Назначение адресов узлам сети. Протоколы DHCP и BOOTP.

Протокол ARP

Этот протокол предназначен для преобразования IP-адресов в МАС - адреса канального уровня. Рассмотрим локальную вычислительную сеть, построенную на основе использования протоколов семейства Ethernet. Для организации соединений на сетевом уровне применяется стек протоколов TCP/IP. IP- пакеты, содержащие в заголовке IP-адрес устройства назначения, передаются на канальный уровень в ПО компьютера и инкапсулируются в кадры. В заголовке кадра должен быть МАС - адрес устройства назначения. Таким образом, для работы сети необходим алгоритм, обеспечивающий установление соответствия между IP-адресом устройства и его МАС - адресом. Для реализации этого алгоритма и разработан протокол разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol) и программное обеспечение в составе стека TCP/IP. Для определения МАС - адреса устройства назначения IP-пакета передающее устройство отправляет в сеть широковещательный (broadcast) запрос с заголовком Ethernet, включающим:

1) Поля с адресами источника и назначения Ethernet.

При этом используется специальный адрес назначения Ethernet, состоящий из всех единиц, означающий широковещательный адрес. Кадры с таким адресом будут получены всеми Ethernet интерфейсами сегмента сети.

2) Двухбайтовый тип кадра (frame type) Ethernet указывающий, данные какого типа пойдут следом. Для ARP запроса или ARP отклика это поле содержит 0x0806.

Вкладываемый в кадр ARP запрос имеет следующий формат:

 

Тип оборудования – тип интерфейса, аппаратный адрес которого запрашивается, для Ethernet это значение равно единице.

Тип протокола - указывает тип адреса используемого протокола. Для IP адресов используется значение 0x0800.

HA-len – длина аппаратного адреса. В ARP запросах и откликах для Ethernet 6 байт.

PA-len - длина адреса протокола. В ARP запросах и откликах для IP-адреса 4 байта.

Код операции указывает на тип операции: ARP запрос (значение устанавливается в 1), ARP отклик (2), RARP запрос (3) и RARP отклик (4). (протокол RARP является дополнением к протоколу ARP и решает обратную задачу определения IP-адреса для заданного МАС-адреса) Это поле необходимо, так как поля типа фрейма (frame type) одинаковы для ARP запроса и ARP отклика.

Следующие четыре поля: аппаратный адрес отправителя (Ethernet адрес в рассматриваемом случае), адрес протокола (IP адрес), аппаратный адрес назначения и адрес протокола назначения. Обратите внимание, что в данном случае происходит некоторое дублирование информации: аппаратный адрес отправителя может быть получен как из Ethernet заголовка, так и из ARP запроса.

Из структуры ARP – запроса видно, что это достаточно универсальный протокол и рассчитан на использование отнюдь не только в сетях Ethernet.

Кадр ARP- запроса принимают и анализируют все сетевые устройства. Получатель по наличию своего IP- адреса определяет, что запрос адресован ему, и отправляет ответный пакет, в заголовке которого указан MAC - адрес передатчика, а в составе пакета содержится МАС - адрес получателя. Передатчик получает этот пакет, определяет МАС - адрес получателя и подставляет его во все кадры, инкапсулирующие IP- пакеты, которые должны быть переданы получателю.

 

Протоколы маршрутизации на основе алгоритма вектора расстояния

Алгоритм Беллмана-Форда был положен ещё в основу первого протокола маршрутизации, созданного для сети ARPANET. Современные протоколы вектора расстояния (distance vector protocols), такие, как RIP, IGRP, BGP, используют те же принципы.

RIP

Протокол Информации Маршрутизации (RIP - Routing Information Protocol) был первоначально разработан в Xerox PARC (Xerox Palo Alto Research Center) и использовался в комплекте протоколов ХNS. RIP для TCP/IP опубликован в 1982 г., когда версию UNIX, называемую Berkeley Standard Distribution (BSD), начали распространять с одной из реализацией RIP, крторую называли "трассируемой" (routed). Протокол RIP, который все еще является очень популярным протоколом маршрутизации в малых сетях, формально определен в публикации "Протоколы транспортировки Internet" XNS (XNS Internet Transport Protocols) (1981 г.) и в (Request for Comments) - RFC 1058 (1988 г.).

Маршрут в RIP характеризуется вектором расстояния до места назначения. Расстояние измеряется в количестве узлов между точками. Предполагается, что каждый маршрутизатор является отправной точкой нескольких маршрутов до сетей, с которыми он связан. Описания этих маршрутов хранится в специальной таблице, называемой маршрутной. Таблица маршрутизации RIP содержит по записи на каждую обслуживаемую машину (на каждый маршрут). Запись должна включать в себя:

IP-адрес места назначения.

Метрику маршрута (от 1 до 15; число шагов до места назначения).

IP-адрес ближайшего маршрутизатора (gateway) по пути к месту назначения.

Таймеры маршрута.

Первым двум полям записи мы обязаны появлению термина вектор расстояния (место назначение - направление; метрика - модуль вектора). Периодически (раз в 30 сек) каждый маршрутизатор посылает широковещательно копию своей маршрутной таблицы всем соседям-маршрутизаторам, с которыми связан непосредственно. Маршрутизатор-получатель просматривает таблицу. Если в таблице присутствует новый путь или сообщение о более коротком маршруте, или произошли изменения длин пути, эти изменения фиксируются получателем в своей маршрутной таблице. RIP поддерживает только оптимальные маршруты к пункту назначения. Если новая информация обеспечивает лучший маршрут, то эта информация заменяет старую маршрутную информацию.

Протокол RIP должен быть способен обрабатывать следующие типы ошибок:

1. Циклические маршруты. Так как в протоколе нет механизмов выявления замкнутых маршрутов, необходимо либо слепо верить партнерам, либо принимать меры для блокировки такой возможности.

2. Для подавления нестабильностей RIP должен использовать малое значение максимально возможного числа шагов (<16).

3. Медленное распространение маршрутной информации по сети создает проблемы при динамичном изменении маршрутной ситуации (система не поспевает за изменениями). Малое предельное значение метрики улучшает сходимость, но не устраняет проблему.

Пример таблицы маршрутизации приведен на рисунке

RIP определяет ряд мер, предназначенных для более стабильной работы в условиях быстро изменяющейся топологии сети. В их число входит

-ограничение числа пересылок,

-расщепление горизонта (split-horizons)

-временные задержки изменений (hold-downs),

-корректировки отмены (poison reverse updates).

Достоинства RIP – простота и быстрая реакция на хорошие новости (появление в сети нового маршрутизатора), а недостаток - очень медленная реакция на плохие известия (исчезновение одного из соседей).

В качестве примера рассмотрим сеть из нескольких последовательно соединенных маршрутизаторов:

Распространение "хорошей" новости в сети.

Пусть в начальный момент времени маршрутизатор A не был доступен, т. е. расстояние до него во всех таблицах - бесконечность. При включении А пошлет сообщение своему соседу - узлу B. Все остальные маршрутизаторы узнают об этом через последовательный обмен сообщениями (для простоты будем считать, что обмен между всеми соседними узлами происходит синхронно каждые несколько секунд).

Во время первого обмена узел B узнает, что A заработал и вносит в свою таблицу маршрутизации "1" как расстояние до A; все остальные узлы в этот момент по-прежнему считают A недоступным. При следующем обмене, спустя несколько секунд, узел C также узнает о появлении маршрутизатора A. В результате последовательности таких обменов информация достигнет и узла E, для которого стоимость маршрута до А будет "4".

Таким образом, для сети с максимальной длиной маршрута N сообщение о новом маршрутизаторе дойдет до самого удаленного узла в сети через N-1 циклов обмена таблицами маршрутизации. На этом этапе никаких проблем не возникает.

 

Теперь мы рассмотрим обратный случай, когда узел А перестает работать вследствие сбоя. При очередном обмене (мы будем считать его первым в этой серии) узел В не получает никакого сообщения от молчащего маршрутизатора А. Это означает, что у А возникли проблемы, и информацию о нем необходимо удалить из таблицы. Однако в то же самое время узел C сообщает, что ему известен путь до А и стоимость этого пути "2". Если не принимать во внимание, что путь до А, объявленный узлом C, проходит через сам B (т. е. образуется петля), в маршрутную таблицу В будет занесён путь до неработающего А стоимостью "3".

Проблема возрастания до бесконечности.

Во время следующего обмена C замечает, что оба его соседа предлагают путь до A стоимостью "3", и немедленно делает поправки в своей таблице. Теперь длина пути от С до A - "4". Если этот процесс не остановить, то он может продолжаться до бесконечности, и никто так и не узнает, что маршрутизатор А давно вышел из строя. Соответственно данные к А будут посылаться и дальше.

Эта проблема алгоритма вектора расстояний получила название проблемы возрастания до бесконечности (count-to-infinity problem). Она является основной причиной задания ограничений на максимальную длину пути во всех протоколах вектора расстояния. Протокол RIP считает маршрут длиной более чем в 15 транзитных узлов бесконечным. Такой путь будет немедленно удален из таблицы маршрутизации. Т. е. в последнем примере узел B поймет, что узел А недоступен, когда получит объявление пути до А со стоимостью "15". К сожалению, такая процедура будет занимать слишком много времени.

 

Расщепление горизонта

Один из методов борьбы с проблемами алгоритма вектора расстояний - расщепления горизонта (split-horizon). Данное простое правило можно сформулировать следующим образом: «Если известно, что путь до узла X лежит через соседний узел Y, то узлу Y не надо посылать объявления маршрута до X".

Рассмотрим предыдущий пример в условиях, когда действует правило расщепления горизонта. После выхода из строя маршрутизатора А узел В узнает о недееспособности А при первом же обмене. Узлу С правило расщепления горизонта запрещает посылать информацию об А на В, так как путь к А лежит через В. Поэтому узел В тут же помечает маршрутизатор А как недоступный. После следующего обмена уже С узнает от В о недоступности А, вместе с тем ложная информация от узла D, который все еще считает маршрутизатор А действующим, на С не поступит.

Как видим, с введением правила расщепления горизонта плохая новость распространяется в нашей сети так же быстро, как и хорошая. При этом никаких петель не возникает. К сожалению, даже при минимальном усложнении топологии правило расщепления горизонта перестает действовать. Рассмотрим это на следующем примере:

Пример ситуации, когда правило расщепления горизонта не действует.

В начальный момент времени А и B знают, что расстояние до узла D равно "2". После выхода D из строя маршрутизатор C, не получив от D сообщения, определяет, что узел D недоступен. А и В продолжают считать D доступным, но правило расщепления горизонта запрещает им сообщать эту ложную информацию маршрутизатору С. При следующем обмене C уведомляет A и B о недоступности D. Но одновременно с этим узел А получает от В сообщение о пути до D стоимостью "2", а узел В получает аналогичное сообщение от А.

Информация об аварии на D не будет услышана. Проблема возрастания до бесконечности возникла вновь.

 

OSPF

Протокол OSPF (Open Shortest Path Fisrt - открытый протокол, базирующийся на алгоритме поиска наикратчайшего пути RFC-1245-48, RFC-1583-1587, алгоритмы предложены Дикстрой) является альтернативой RIP в качестве внутреннего протокола маршрутизации. OSPF представляет собой протокол состояния соединения (Link State).

Протокол разработан для сетей IP рабочей группой Internet Engineering Task Force (IETF), занимающейся разработкой протоколов для внутрисистемных роутеров (interior gateway protocol - IGP).

Протокол относится к иерархическим протоколам маршрутизации. В нем определяется область маршрутизации.

Самым крупным объектом в этой иерархии является автономная система (Autonomous System - AS) AS является набором сетей, которые находятся под единым управлением и совместно используют общую стратегию маршрутизации. OSPF является протоколом маршрутизации внутри AS, хотя он и способен принимать маршруты из других AS и отправлять маршруты в другие AS.

Любая AS может быть разделена на ряд областей (area). Область - это группа смежных сетей и подключенных к ним хостов.

Протокол требует отправки объявлений о состоянии канала (link-state advertisement - LSA) во все роутеры, которые находятся в пределах одной и той же области. Роутеры, имеющие несколько интерфейсов, могут участвовать в нескольких областях. Такие роутеры, которые называются роутерами границы областей (area border routers), поддерживают отдельные топологические базы данных для каждой области.

Топологическая база (topological database) данных создает общую картину сети по отношению к роутерам. Топологическая база данных содержит набор LSA, полученных от всех роутеров, находящихся в одной области. Т.к. роутеры одной области коллективно пользуются одной и той же информацией, они имеют идентичные топологические базы данных. Топология области является невидимой для объектов, находящихся вне этой области.

Разделение на области приводит к образованию двух различных типов маршрутизации OSPF, которые зависят от того, находятся ли источник и пункт назначения в одной и той же или разных областях.

Магистральная часть OSPF (backbone) отвечает за распределение маршрутной информации между областями. Она включает в себя все роутеры границы области, сети, которые не принадлежат полностью како-либо из областей, и подключенные к ним роутеры. На Рис. представлен пример сети с несколькими областями.

 

На этом рисунке роутеры 4, 5, 6, 10, 11 и 12 образуют магистраль. Если хост Н1 Области 3 захочет отправить пакет хосту Н2 Области 2, то пакет отправляется в роутер 13, который продвигает его в роутер 12, который в свою очередь отправляет его в роутер 11. Роутер 11 продвигает пакет вдоль магистрали к роутеру 10 границы области, который отправляет пакет через два внутренних роутера этой области (роутеры 9 и 7) до тех пор, пока он не будет продвинут к хосту Н2.

Сама магистраль представляет собой одну из областей OSPF, поэтому все магистральные роутеры используют те же процедуры и алгоритмы поддержания маршрутной информации в пределах магистральной области, которые используются любым другим роутером. Топология магистрали невидима для всех внутренних роутеров точно также, как топологии отдельных областей невидимы для магистральной области.

Алгоритм маршрутизации SPF является основой для операций OSPF. Когда на какой-нибудь роутер SPF подается питание, он инициилизирует свои структуры данных о протоколе маршрутизации, а затем ожидает индикации от протоколов низшего уровня о том, что его интерфейсфы работоспособны.

После получения подтверждения о работоспособности своих интерфейсов роутер использует приветственный протокол (hello protocol) OSPF, чтобы приобрести соседей (neighbor). Соседи - это роутеры с интерфейсами с общей сетью. Описываемый роутер отправляет своим соседям приветственные пакеты и получает от них такие же пакеты. Помимо оказания помощи в приобретении соседей, приветственные пакеты также действуют как подтверждение дееспособности, позволяя другим роутерам узнавать о том, что другие роутеры все еще функционируют.

В сетях с множественным доступом (multi-access networks) (сетях, поддержиающих более одного роутера), протокол Hello выбирает назначенный роутер (designated router) и дублирующий назначенный роутер. Назначеный роутер, помимо других функций, отвечает за генерацию LSA для всей сети с множественным доступом. Назначенные роутеры позволяют уменьшить сетевой трафик и объем топологической базы данных.

Каждый маршрутизатор самостоятельно решает задачу оптимизации маршрутов. Если к месту назначения ведут два или более эквивалентных маршрута, информационный поток будет поделен между ними поровну. Переходные процессы в OSPF завершаются быстрее, чем в RIP. В процессе выбора оптимального маршрута анализируется ориентированный граф сети.

Опишем алгоритм Дикстры по выбору оптимального пути. На рис. приведена схема узлов (A-J) со значениями метрики для каждого из отрезков пути. Анализ графа начинается с узла A (Старт). Пути с наименьшим суммарным значением метрики считаются наилучшими. Именно они оказываются выбранными в результате рассмотрения графа (“кратчайшие пути“).

 

 

Пусть D(v) равно сумме весов связей для данного пути.
Пусть c(i,j) равно весу связи между узлами с номерами i и j.

Далее следует последовательность шагов, реализующих алгоритм.

1. Устанавливаем множество узлов N = {1}.

2. Для каждого узла v не из множества N устанавливаем D(v)= c(1,v).

3. Для каждого шага находим узел w не из множества N, для которого D(w) минимально, и добавляем узел w в множество N.

4. Актуализируем D(v) для всех узлов не из множества N
D(v)=min{D(v), D(v)+c(w,v)}.

5. Повторяем шаги 2-4, пока все узлы не окажутся в множестве N.

Топология маршрутов для узла A приведена на нижней части рис. В скобках записаны числа, характеризующие метрику отобранного маршрута согласно критерию пункта 3.

 

Таблица реализации алгоритма

 

	Множество	Метрика связи узла a с узлами
Шаг	N	B	C	D	E	F	G	H	I	J
	{A}	3	-		-	-	-	-	-	-
	{A,B}	(3)	4			-		-	-	-
	{A,B,C}	(3)	(4)	6		-		-	-	-
	{A,BC,D}	(3)	(4)	(6)	6	-		-	-	-
	{A,B,C,D,E}	(3)	(4)	(6)	(6)			8	-	-
	{A,B,C,D,E,H}	(3)	(4)	(6)	(6)			(8)	9	-
	{A,B,C,D,E,H,I}	(3)	(4)	(6)	(6)	10		(8)	(9)
	{A,B,C,D,E,H,I,F}	(3)	(4)	(6)	(6)	(10)	10	(8)	(9)
	{A,B,C,D,E,H,I,F,G}	(3)	(4)	(6)	(6)	(10)	(10)	(8)	(9)	14
	{A,B,C,D,E,H,I,F,G,J}	(3)	(4)	(6)	(6)	(10)	(10)	(8)	(9)	(14)

 

Качество сервиса (QoS), выступающее в качестве метрики протокола, может характеризоваться следующими параметрами:

· пропускной способностью канала;

· задержкой (время распространения пакета);

· числом дейтограмм, стоящих в очереди для передачи;

· загрузкой канала;

· требованиями безопасности;

· типом трафика;

· числом шагов до цели;

· возможностями промежуточных связей (например, многовариантность достижения адресата).

Определяющими являются три характеристики: задержка, пропускная способность и надежность. Для транспортных целей OSPF использует IP непосредственно, т.е. не привлекает протоколы UDP или TCP. OSPF имеет свой код (89) в протокольном поле IP-заголовка. Код TOS (type of service) в IP-пакетах, содержащих OSPF-сообщения, равен нулю, значение TOS здесь задается в самих пакетах OSPF. Маршрутизация в этом протоколе определяется IP-адресом и типом сервиса. Так как протокол не требует инкапсуляции пакетов, сильно облегчается управление сетями с большим количеством бриджей и сложной топологией (исключается циркуляция пакетов, сокращается транзитный трафик).

 

Любое сообщение OSPF начинается с 24-октетного заголовка:

 

Поле версия определяет версию протокола (= 2). Поле тип идентифицирует функцию сообщения согласно таблице

 

Тип	Значение
	Hello (используется для проверки доступности маршрутизатора).
	Описание базы данных (топология). Database Description.
	Запрос состояния канала. Link-State Request
	Изменение состояния канала. Link-State Update
	Подтверждение получения сообщения о статусе канала. Link-State Acknowledgement

 

Поле длина пакета определяет длину блока в октетах, включая заголовок. Идентификатор области - 32-битный код, идентифицирующий область, которой данный пакет принадлежит. Все OSPF-пакеты ассоциируются с той или иной областью.

Поле контрольная сумма содержит контрольную сумму IP-пакета, включая поле типа идентификации.

Поле тип идентификации может принимать значения 0 при отсутствии контроля доступа, и 1 при наличии контроля. В дальнейшем функции поля будут расширены. Важную функцию в OSPF-сообщениях выполняет одно-октетное поле опции, оно присутствует в сообщениях типа Hello, объявление состояния канала и описание базы данных. Особую роль в этом поле играют младшие биты E и Т:

Бит E характеризует возможность внешней маршрутизации и имеет значение только в сообщениях типа Hello, в остальных сообщениях этот бит должен быть обнулен. Если E=0, то данный маршрутизатор не будет посылать или принимать маршрутную информацию от внешних автономных систем. Бит T определяет сервисные возможности маршрутизатора (TOS). Если T=0, это означает, что маршрутизатор поддерживает только один вид услуг (TOS=0) и он не пригоден для маршрутизации с учетом вида услуг.

1. Сообщения типа Hello содержат, в частности, следующую информацию: уровень приоритета маршрутизатора (целое положительное число), используется при выборе резервного (backup) маршрутизатора. Если приоритет равен нулю, данный маршрутизатор никогда не будет использован в качестве резервного.

2. Маршрутизаторы обмениваются сообщениями из баз данных OSPF, чтобы инициализировать, а в дальнейшем актуализовать свои базы данных, характеризующие топологию сети. Обмен происходит в режиме клиент-сервер. Клиент подтверждает получение каждого сообщения. Так как размер базы данных может быть велик, ее содержимое может пересылаться по частям.

3. После обмена сообщениями с соседями маршрутизатор может выяснить, что часть данных в его базе устарела. Он может послать своим соседям запрос с целью получения свежей маршрутной информации о каком-то конкретном канале связи. Сосед, получивший запрос, высылает необходимую информацию.

4. Сообщения об изменениях маршрутов могут быть вызваны следующими причинами:

1. Возраст маршрута достиг предельного значения (lsrefreshtime).
2. Изменилось состояние интерфейса.
3. Произошли изменения в маршрутизаторе сети.
4. Произошло изменение состояния одного из соседних маршрутизаторов.
5. Изменилось состояние одного из внутренних маршрутов (появление нового, исчезновение старого и т.д.)
6. Изменение состояния межзонного маршрута.
7. Появление нового маршрутизатора, подключенного к сети.
8. Вариация виртуального маршрута одним из маршрутизаторов.
9. Возникли изменения одного из внешних маршрутов.
10. Маршрутизатор перестал быть пограничным для данной as (например, перезагрузился).

5. В составе информации о состоянии канала передаются значения типов сервиса (TOS), поддерживаемые маршрутизатором, рассылающим маршрутную информацию.

6.

TOS(RFC-1349)

Обычный сервис

Минимизация денежной стоимости

Максимальная надежность

Максимальная пропускная способность

Минимальная задержка

 

Передается так же информация о месте маршрутизатора в области и АС.

Существуют 4 типа LSA:

Router links advertisements (RLA)

Об'явления о каналах роутера. Описывают собранные данные о состоянии каналов роутера, связывающих его с конкретной областью. Любой роутер отправляет RLA для каждой области, к которой он принадлежит. RLA направляются лавинной адресацией через всю область, но они не отправляются за ее пределы.

Network links advertisements (NLA)

Об'явления о сетевых каналах. Отправляются назначенными роутерами. Они описывают все роутеры, которые подключены к сети с множественным доступом, и отправляются лавинной адресацией через область, содержащую данную сеть с множественным доступом.

Summary links advertisements (SLA)

Суммарные об'явления о каналах. Суммирует маршруты к пунктам назначения, находящимся вне какой-либо области, но в пределах данной AS. Они генерируются роутерами границы области, и отправляются лавинной адресацией через данную область. В стержневую область посылаются об'явления только о внутриобластных роутерах. В других областях рекламируются как внутриобластные, так и межобластные маршруты.

AS external links advertisements

Об'явления о внешних каналах AS. Описывают какой-либо маршрут к одному из пунктов назначения, который является внешним для данного AS. Об'явления о внешних каналах AS вырабатываются граничными роутерами AS. Этот тип об'явлений является единственным типом об'явлений, которые продвигаются во всех направлениях данной AS; все другие об'явления продвигаются только в пределах конкретных областей.

 

Маршрутная таблица OSPF содержит в себе:

· IP-адрес места назначения и маску;

· тип места назначения (сеть, граничный маршрутизатор и т.д.);

· тип функции (возможен набор маршрутизаторов для каждой из функций TOS);

· область (описывает область, связь с которой ведет к цели, возможно несколько записей данного типа, если области действия граничных маршрутизаторов перекрываются);

· тип пути (характеризует путь как внутренний, межобластной или внешний, ведущий к AS);

· цена маршрута до цели;

· очередной маршрутизатор, куда следует послать дейтограмму;

· объявляющий маршрутизатор (используется для межобластных обменов и для связей автономных систем друг с другом).

 

Преимущества OSPF:

1. Для каждого адреса может быть несколько маршрутных таблиц, по одной на каждый вид IP-операции (TOS).

2. Каждому интерфейсу присваивается безразмерная цена, учитывающая пропускную способность, время транспортировки сообщения. Для каждой IP-операции может быть присвоена своя цена (коэффициент качества).

3. При существовании эквивалентных маршрутов OSFP распределяет поток равномерно по этим маршрутам.

4. Поддерживается адресация субсетей (разные маски для разных маршрутов).

5. При связи точка-точка не требуется IP-адрес для каждого из концов. (Экономия адресов!)

6. Применение мультикастинга вместо широковещательных сообщений снижает загрузку не вовлеченных сегментов.

Недостатки:

1. Трудно получить информацию о предпочтительности каналов для узлов, поддерживающих другие протоколы, или со статической маршрутизацией.

2. OSPF является лишь внутренним протоколом.

 

Оба этих протокола предназначены для внутренних маршрутизаторов автономных систем. Под автономной системой принято понимать некоторую совокупность IP-сетей, использующих общую политику маршрутизации в Internet. Эта общая политика реализуется пограничными маршрутизаторами данной автономной системы с использованием, например, протокола BGP (Border Gateway Protocol, протокол граничного шлюза) — основного протокола динамической маршрутизации в Интернете.

BGP, в отличие от других протоколов динамической маршрутизации, предназначен для обмена информацией о маршрутах не между отдельными маршрутизаторами, а между целыми автономными системами.

 

Протокол ARP

Этот протокол предназначен для преобразования IP-адресов в МАС - адреса канального уровня. Рассмотрим локальную вычислительную сеть, построенную на основе использования протоколов семейства Ethernet. Для организации соединений на сетевом уровне применяется стек протоколов TCP/IP. IP- пакеты, содержащие в заголовке IP-адрес устройства назначения, передаются на канальный уровень в ПО компьютера и инкапсулируются в кадры. В заголовке кадра должен быть МАС - адрес устройства назначения. Таким образом, для работы сети необходим алгоритм, обеспечивающий установление соответствия между IP-адресом устройства и его МАС - адресом. Для реализации этого алгоритма и разработан протокол разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol) и программное обеспечение в составе стека TCP/IP. Для определения МАС - адреса устройства назначения IP-пакета передающее устройство отправляет в сеть широковещательный (broadcast) запрос с заголовком Ethernet, включающим:

1) Поля с адресами источника и назначения Ethernet.

При этом используется специальный адрес назначения Ethernet, состоящий из всех единиц, означающий широковещательный адрес. Кадры с таким адресом будут получены всеми Ethernet интерфейсами сегмента сети.

2) Двухбайтовый тип кадра (frame type) Ethernet указывающий, данные какого типа пойдут следом. Для ARP запроса или ARP отклика это поле содержит 0x0806.

Вкладываемый в кадр ARP запрос имеет следующий формат:

 

Тип оборудования – тип интерфейса, аппаратный адрес которого запрашивается, для Ethernet это значение равно единице.

Тип протокола - указывает тип адреса используемого протокола. Для IP адресов используется значение 0x0800.

HA-len – длина аппаратного адреса. В ARP запросах и откликах для Ethernet 6 байт.

PA-len - длина адреса протокола. В ARP запросах и откликах для IP-адреса 4 байта.

Код операции указывает на тип операции: ARP запрос (значение устанавливается в 1), ARP отклик (2), RARP запрос (3) и RARP отклик (4). (протокол RARP является дополнением к протоколу ARP и решает обратную задачу определения IP-адреса для заданного МАС-адреса) Это поле необходимо, так как поля типа фрейма (frame type) одинаковы для ARP запроса и ARP отклика.

Следующие четыре поля: аппаратный адрес отправителя (Ethernet адрес в рассматриваемом случае), адрес протокола (IP адрес), аппаратный адрес назначения и адрес протокола назначения. Обратите внимание, что в данном случае происходит некоторое дублирование информации: аппаратный адрес отправителя может быть получен как из Ethernet заголовка, так и из ARP запроса.

Из структуры ARP – запроса видно, что это достаточно универсальный протокол и рассчитан на использование отнюдь не только в сетях Ethernet.

Кадр ARP- запроса принимают и анализируют все сетевые устройства. Получатель по наличию своего IP- адреса определяет, что запрос адресован ему, и отправляет ответный пакет, в заголовке которого указан MAC - адрес передатчика, а в составе пакета содержится МАС - адрес получателя. Передатчик получает этот пакет, определяет МАС - адрес получателя и подставляет его во все кадры, инкапсулирующие IP- пакеты, которые должны быть переданы получателю.

 

Назначение адресов узлам сети. Протоколы DHCP и BOOTP.

IP-адреса и маски назначаются узлам при их конфигурировании вручную или автоматически с использованием DHCP- или BootP-серверов. Ручное назначение адресов требует внимания — некорректное назначение адресов и масок приводит к невозможности связи по IP, однако с точки зрения надежности и безопасности (защиты от несанкционированного доступа) оно имеет свои пре­имущества.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол, обеспечивающий автоматическое динамическое назначение IP-адресов и масок подсетей для узлов-клиентов DHCP-сервера. Адреса вновь активированным узлам назначаются автоматически из области адресов (пула), выделенных DHCP-серверу. По окончании работы узла его адрес возвращается в пул и в дальнейшем может назначать­ся для другого узла. Применение DHCP облегчает инсталляцию и диагностику для узлов, а также снимает проблему дефицита IP-адресов.

Протокол BootP (Bootstrap Protocol) выполняет аналогичные функции, но использует статическое распределение ресурсов. При инициализации узел посылает широковещательный запрос, на который BootP-сервер ответит пакетом с IP-адресом, маской, а также адресами шлюзов (gateways) и серверов службы имен (nameservers). Эти данные хранятся в списке, составленном по МАС-адресам клиентов BootP, хранящимся на сервере. Естественно, что по отключении узла его IP-адрес не может быть использован другими узлами.

формат 300-байтного BOOTP запроса и отклика.

 

Счетчик пересылок (hop count) устанавливается клиентом в 0, однако может быть использован уполномоченным сервером.

Идентификатор транзакции (transaction ID) - 32-битное целое число, которое устанавливается клиентом и возвращается сервером. Оно позволяет клиенту сопоставить отклик с запросом. Клиент устанавливает в это поле случайное число для каждого запроса.

В поле количество секунд (number of seconds) клиент записывает время, когда он предпринял первую попытку загрузиться. На основании значения этого поля вторичный сервер делает вывод о том, что первичный сервер не доступен. (Вторичный сервер делает подобный вывод если величина в поле количества секунд достигла определенного значения.)

Если клиент уже знает свой IP адрес, он заполняет поле IP адрес клиента (client IP address). Есле нет - клиент устанавливает это значение в 0. В последнем случае сервер вставляет в поле ваш IP адрес (your IP address) IP адрес клиента. Поле IP адрес сервера (server IP address) заполняется сервером.