки введенных ими данных администрацией сервера. Каталог ресурсов всегда лучше упорядочен и структурирован, но требуется время для поиска нужной категории, которую, к тому же, не всегда легко определить. Кроме того, объем каталога обычно меньше, чем количество сайтов, проиндексированное поисковой машиной.

Работа с поисковыми серверами. При входе на главную страницу поискового сервера достаточно набрать в поле ввода свой запрос в виде набора ключевых слов и нажать Enter или кнопку начала поиска.

Запросы могут содержать любые слова, причем, не обязательно заботиться о падежах и склонениях – например, запросы “реферат по философии” и “философия реферат” вполне корректны.

Современные поисковые сервера достаточно хорошо понимают естественный язык, однако, на многих из них сохранены возможности расширенного или специального поиска, позволяющие искать слова по маске, объединять слова запроса логическими операциями “И”, “ИЛИ”, и т.д.

После завершения поиска в базе данных сервер выводит на экран первую порцию из 10 или более документов, содержащих ключевые слова. Кроме ссылки, обычно приведено несколько строк текста описания документа или просто его начало. Открывая ссылки в новом или этом же окне браузера, можно переходить к выбранным документам, а строка ссылок внизу страницы позволяет перейти к следующей порции документов. Эта строка выглядит примерно так:

Различные серверы сортируют найденные документы по разному – по дате создания, по посещаемости документа, по наличию в документе всех или части слов запроса (релевантности ), некоторые серверы позволяют сузить область поиска, выбрав на главной странице категорию искомого документа – например, по запросу “банки” в категории “деловой мир” вряд ли будут найдены сведения о банках консервных.

Из популярных средств русскоязычного поиска можно назвать серверы Яndex , Апорт и Rambler , индексирующие десятки тысяч серверов и десятки миллионов документов. Из зарубежных серверов популярны Altavista , Excite , Hotbot , Lycos , WebCrawler , OpenText .

Наконец, в Интернет немало страниц для метапоиска , позволяющих обратиться сразу к нескольким популярным поисковым серверам с одним и тем же запросом – посмотрите, например, страницы http://www.find.ru/ или http://www.rinet.ru/buki/ .

Работа с каталогами ресурсов. При входе на главную страницу каталога мы попадаем в обширное меню или таблицу выбора категорий, каждая из которых может содержать вложенные подкатегории. Стандарта здесь нет, но все-таки структуры каталогов во многом похожи, везде можно найди разделы “бизнес” или “деловой мир”, “компьютеры”, “программирование” или “интернет”, “юмор” или “хобби” и т.д. Перемещаясь по категориям, можно добраться до ссылок на конкретные документы, которые, так же как на поисковом сервере, выдаются порциями и сопровождаются краткой информацией.

Сегодня существует множество крупных каталогов с десятками тысяч ссылок, из отечественных каталогов можно назвать http://www.list.ru/ , http://www.weblist.ru/ , http://www.stars.ru/ , http://www.au.ru/ , http://www.ru/ , http://www.ulitka.ru/ , а из зарубежных - Yahoo , Magellan .

Часто в каталоге есть также форма для поиска по ключевым словам среди занесенных в него документов.

Правила поиска. Несколько простых советов, касающихся поиска в Сети.

заранее четко определите тему поиска, ключевые слова и время, которое Вы готовы на этот поиск потратить; выберите поисковый сервер – ссылки на лучшие из них полезно хранить в Избранном;

не бойтесь естественного языка, но проверяйте правильность написания слов, например, при помощи Microsoft Word;

используйте большие буквы только в именах и названиях. Многие поисковые сервера правильно обработают запрос “реферат”, но не “Реферат”;

Сеть Интернет, являющаяся сетью сетей и объединяющая громадное количество различных локальных, региональных и корпоративных сетей, функционирует и развивается благодаря использованию единого протокола передачи данных TCP/IP. Термин TCP/IP включает название двух протоколов:

Transmission Control Protocol (TCP ) - транспортный протокол;

Internet Protocol (IP) - протокол маршрутизации.

Протокол маршрутизации. Протокол IP обеспечивает передачу информации между компьютерами сети. Рассмотрим работу данного протокола по аналогии с передачей информации с помощью обычной почты. Для того чтобы письмо дошло по назначению, на конверте указывается адрес получа­теля (кому письмо) и адрес отправителя (от кого письмо).

Аналогично передаваемая по сети информация «упаковы­вается в конверт», на котором «пишутся» IP-адреса компьютеров получателя и отправителя, например «Кому: 198.78.213.185», «От кого: 193.124.5.33». Содержимое конверта на компьютерном языке называется IP-пакетом и представляет собой набор байтов.

В процессе пересылки обыкновенных писем они сначала доставляются на ближайшее к отправителю почтовое отде­ление, а затем передаются по цепочке почтовых отделений на ближайшее к получателю почтовое отделение. На проме­жуточных почтовых отделениях письма сортируются, то есть определяется, на какое следующее почтовое отделе­ние необходимо отправить то или иное письмо.

IP-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернета, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации IP-пакеты направляются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю.

Определение маршрута прохождения информации. «География» Интернета существенно отличается от привычной нам географии. Скорость получения информации зависит не от удаленности Web-сервера, а от количества промежуточных серверов и качества линий связи (их пропускной способности), по которым передается информация от узла к узлу.

С маршрутом прохождения информации в Интернете можно познакомиться достаточно просто. Специальная про­грамма tracert.exe , которая входит в состав Windows, позво­ляет проследить, через какие серверы и с какой задержкой передается информация с выбранного сервера Интернет на ваш компьютер.

Транспортный протокол . Теперь представим себе, что нам необходимо переслать по почте многостраничную руко­пись, а почта бандероли и посылки не принимает. Идея проста: если рукопись не помещается в обычный почтовый конверт, ее надо разобрать на листы и переслать их в нескольких конвертах. При этом листы рукописи необходимо обязательно пронумеровать, чтобы получатель знал, в какой последовательности потом эти листы соединить.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, когда компьютеры обмениваются большими по объему файлами. Если послать такой файл целиком, то он может надолго «закупорить» канал связи, сделать его недоступным для пе­ресылки других сообщений.

Для того чтобы этого не происходило, на компьютере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать в отдельных IP-пакетах до компьютера-получателя. На компьютере-получателе необходимо собрать исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности.

Интересно, что для IP-протокола, ответственного за маршрутизацию, эти пакеты совершенно никак не связаны между собой. Поэтому последний IP-пакет вполне может по пути обогнать первый IP-пакет. Может сложиться так, что даже маршруты доставки этих пакетов окажутся совершен­но разными. Однако протокол TCP дождется первого IP-па­кета и соберет исходный файл в правильной последователь­ности.

Transmission Control Protocol (TCP), то есть транспортный протокол, обеспечивает разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сбор­ку файлов в процессе получения.

Время обмена IP-пакетами между локальным компьютером и сервером Интернета можно определить с помощью утилиты ping , ко­торая входит в состав операционной системы Windows. "Ути­лита посылает четыре IP-пакета по указанному адресу и по­казывает суммарное время передачи и приема для каждого пакета.

Стек протоколов TCP/IP

Это стандартизованный набор сетевых протоколов. В настоящее время - это основной набор протоколов взаимодействия в Интернете. Более подробно об этом стеке протоколов и не только о нем можно прочитать в этой статье .

В состав стека протоколов TCP/IP входят два основных протокола: IP, TCP и несколько вспомогательных протоколов.

• Протокол IP (Internet Protocol) - основной протокол сетевого уровня. Определяет способ адресации на сетевом уровне.
• Протокол TCP (Transmission Control Protocol ) - протокол, обеспечивающий гарантированную доставку данных.

Как работают эти протоколы?

Протокол IP задает формат адреса узла (поэтому адреса компьютеров называются IP-адресами) и доставляет пакет данных.
Однако, на одном узле (компьютере сети) может функционировать параллельно несколько программ, которым требуется доступ к сети. Следовательно, данные внутри компьютерной системы должны распределяться между программами. Поэтому, при передаче данных по сети недостаточно просто адресовать конкретный узел. Необходимо также идентифицировать программу-получателя, что невозможно осуществить средствами протокола IP.

Другой серьезной проблемой IP является невозможность передачи больших массивов данных. Протокол IP разбивает передаваемые данные на пакеты, каждый из которых передается в сеть независимо от других. В случае если какие-либо пакеты потерялись, то модуль IP на принимающей стороне не сможет обнаружить потерю, т.е. целостность данных будет нарушена.
Для решения этих проблем разработан протокол TCP.

Каждой программе назначается номер TCP- порта в соответствии с ее функциональным назначением на основе определенных стандартов. Порт можно рассматривать как ячейку в почтовом отделении связи. Протокол IP определяет только адрес почтового отделения, а протокол TCP положит конверт в нужную ячейку.
Таким образом, стек протоколов IP и TCP обеспечивают полную адресацию:

• Номер TCP-порта позволяет однозначно идентифицировать программу на компьютере сети,
• Компьютер в сети однозначно определяется IP-адресом.

Следовательно, комбинация IP-адреса и номера порта позволяет однозначно идентифицировать программу в сети. Такой комбинированный адрес называется сокетом (socket).

Дополнительно к этому, протокол TCP обеспечивает гарантированную доставку данных. Это обеспечивается тем, что принимающий компьютер подтверждает успешный прием данных. Если передающий компьютер не получает подтверждения, он пытается произвести повторную передачу.

IP-адреса, IP-сети. Подсети и маски подсетей
Более подробно об этом читаем в этой статье .
IP-адреса

Каждый компьютер в локальной сети имеет свой уникальный адрес, так же как человек имеет свой почтовый адрес. Именно по этим адресам компьютеры находят друг друга в сети. Двух одинаковых адресов в одной сети быть не должно. Формат адреса стандартный и определен протоколом IP.

IP-адрес компьютера записывается в 32 разрядах (4 октета). Каждый октет содержит десятичное число от 0 до 255 (в двоичном виде запись представляет последовательность 0 и 1). IP-адрес представляет собой четыре числа, разделяемых точкой. Например, компьютер с IP-адресом 192.168.3.24. Общее число IP-адресов составляет 4,2 млрд., все адреса уникальны.
IP-адрес может быть присвоен не только компьютеру, но и другим сетевым устройствам, например, принт-серверу или маршрутизатору. Поэтому все устройства в сети принято называть узлами или хостами .
Одно и тоже физическое устройство (компьютер или др.) может иметь несколько IP-адресов. Например, если в компьютер установлено несколько сетевых адаптеров, то каждый адаптер должен иметь свой уникальный IP-адрес. Такие компьютеры используются для соединения нескольких локальных сетей и называются маршрутизаторами .

IP сети

Чтобы быстро определить маршрут, по которому будет передаваться информация из одной локальной сети в другую, маршрутизатор может хранить в своей памяти IP-адреса компьютеров этих двух сетей.

В Интернете огромное количество сетей. Маршрутизаторам в Интернете придется хранить адреса всех компьютеров во всех сетях, что делает их работу практически невозможной.
Для указания местонахождения компьютера в сети, IP-адрес разделили на две части, одна содержит номер сети, другая содержит номер компьютера в этой сети. Аналогично наш почтовый адрес указывает улицу и дом на ней.

Для удобства, компьютеры с одним номером сети группируются в логические сети IP-сети .
Связь между логическими IP-сетями осуществляют маршрутизаторы, отвечающие за передачу данных. А сам процесс передачи данных - маршрутизацией .
Процесс целенаправленной доставки данных между IP-сетями, связанный с обеспечением безопасности передаваемых данных, преобразование адресов, фильтрацию и т.п., осуществляют другие специальные устройства – шлюзы .

Подсети и маски подсетей

Введение адреса сети упростило проблемы маршрутизации, но не решило их до конца (например, в больших локальных сетях). Поэтому большую IP-сеть разбивают на несколько подсетей, присвоив каждой из них свой адрес.
Подсети - это отдельные, самостоятельно функционирующие части сети, имеющие свой идентификатор.
Для адреса подсети, в IP-адресе, выделяется пространство из адреса узла.
Для определения адреса сети и подсети используется маска подсети . Формат записи маски подсети такой же, как и формат IP-адреса, это четыре поля, разделяемых точкой. Значения полей маски задаются следующим образом:

• все биты, установленные в 1, соответствуют идентификатору сети;
• все биты, установленные в 0, соответствуют идентификатору узла.

Если все биты октета установлены в 1, то это эквивалентно числу 255. Маска рассматривается только в паре с IP-адресом. Например, маска подсети 255.255.255.0 и адрес 192.168.100.5 говорят о том, что 192.168.100 - это номер сети, а 5 - номер компьютера в этой сети.
Просматривая адрес IP через маску подсети IP-протокол, определяет адрес сети, адрес подсети и номер узла.

Таким образом, в паре с IP-адресом компьютеров обязательно указывается маска подсети.

Статические и динамические IP-адреса. DHCP

Все IP-адреса должны быть уникальны во всем пространстве сети. Есть два способа задать эти адреса компьютерам сети.

Статические IP-адреса

Статический IP-адрес присваивается компьютеру вручную. Он прописывается администратором сети в настройках протокола TCP/IP на каждом компьютере сети и жестко закрепляется за компьютером.
Важное преимущество: постоянное соответствие IP-адресов определенным компьютерам. Это позволяет, например, запретить определенному компьютеру выходить в Интернет, или определить, с какого компьютера выходили в Интернет и т.п.
В присвоении статических адресов компьютерам есть определенные неудобства:

• Администратор сети должен вести учет всех используемых адресов, чтобы исключить повторы
• При большом количестве компьютеров в локальной сети установка и настройка IP-адресов отнимают много времени

Динамические IP-адреса

Если компьютеру не присвоен статический IP-адрес, то адрес назначается автоматически службой DHCP. Такой адрес называется динамическим адресом, т.к. при каждом подключении компьютера к локальной сети адрес может меняться, но всегда оставаться в пределах заданного диапазона.

Функция автоматического назначения IP-адреса гарантирует уникальность выдаваемого IP-адреса, но в одноранговой сети и в сети с сервером работает по разному.

Сети с выделенным сервером

В сетях, управляемых сервером, динамический IP-адрес назначается специальной серверной службой DHCP, входящей в состав Windows Server 2003. В параметрах службы DHCP администратором сети прописывается IP-диапазон, адреса из которого, будут выдаваться другим компьютерам сети.
Сервер, на котором работает эта служба, называется DHCP-сервер. Компьютер, получающий IP-адрес из сети, называется DHCP-клиент.

Одноранговые сети

В одноранговой сети нет DHCP-сервера, а на каждом компьютере установлен (по умолчанию) DHCP-клиент. Во время загрузки операционной системы DHCP-клиент пытается найти в сети доступный DHCP-сервер для получения IP-адреса. После неудачной попытки получить IP-адрес, DHCP-клиент данного компьютера включает встроенную функцию IANA (Internet Assigned Numbers Authority), которая назначает компьютеру IP-адрес и маску подсети, используя один из зарезервированных адресов. При этом служба IANA отслеживает уникальность адресов в сети.

Зарезервированные адреса назначаются из диапазона 169.254.0.0 до 169.254.255.255 с маской подсети 255.255.0.0. Последние два поля адреса представляют уникальный идентификатор клиента.

Автоматическое назначение IP-адреса проводится последовательно на всех компьютерах сети.

Маршрутизаторы и шлюзы.

Маршрутизатор - это специальное устройство, предназначенное для передачи информации из одной сети в другую. Он принимает пакеты из одной сети и передает их в другую, при этом сети не объединяются в одну единую сеть, а остаются вполне независимыми. Маршрутизаторы оснащены системой управления, позволяющей фильтровать проходящие через него данные. Настроив соответствующим образом пакетный фильтр можно ограничивать или совсем запрещать доступ в другую сеть для определенных пользователей.

IP-Маршрутизация - процесс выбора последовательности маршрутизаторов, через которые проходит пакет по пути к узлу-назначению. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами объединяемых сетей. Для этого он должен быть оснащен несколькими сетевыми адаптерами.

В качестве маршрутизатора может работать компьютер под управлением операционной системой Windows 2003 Server или Windows XP Professional. Функции маршрутизации входят в состав этих операционных систем.

Маршрутизатор является шлюзом для каждой сети, которые он объединяет. Точнее шлюзом для локальной сети является сетевой адаптер, установленный в маршрутизаторе, и подключенный к этой сети. Например, рабочая станция локальной сети хочет подключиться к рабочей станции из другой сети. Она отправляет запрос в свою сеть с целью найти нужный IP-адрес. Если адрес не был найден в сети, то запрос отправляется в шлюз этой сети, т.е. на маршрутизатор, который в свою очередь перенаправляет запрос в другую сеть. Если во второй сети компьютер был найден, то они связываются через маршрутизатор.

Дополнительно шлюзы могут выполнять функции, связанные с обеспечением безопасности передаваемых данных, преобразование адресов, фильтрацию и т.п.

Наиболее распространенные протоколы маршрутизации, входящие в состав стека протоколов TCP/IP:

Address Resolution Protocol, ARP. Протокол разрешения адресов, сопоставляет IP-адрес с адресом физического оборудования MAC-адресом. Посмотреть соответствие адресов из ARP-таблицы можно набрав в командной строке arp и указав IP-адрес.
*Routing Information Protocol, RIP . Протокол маршрутной информации, который используется для обратной совместимости с существующими RIP-сетями.
*Open Shortest Path First, OSPF . Протокол выбора кратчайшего маршрута.

IP-маршрутизация.

IP-Маршрутизация - процесс выбора пути для передачи пакета из одной сети в другую. Под путем (маршрутом) понимается последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет по пути к узлу-назначению. IP-маршрутизатор - это специальное устройство, предназначенное для передачи пакетовиз одной сети в другую и обеспечивающее определение пути прохождения пакетов в составной сети. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами сетей, соответствующими номерам объединяемых сетей.

Маршрутизация осуществляется на узле-отправителе в момент отправки IP-пакета, а затем на IP-маршрутизаторах.

Принцип маршрутизации на узле отправителе выглядит достаточно просто. Когда требуется отправить пакет узлу с определенным IP-адресом, то узел-отправитель выделяет с помощью маски подсети из собственного IP-адреса и IP-адреса получателя номера сетей. Далее номера сетей сравниваются и если они совпадают, то пакет направляется непосредственно получателю, в противном случае - маршрутизатору, чей адрес указан в настройках протокола IP.
Выбор пути на маршрутизаторе осуществляется на основе информации, представленной в таблице маршрутизации . Таблица маршрутизации - это специальная таблица, сопоставляющая IP-адресам сетей адреса следующих маршрутизаторов, на которые следует отправлять пакеты с целью их доставки в эти сети. Обязательной записью в таблице маршрутизации является так называемый маршрут по умолчанию , содержащий информацию о том, как направлять пакеты в сети, адреса которых отсутствуют в таблице, поэтому нет необходимости описывать в таблице маршруты для всех сетей. Таблицы маршрутизации могут строиться "вручную" администратором или динамически, на основе обмена информацией, который осуществляют маршрутизаторы с помощью специальных протоколов - протоколов динамической маршрутизации .

Протоколы ARP и RARP.

Основным функциональным достоинством IP-адресации является полная логическая независимость IP-адресов от физических адресов. Однако чтобы средства канального уровня могли осуществить доставку данных, необходимо знание физического адреса получателя. Механизм определения по IP-адресу физического адреса узла-получателя обеспечивает протокол ARP (Address Resolution Protocol, Протокол Разрешения Адреса).

Определение физических адресов компьютеров осуществляется с помощью широковещательного запроса, в котором сообщается IP-адрес искомого компьютера (устройства). Получив такой ARP-запрос, каждый компьютер проверяет соответствие между указанным IP-адресом и своим собственным. В случае их совпадения сообщает отправителю свой физический адрес. После получения ответа инициировавший запрос компьютер заносит новые данные в специальную ARP-таблицу.

Наличие на каждом узле ARP-таблицы позволяет снизить объем широковещательной рассылки, поскольку запрос направляется в сеть только в случае, если нужное соответствие не найдено в ARP-таблице.

В ряде случаев может оказаться необходимым определить IP-адрес по MAC-адресу. Для этого используется протокол RARP (Reverse Address Resolution Protocol). Функционально RARP схож с протоколом ARP.

Протоколы динамической маршрутизации

Протоколы динамической маршрутизации предназначены для автоматизации процесса построения маршрутных таблиц маршрутизаторов. Принцип их использования достаточно прост: маршрутизаторы с помощью устанавливаемого протоколом порядка рассылают определенную информацию из своей таблицы маршрутизации другим и корректируют свою таблицу на основе полученных от других данных.
Такой метод построения и поддержки маршрутных таблиц существенно упрощает задачу администрирования сетей, в которых могут происходить изменения (например, расширение) или в ситуациях, когда какие-либо маршрутизаторы и/или подсети выходят из строя.
Следует отметить, что использование протоколов динамической маршрутизации не отменяет возможность "ручного" внесения данных в таблицы маршрутизаторов. Внесенные таким образом записи называют статическими, а записи, полученные в результате обмена информацией между маршрутизаторами - динамическими. В любой таблице маршрутизации всегда присутствует, по крайней мере, одна статическая запись - маршрут по умолчанию.
Современные протоколы маршрутизации делятся на две группы: протоколы типа "вектор-расстояние" и протоколы типа "состояние канала".
В протоколах типа "вектор-расстояние" каждый маршрутизатор рассылает список адресов доступных ему сетей ("векторов"), с каждым из которых связано параметр "расстояния" (например, количество маршрутизаторов до этой сети, значение, основанное на производительности канала и т.п.). Основным представителем протоколов данной группы является протокол RIP (Routing Information Protocol, протокол маршрутной информации).
Протоколы типа "состояние канала" основаны на ином принципе. Маршрутизаторы обмениваются между собой топологической информацией о связях в сети: какие маршрутизаторы с какими сетями связаны. В результате каждый маршрутизатор имеет полное представление о структуре сети (причем это представление будет одинаковым для всех), на основе которого вычисляет собственную оптимальную таблицу маршрутизации. Протоколом этой группы является протокол OSPF (Open Shortest Path First, "открой кратчайший путь первым").

Протокол RIP.

Протокол RIP (Routing Information Protocol, протокол маршрутной информации) является наиболее простым протоколом динамической маршрутизации. Он относится к протоколам типа "вектор-расстояние".
Под вектором протокол RIP определяет IP-адреса сетей, а расстояние измеряется в переходах ("хопах", hope) - количестве маршрутизаторов, которое должен пройти пакет, чтобы достичь указанной сети. Следует отметить, что максимальное значение расстояния для протокола RIP равно 15, значение 16 трактуется особым образом "сеть недостижима". Это определило основной недостаток протокола - он оказывается неприменимым в больших сетях, где Возможны маршруты, превышающие 15 переходов.
Протокол RIP версии 1 имеет ряд существенных для практического использования недостатков. К числу важных проблем относятся следующие:

• Оценка расстояния только с учетом числа переходов. Протокол RIP не учитывает реальную производительность каналов связи, что может оказаться неэффективным в гетерогенных сетях, т.е. сетях, объединяющих каналы связи различного устройства, производительности, в которых используются разные сетевые технологии.
• Проблема медленной конвергенции . Маршрутизаторы, использующие протокол RIP. Рассылают маршрутную информацию каждые 30 с, причем их работа не синхронизирована. В ситуации, когда некоторый маршрутизатор обнаружит, что какая-либо сеть стала недоступной, то в худшем случае (если проблема была выявлена сразу после очередной рассылки) он сообщит об это соседям через 30 с. Для соседних маршрутизаторов все будет происходить также. Это означает, что информация о недоступности какой-либо сети может распространятся маршрутизаторам в достаточно долго, очевидно, что сеть при этом будет находиться в нестабильном состоянии.
• Широковещательная рассылка таблиц маршрутизации . Протокол RIP изначально предполагал, что маршрутизаторы рассылают информацию в широковещательном режиме. Это означает, что отправленный пакет вынуждены получить и проанализировать на канальном, сетевом и транспортном уровне все компьютеры сети, в которую он направлен.

Частично указанные проблемы решаются в версии 2 (RIP2).

Протокол OSPF

Протокол OSPF (Routing (Open Shortest Path First, "открой кратчайший путь первым") является более новым протоколом динамической маршрутизации и относится к протоколам типа "состояние канала".

Функционирование протокола OSPF основано на использовании всеми маршрутизаторами единой базы данных, описывающей, как и с какими сетями связан каждый маршрутизатор. Описывая каждую связь, маршрутизаторы связывают с ней метрику - значение, характеризующее "качество" канала. Например, для сетей Ethernet со скоростью обмена 100 Мбит/с используется значение 1, а для коммутируемых соединений 56 Кбит/с - значение 1785. Это позволяет маршрутизаторам OSPF (в отличие от RIP, где все каналы равнозначны) учитывать реальную пропускную способность и выявлять эффективные маршруты. Важной особенностью протокола OSPF является то, что используется групповая, а не широковещательная рассылка.
Указанные особенности, такие как групповая рассылка вместо широковещательной, отсутствие ограничений на длину маршрута, периодический обмен только короткими сообщениями о состоянии, учет "качества" каналов связи позволяют использовать OSPF в больших сетях. Однако такое использование может породить серьезную проблему - большое количество циркулирующей в сети маршрутной информации и увеличение таблиц маршрутизации. А поскольку алгоритм поиска эффективных маршрутов является, с точки зрения объема вычислений, достаточно сложным, то в больших сетях могут потребоваться высокопроизводительные и, следовательно, дорогие маршрутизаторы. Поэтому возможность построения эффективных таблиц маршрутизации может рассматриваться и как достоинство, и как недостаток протокола OSPF.

В таблице явно показаны маски сетей.

Первые две записи говорят о том, что маршрутизатор самостоятельно, через свои соответствующие IP-интерфейсы отправляет дейтаграммы, адресованные в сети, к которым он подключен непосредственно. Все остальные дейтаграммы перенаправляются к G2 (194.84.0.118). Интерфейс se0 обозначает последовательный (serial) канал - выделенную линию.

2.3.5. Создание статических маршрутов

Таблица маршрутов может заполняться различными способами. Статическая маршрутизация применяется в том случае, когда используемые маршруты не могут измениться в течение времени, например, для выше обсужденных хоста и маршрутизатора, где просто отсутствуют какие-либо альтернативные маршруты. Статические маршруты конфигурируются администратором сети или конкретного узла.

Для рядового хоста из рассмотренного выше примера достаточно указать только адрес шлюза (следующего маршрутизатора в маршруте по умолчанию), остальные записи в таблице очевидны, и хост, зная свой собственный IP-адрес и сетевую маску, может внести их самостоятельно. Адрес шлюза может быть указан как вручную, так и получен автоматически при конфигурировании стека TCP/IP через DHCP сервер (см. лабораторную работу “Динамическое присвоение IP-адресов” в курсе “Технологии Интернет”).

2.3.6. Динамическая маршрутизация

В случае объединения сетей со сложной топологией, когда существует несколько вариантов маршрутов от одного узла к другому и (или) когда состояние сетей (топология, качество каналов связи) изменяется с течением времени, таблицы маршрутов составляются динамически с помощью различных протоколов маршрутизации. Подчеркнем, что протоколы маршрутизации не осуществляют собственно маршрутизацию дейтаграмм - она в любом случае производится модулем IP согласно записям в таблице маршрутов, как обсуждалось выше. Протоколы маршрутизации на основании тех или иных алгоритмов динамически редактируют таблицу маршрутов, то есть вносят и удаляют записи, при этом часть записей может по-прежнему статически вноситься администратором.

В зависимости от алгоритма работы различают дистанционно-векторные протоколы (distance vector protocols) и протоколы состояния связей (link state protocols).

По области применения существует разделение на протоколы внешней (exterior) и внутренней (interior) маршрутизации.

Дистанционно-векторные протоколы реализуют алгоритм Беллмана-Форда (Bellman-Ford). Общая схема их работы такова: каждый маршрутизатор периодически широковещательно рассылает информацию о расстоянии от себя до всех известных ему сетей (“вектор расстояний” ). В начальный момент времени, разумеется, рассылается информация только о тех сетях, к которым маршрутизатор подключен непосредственно.

Также каждый маршрутизатор, получив от кого-либо вектор расстояний, в соответствии с полученной информацией корректирует уже имеющиеся у него данные о достижимости сетей или добавляет новые, указывая маршрутизатор, от которого получен вектор, в качестве следующего маршрутизатора на пути в данные сети. Через некоторое время алгоритм сходится и все маршрутизаторы имеют информацию о маршрутах до всех сетей.

Дистанционно-векторные протоколы хорошо работают только в небольших сетях. Подробнее алгоритм их работы будет рассмотрен в главе 4 . Развитие технологии векторов расстояний - “векторы путей”, применяющиеся в протоколе BGP.

При работе протоколов состояния связей каждый маршрутизатор контролирует состояние своих связей с соседями и при изменении состояния (например, при обрыве связи) рассылает широковещательное сообщение, после получения которого все остальные маршрутизаторы корректируют свои базы данных и пересчитывают маршруты. В отличие от дистанционно-векторных протоколов протоколы состояния связей создают на каждом маршрутизаторе базу данных, описывающую полный граф сети и позволяющую локально и, следовательно, быстро производить расчет маршрутов.

Распространенный протокол такого типа, OSPF , базируется на алгоритме SPF (Shortest Path First) поиска кратчайшего пути в графе, предложенном Дейкстрой (E.W.Dijkstra).

Протоколы состояния связей существенно сложнее дистанционно-векторных, но обеспечивают более быстрое, оптимальное и корректное вычисление маршрутов. Подробнее протоколы состояния связей будут рассмотрены на примере протокола OSPF в главе 5 .

Протоколы внутренней маршрутизации (например, RIP, OSPF; собирательное название IGP - Interior Gateway Protocols) применяются на маршрутизаторах, действующих внутри автономных систем . Автономная система - это наиболее крупное деление Интернет, представляющее из себя объединение сетей с одинаковой маршрутизационной политикой и общей администрацией, например, совокупность сетей компании Глобал Один и ее клиентов в России.

Область действия того или иного протокола внутренней маршрутизации может охватывать не всю автономную систему, а только некоторое объединение сетей, являющееся частью автономной системы. Такое объединение мы будем называть системой сетей , или просто системой , иногда с указанием протокола маршрутизации, действующего в этой системе, например: RIP-система, OSPF-система.

Маршрутизация между автономными системами осуществляется пограничными (border) маршрутизаторами, таблицы маршрутов которых составляются с помощью протоколов внешней маршрутизации (собирательное название EGP - Exterior Gateway Protocols). Особенность протоколов внешней маршрутизации состоит в том, что при расчете маршрутов они должны учитывать не только топологию графа сети, но и политические ограничения, вводимые администрацией автономных систем на маршрутизацию через свои сети трафика других автономных систем. В настоящее время наиболее распространенным протоколом внешней маршрутизации является BGP.

2.4. Формат заголовка IP-дейтаграммы

IP-дейтаграмма состоит из заголовка и данных.

Заголовок дейтаграммы состоит из 32-разрядных слов и имеет переменную длину, зависящую от размера поля “Options”, но всегда кратную 32 битам. За заголовком непосредственно следуют данные, передаваемые в дейтаграмме.

Формат заголовка:

Значения полей заголовка следующие.

Ver (4 бита) - версия протокола IP, в настоящий момент используется версия 4, новые разработки имеют номера версий 6-8.

IHL (Internet Header Length) (4 бита) - длина заголовка в 32-битных словах; диапазон допустимых значений от 5 (минимальная длина заголовка, поле “Options” отсутствует) до 15 (т.е. может быть максимум 40 байт опций).

TOS (Type Of Service) (8 бит) - значение поля определяет приоритет дейтаграммы и желаемый тип маршрутизации. Структура байта TOS:

Три младших бита (“Precedence”) определяют приоритет дейтаграммы:

111 - управление сетью

110 - межсетевое управление

101 - CRITIC-ECP

100 - более чем мгновенно

011 - мгновенно

010 - немедленно

001 - срочно

000 - обычно

Биты D,T,R,C определяют желаемый тип маршрутизации:

D (Delay) - выбор маршрута с минимальной задержкой,

T (Throughput) - выбор маршрута с максимальной пропускной способностью,

R (Reliability) - выбор маршрута с максимальной надежностью,

C (Cost) - выбор маршрута с минимальной стоимостью.

В дейтаграмме может быть установлен только один из битов D,T,R,C. Старший бит байта не используется.

Реальный учет приоритетов и выбора маршрута в соответствии со значением байта TOS зависит от маршрутизатора, его программного обеспечения и настроек. Маршрутизатор может поддерживать расчет маршрутов для всех типов TOS, для части или игнорировать TOS вообще. Маршрутизатор может учитывать значение приоритета при обработке всех дейтаграмм или при обработке дейтаграмм, исходящих только из некоторого ограниченного множества узлов сети, или вовсе игнорировать приоритет.

Total Length (16 бит) - длина всей дейтаграммы в октетах, включая заголовок и данные, максимальное значение 65535, минимальное - 21 (заголовок без опций и один октет в поле данных).

ID (Identification) (16 бит), Flags (3 бита), Fragment Offset (13 бит) используются для фрагментации и сборки дейтаграмм и будут подробнее рассмотрены ниже в п. 2.4.1.

TTL (Time To Live) (8 бит) - “время жизни” дейтаграммы. Устанавливается отправителем, измеряется в секундах. Каждый маршрутизатор, через который проходит дейтаграмма, переписывает значение TTL, предварительно вычтя из него время, потраченное на обработку дейтаграммы. Так как в настоящее время скорость обработки данных на маршрутизаторах велика, на одну дейтаграмму тратится обычно меньше секунды, поэтому фактически каждый маршрутизатор вычитает из TTL единицу. При достижении значения TTL=0 дейтаграмма уничтожается, при этом отправителю может быть послано соответствующее ICMP-сообщение. Контроль TTL предотвращает зацикливание дейтаграммы в сети.

Protocol (8 бит) - определяет программу (вышестоящий протокол стека), которой должны быть переданы данные дейтаграммы для дальнейшей обработки. Коды некоторых протоколов приведены в таблице 2.4.1.

Коды IP-протоколов

Header Checksum (16 бит) - контрольная сумма заголовка, представляет из себя 16 бит, дополняющие биты в сумме всех 16-битовых слов заголовка. Перед вычислением контрольной суммы значение поля “Header Checksum” обнуляется. Поскольку маршрутизаторы изменяют значения некоторых полей заголовка при обработке дейтаграммы (как минимум, поля “TTL”), контрольная сумма каждым маршрутизатором пересчитывается заново. Если при проверке контрольной суммы обнаруживается ошибка, дейтаграмма уничтожается.

Source Address (32 бита) - IP-адрес отправителя.

Destination Address (32 бита) - IP-адрес получателя.

Padding - выравнивание заголовка по границе 32-битного слова, если список опций занимает нецелое число 32-битных слов. Поле “Padding” заполняется нулями.

2.4.1. Фрагментация дейтаграмм

Различные среды передачи имеют различный максимальный размер передаваемого блока данных (MTU - Media Transmission Unit), это число зависит от скоростных характеристик среды и вероятности возникновения ошибки при передаче. Например, размер MTU в 10Мбит/с Ethernet равен 1536 октетам, в 100 Мбит/с FDDI - 4096 октетам.

При передаче дейтаграммы из среды с большим MTU в среду c меньшим MTU может возникнуть необходимость во фрагментации дейтаграммы. Фрагментация и сборка дейтаграмм осуществляются модулем протокола IP. Для этого применяются поля “ID” (Identification), “Flags” и “Fragment Offset” заголовка дейтаграммы.

Flags -поле состоит из 3 бит, младший из которых всегда сброшен:

Значения бита DF (Don’t Fragment):

0 - фрагментация разрешена,

1 - фрагментация запрещена (если дейтаграмму нельзя передать без фрагментации, она уничтожается).

Значения бита MF (More Fragments):

0 - данный фрагмент последний (единственный),

1 - данный фрагмент не последний.

ID (Identification) - идентификатор дейтаграммы, устанавливается отправителем; используется для сборки дейтаграммы из фрагментов для определения принадлежности фрагментов одной дейтаграмме.

Fragment Offset - смещение фрагмента, значение поля указывает, на какой позиции в поле данных исходной дейтаграммы находится данный фрагмент. Смещение считается 64-битовыми порциями, т.е. минимальный размер фрагмента равен 8 октетам, а следующий фрагмент в этом случае будет иметь смещение 1. Первый фрагмент имеет смещение нуль.

Рассмотрим процесс фрагментации на примере. Допустим, дейтаграмма размером 4020 октетов (из них 20 октетов заголовка) передается из среды FDDI (MTU=4096) в среду Ethernet (MTU=1536). На границе сред производится фрагментация дейтаграммы. Заголовки в данной дейтаграмме и во всех ее фрагментах одинаковой длины - 20 октетов.

Исходная дейтаграмма :
заголовок: ID=X, Total Length=4020, DF=0, MF=0, FOffset=0
данные (4000 октетов): “А....А” (1472 октета), “В....В” (1472 октета), “С....С” (1056 октетов)

Фрагмент 1 :
заголовок: ID=X, Total Length=1492, DF=0, MF=1, FOffset=0
данные: “А....А” (1472 октета)

Фрагмент 2 :
заголовок: ID=X, Total Length=1492, DF=0, MF=1, FOffset=184
данные: “B....B” (1472 октета)

Фрагмент 3 :
заголовок: ID=X, Total Length=1076, DF=0, MF=0, FOffset=368
данные: “C....C” (1056 октетов)

Фрагментация может быть рекурсивной, т.е., например, фрагменты 1 и 2 могут быть еще раз фрагментированы; при этом смещение (Fragment Offset) считается от начала исходной дейтаграммы.

2.4.2. Обсуждение фрагментации

Максимальное количество фрагментов равно 2 13 =8192 при минимальном (8 октетов) размере каждого фрагмента. При большем размере фрагмента максимальное количество фрагментов соответственно уменьшается.

При фрагментации некоторые опции копируются в заголовок фрагмента, некоторые - нет. Все остальные поля заголовка дейтаграммы в заголовке фрагмента присутствуют. Следующие поля заголовка могут менять свое значение по сравнению с первоначальной дейтаграммой: поле опций, флаг “MF”, “Fragment Offset”, “Total Length”, “IHL”, контрольная сумма. Остальные поля копируются во фрагменты без изменений.

Каждый модуль IP должен быть способен передать дейтаграмму из 68 октетов без фрагментации (максимальный размер заголовка 60 октетов + минимальный фрагмент 8 октетов).

Сборка фрагментов осуществляется только в узле назначения дейтаграммы, поскольку разные фрагменты могут следовать в пункт назначения по разным маршрутам.

Если фрагменты задерживаются или утрачены при передаче, то у остальных фрагментов, уже полученных в точке сборки, TTL уменьшается на единицу в секунду до тех пор, пока не прибудут недостающие фрагменты. Если TTL становится равным нулю, то все фрагменты уничтожаются и ресурсы, задействованные на сборку дейтаграммы, высвобождаются.

Максимальное количество идентификаторов дейтаграмм - 65536. Если использованы все идентификаторы, нужно ждать до истечения TTL, чтобы можно было вновь использовать тот же самый ID, поскольку за TTL секунд “старая” дейтаграмма будет либо доставлена и собрана, либо уничтожена.

Передача дейтаграмм с фрагментацией имеет определенные недостатки. Например, как следует из предыдущего абзаца, максимальная скорость такой передачи равна 65536/TTL дейтаграмм в секунду. Если учесть, что рекомендованная величина TTL равна 120, получаем максимальную скорость в 546 дейтаграмм в секунду. В среде FDDI MTU равен примерно 4100 октетам, откуда получаем максимальную скорость передачи данных в среде FDDI не более 18 Мбит/с, что существенно ниже возможностей этой среды.

Другим недостатком фрагментации является низкая эффективность: при потере одного фрагмента заново передается вся дейтаграмма; при одновременном ожидании отставших фрагментов нескольких дейтаграмм создается ощутимый дефицит ресурсов и замедляется работа узла сети.

Способом обойти процесс фрагментации является применение алгоритма “Path MTU Discovery” (“Выявление MTU на пути следования”), этот алгоритм поддерживается протоколом TCP. Задачей алгоритма является обнаружение минимального MTU на всем пути от отправителя к месту назначения. Для этого посылаются дейтаграммы с установленным битом DF (“фрагментация запрещена”). Если они не доходят до места назначения, размер дейтаграммы уменьшается, и так происходит до тех пор, пока передача не будет успешной. После этого при передаче полезных данных создаются дейтаграммы с размером, соответствующим обнаруженному минимальному MTU.

2.4.3. Опции IP

Опции определяют дополнительные услуги протокола IP по обработке дейтаграмм. Опция состоит, как минимум, из октета “Тип опции”, за которым могут следовать октет “Длина опции” и октеты с данными для опции.

Структура октета “Тип опции”:

Значения бита С:

1 - опция копируется во все фрагменты;

0 - опция копируется только в первый фрагмент.

Определены два класса опций: 0 - “Управление” и 2 - “Измерение и отладка”. Внутри класса опция идентифицируется номером. Ниже приведены опции, описанные в стандарте протокола IP; знак “-” в столбце “Октет длины” означает, что опция состоит только из октета “Тип опции”, число рядом с плюсом означает, что опция имеет фиксированную длину (длина указывается в октетах).

Таблица 2.4.2

При обнаружении в списке опции “Конец списка опций” разбор опций прекращается, даже если длина заголовка (IHL) еще не исчерпана. Опция “Нет операции” обычно используется для выравнивания между опциями по границе 32 бит.

Большинство опций в настоящее время не используются. Опции “Stream ID” и “Безопасность” применялись в ограниченном круге экспериментов, функции опций “Запись маршрута” и “Internet Timestamp” выполняет программа traceroute. Определенный интерес представляют только опции “Loose/Strict Source Routing”, они рассмотрены в следующем пункте.

Применение опций в дейтаграммах замедляет их обработку. Поскольку большинство дейтаграмм не содержат опций, то есть имеют фиксированную длину заголовка, их обработка максимально оптимизирована именно для этого случая. Появление опции прерывает этот скоростной процесс и вызывает стандартный универсальный модуль IP, способный обработать любые стандартные опции, но за счет существенной потери в быстродействии.

Опции “Loose/Strict Source Routing” (класс 0, номера 3 и 9 соответственно) предназначены для указания дейтаграмме предопределенного отправителем маршрута следования.

Обе опции выглядят одинаково:

Поле “Данные” содержит список IP-адресов требуемого маршрута в порядке следования. Поле “Указатель” служит для определения очередного пункта маршрута, оно содержит номер первого октета IP-адреса этого пункта в поле “Данные”. Номера считаются от начала опции с единицы, начальное значение указателя - 4.

Опции работают следующим образом.

Предположим, дейтаграмма, посланная из A в B, должна проследовать через маршрутизаторы G1 и G2. На выходе из А поле “Destination Address” заголовка дейтаграммы содержит адрес G1, а поле данных опции - адреса G2 и В (указатель=4). По прибытии дейтаграммы в G1 из поля данных опции, начиная с октета, указанного указателем (октет 4), извлекается адрес следующего пункта (G2) и помещается в поле “Destination Address”, при этом значение указателя увеличивается на 4, а на место адреса G2 в поле данных опции помещается адрес того интерфейса маршрутизатора G1, через который дейтаграмма будет отправлена по новому месту назначения (то есть в G2). По прибытии дейтаграммы в G2 процедура повторяется и дейтаграмма отсылается в В. При обработке дейтаграммы в В обнаруживается, что значение указателя (12) превышает длину опции, это значит, что конечный пункт маршрута достигнут.

Отличия опций “Loose Source Routing” и “Strict Source Routing” друг от друга заключаются в следующем:

“Loose”: очередной пункт требуемого маршрута может быть достигнут за любое количество шагов (хопов );

“Strict”: очередной пункт требуемого маршрута должен быть достигнут за 1 шаг, то есть непосредственно.

Рассмотренные опции копируются во все фрагменты. В дейтаграмме может быть только одна такая опция.

Опции “Loose/Strict Source Routing” могут быть использованы в целях несанкционированного проникновения через контролирующий (фильтрующий) узел (в поле “Destination Address” устанавливается разрешенный адрес, дейтаграмма пропускается контролирующим узлом, далее из поля данных опции подставляется запрещенный адрес и дейтаграмма перенаправляется по этому адресу уже за пределами досягаемости контролирующего узла), поэтому в целях безопасности рекомендуется вообще запретить пропуск контролирующим узлом дейтаграмм с рассматриваемыми опциями.

Быстродействующей альтернативой использованию опции “Loose Source Routing” является IP-IP инкапсуляция: вложение IP-дейтаграммы внутрь IP-дейтаграммы (поле “Protocol” внешней дейтаграммы имеет значение 4, см. ). Например, требуется отправить некоторый TCP-сегмент из А в В через С. Из А в С отправляется дейтаграмма вида:

При обработке дейтаграммы в С обнаруживается, что данные дейтаграммы должны быть переданы для обработки протоколу IP и представляют собой, разумеется, также IP-дейтаграмму. Эта внутренняя дейтаграмма извлекается и отправляется в В.

При этом дополнительное время на обработку дейтаграммы потребовалось только в узле С (обработка двух заголовков вместо одного), но во всех остальных узлах маршрута никакой дополнительной обработки не потребовалось, в отличие от случая использования опций.

Применение IP-IP инкапсуляции также может вызвать описанные выше проблемы с безопасностью.

2.5. Протокол ICMP

Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol, Протокол Управляющих Сообщений Интернет) является неотъемлемой частью IP-модуля. Он обеспечивает обратную связь в виде диагностических сообщений, посылаемых отправителю при невозможности доставки его дейтаграммы и в других случаях. ICMP стандартизован в RFC-792, дополнения - в RCF-950,1256.

ICMP-сообщения не порождаются при невозможности доставки:

• дейтаграмм, содержащих ICMP-сообщения;
• не первых фрагментов дейтаграмм;
• дейтаграмм, направленных по групповому адресу (широковещание, мультикастинг);
• дейтаграмм, адрес отправителя которых нулевой или групповой.

Все ICMP-сообщения имеют IP-заголовок, значение поля “Protocol” равно 1. Данные дейтаграммы с ICMP-сообщением не передаются вверх по стеку протоколов для обработки, а обрабатываются IP-модулем.

После IP-заголовка следует 32-битное слово с полями “Тип”, “Код” и “Контрольная сумма”. Поля типа и кода определяют содержание ICMP-сообщения. Формат остальной части дейтаграммы зависит от вида сообщения. Контрольная сумма считается так же, как и в IP-заголовке, но в этом случае суммируется содержимое ICMP-сообщения, включая поля “Тип” и “Код”.

Таблица 2.5.1

Виды ICMP-сообщений

Ниже рассмотрены форматы ICMP-cообщений и даны комментарии к некоторым сообщениям.

Типы 3, 4, 11, 12

В сообщении типа 12 в поле “хххххххххх” (1 октет) заносится номер октета заголовка, в котором обнаружена ошибка; в сообщениях типов 3, 4, 11 не используется. Все неиспользуемые поля заполняются нулями.

Сообщения типа 4 (“Замедление источника”) генерируются в случае переполнения (или опасности переполнения) буферов обработки дейтаграмм адресата или промежуточного узла на маршруте. При получении такого сообщения отправитель должен уменьшить скорость или приостановить отправку дейтаграмм до тех пор, пока он не перестанет получать сообщения этого типа.

IP-заголовок и начальные слова оригинальной дейтаграммы приводятся для опознания ее отправителем и, возможно, анализа причины сбоя.

Тип 5

Сообщения типа 5 направляются маршрутизатором отправителю дейтаграммы в случае, когда маршрутизатор считает, что дейтаграммы в данное место назначения следует направлять через другой маршрутизатор. Адрес нового маршрутизатора приведен во втором слове сообщения.

Понятие “место назначения” конкретизируется значением поля “Код” (см. табл. 2.5.1). Информация о том, куда была направлена дейтаграмма, породившая ICMP-сообщения, извлекается из ее заголовка, присоединенного к сообщению. Отсутствие передачи сетевой маски ограничивает область применения сообщений типа 5.

Типы 0,8

Сообщения типов 0 и 8 используются для тестирования связи по протоколу IP между двумя узлами сети. Тестирующий узел генерирует сообщения типа 8 (“Эхо-запрос”), при этом “Идентификатор” определяет данный сеанс тестирования (номер последовательности отправляемых сообщений), поле “Номер по порядку” содержит номер данного сообщения внутри последовательности. В поле данных содержатся произвольные данные, размер этого поля определяется общей длиной дейтаграммы, указанной в поле “Total length” IP-заголовка.

IP-модуль, получивший эхо-запрос, отправляет эхо-ответ. Для этого он меняет местами адреса отправителя и получателя, изменяет тип ICMP-сообщения на 0 и пересчитывает контрольную сумму.

Тестирующий узел по самому факту получения эхо-ответов, времени оборота дейтаграмм, проценту потерь и последовательности прибытия ответов может сделать выводы о наличии и качестве связи с тестируемым узлом. На основе посылки и приема эхо-сообщений работает программа ping.

Тип 9

Сообщения типа 9 (объявление маршрутизатора) периодически рассылаются маршрутизаторами хостам сети для того, чтобы хосты могли автоматически сконфигурировать свои маршрутные таблицы. Обычно такие сообщения рассылаются по мультикастинговому адресу 224.0.0.1 (“всем хостам”) или по широковещательному адресу.

Сообщение содержит адреса одного или нескольких маршрутизаторов, снабженных значениями приоритета для каждого маршрутизатора. Приоритет является числом со знаком, записанным в дополнительном коде; чем больше число, тем выше приоритет.

Поле “NumAddr” содержит количество адресов маршрутизаторов в данном сообщении; значение поля “AddrEntrySize” равно двум (размер поля, отведенного на информацию об одном маршрутизаторе, в 32-битных словах). “Время жизни” определяет срок годности информации, содержащейся в данном сообщении, в секундах.

Тип 10

Сообщения типа 10 (запрос объявления маршрутизатора) состоит из двух 32-битных слов, первое из которых содержит поля “Тип”, “Код” и “Контрольная сумма”, а второе зарезервировано (заполняется нулями).

Типы 17 и 18

Сообщения типов 17 и 18 (запрос и ответ на запрос значения маски сети) используются в случае, когда хост желает узнать маску сети, в которой он находится. Для этого в адрес маршрутизатора (или широковещательно, если адрес маршрутизатора неизвестен) отправляется запрос. Маршрутизатор отправляет в ответ сообщение с записанным в нем значением маски той сети, из которой пришел запрос. В том случае, когда отправитель запроса еще не знает своего IP-адреса, ответ отправляется широковещательно.

Поля “Идентификатор” и “Номер по порядку” могут использоваться для контроля соответствий запросов и ответов, но в большинстве случаев игнорируются.

2.6. Протокол ARP

Протокол ARP (Address Resolution Protocol, Протокол распознавания адреса) предназначен для преобразования IP-адресов в MAC-адреса, часто называемые также физическими адресами.

MAC расшифровывается как Media Access Control, контроль доступа к среде передачи. МАС-адреса идентифицируют устройства, подключенные к физическому каналу, пример MAC-адреса - адрес Ethernet.

Для передачи IP-дейтаграммы по физическому каналу (будем рассматривать Ethernet) требуется инкапсулировать эту дейтаграмму в кадр Ethernet и в заголовке кадра указать адрес Ethernet-карты, на которую будет доставлена эта дейтаграмма для ее последующей обработки вышестоящим по стеку протоколом IP. IP-адрес, включенный в заголовок дейтаграммы, адресует IP-интерфейс какого-либо узла сети и не заключает в себе никаких указаний ни на физическую среду передачи, к которой подключен этот интерфейс, ни тем более на физический адрес устройства (если таковой имеется), с помощью которого этот интерфейс сообщается со средой.

Поиск по данному IP-адресу соответствующего Ethernet-адреса производится протоколом ARP, функционирующим на уровне доступа к среде передачи. Протокол поддерживает в оперативной памяти динамическую arp-таблицу в целях кэширования полученной информации. Порядок функционирования протокола следующий.

С межсетевого уровня поступает IP-дейтаграмма для передачи в физический канал (Ethernet), вместе с дейтаграммой передается, среди прочих параметров, IP-адрес узла назначения. Если в arp-таблице не содержится записи об Ethernet-адресе, соответствующем нужному IP-адресу, модуль arp ставит дейтаграмму в очередь и формирует широковещательный запрос. Запрос получают все узлы, подключенные к данной сети; узел, опознавший свой IP-адрес, отправляет arp-ответ (arp-response) со значением своего адреса Ethernet. Полученные данные заносятся в таблицу, ждущая дейтаграмма извлекается из очереди и передается на инкапсуляцию в кадр Ethernet для последующей отправки по физическому каналу.

ARP-запрос или ответ включается в кадр Ethernet непосредственно после заголовка кадра.

Форматы запроса и ответа одинаковы и отличаются только кодом операции (Operation code, 1 и 2 соответственно).

Несмотря на то, что ARP создавался специально для Ethernet, этот протокол может поддерживать различные типы физических сред (поле “Hardware type (Тип физической среды)”, значение 1 соответствует Ethernet), а также различные типы обслуживаемых протоколов (поле “Protocol type (Тип протокола)”, значение 2048 соответствует IP). Поля H-len и P-len содержат длины физического и “протокольного” адресов соответственно, в октетах. Для Ethernet H-len=6, для IP P-len=4.

Поля “Source hardware address” и “Source protocol address” содержат физический (Ethernet) и “протокольный” (IP) адреса отправителя. Поля “Target hardware address” и “Target protocol address” содержат соответствующие адреса получателя. При посылке запроса поле “Target hardware address” инициализируется нулями, а в поле “Destination (Адрес назначения)” заголовка Ethernet-кадра ставится широковещательный адрес.

2.6.1. ARP для дейтаграмм, направленных в другую сеть

Дейтаграмма, направленная во внешнюю (в другую) сеть, должна быть передана маршрутизатору. Предположим, хост А отправляет дейтаграмму хосту В через маршрутизатор G. Несмотря на то, что в заголовке дейтаграммы, отправляемой из А, в поле “Destination” указан IP-адрес В, кадр Ethernet, содержащий эту дейтаграмму, должен быть доставлен маршрутизатору. Это достигается тем, что IP-модуль при вызове ARP-модуля передает тому вместе с дейтаграммой в качестве IP-адреса узла назначения адрес маршрутизатора, извлеченный из таблицы маршрутов. Таким образом, дейтаграмма с адресом В инкапсулируется в кадр с MAC-адресом G:

Модуль Ethernet на маршрутизаторе G получает из сети этот кадр, так как кадр адресован ему, извлекает из кадра данные (то есть дейтаграмму) и отправляет их для обработки модулю IP. Модуль IP обнаруживает, что дейтаграмма адресована не ему, а хосту В, и по своей таблице маршрутов определяет, куда ее следует переслать. Далее дейтаграмма опять опускается на нижний уровень, к соответствующему физическому интерфейсу, которому передается в качестве IP-адреса узла назначения адрес следующего маршрутизатора, извлеченный из таблицы маршрутов, или сразу адрес хоста В, если маршрутизатор G может доставить дейтаграмму непосредственно к нему.

2.6.2. Proxy ARP

ARP-ответ может отправляться не обязательно искомым узлом, вместо него это может сделать другой узел. Такой механизм называется proxy ARP .

Рассмотрим пример (рис. 2.6.1). Удаленный хост А подключается по коммутируемой линии к сети 194.84.124.0/24 через сервер доступа G. Сеть 194.84.124.0 на физическом уровне представляет собой Ethernet. Сервер G выдает хосту А IP-адрес 194.84.124.30, принадлежащий сети 194.84.124.0. Следовательно, любой узел этой сети, например, хост В, полагает, что может непосредственно отправить дейтаграмму хосту А, поскольку они находятся в одной IP-сети.

Рис. 2.6.1. Proxy ARP

IP-модуль хоста В вызывает ARP-модуль для определения физического адреса А. Однако вместо А (который, разумеется, откликнуться не может, потому что физически не подключен к сети Ethernet) откликается сервер G, который и возвращает свой Ethernet-адрес как физический адрес хоста А. Вслед за этим В отправляет, а G получает кадр, содержащий дейтаграмму для А, которую G отправляет адресату по коммутируемому каналу.