IP и MAC адреса. Разрешение адресов

Об IPv4 и см. вопрос 13. Рассказать о subnet и broadcast.

IPv6: длина адреса – 16 байт. Записываются в виде 8 групп по 4 шестнадцатеричных цифры. Группы указываются через двоеточия. Например:

8000:0000:0000:0000:0123:4567:89АВ:CDEF

Приняты следующие сокращения:

1. группа целиком состоящая из нулей заменяется парой двоеточий.

2. если группа начинается с нулей, то эти нули можно опустить. Для предыдущего примера сокращенная группа выглядит следующим образом:

8000::123:4567:89АВ:CDEF

3. адреса группы IPv4 начинаются с пары двоеточий.::192.168.14.12

MAC-адрес: длина – 6 байт. Записывается из 3 групп в 16-ричном виде.

Первые 3 октета (в порядке их передачи по сети; старшие 3 октета, если рассматривать их в традиционной бит-реверсной шестнадцатиричной записи MAC-адресов) содержат 24-битный уникальный идентификатор организации (OUI), или (Код MFG — Manufacturing, производителя), который производитель получает в IEEE. При этом используются только младшие 22 разряда (бита), 2 старшие имеют специальное назначение:

• первый бит указывает, для одиночного (0) или группового (1) адресата предназначен кадр
• следующий бит указывает, является ли MAC-адрес глобально (0) или локально (1) администрируемым.

Следующие три октета выбираются изготовителем для каждого экземпляра устройства. За исключением сетей системной сетевой архитектуры SNA.

Таким образом, глобально администрируемый MAC-адрес устройства глобально уникален и обычно «зашит» в аппаратуру.

Администратор сети имеет возможность, вместо использования «зашитого», назначить устройству MAC-адрес по своему усмотрению. Такой локально администрируемый MAC-адрес выбирается произвольно и может не содержать информации об OUI. Признаком локально администрируемого адреса является соответствующий бит первого октета адреса.

 

MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде, также Hardware Address) — это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.

В широковещательных сетях (таких, как сети на основе Ethernet) MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Таким образом, MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня. Для преобразования MAC-адресов в адреса сетевого уровня и обратно применяются специальные протоколы (например, ARP и RARP в сетях TCP/IP).

17вопрос. Маршрутизация, основные понятия, классификация протоколов.

Маршрутизация — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Под путем (маршрутом) понимается последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет по пути к узлу-назначению.

Необходимо знать: Адрес назначения, Возможные маршруты, Лучший маршрут

Таблица маршрутизации — электронная таблица (файл) или база данных, хранящаяся на маршрутизаторе или сетевом компьютере, описывающая соответствие между адресами назначения и интерфейсами, через которые следует отправить пакет данных до следующего маршрутизатора. Является простейшей формой правил маршрутизации.

Таблица маршутизации обычно содержит:

--адрес сети или узла назначения, либо указание, что маршрут является маршрутом по умолчанию

--маску сети назначения

--шлюз, обозначающий адрес маршрутизатора в сети, на который необходимо отправить пакет, следующий до указанного адреса назначения

--интерфейс (в зависимости от системы это может быть порядковый номер, символьное имя устройства)

--метрику — аддитивная характеристика протяженности маршрута, например: количество хопов, вносимые задержки или надёжность сетей.

Обязательные поля таблицы маршрутизации: Адрес сети назначения, Адрес следующего маршрутизатора, Адрес (номер) порта (текущего маршрутизатора) Дополнительные поля: Маска подсети,Метрика, TTL, Источник записи

Источники записей в таблицах маршрутизации: Автоматически –информация о непосредственно подключённых сетях и служебные записи. Вручную -администратор сети добавляет записи и Динамически –протоколы маршрутизации заносят в таблицу временные записи о состоянии сети

Маршрутизация пакета

1.Из кадра, поступившего на входной интерфейс маршрутизатора, извлекается IP-пакет; анализируется его адрес назначения.

2.По этому адресу из таблицы маршрутизации определяется IP-адрес следующего маршрутизатора, транслируется в локальный адрес.

3.Исходный пакет упаковывается в кадр нижележащей технологии и отправляется на следующий маршрутизатор.

4.Шаги 1-3 повторяются, пока пакет не попадет в сеть назначения.

Протокол маршрутизации — это сетевой протокол, используемый маршрутизаторами для определения возможных маршрутов следования данных в составной компьютерной сети.

Задачидинамических протоколов маршрутизации

-Динамически определять и заполнять таблицу маршрутизации

-Определять лучший маршрут

-Отслеживать нерабочие маршруты

-Обладать минимальным временем схождения

-Препятствовать образованию петель

Протоколы маршрутизации делятся на два вида, зависящие от типов алгоритмов, на которых они основаны:

1)Дистанционно-векторные протоколы, основаны на Distance Vector Algorithm (DVA);

· Вектором расстояний называется набор пар ("Сеть", "Расстояние до этой сети"), извлеченный из таблицы маршрутов

· Работа протоколов:

-Маршрутизаторы периодически рассылают вектор расстояний соседним маршрутизаторам.

-При получении вектора маршрутизатор дополняет его своей информацией и рассылает дальше.

-После завершения рассылки выбирается лучший маршрут до каждой сети.

-Процесс периодически повторяется для актуализации таблицмаршрутизации.

· Предназначены для небольших сетей.

Протоколы состояния каналов связи, основаны на Link State Algorithm (LSA).

· Работа протоколов:

-Маршрутизаторы периодически рассылают короткие сообщения HELLO.

-На основании такого обмена маршрутизаторы получают информацию о всех связях в сети (граф сети).

-Перестроение графа –только при изменении какой-либо связи. Экономия трафика.

· Предназначены для больших сетей.

 

 

Вопрос. Протокол RIP.

RIP - Внутренний протокол маршрутизации дистанционно-векторного типа. Использует количество хопов (hop count) в качестве метрики (Метрика –аддитивная характеристика протяженности маршрута).

Версии: 1)RIPv1 –RFC 1058; 2)RIPv2 –поддержка масок подсетей (CIDR)–RFC 2453; 3)RIPng –RIPv2 с поддержкой IPv6 –RFC 2080

В этом протоколе все сети имеют номера (способ образования номера зависит от используемого в сети протокола сетевого уровня), а все маршрутизаторы - идентификаторы. Протокол RIP широко использует понятие "вектор расстояний". Вектор расстояний представляет собой набор пар чисел, являющихся номерами сетей и расстояниями до них в хопах.

Вектора расстояний итерационно распространяются маршрутизаторами по сети, и через несколько шагов каждый маршрутизатор имеет данные о достижимых для него сетях и о расстояниях до них. Если связь с какой-либо сетью обрывается, то маршрутизатор отмечает этот факт тем, что присваивает элементу вектора, соответствующему расстоянию до этой сети, максимально возможное значение, которое имеет специальный смысл - "связи нет". Таким значением в протоколе RIP является число 16.

Адаптация RIPк изменениям состояния сети

-Истечение времени жизни маршрута (TTL)(Рассылка векторов –30 сек, TTL –180 сек)

-Указание специальной метрики (бесконечности) до сети, ставшей недоступной (Count to Infinity)

RIP. Методы борьбы с ложными маршрутами

-Расщепление горизонта (Split horizon) Маршрутная информация никогда не передаётся маршрутизатору, от которого она получена (т.е. следующему на данном маршруте)

-Триггерные обновления (Triggered updates) При получении данных об изменении метрики маршрутизатор не ждет 30 сек, а рассылает обновлённый вектор расстояний немедленно. Метод позволяет предотвратить распространение устаревших сведений о несуществующих маршрутах (не в 100% случаев). Метод сильно нагружает сеть служебным трафиком

-Замораживание изменений (Hold down) Введение таймаута на принятие данных о сети, ставшей недоступной. Предотвращает принятие устаревших сведений о некотором маршруте от удаленных от отказавшей сети маршрутизаторов.

Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.

 

Вопрос. Протокол OSPF.

- внутренний протокол маршрутизации типа «состояния связей»

- разработан IETF в 1988 г., принят в виде стандарта RFC 2328 в 1991г.

- использует в качестве метрики показатели качества обслуживания (QoS): пропускную способность, вносимые задержки, надежность каналов.

OSPF – этап работы:

1. Обмен HELLO-пакетами для поиска соседей(После инициализации модуля OSPF (например, после подачи питания на маршрутизатор) через все интерфейсы, включенные в OSPF-систему, начинают рассылаться Hello-сообщения.Задача Hello-протокола - обнаружение соседей и установление с ними отношений смежности. Соседями называются OSPF-маршрутизаторы, подключенные к одной сети (к одной линии связи) и обменивающиеся Hello-сообщениями. Смежными называются соседние OSPF маршрутизаторы, которые приняли решение обмениваться друг с другом информацией, необходимой для синхронизации базы данных состояния связей и построения маршрутов.)

Обмен hello-пакетами через все интерфейсы на которых активирован OSPF. Маршрутизаторы разделяющие общий канал передачи данных становятся соседями, после установления договоренности о параметрах hello-пакетов.

2. Построение баз данных состояния каналов

- Пара маршрутизаторов, находящихся в состоянии соседства синхронизирует между собой базу данных состоянии каналов. БД состояния каналов – список всех записей о состоянии каналов.

- Рассылка объявлений о состоянии канала всем маршрутизаторам в состоянии соседства

- При получении объявления от соседа – дополнение своей БД состояния каналов и рассылка копии исходного объявления всем другим соседям. Объявление о состоянии канала описывает все каналы маршрутизатора, все интерфейсы и состояние каналов.

3. Вычисление кратчайших путей (алгоритм Дийкстры)

Алгоритм Дийкстры – алгоритм на графах, позволяющий найти кратчайшее расстояние от одной из вершин графа до всех остальных (работает только для графов без ребер отрицательного веса)

4. Заполнение таблиц маршрутизации

 

OSPF – сообщения HELLO:

- Рассылаются маршрутизатором соседям каждые 10 сек.

- В случае изменения топологии маршрутизатор перестраивает граф и таблицу и извещает соседей об измененной связи

OSPF – механизмы:

- TTL записей топологической базы, актуализация: Link-State Request, Link-State Update

- Периодическая инициализация топологических баз (аналог RIP)

- Исключена вероятность распространения устаревшей ложной информации о доступности сетей

- Поддержка QoS на уровне метрики

- Поддержка балансировки нагрузки (хранит несколько маршрутов с одинаковой метрикой)

- Обладает высокой вычислительной сложностью:

                                  -Сеть разбивается на т.н. области сети (зоны);

                                  -OSPF работает на мощных аппаратных маршрутизаторах

 

 

Транспортный уровень

Транспортный уровень. Он обеспечивает передачу данных вышестоящим уровням с определенной степенью надежности и способен обнаружить и исправить ошибки при передаче. Он разбивает данные, полученные от сеансового уровня на пакеты, нумерует их, упорядочивает и управляет потоком.

Протоколы транспортного уровня стека TCP/IP

- Transmission control protocol (TCP)

- с установкой логического соединения до передачи данных

- с подтверждением доставки данных

- надёжность в ущерб скорости

- User datagram protocol (UDP)

- без установки логического соединения

- без подтверждения доставки данных

- скорость в ущерб надёжности

Порты и сокеты

Порт – системная очередь пакетов к точке входа прикладного процесса (не путать с портами оборудования: USB, COM, PS/2 и т.д.)

IP-адрес однозначно идентифицирует сетевой интерфейс в пределах составной сети

Порт однозначно идентифицирует прикладной процесс в пределах компьютера

 

TCP и UDP порты

- Множества TCP и UDP портов не пересекаются (независимы)

- Приложениям, использующим TCP (UDP), назначаются порты TCP (UDP)

- TCP 1750 и UDP 1750 никак не связаны – могут быть присвоены разным приложениям

- Совпадающие номера портов для приложений, использующих TCP и UDP в разных режимах (DNS, 53)

- Для каждого порта существует 2 очереди дейтаграмм: входящая и исходящая

- Мультиплексирование – процедура приёма протоколом TCP (UDP) данных, поступающих от нескольких прикладных служб (по портам), и формирования единого потока дейтаграмм

- Демультиплексирование – распределение протоколом TCP (UDP) поступающих с сетевого уровня пакетов между набором высокоуровневых служб, идентифицированных номерами портов

Основные номера портов.

UDP: RIP (520), SNTP (161), DNS (53)

TCP: SMTP (25), DNS (53)