SLIP и РРР

Протоколы уровня сетевого интерфейса SLIP (Serial Line Internet Protocol) и РРР (Point-to-Point Protocol) используются для установки удаленного соединения по телефонным линиям или другим видам физического подключения. Протокол SLIP описан в RFC 1055. Протокол РРР сложнее, чем SLIP, и использует для установки соединения между двумя системами дополнительные протоколы, описанные в отдельных документах, в том числе RFC 1661 и RFC 1662. Подробнее о SLIP и РРР — в занятии 2 главы 12.

ARP

Протокол ARP (Address Resolution Protocol), описанный в RFC 826, занимает в наборе TCP/IP необычное место. Он обслуживает протокол IP и потому, казалось бы, располагается на уровне сетевого интерфейса (или на канальном уровне модели OSI). Однако его сообщения передаются непосредственно протоколами канального уровня, а не включаются в дейтаграммы IP, что дает повод считать его протоколом межсетевого (в OSI — сетевого) уровня. Но к какому бы уровню Вы его ни причисляли, при работе TCP/IP в локальной сети ARP играет очень важную роль.

Для идентификации сетей и хостов протоколы TCP/IP используют IP-адреса. С другой стороны, компьютерам, включенным в сеть Ethernet или Token Ring, приходится так или иначе передавать дейтаграммы IP, ориентируясь на аппаратный адрес целевой системы. ARP обеспечивает интерфейс между системой IP-адресов, применяемой IP, и аппаратными адресами, которые используются протоколами канального уровня.

Протокол IP, составляя дейтаграмму, «знает» IP-адрес системы, которой предназначается пакет. Этот адрес может принадлежать компьютеру, включенному в локальную сеть, или системе, включенной в Другую сеть. В любом случае IP должен определить аппаратный адрес системы в локальной сети, которая получит этот пакет следующей. Для этого IP генерирует сообщение ARP и распространяет его по ЛВС. Формат сообщения ARP показан на рис. 8.2.

Ниже описано назначение полей сообщения ARP.

• Hardware Type (2 байта). В этом поле указывается тип аппаратного адреса в полях Sender Hardware Address и Target Hardware Address. В сетях Ethernet и Token Ring его значение равно 1.

• Protocol Type (2 байта). В этом поле указывается тип адреса в полях Sender Protocol Address и Target Protocol Address. Для IP-адресов его шестнадцатеричное значение равно 0800 (совпадает с кодом Ethertype для IP).

• Hardware Size (1 байт). В этом поле указывается размер адресов (в байтах) в полях Sender Hardware Address и Target Hardware Address. В сетях Ethernet и Token Ring его значение равно 6.

• Protocol Size (1 байт). В этом поле указывается размер адресов (в байтах) в полях Sender Protocol Address и Target Protocol Address. Для IP-адресов его значение равно 4.

• Opcode (2 байта). В этом поле указывается функция пакета: запрос ARP (ARP Request), ответ ARP (ARP Reply), запрос RARP (RARP Request) или ответ RARP (RARP Reply).

• Sender Hardware Address (6 байтов). В этом поле указывается аппаратный адрес системы, генерирующей сообщение.

• Sender Protocol Address (4 байта). В этом поле указывается IP-адрес системы, генерирующей сообщение.

• Target Hardware Address (6 байтов). В этом поле указывается аппаратный адрес системы, для которой предназначается сообщение. В сообщениях ARP Request это поле остается пустым.

• Target Protocol Address (4 байта). В этом поле указывается IP-адрес системы, которой предназначается сообщение.

Примечание Функции протокола RARP (Reverse Address Resolution Protocol) прямо противоположны функциям ARP. RARP некогда применялся в рабочих станциях без жестких дисков, поскольку он позволяет системе определить собственный IP-адрес, отправив аппаратный адрес серверу RARP. RARP является предшественником протоколов ВООТР (Bootstrap Protocol) и DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), которые применяются для автоматического конфигурирования клиентов TCP/IP. В наши дни он используется редко.

Определение аппаратного адреса целевой системы с помощью ARP происходит так.

1. IP упаковывает информацию транспортного уровня в дейтаграмму, вставляя IP-адрес целевой системы в поле Destination IP Address заголовка IP.

2. IP сравнивает идентификатор сети в IP-адресе целевой системы с идентификатором собственной сети и определяет, можно ли отправить дейтаграмму непосредственно целевому хосту или ее следует передать маршрутизатору в локальной сети.

3. IP генерирует пакет ARP Request, содержащий аппаратный и IP-адреса отправителя в полях Sender Hardware Address и Sender Protocol Address. Поле Target Protocol Address содержит IP-адрес очередного пункта назначения дейтаграммы (хоста или маршрутизатора), определенный на шаге 2. Поле Target Hardware Address остается пустым.

4. Система передает сообщение ARP Request вниз, на канальный уровень, который помещает его в кадр и передает как широковещательное сообщение для всей локальной сети.

5. Системы, подключенные к ЛВС, получают сообщение ARP Request и считывают содержимое поля Target Protocol Address. Если его значение не совпадает с IP-адресом системы, сообщение игнорируется, и никаких действий система не выполняет.

6. Если адрес в поле Target Protocol Address совпадает с IP-адресом системы, получившей сообщение ARP Request, она генерирует сообщение ARP Reply. Содержимое двух полей с адресами отправителя из сообщения ARP Request копируется в соответствующие поля с адресами получателя сообщения ARP Reply. Значение поля Target Protocol Address из запроса копируется в поле Sender Protocol Address ответа. Наконец, система подставляет свой аппаратный адрес в поле Sender Hardware Address.

?• Система передает сообщение ARP Reply в виде узковещательного сообщения (unicast) компьютеру, сгенерировавшему запрос, используя аппаратный адрес из поля Target Hardware Address.

8. Система, сгенерировавшая первоначальное сообщение ARP Request, получает сообщение ARP Reply и использует значение из поля Sender Hardware Address для включения дейтаграммы в кадр канального уровня и передает его целевой системе в виде узковещательного сообщения.

Спецификация ARP требует от системы TCP/IP организации кэша аппаратных адресов, распознанных системой с помощью этого протокола. Благодаря этому удается избежать заполнения сети отдельными сообщениями ARP Request для каждой передаваемой дейтаграммы. Например, когда система передает файл в нескольких сегментах TCP, обычно достаточно всего одной транзакции ARP, поскольку перед генерацией очередного ARP-запроса IP проверяет, нет ли в кэше нужного аппаратного адреса. Время хранения неиспользуемой информации ARP в кэше зависит от конкретной реализации, но обычно оно относительно невелико — следует избегать использования в системе устаревшей информации об адресах.

Совет В стек протоколов TCP/IP основанных на Windows ОС входит утилита Агр.ехе, с помощью которой можно управлять содержимым кэша ARP. Аппаратные адреса, добавленные в кэш вручную с ее помощью, остаются в нем навсегда, что помогает сократить широковещательный трафик в сети. Подробнее об Агр.ехе — в занятии 2 главы 10.

IP

Протокол IP (Internet Protocol) отвечает за передачу данных, сгенерированных практически всеми остальными протоколами TCP/IP, системой-отправителем системе-получателю. Подробнее об IP и его работе — в занятии 1 главы 6.

ICMP

Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol), описанный в RFC 792, также используется протоколом IP для администрирования сети. ICMP считается протоколом межсетевого (или сетевого) уровня, хотя данные прикладных программ он не передает, а его собственные сообщения передаются внутри дейтаграмм IP. В ICMP применяется только один формат сообщений, но выполняются с его помощью самые различные функции, обычно разделяемые на сообщения об ошибках и запросы.

Формат сообщения ICMP показан на рис. 8.3.

Ниже описано назначение полей сообщения ICMP.

• Туре (1 байт) — общий код сообщения.

• Code (1 байт) — код конкретной функции сообщения.

• Checksum (2 bytes) — контрольная сумма для всего сообщения ICMP; используется для обнаружения ошибок.

• Data (переменной длины) — дополнительные сведения, зависящие от конкретного типа сообщения.