Протокол RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

RARP дозволяє станції отримати свою IP-адресу, базуючись на фізичній адресі її мережевого інтерфейсу. В основному RARP використовується тоді, коли комп’ютер не має жорсткого диску для збереження своєї конфігурації (у тому числі IP-адреси).Як тільки така станція стартує, то вона починає генерувати широкомовні запити RARP, запитуючи: “Яка IP адреса у станції з Ethernet-адресою 00:05:fa:13:ad:2e? Дайте відповідь станції 00:05:fa:13:ad:2e”. Станція, яка є RARP-сервером, діставши такий запит, посилає цільову RARP-відповідь станції, яка запитувала: “Ethernet-адреса станції 00:05:fa:13:ad:2e відповідає IP-адресі 194.19.11.97”.

Формат RARP-пакету такий самий, як у ARP-пакету (див. рис.), з тією лише відмінністю, що значення поля frame type рівне 0x8035, та operation дорівнює 3 для RARP-запиту і 4 для RARP-відповіді.

Пересилання данограм.

Концепція пересилання данограм.

Протокол internet (Internet Protocol - IP) – це основний робочий протокол в стеку TCP/IP. Всі протоколи вищих рівнів - TCP, UDP, TCP, IСMP, пересилають інформацію у вигляді IP-данограм. Більшість фундаментальних міжмережевих послуг базується на системі доручення пакетів. Послуга доручення данограм називається ненадійною (unrealiable), бо доручення не гарантоване - пакет може бути втрачений, повторений (здубльований) або доручений не в потрібній послідовності. Така послуга називається послугою без встановлення сполучення (connectionless), бо кожен пакет трактується незалежно від усіх інших. Послідовність пакетів від одного комп’ютера до іншого може пересилатися різними шляхами і одні пакети можуть бути втрачені, тоді як інші будуть доручені. Нарешті, послугу називають такою, що застосовує найкраще можливе доручення (best-effort delivery), оскільки програмне забезпечення здійснює зусилля для доручення пакетів.

IP-протокол забезпечує три важливі визначення:

· IP-протокол визначає базисну одиницю передачі даних через TCP/IP, тобто специфікує точний формат для всіх даних;

· програмне забезпечення IP здійснює функцію маршрутизації (routing), визначаючи шлях, через який можуть передаватися дані;

· IP включає систему правил, які втілюють ідею ненадійного передавання пакетів. Ці правила характеризують як вузли та раутери повинні обробляти пакети, як і коли повинні генеруватися повідомлення про помилки, умови, при яких пакети можуть бути знищені.

IP-данограма.

IP-данограма та її формат.

Основна одиниця передавання в протоколі IP називається internet-данограмою (internet-datagram) або IP-данограмою чи просто данограмою (рис. 3.28):

а) загальний вигляд данограми;

б) поля данограми.

Рис. 3.27. IP-данограма.

Звичайно (коли IP-опції відсутні), розмір IP заголовку становить 20 байт. Через мережу IP данограма передається в такому порядку: біти 0-7, 8-15, потім 16-23 і 24-31, і так далі. Цей порядок пересилання дістав назву “мережевий порядок байтів” (network byte order).

Опис полів заголовку IP-данограми наведений нижче в таблиці:

VERS (version)	Версія IP протоколу, поточна версія 4;
HLEN (header length)	Довжина IP заголовку в 32-х розрядних словах. Максимальна довжина IP-заголовку може становити 15´4 = 60 байтів. Якщо IP-опції відсутні, то тут зберігається значення 5, тобто мінімальна довжина IP-заголовку становить 5´4=20 байтів.
SERVICE TYPE (TOS - type of service)	Тип сервісу який вимагає IP данограма, містить: · старші 3 біти - приорітет IP данограми, може приймати значення від 000 до 111, ці значення на сьогодні ігноруються більшістю протоколів; · наступні 4 біти - кожен біт вказує тип сервісу: · мінімальна затримка передавання; · максимальна продуктивність передавання; · максимальна надійність передавання; · мінімальні кошти передавання. Тільки один біт може бути встановлений в 1. Якщо всі біти рівні 0, то це відповідає звичайному сервісу. · останній біт - не використовується і має бути рівний 0.
total length	Повна довжина IP данограми в байтах, максимально 64К=65535=2^16 бітів.
identification	Унікальний ідентифікатор кожної IP-данограми, використовується при фрагментації та копіюється в заголовки фрагментів. Переважно збільшується на 1 при передачі кожної наступної IP-данограми.
flags	Бере участь в процесі фрагментації, див. IP-фрагментація.
fragment offset	Бере участь в процесі фрагментації, див. IP-фрагментація.
time to live (TTL)	Своєрідний час існування IP-данограми, який визначає максимальну кількість маршрутизаторів через які данограма може перейти. TTL зменшується на 1 при кожному проходженні через маршрутизатор (лічильник стрибків як метрика –hop count metric). Коли TTL стає рівне 0, то IP данограма знищується маршрутизатором і у відповідь до її джерела посилається ICMP-повідомлення про помилку. Це зроблено для того, щоб запобігти утворенню “вічних петель”. Якщо затримки при передачі дуже великі (співмірні секунді), то TTL трактується як час життя в секундах (часова метрика – time metric). Наприклад якщо час від отримання данограми до її висилання маршрутизатором становив 2 секунди, то маршутизатор зменшує TTL на 2. Початкове значення TTL повинне бути встановлене протоколом вищого рівня, який створює данограму.
protocol	Номер протоколу вищого рівня, від якого IP-рівень дістав дані для пересилання (TCP чи UDP). На основі значення цього поля проводиться демультиплексування IP данограм на приймальному кінці. Окремі важливі значення цього поля: 0 – зарезервовано; 1 – протокол повідомлень для управління Internet (Internet Control Message Protocol – ICMP); 2 – протокол управління групами Internet (Internet Group Management Protocol – IGMP); 3 – протокол шлюз-шлюз (Gateway-to-Gateway Protocol – GGP) 4 – IP (IP-інкапсуляція); 5 – потік; 6 – протокол управління пересиланням (Transmission Conrol Protocl – TCP); 8 – зовнішній шлюзовий протокол (Exterior Gateway Protocol – EGP); 9 – приватний внутрішній протокол раутінгу (Private Interior Routing Protocol – PIRP) 17 – протокол данограм користувача (User Datagram Protocol – UDP); 89 – протокол “відкритий – першим найкоротший шлях” (Open Shortest Path First – OSPF)
header checksum (FCS)	Контрольна сума IP заголовку, яка не охоплює даних IP-данограми. Протоколи ICMP, IGMP, UDP та TCP мають свої власні контрольні суми, які охоплюють їх заголовки та дані. Контрольна сума обчислюється так: спочатку FCS встановлюється рівною 0, потім сумуються всі 16-ти розрядні слова заголовку, далі шукається доповнення до 0xFFFF, яке записується в поле FCS. Якщо на приймальній стороні на підставі FCS виявляється помилка, то IP-данограма просто знищується та у відповідь не генерується ніякого повідомлення. Під час передавання IP-данограми маршрутизатором, оскільки проводиться корекція TTL поля (-1), то коректується і FCS.
source IP address	32-розрядна IP-адреса джерела IP-данограми.
destination IP address	32-розрядна IP-адреса призначення IP-данограми.
IP options	Поле змінної довжини (від 0 до 40 байтів), у якому вказують додаткові послуги, які використовує IP данограма; деякі з них це: · захист і контроль обмежень; · запис маршруту (кожен маршрутизатор записує свою IP адресу в поле опцій); · часова відмітка (кожен маршрутизатор записує свою IP адресу і свій час); · частковий маршрут (вказуються адреси маршрутизаторів через які має пройти IP данограма); · точний маршрут (задаються всі адреси маршрутизаторів, через які, і тільки через які має пройти IP данограма); Довжина поля опцій завжди повинна бути кратна 32-розрядному слову. Детальніше див. нижче.
PADDING	Байт(и) набивки, присутні тоді, коли поле опцій не є кратним 32- розрядному слову, значення бітів рівні 0.
data	Дані IP данограми, які є інформацією, наданою для пересилання протоколом вищого рівня, визначеним полем протокол.

Опції данограми.

Від IP-впроваджень не вимагається здатність генерувати опції в данограмах, які вони створюють, але всі IP-впровадження повинні бути здатні обробляти данограми, які містять опції. Поле опції має змінну довжину. Опції можуть бути відсутні, або їх може бути багато. Існують два формати опцій. Формат кожної опції визначається за значенням номера опції (Option Number), який міститься у першому байті - октеті типу опції (Option Type). Перший формат передбачає тільки октет тип опції, другий – октет тип опції, октет довжини і систему октетів даних.

Октет типу опції має однакову структуру в обидвох випадках і поділений на три поля (рис. 3.28).

Поле копіювання (COPY) вказує раутеру, як поводитися при фрагментації:

· COPY = 1 - опція копіюється у всі фрагменти;

· COPY = 0 - опція копіюється тільки у перший фрагмент.

Рис. 3.28. Поле типу опції в загальному полі Option.

Поля клас опції (OPTION CLASS) і номер опції (OPTION NUMBER) визначають загальний клас опцій і конкретну опцію у цьому класі:

Клас опції	Значення
	Данограма або контроль мережі
	Зарезервовано для майбутнього вжитку
	Відлагодження або вимірювання
	Зарезервовано для майбутнього вжитку

 

Клас опції	Номер опції	Довжина	Опис
		-	Кінець списку опцій. Використовується, якщо опції не закінчуються точно в кінці заголовка (див. поле PADDING)
		-	Нема операції (використовується для вирівнювання октетів в списку опцій)
		11 + 8 байтів даних	Рівень захисту та контроль обмежень (для захищених застосувань)
		змінна	Вільний раутінг від джерела. Використовується для маршруту данограми вздовж визначеного шляху. Детальніше нижче.
		змінна	Запис маршруту: збирання інформації про маршрут з міжмережевого інтерфейсу. Використовується при трасуванні маршруту. Детальніше нижче.
		4 + 1 байт даних	Ідентифікатор потоку. Використовується для переносу ідентифікатора потоку SATNET.
		змінна	Жорсткий раутінг від джерела. Використовується для маршруту данограми вздовж шляху, визначеного джерелом. Детальніше нижче.
		змінна, до 40 байтів	Часова відмітка (timestamp) в об’єднанні мереж: сумарний час (в мс) для міжмережевого інтерфейсу. Вживається до запису даних про сумарний час вздовж маршруту. Детальніше нижче.

 

Опції раутінгу IP-данограми [6] Поле опції дозволяє джерелу IP-данограми використати два методи для точного забезпечення раутінгової інформації і один метод для визначення маршруту IP-данограми.

Вільний раутінг від джерела. Ця опція (Loose Source Routing або Loose Source and Record Route - LSRR) забезпечує джерелу IP-данограми засіб для точної раутінгової інформації, яка буде використана раутерами при пересиланні данограми до призначення і для запису маршруту. Значення полів для цієї опції наведені в таблиці нижче:

1000011 (десяткове 131)	Значення байта тип опції для вільного раутінгу від джерела
довжина (length)	Містить довжину цього поля опції включно із полями тип і довжина
вказівник (pointer)	Вказує на дані опції для наступної IP-адреси, яка буде оброблятися. Обчислюється відносно початку опції, так що мінімальна довжина дорівнює 4. Якщо вказівник більший від довжини опції, то кінець маршруту від джерела досягнений і подальший раутінг базується на IP-адресі призначення (як для данограм без цієї опції).
дані маршруту (route data)	Це послідовність 32-бітових IP-адрес

Коли данограма досягає призначення і маршрут від джерела не порожній (вказівник < довжина), то приймальна станція може:

q Взяти наступну IP-адресу із поля дані маршруту (позначену вказівником) і помістити її у поле адреси призначення данограми.

q Помістити локальну IP-адресу у список джерела на місце, відзначене вказівником. IP-адреса для цього є локальною IP-адресою, відповідною мережі, до якої може бути вислана данограма (раутери під’єднані до багатьох фізичних адрес і тому мають багато IP-адрес).

q Збільшити вказівник на 4.

q Переслатити данограму до нової адреси призначення.

Ця процедура гарантує, що зворотній маршрут записується в дані маршруту (у зворотньому порядку), так що кінцевий приймач використовує ці дані для побудови вільного маршруту від джерела у зворотньому напрямку. Це вільний маршрут від джерела, бо раутер, який висилає данограму, може використати довільний маршрут і будь-яку кількість проміжних раутерів для досягнення наступної адреси в маршруті.

Примітка. Станція-джерело вставляє IP-адресу першого проміжного раутера у поле адреси призначення, а IP-адреси решти раутерів на шляху, включно із цільовим призначенням, поміщаються в опцію маршрут від джерела. Записаний маршрут у данограмі, коли вона досягає призначення, містить IP-адреси кожного із раутерів, які пересилали данограму. Кожен раутер вносить одну позицію у маршрут від джерела і звичайно слід застосувати різні IP-адреси, бо раутери записують IP-адресу вихідного інтерфейсу, з другого боку, маршрут від джерела початково містить IP-адресу вхідного інтерфейсу.

Строгий раутінг від джерела. Ця опція, яку називають також опцією Strict Source and Record Route – SSRR, використовує ті самі засади, що й вільний раутінг від джерела, за винятком того, що проміжний раутер мусить вислати данограму до наступної IP-адреси в маршруті від джерела через безпосередньо під’єднану мережу, а не через проміжний раутер. Якщо він не може цього зробити, то повідомляє про помилку за допомогою повідомлення ICMP - призначення недосяжне.

Запис маршруту. Ця опція забезпечує запис маршруту в IP-данограмі. Вона діє подібно до раутінгу від джерела, який розглянено вище, однак на цей раз станція-джерело забезпечує порожнє поле даних раутінгу, яке заповнюється, коли данограма проходить крізь раутери. Відзначимо, що станція-джерело повинна забезпечити достатнє місце для раутінгової інформації: якщо поле даних заповниться, перш ніж данограма досягне призначення, то данограма пересилатиметься без подальшого записування маршруту. Значення полів цієї опції вказані в таблиці нижче:

0000111 (десяткове 7)	Значення байта тип опції для запису маршруту
довжина (length)	Аналогічно, як для вільного раутінгу від джерела
вказівник (pointer)	Аналогічно, як для вільного раутінгу від джерела
дані маршруту (route data)	Кратні чотирьом байтам у довжині, визначеній джерелом данограми

Часова відмітка (timestamp). Часова відмітка – це опція, яка змушує певні (або всі) раутери маршруту до призначення вставляти відмітки часу до даних опції. Часова відмітка вимірюється в секундах і може бути використана для потреб відлагодження (debugging). Часова відмітка не може бути використана для вимірювання характеристик із двох причин:

q відмітки часу недостатньо точні, бо більшість IP-данограм можуть пересилатися із затримкою, меншою від одної секунди;

q відмітки часу недостатньо точні, бо IP-раутери не місять мати синхронізованих тактових генераторів.

Значення полів цієї опції вказані в таблиці нижче:

01000100 (десяткове 68)	Це значення тип опції для опції часова відмітка Internet
довжина (length)	Аналогічно, як для вільного раутінгу від джерела
вказівник (pointer)	Аналогічно, як для вільного раутінгу від джерела
переповнення (overflow)	Чотирибітове ціле без знаку – число IP-модулів, які не можуть реєструвати часову відмітку внаслідок браку місця в полі даних
прапорець (flag)	4-бітове значення, яке вказує, як часові відмітки будуть реєстровані; значеннями є: 0 – тільки часова відмітка, яка зберігається у послідовних 32-бітових полях; 1 – кожній часовій відмітці передує IP-адреса модуля, який здійснює реєстрацію; 2 – поле IP-адреси наперед визначене і IP-модуль реєструє тільки тоді, коли знаходить свою власну адресу у списку.
часова відмітка (timestamp)	32-бітова часова відмітка, записана у мс після півночі (GMT)

Станція-джерело повинна поєднати цю опцію із достатньо великою областю даних для збереження всіх часових відміток. Якщо область часових відміток заповнена, то нові часові відмітки не додаються.