Прямая и косвенная маршрутизация.

Маршрутизация - это одна из наиболее важных функций IP.

IP-Маршрутизация – процесс выбора пути для передачи пакета в сети.

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

IP-маршрутизатор – это специальное устройство, предназначенное для объединения сетей и обеспечивающее определение пути прохождения пакетов в составной сети. Маршрутизатор должен иметь несколько IP-адресов с номерами сетей, соответствующими номерам объединяемых сетей.

Когда требуется отправить пакет узлу с определенным IP-адресом, то узел-отправитель выделяет номера сетей с помощью маски подсети из собственного IP-адреса и IP-адреса получателя. Далее номера сетей сравниваются и если они совпадают (т.е. они находятся в одной подсети), то пакет направляется непосредственно получателю, в противном случае – маршрутизатору, чей адрес указан в настройках протокола IP.

Выбор пути на маршрутизаторе осуществляется на основе информации, представленной в таблице маршрутизации. Таблица маршрутизации – это специальная таблица, сопоставляющая IP-адресам сетей адреса следующих маршрутизаторов, на которые следует отправлять пакеты с целью их доставки в эти сети. Обязательной записью в таблице маршрутизации является так называемый маршрут по умолчанию, содержащий информацию о том, как направлять пакеты в сети, адреса которых не присутствуют в таблице.

Прямая маршрутизация.

На рисунке показана небольшая IP-сеть, состоящая из 3 машин: A, B и C. Каждая машина имеет такой же стек протоколов TCP/IP. Каждый сетевой адаптер этих машин имеет свой Ethernet-адрес. Менеджер сети должен присвоить машинам уникальные IP-адреса.

Когда A посылает IP-пакет B, то заголовок IP-пакета содержит в поле отправителя IP-адрес узла A, а заголовок Ethernet-кадра содержит в поле отправителя Ethernet-адрес A. Кроме этого, IP-заголовок содержит в поле получателя IP-адрес узла B, а Ethernet-заголовок содержит в поле получателя Ethernet-адрес B.

Таблица маршрутов в узле A выглядит так:

Модуль IP с помощью маски подсети выделяет номер сети из IP-адреса и ищет соответствующую ему строку в таблице маршрутов.

Косвенная маршрутизация.

На рисунке представлена более реалистичная картина сети internet. В данном случае сеть internet состоит из трех сетей Ethernet, на базе которых работают три IP-сети, объединенные шлюзом D. Каждая IP-сеть включает четыре машины; каждая машина имеет свои собственные IP- и Ethernet адреса.

Шлюз D соединяет все три сети и, следовательно, имеет три IP-адреса и три Ethernet-адреса.

Менеджер сети присваивает каждой сети Ethernet уникальный номер, называемый IP-номером сети.

Когда машина A посылает IP-пакет машине B, то процесс передачи идет в пределах одной сети. При всех взаимодействиях между машинами, подключенными к одной IP-сети, используется прямая маршрутизация, обсуждавшаяся в предыдущем примере.

Когда машина D взаимодействует с машиной A, то это прямое взаимодействие. Когда машина D взаимодействует с машиной E, то это прямое взаимодействие. Когда машина D взаимодействует с машиной H, то это прямое взаимодействие. Это так, поскольку каждая пара этих машин принадлежит одной IP-сети.

Однако когда машина A взаимодействует с машинами, включенными в другую IP-сеть, то взаимодействие уже не будет прямым. Машина A должна использовать шлюз D для ретрансляции IP-пакетов в другую IP-сеть. Такое взаимодействие называется "косвенным".

Маршрутизация IP-пакетов выполняется модулями IP и является прозрачной для модулей TCP, UDP и прикладных процессов.

Если машина A посылает машине E IP-пакет, то IP-адрес и Ethernet-адрес отправителя соответствуют адресам A. IP-адрес места назначения является адресом E, но поскольку модуль IP в A посылает IP-пакет через D, Ethernet-адрес места назначения является адресом D.

Таблица маршрутов в узле A выглядит так:

Адреса в Ethernet-кадре, содержащем IP-пакет от A к E (до шлюза D):

Модуль IP в машине D получает IP-пакет и проверяет IP-адрес места назначения. Определив, что это не его IP-адрес, шлюз D посылает этот IP-пакет прямо к E. Модуль IP в узле D выделяет сетевой номер из IP-адреса места назначения IP-пакета и ищет соответствующую запись в таблице маршрутов. Таблица маршрутов в узле D выглядит так:

Адреса в Ethernet-кадре, содержащем IP-пакет от A к E (после шлюз D):

В столбце "шлюз" таблицы маршрутов узла alpha указывается IP-адрес точки соединения узла delta с сетью development.

Итак, при прямой маршрутизации IP- и Ethernet-адреса отправителя соответствуют адресам того узла, который послал IP-пакет, а IP- и Ethernet-адреса места назначения соответствуют адресам получателя. При косвенной маршрутизации IP- и Ethernet-адреса не образуют таких пар.

Технология Ethernet.

Ethernet – это пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI

В Ethernet реализуется стратегия, которая носит название «множественный доступ с контролем несущей и устранением коллизий».

Все компьютеры сети имеют доступ к общей шине через встроенный в каждый компьютер сетевой адаптер. Схема подключения компьютеров по коаксиальному кабелю приведена на рисунке:

Станции на традиционной локальной сети Ethernet могут быть соединены вместе. Среда (канал) разделена между станциями и только одна станция одновременно может использовать ее. Также подразумевается, что все станции получают кадр, посланный станцией (широковещательная передача). Адресованный пункт назначения сохраняет кадр, в то время как остальные отбрасывают ее. Каким образом в этой ситуации мы можем убедиться, что две станции не используют среду в одно и то же время?

Ethernet разработан, чтобы решить эту проблему согласно следующим принципам:

1. Каждая станция имеет равное право на среду (коллективный доступ).

2. Каждая станция, имеющая кадр для того, чтобы послать его, сначала "слушает" (отслеживает) среду. Если в среде нет данных, станция может начать передачу (слежение за несущей частотой).

3. Может случиться, что две станции, следящие за средой, находят, что она не занята, и начинают посылать данные. В этом случае возникает конфликт, называемый коллизией. Протокол заставляет станцию продолжать следить за линией после того, как передача началась. Если есть конфликт, то все станции его обнаруживают, каждая передающая станция передает сигнал сбоя в работе, чтобы уничтожить данные линии, и после этого каждый раз ждет различное случайное время для новой попытки. Случайные времена предотвращают одновременную повторную посылку данных.

Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа и данные. Размер адреса в Ethernet - 6 байт. Каждый сетевой адаптер имеет свой Ethernet-адрес. Адаптер контролирует обмен информацией, происходящий в сети, и принимает адресованные ему Ethernet-кадры.

Адресация. MAC адрес - это уникальный шестнадцатиричный серийный номер, назначаемый каждому сетевому устройству Ethernet, для идентификации его в сети. Для сетевых устройств (так же как и для большинства других сетевых типов) этот адрес устанавливается во время изготовления, хотя обычно, он может быть изменен при помощи соответствующей программы.
Каждая сетевая карта имеет уникальный MAC адрес, таким образом она может эксклюзивно забирать пакеты из сетевого провода, предназначенные для нее. Если MAC адрес не является единственным, то не существует способа провести различие между двумя станциями. Устройства в сети просматривают сетевой трафик и ищут свой MAC адрес в каждом пакете, чтобы определить, должны ли они декодировать этот пакет или нет. Существуют специальные способы для широковещательной рассылки сообщений каждому устройству.
MAC адреса имеют длину 6 байт и обычно записываются шестнадцатиричным числом в виде 12:34:56:78:90:AB (двоеточия могут отсутствовать,но их наличие делает адрес более читабельным). Каждый производитель Ethernet устройств использует определенный диапазон MAC адресов, который ему отведен. первые три байта адреса определяют производителя.

Адреса в Ethernet передают байт за байтом, слева направо; однако для каждого байта самый младший бит передают первым, а самый старший бит - последним.

Есть три типа адресов в Ethernet:

1. Однонаправленный адрес. В однонаправленном адресе самый старший бит в начале байта – 0.

2. Групповая рассылка. В адресе групповой рассылки младший бит – 1.

3. Широковещательный адрес. Это поле 48 бит: FF:FF:FF:FF:FF:FF (который означает всем).

Исходный адрес всегда однонаправленный. Адрес получателя может быть однонаправленным адресом (один единственный получатель), групповой рассылкой (группа получателей) или широковещательной передачей (все станции, подключенные к LAN).

Экспертные системы: