Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP

ICMP – Internet control message protocol

Этот протокол позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми он столкнулся при передаче какого-либо IP пакета. Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри IP пакета, которые маршрутизируются стандартным образом, без приоритетов и могут теряться. В загруженной сети эти пакеты создают дополнительную нагрузку и для того, чтобы избежать лавины сообщений об ошибках, потери IP пакетов, переносящие сообщения ICMP пакетов не могут порождать новые ICMP сообщения.

Формат сообщений протокола ICMP

1) TYPE - 8 бит, тип сообщения

2) CODE – 8 бит, код сообщения – значение, конкретизирующее тип сообщения.

3) Сhecksumm – 16 бит, контрольная сумма

Кроме того все пакеты ICMP содержат заголовок и первые 64 бита данных того IP пакета, который вызвал появление этой ошибки.

Например – если в поле тип – 3 – узел назначения недостижим, 5 – сообщение о перенаправлении маршрута, 11 – истек срок жизни пакета

Эхо протокол

Протокол ICMP предоставляет простые средства для тестирования достижимости отдельных узлов, которые представляют собой очень простой эхо протокол, включающий обмен 2-мя типами сообщений: эхо-запрос TYPE=8, эхо-ответ TYPE = 0. Эта процедура реализована в утилите ping.

Сообщение о недостижимости узла назначения.

Маршрутизатор, обнаруживший, что по какой-либо причине не может доставить IP пакет узлу назначения, должен отправить ICMP пакет источнику с конкретизацией причины недостижения узла назначения и только после этого отбросить пакет. Причина указывается в поле CODE.

Перенаправление маршрута.

Маршрутные таблицы отдельных конечных узлов сети являются статическими. Маршрутные таблицы маршрутизаторов – динамическими и обновляются специальными протоколами маршрутизации. Поэтому с течением времени маршрутные таблицы конечных компьютеров могут устаревать и, как следствие, терять свою актуальность. Если маршрутизатор замечает, что какой-то компьютер начинает отправлять сообщения несуществующим адресам или нерациональным образом, то он формирует и направляет сообщение о перенаправлении маршрута. Этот механизм позволяет отдельным компьютерам держать в своих таблицах маршрутизации адреса своих локальных маршрутизаторов.

Адресация в IP протоколе

Типы адресов стека TCP/IP

Существует 3 типа адресов:

1) Аппаратные адреса – адреса, присвоенные узлу в соответствии с технологией подсети. В стеке протоколов ТСР/IP это так называемые MAC-адреса (Media Access Control). Они назначаются сетевым адаптерам и портам маршрутизаторов производителя оборудования и являются уникальными. Имеет размер 6 байт и записывается в 16-ричном виде

2) Сетевые адреса (IP адреса) – представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает сообщение. Эти адреса имеют размер 4 байта, записываются в 10-ном виде и разделяются точкой. IP-адрес назначается независимо от MAC-адреса. Маршрутизаторы входят в несколько сетей и имеют несколько IP-адресов.

3) Символьные, доменные имена – служат исключительно для удобства представления IP-адресов. Для установления соответствия между IP и символьными адреса создана специальная служба – DNS – Domain Name System.

Структура IP-адреса

IP-адрес состоит из 2-х логических частей:

Номер подсети (ID подсети)

Номер узла (ID узла)

При передаче из одной сети в другую используется номер подсети. Когда пакет попал в нужную сеть, используется номер узла.

По числу разрядов, отводимых для представления номера узла можно вычислить общее количество узлов: если под номер узла отводится N бит, то количество узлов в подсети 2^N – 2. Все 0 и все 1 зарезервирован.

Для определения количества бит, выделяемых под номер подсети и номер узла:

1) Классический способ – с помощью классов

2) С помощью масок

В обоих способах есть общее правило – под номер подсети все отводится несколько первых бит IP-адреса. Оставшиеся бит – номер узла.

Классы IP-адресов

Существует 5 классов IP-адресов. Они описаны в RFC791, за принадлежность к тому или иному классу отвечают первые биты IP-адресов. Адреса класса А – начинаются с 0, под номер подсети отводится 1 байт, соответственно 3 байта под номер узла. Наименьший номер подсети 1.0.0.0., наибольший – 126.0.0.0., наибольший адрес узла 2^24-2

В – с 10, 2 байта под номер подсети, 2 байта под номер узла. Минимальный адрес подсети 126.0.0.0. Максимальный – 191.255.0.0. Узел 2^16-2

С – с 110, 132.0.0.0 – 255.255.255.0 Узлы 2^8-2

D – с 1110, Мультикастовые адреса – групповые адреса.

E – 11110, изначально зарезервированы, но вряд ли когда-либо будут использованы.

Применение таких классов было эффективно в начале развития сетей вообще и IP-адресации в частности. В начале 90-х, с увеличением подсетей, начала ощущаться нехватка IP-адресов.

Выходов нашли 2 – использование масок или использование другой схемы адресации. Но новая адресация – новый протокол, а IP-протокол 4 слишком прижился.

Выбрали маски. Это решило проблему деления на подсети на своей уровне.

Маска подсети – это число, которое определяет количество бит, выделяемых для идентификатора подсетей. Для стандартных классов маски вполне очевидны:

255.0.0.0

255.255.0.0

255.255.255.0

Это стандартный вид запись

Либо же число бит, выделяемых для записи идентификатора подсети. Например – якобы сеть класса А – 17.239.28.7. Если подписать маску 255.255.128.0 – то выйдет новый, промежуточный класс, где под маску под сети выделено количество бит – 17.

Или же - 17.239.28.7/17

Основы IP 6 версии

Недостатки IP 4 версии

1) Плохая масштабируемость, заключающаяся в малом количестве адресов и в чрезмерном росте таблиц маршрутизации, что уменьшает производительность соответствующих систем. Для крупных организаций переход от 1 провайдера к другому требует перестройки всей внутренней системы адресов, что является непростой задачей. IP пакеты сложны в обработке, в следствие переменной длины заголовка и наличия полей, требующих пересчета. Это особенно критично на гигабитных каналах, то есть на магистралях.

2) Отсутствие поддержки на уровне протокола некоторых обязательных механизмов:

· Отсутствие классов обслуживания

· Отсутствие механизмов информационной безопасности

Наличие этих 2-х недостатков привело к потребности в новом протоколе. К нему были сформулированы следующие требования:

1) Полная спецификация

2) Простота архитектуры

3) Расширяемость

4) Топологическая гибкость

5) Быстродействие

6) Надежность

7) Независимость от среды передачи

8) Простота конфигурации

9) Поддержка информационной безопасности

10) Поддержка широковещательной передачи

11) Поддержка классов обслуживания

12) Поддержка туннелирования пакетов

Существовало много разных версий технических разработок, но к концу 93 основных осталось 3:

1) CATNIP – Common Architecture for the Internet

2) TUBA – The TCP/UDP Over CLNP – Addressed Networks

3) SIPP – Simple Internet Protocol Plus – развитие IP протокола 4 версии, в который добавлена новая система адресации и тп. Этот протокол и получил развитие

Главный минус SIPP – 64 разрядность. В этот протокол добавили 128 разрядный адрес и назвали IP6.

Адресация в IP v6

Главная цель изменения системы адресации – не физическое увеличение разрядности, а увеличение количества уровней иерархии в адресе. Если в IP 4 всего 2 уровня иерархии (номер сети и номер узла), то в IP 6 есть 5 уровней иерархии: 2 уровня на провайдера и 3 уровня на абонента:

1) 010

2) Идентификатор провайдера

3) Идентификатор абонента

4) Идентификатор сети

5) Идентификатор узла

В чем плюсы: предполагается, что идентификатор узла - MAC-адрес абонента. При такой схеме адресации вводится без классовая технология адресации. Вместо классов каждому провайдеру присваивается диапазон адресов. Адреса всех абонентов одного и того же провайдера имеют одинаковый префикс. Это позволяет, помимо прочего, уменьшить размер таблиц маршрутизации, особенно в магистральных маршрутизаторах.

Типы адресов

1) Unicast – индивидуальный адрес, определяет отдельный узел в сети или отдельный порт маршрутизатора. Эти адреса делятся на подклассы: Global – основной тип адресов; Link и Site – локальные, идентификатор провайдера равен 0, позволяет подключать готовую сеть к интернету путем добавления адреса провайдера; Compatible – используются для совместимости с IP сетями 4 версии, у этих адресов младшие 4 байта – адреса 4 версии, остальное - 0.

2) Multicast – один ко многим. Пакет или копии должны быть доставлены каждому узлу из набора, имеющего один и тот же адрес.

3) Anycast – пакет должен быть доставлен любому, но лучше ближнему узлу из некоторого набора.