Протоколы маршрутизации и управления трафиком. Протокол IP и система адресации

Общая структура станции локальной сети В качестве ядра СОС (сетевая операционная система) используются программы, реализующие один или несколько коммуникационных протоколов. Например, в качестве СОС может использоваться программа, реализующая стек протоколов TCP/IP. Одной из популярнейших СОС является серия разработок фирмы Novell под названием NetWare. Для версии, например, NetWare 3.12 на рабочей станции ядро этой СОС представлено двумя ОЗУ-резидентными модулями: NETX.COM и IPX.COM. Модуль NETX.COM называется оболочкой. Его основным назначением является принятие решения о том, кому передать запрос на ввод/выод данных, операционной системе рабочей станции или модулю IPX.COM. Модуль IPX.COM реализует протоколы передачи данных IPX и SPX. Протокол IPX относится к сетевому уровню и служит для передачи пакетов в режиме датаграмм (без предварительного установления соединения). Он не гарантирует надежную доставку пакетов. Испольльзуется для передачи данных между рабочими станциями и серверами сети. Протокол SPX относится к сетевому уровню, но выполняет некоторые функции ведения диалога (сеансового уровня). Осуществляет передачу пакетов в режиме с предварительным установлением соединения. имеет средства исправления ошибок. Используется, в основном для передачи данных, необходимых для выполнения служебных сетевых функций, например, при диагностике сети. Межсетевой протокол IP (Internet Protocol) 1. Основные принципы Первоначально IP был предназначен для негарантированной доставки блоков транспортного уровня между сетями, использующими разные протоколы сетевого уровня. В настоящее время IP используется и для доставки данных между рабочими станциями. Компьютеры, имеющие модули IP, включены в единое адресное пространство. При перемещении сверху вниз пакеты IP вставляются в блоки данных нижнего уровня. При перемещении снизу вверх из блоков данных нижнего уровня выделяются пакеты IP. Основное назначение IP-модуля состоит в принятии решения о направлении передачи IP- пакета. Пакет может быть отправлен на верхний уровень компьютера или в один из его портов. Направление передачи определяется с помощью таблицы маршрутизации по присутствующему в пакете адресу получателя. Соединение сетей с одинаковыми протоколами, осуществляется с помощью маршрутизаторов. Соединение сетей с разными протоколами осуществляется с помощью шлюзов, "понимающих" разные протоколы. Современные маршрутизаторы выполняют функции шлюзов, т.к. понимают разные протоколы. В таблице маршрутизации шлюзов содержатся только адреса-маски соединяемых им сетей. Например, в таблице маршрутизации шлюза, соединяющего 3 сети, достаточно иметь только 3 строчки. В зависимости от необходимости, IP может делить каждый блок и после этого осуществлять сборку на конечном компьютере или маршрутизаторе. К каждому передаваемому пакету данных добавляется заголовок IP и он передается как кадр протоколами более низкого уровня. В зависимости от структуры сети может существовать несколько маршрутов между передающим и принимающим компьютером. Каждый маршрутизатор, принимающий пакет принимает решение о следующем пункте назначения. Различные фрагменты транспортного блока могут пройти разными маршрутами до принимающего компьютера. При этом может получиться так, что они прибудут не по порядку. В этом случае IP собирает фрагменты в исходной последовательности на принимающем компьютере. 2. Формат пакета IP v.4 Version (версия). Поле Version (длиной 4 бита) позволяет отслеживать любое развитие протокола. Для правильной обработки заголовка пакета принимающая и передающая сторона должны договориться о версии протокола. Для разбираемой версии в этом поле находится число 4 (0100). IP Header Lengh (длина заголовка). Поле IHL (длиной 4 бита) определяет длину заголовка в 32 битных словах. Type of service (тип сервиса). Это поле (длиной 8 бит) позволяет протоколам верхнего уровня задавать вид, качество обслуживания. Старшие три бита (8, 9, 10) задают приоритет. Одиннадцатый бит 32-разрядного слова (бит D) задает уровень задержки, двенадцатый бит (бит T) задает уровень производительности, тринадцатый бит (бит T) задает уровень надежности. Остальные (младшие) два бита зарезервированы. Наличие нулей в поле type of service, означает осутствие каких-либо специальных требований к качеству обслуживания пакета. Total Length (общая длина). Поле имеет длину 16 бит и указывает в байтах общую длину пакета, включая заголовок и данные. Рекомендуемая длина IP пакетов - 576 байтов. Identification (идентификация). Поле имеет длину 16 бит. Используется для разбиения исходного IP- пакета (сегмента) на более мелкие IP- пакеты (фрагменты) в узле-отправителе и сборки исходного пакета из фрагментов в узле-получателе. Фрагменты, имеющие одинаковое значение identification, принадлежат одному сегменту, исходному IP-пакету. Flags (флаги). Поле состоит из трех бит. Старший (шестнадцатый) бит резервный, должен иметь нулевое значение. Если бит 17 (бит DF, Dount Fragment) установлен в 1, то это означает, что данный IP- пакет не может быть фрагментирован (разделен). Если бит 18 флага (бит MF- More Fragments - еще фрагменты) установлен в 1, то это означает, что данный IP- пакет не является последним в сегменте, есть еще фрагменты. Fragment Offset (смещение фрагмента). Поле имеет 13 бит. Используется для упорядочения фрагментов в сегменте. Модуль IP на принимающем компьютере использует это поле для сборки фрагментов сегмента. Если хотя бы один фрагмент не получен, все остальные фрагменты отбрасываются и сегмент считается не принятым. Time to live (время жизни). Поле имеет 8 бит. Представляет собой счетчик, который ограничивает время существования пакета. Он уменьшается по крайней мере на единицу каждый раз, когда пакет обрабатывается маршрутизатором. Когда счетчик достигает нуля, пакет уничтожается. Такие действия предотвращают движение пакета по бесконечному циклу в сети. Protocol (протокол). Поле имеет 8 бит. Задает протокол верхнего уровня (например, TCP), используемый для обработки IP-пакета. Header Checksum (контрольная сумма заголовка). Поле имеет 16 бит. Используется для определения целостности заголовка. Если рассчитанная в узле-приемнике контрольная сумма не совпадает с суммой в принимаемом IP-пакете, этот пакет уничтожается. Поскольку поле time to live изменяется при проходе через маршрутизатор, контрольная сумма в нем пересчитывается и перезаписывается. Source Address (адрес отправителя). Поле содержит 32 бит. Представляет собой IP-адрес того узла, который явился источником данных, переносимых в IP-пакете. данные верхнего уровня которого переносятся в пакете. Destination Address (адрес получателя). Поле содержит 32 бит. Представляет собой IP-адрес того узла, которому предназначены данные, переносимые в IP-пакете. Options (дополнительные услуги). Поле options может быть переменного размера и используется для поддержки различного рода дополнительных услуг. В поле options может быть записана дополнительная информация для обеспечения безопасности передачи данных, для выбора и трассировки маршрута и другая служебная информация. Data (данные). Поле переменной длины. В нем переносятся данные верхнего уровня. 3. IP-адресация В основе адресного пространства сети Internet лежит система адресации IP. На рисунке представлены ее основные принципы. Существуют 5 классов IP-адресов, отличающиеся количеством бит в адресе сети и адресе узла. Класс адреса определяется значением его первого октета. На рисунке приведены значения старших разрядов первого октета для различных классов. Адреса класса A предназначены для использования в больших сетях общего пользования. Они допускают большое количество адресов узлов. Адреса класса B используются в сетях среднего размера, например, в сетях университетов и крупных компаний. Адреса класса C используются в сетях с небольшим числом компьютеров. Адреса класса D используются при обращениях к группам машин, а адреса класса E зарезервированы на будущее. Часто используют десятичное написание IP- адресов, состоящее из четырех частей, отделенных точкой. В каждой части обязательно должно быть три цифры. Некоторые IP-адреса являются выделенными и трактуются по-особому. Поэтому адреса класса A имеют диапазон 1 - 136, а не 1 - 137, как пишут в некоторых журналах. Принципы IP-адресации При использовании сегментирования сетей возникают проблемы с использованием адресов класса С. При сегментировании (разделении сетей на подсети) приходится резервировать несколько старших разрядов последнего октета для указания адреса сегмента. В этом случае остается мало адресов для узлов. На решение этой проблемы направлена новая версия (V.6) IP - пакета, в которой под адрес выделяется 16 октетов [2]. Указывать в приложениях адреса в цифровой форме оказывается часто неудобно. Поэтому в Internet существует система назначения соответствия IP-адресов их отображению в алфавитно-цифровом виде. Эта система называется "доменная система имен" (DNS). DNS представляет собой метод назначения имен путем возложения на разные группы пользователей ответственности за подмножество имен. Домены отделяются друг от друга точками. Например, в адресе amp.iitam.omsk.net.ru присутствует 4 домена. Домен amp означает адрес компьютера, а домен ru означает Россию. Левый в адресе домен является подмножеством правого домена. Крайние справа домены наиболее крупные. Например, домен com, стоящий в адресе крайним справа (до //), означает, что данный адрес принадлежит, скорее всего, коммерческой организации, а наличие на этом месте домена edu говорит, обычно, о принадлежности данного адреса учебному заведению.