Содержание
-
Основы Рv4-адресациии маршрутизации
Глава 4
-
В рамках этой темы…
-
Термины
Маршрутизация IP – процесс перенаправления пакетов IP хостам и маршрутизаторам (уровень 3 PDU) по локальным и глобальным сетям. IР-адресация: адреса, идентифицирующие хосты отправителя и получателя пакета. Правила адресации организуют адреса в группы, что облегчает процесс маршрутизации. Протокол маршрутизации IP –протокол, позволяющий маршрутизаторам динамически узнавать о группах IР-адресов, чтобы маршрутизатор знал, куда перенаправлять пакеты IP, чтобы они достигли хоста назначения. Другие утилиты: сетевой уровень полагается также и на другие утилиты. Для протокола TCP/IP это система доменных имен (DNS), протокол преобразования адресов (ARP) и утилита ping.
-
Логика маршрутизации сетевого уровня
Хосты используют сетевой уровень для выбора соседнего маршрутизатора, на который следует послать пакеты IP. Этот маршрутизатор в свою очередь выбирает направление дальнейшей передачи пакета IP.
-
-
Таблицы маршрутизации
Каждый маршрутизатор хранит таблицу маршрутизации IP (IP routingtаblе). Эта таблица содержит группировки (grouping) IР-адресов, известные также как сетиIP (IP network)и подсети IP(IP subnet). Когда маршрутизатор получает пакет, он сравнивает IР-адрес получателя пакета с записями в таблице маршрутизации и находит соответствие. Найденная запись содержит список направлений, указывающих маршрутизатору, куда перенаправить пакет далее.
-
Логика сетевого уровня
Логика сетевого уровня маршрутизации игнорирует физические детали передачи: процесс маршрутизации перенаправляет пакет сетевого уровня из конца в конец сети, а каждый фреймканала связи - только на своем участке сети. Сетевой уровень решает общую задачу: как переслать этот пакет на следующее заданное устройство; Канальный уровень заботится о специфических особенностях: как инкапсулировать пакет во фрейме канала связи и передать его локально.
-
Протокол Arp
Примером механизма определения используемого маршрутизатором адреса канала связи является протокол преобразования адресов (Address Resolution Protocol - ARP) . Он динамически изучает адрес канала связи хоста IP, подключенного к локальной сети. Маршрутизатор RЗ использует протокол ARP для выяснения МАС-адреса компьютера РС2, прежде чем послать на него любые пакеты.
-
Основные идеи маршрутизации
Процесс маршрутизации перенаправляет пакеты третьего уровня, которые также называются блоками данных протокола уровня 3 (Layer З ProtocolDataUnits- LЗPDU ), на основе содержащегося в пакете адреса получателя. Процесс маршрутизации использует канальный уровень для инкапсуляции пакетов третьего уровня во фреймы второго уровня для передачи через каждый последующий канал .
-
Сеть IP
Протокол TCP/IP группирует IР-адреса так, чтобы адреса, используемые в той же физической сети, принадлежали той же группе – это сеть IP (IP network) или подсеть IP (IP subnet). Протокол IP определяет правила, согласно которым IР-адрес может относиться к той же сети или подсети IP: числовое представление адресов в той же группе имеет одинаковое значение в первой части адресов.
-
Например: хосты в верхней сети Ethernet: адреса начинаются с 10; хосты на последовательном канале R1-R2: адреса начинаются с 168.10; хосты в канале связи EoMPLSR2-R3: адреса начинаются с 168.11; хосты в нижней сети Ethernet: адреса начинаются с 168.1. 168.10….. 168.11….. маршрутизатор хранит в таблице маршрутизации только одну запись для каждой сети или подсети IP, а не по отдельной записи для каждого конкретного IР-адреса.
-
Заголовок IP
Процесс маршрутизации использует заголовок IPv4, который включает 32-разрядный IР-адрес отправителя и 32-разрядный IР-адрес получателя .
-
Правило логики маршрутизации
Чтобы логика маршрутизации работала на хостах и маршрутизаторах, каждый из них должен иметь информацию об объединенной сети TCP/IP: чтобы хосты могли посылать пакеты дистанционным получателям, они должны знать IР-адрес своего стандартного маршрутизатора; чтобы маршрутизаторы могли перенаправлять пакеты соответствующей сети или подсети IP, они должны знать маршруты к ним.
-
Протоколы маршрутизации
Если запустить протокол маршрутизации на всех маршрутизаторах в объединенной сети TCP/IP, то маршрутизаторы начнут между собой обмен сообщениями протокола маршрутизации. В результате все маршрутизаторы изучат маршруты для всех сетей и подсетей IP в объединенной сети TCP/IP.
-
IP адреса
IР-адреса состоят из 32-разрядного числа, обычно записанного в десятичном представлении с разделительными точками (Dotted- DecimalNotation– DDN) (отображает октеты с помощью десятичного числа, разделяя их точкой): IР-адрес 168.1.1.1 записан в десятичном представлении с разделительными точками его фактическая, двоичная, версия такова: 10101000 00000001 00000001 00000001.
-
У каждого IР-адреса в представлении DDN есть четыре десятичных октета (octet), разделенных точками (октет– это синоним термина байт): поскольку каждый октет представляет 8-битовое двоичное число, его диапазондесятичных чисел составляет 0-255 включительно. Каждый сетевой интерфейс использует уникальный IР-адрес.
-
Правила группировки IP адресов
В первоначальных спецификациях стека протоколов TCP/IP IР-адреса группировались в наборы последовательных адресов, которые назывались сетями IР (IP network). идентификатор сети (network ID): 8.0.0.0
-
Правила группировки IР-адресов в сети или подсети
IР-адреса в одной группе не должны отделяться друг от друга маршрутизатором: хосты А и В слева находятся в той же сети IP и имеют IР-адреса, начинающиеся с 8. IР-адреса, разделенные маршрутизатором, должны находиться в разных группах: хост С, отделенный от хоста А по крайней мере одним маршрутизатором, не может быть в той же сети IP , что и хост А; адрес хоста С не может начаться с 8.
-
Сети IP класса А, В и С
Пространство IРv4-адресов включает все возможные комбинации 32-разрядного двоичного числа: допускается 2^32 различных значений , что составляет больше 4 миллиардов уникальных номеров. В десятичном представлении с разделительными точками эти числа включают все комбинации значений от 0 до 255 во всех четырех октетах: 0.0.0.0, 0.0.0.1, 0.0.0.2 и так далее до 255.255.255.255.
-
Стандарт IP разделяет все пространство адресов на классы, идентифицируемые по значению первого октета. одноадресатныеIР-адреса идентифицируют один интерфейс хоста
-
Количество сетей
Стандарты IPv4 разделяют одноадресатныеклассы А, В и С на предопределенные сети IP: каждая сеть IP представляет собой подмножество значений адресов в классе. Протокол IPv4 использует три класса одноадресатных адресов для того, чтобы сети IP в каждом классе могли иметь разный размер и применяться для разных задач: Сети класса Апредназначены для очень большого количества IР-адресов (больше 16 миллионов адресов хоста на сеть IP). Но поскольку каждая сеть класса А настолько велика, к нему относится всего 126 сетей. Класс В определяет сети IP, насчитывающие по 65534 адреса на сеть, но самих таких сетей более 16000. Класс С определяет намного меньшие сети IP, по 254 адреса в каждой.
-
IP сеть
-
Идентификатор сети
Для того, чтобы создать рабочую объединенную сеть TCP/IP, необходимо выбрать и использовать некую из сетей IP. Для того, чтобы идентифицировать конкретную сеть IP используется идентификатор сети (networkID). Идентификатор сети - это только одно из зарезервированныхзначений адреса в сети, которое идентифицирует саму сеть IP (Идентификатор сети не может использоваться как IР-адрес хоста)
-
Одни используют термин идентификатор сети (network ID), другие - номер сети (networknumber), третьи - адрес сети (networkaddress). Все эти три термина - синонимы.
-
Сети класса А
Адреса класса А состоят из всех адресов, начинающихся с 1 , всех адресов, начинающихся с 2, с 3 и т.д. до 126.
-
Сети класса В
У адресов сетей класса В одинаковое значение уже двух первых октетов
-
Сети класса С
У адресов сетей класса С одинаковы первые три октета - они определяют группу адресов единой сети класса С.
-
Диапазон значений сетей
Термин классовая сеть IР (classful IP network) обозначает любую сеть класса А, В или С, поскольку они определяются правилами для классов А, В и С.
-
Создание подсети IP
Создание подсетей - это дальнейшее разделение пространства IРv4-адресов на группы размером меньше одной сети IP: подсети IP позволяют взять одну сеть IP класса А, В или С и разделить ее на множество меньших групп последовательных IР-адресов. Термин subnet (подсеть) - это сокращение от subdividednetwork (разделенная сеть): после разделения в каждой области, где обычно использовалась бы вся сеть класса А, В или С, можно использовать меньшую подсеть, тратя впустую меньше IР-адресов.
-
Сеть без подсетей
5 сетей класса В: три локальных сети и два последовательных канала связи Доступно: 65 534 IР-адреса сети класса В, начинающихся с 150.1 Необходимо: для двухточечной передачи только 2 IP адреса
-
Сеть с подсетями
используется пять групп адресов, т.е. пять подсетейсети класса В 150.9.0.0. Группа адресов из 254 адресов, начиная с 150.9.1 Группа адресов из 254 адресов, начиная с 150.9.2 Группа адресов из 254 адресов, начиная с 150.9.4 Группа адресов из 254 адресов, начиная с 150.9.3 Группа адресов из 254 адресов, начиная с 150.9.5
-
Упрощенная логика маршрутизации
При выборе направления передачи пакета хосты используют упрощенную логику маршрутизации (если используются подсети): Этап 1: Если IР-адрес получателя находится в той же подсети IP, что и адрес отправителя, пакет отправляется непосредственно хосту-получателю Этап 2: В противном случае пакет отправляется на стандартный шлюз (defaultgateway) (он же стандартный маршрутизатор (defaultrouter)). (Этот маршрутизатор имеет интерфейс в той же подсети, что и хост.)
-
Компьютер РС1 устанавливает, что IР-адрес компьютера PC11 находится в той же подсети, что и PC1, поэтому он игнорирует свой стандартный маршрутизатор (150.9.1.1) и посылает пакет непосредственно на РС 11. Когда компьютер PC1 посылает пакет на компьютер РС2(150.9.4.10) , он понимает, что РС2 не находится в той же подсети, что и PC1. Поэтому он перенаправляют пакет (этап 2) на свой стандартный шлюз, 150.9.1.1, который затем перенаправляет пакет компьютеру РС2.
-
Резюме логики маршрутизации
Когда маршрутизатор получает фрейм канала связи со своим адресом, он должен обработатьего содержимое. Для этого маршрутизатор применяет к фрейму канала связи следующую логику: Этап 1: Для проверки ошибок фрейма используется поле контрольной суммы фрейма (FCS) канала связи. Если есть ошибки, фрейм отбрасывается Этап 2:Если пакет не был отброшен на предыдущем этапе, отбрасывается старый канальный заголовок и концевик и остается только пакет IP Этап З:IР-адрес отправителя пакета IP сопоставляется с таблицей маршрутизации и определяется маршрут, который лучше всего соответствует этому адресу; маршрут идентифицирует исходящий интерфейс маршрутизатора и, возможно, IР-адрес маршрутизатора следующего перехода Этап 4:Пакет IP инкапсулируется в новый канальный заголовок и концевик, подходящий для исходящего интерфейса, и фрейм отправляется
-
Пример маршрутизации
Маршрутизаторы используют открытый протокол поиска первого кратчайшего маршрута (OpenShortestPathFirst - OSPF) и все маршрутизаторы знают маршруты для всех подсетей.
-
Логика маршрутизации сетевого уровня
-
-
Задачи протоколов маршрутизации
Динамически определять маршруты ко всем подсетям в сети и заполнять этими маршрутами таблицу маршрутизации. Если доступно несколько маршрутов к какой-либо подсети, поместить в таблицу наилучшийиз них. Определять, когда маршруты в таблице оказываются неправильными, и удалять их из таблицы маршрутизации. Если маршрут удаляется из таблицы и доступен маршрут через соседний маршрутизатор, то добавлять такой маршрут в таблицу. Как можно быстрее добавлять новые маршруты или заменять потерянные. (Время между потерей маршрута и нахождением работоспособной замены ему называется временем конвергенции (convergencetime)). Предотвращать маршрутные петли.
-
Этапы изучения маршрутов маршрутизаторами
Этап 1: Каждый маршрутизатор добавляет маршрут в свою таблицу маршрутизации для каждой подсети, непосредствен но подключенной к этому маршрутизатору Этап 2: Каждый протокол маршрутизации маршрутизатора сообщает своим соседям обо всех маршрутах в его таблице, включая непосредственно подключенные к нему маршруты, а также маршруты, о которых ему сообщили другие маршрутизаторы Этап З: После получения нового маршрута от соседа протокол маршрутизации IP маршрутизатора добавляет маршрут в свою таблицу маршрутизации. При этом в качестве маршрутизатора следующего перехода обычно записывается соседний маршрутизатор, от которого был получен этот маршрут
-
Все протоколы маршрутизации используют концепцию, согласно которой маршрутизаторы могут узнавать информацию о маршрутизации друг у друга. В данном случае маршрутизаторы узнают о подсети 1 50.150.4.0.
-
-
Система доменных имен
Модель TCP/IP определяет способ использования имен хоста (hostname) для идентификации компьютеров: Например, когда в веб-браузере вводят имя хоста www.google.соm, компьютер посылает пакет IP не с IР-адресом получателя www.google.соm; он посылает его с IР-адресом, используемым веб-сервером Google. Модели TCP/IP нужен способ, позволяющий компьютеру находить IР-адрес по имени хоста, и этот способ подразумевает использование системы доменных имен (Domain name system - DNS).
-
-
Протокол преобразования адресов (ARP)
Логика маршрутизации IP требует, чтобы хосты и маршрутизаторы помещали пакеты IP во фреймы канального уровня, для которого нужен МАС-адрес, однако этот адрес не известен заранее: Чтобы любой хост или маршрутизатор в локальной сети мог динамически изучать МАС-адресадругих хостов или маршрутизаторов IP в той же локальной сети, модель TCP/IP определяет протокол преобразования адресов (AddressResolutionProtoco\ - ARP). Протокол ARP определяет, что включает запрос ARP (ARP request), т.е. сообщение, задающее простой вопрос: "Если это ваш IР-адрес, подскажите свой МАС-адрес". Протокол ARP определяет также ответное сообщение ARP (ARP reply), включающее первоначальный IР-адрес и соответствующий ему МАС-адрес.
-
Протокол преобразования адресов
-
Arp-кэш
Хосты запоминают результат запроса ARP, сохраняя информацию в кеше ARP (ARP cache) или таблице ARP (ARP tаble). Хосты и маршрутизаторы используют протокол ARP лишь иногда, в основном для первоначального создания кеша ARP. Через некоторое время хосты и маршрутизаторы удаляют записи из кеша ARP, чтобы очистить таблицу, поэтому отдельные запросы ARP впоследствии тоже возможны .
-
Содержимое кеша ARP можно просмотреть в большинстве операционных систем, используя вкомандной строке команду arp -а.
-
Протокол ICMP эхо-запросов: ping
После того как сеть TCP/IP установлена, необходимо проверить базовую связь IP, не полагаясь на какие-либо приложения: Основным средством для проверки базовой сетевой связи является команда ping. Утилита ping (PacketInternetGroper)использует протокол управляющих сообщений Интернета (lnternet Control Message Protoco1 - ICMP): утилита отправляет на другой IР-адрес сообщение, которое называется эхо-запрос IСМР (ICMP echorequest). Ожидается, что компьютер с этим IР-адресом пришлет эхо-ответ ICMP (ICMP echoreply). Если это так, то сеть успешно проверена (сеть может доставлять пакет от хоста хосту).
-
Протокол ICMP не полагается на какие-либо приложения, он лишь проверяет базовую связь IР - уровни 1 -3 эталонной модели OSI.
-
Ключевые темы
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.