44502 (663319), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

| | ^ |

v V | |

1 1

Рис.2. Мультиплексор n x 1 и демультиплексор 1 x n

-- 55 --

Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP,

после чего попадают в модуль IP и оттуда - на уровень сетевого интер-

фейса.

Хотя технология internet поддерживает много различных сред передачи

данных, здесь мы будем предполагать использование Ethernet, так как

именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети.

Машина на рис.1 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный

Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и рас-

познается драйвером.

Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает

точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес дол-

жен быть уникальным в пределах всей сети Internet.

Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.

2.5. Работа с несколькими сетевыми интерфейсами

Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам пере-

дачи данных. На рис.3 показана машина с двумя сетевыми интерфейсами Eth-

ernet. Заметим, что она имеет 2 Ethernet-адреса и 2 IP-адреса.

Из представленной схемы видно, что для машин с несколькими сетевыми

интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демуль-

типлексора m x n (рис.4).

---------------------------------

| прикладные процессы |

| ... \ | / .... \ | / ... |

| ------- ------- |

| | TCP | | UDP | |

| ------- ------- |

| \ / |

| ------ |

| ------- | IP | ------- |

| | ARP | -*--*- | ARP | |

| ------- | | ------- |

| \ | | / |

| -------- -------- |

| | ENET | | ENET | |

| ---@---- ---@---- |

| | | |

----------|---------|------------

| |

| ---o---------------

--------------o---- Ethernet 2

Ethernet 1

Рис.3. Узел сети TCP/IP с двумя сетевыми интерфейсами

-- 66 --

1 2 3 .... n | 1 2 3 ...... n ^

\ | | / | \ | | / |

----------------- поток ------------------- поток

| мультиплексор | данных | демультиплексор | данных

----------------- | ------------------- |

/ | | ... \ V / | | ..... \ |

1 2 3 m 1 2 3 m

Рис.4. Мультиплексор n x m и демультиплексор m x n

Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных

данных в обоих направлениях. Модуль IP в данном случае сложнее, чем в

первом примере, так как может передавать данные между сетями. Данные

могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы

через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую

сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансля-

цию, называется шлюзом. [1]

Как показано на рис.5, ретранслируемый пакет не передается модулям

TCP или UDP. Некоторые шлюзы вообще могут не иметь модулей TCP и UDP.

* 3. Ethernet *

В этом разделе мы кратко рассмотрим технологию Ethernet.

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, про-

------- -------

| TCP | | UDP |

------- -------

\ /

----------

| |

| IP |

| ____ |

| / \ |

----------

/ \

данные данные

поступают отправляются

отсюда сюда

Рис.5. Пример межсетевой ретрансляции пакета модулем IP

____________________

[1] В документации по TCP/IP термины шлюз (gateway) и IP-

маршрутизатор (IP-router) часто используются как синонимы. Мы сочли воз-

можным использовать более распространенный термин "шлюз".

исходящий в сети, и принимает адресованные ему Ethernet-кадры, а также

Ethernet-кадры с адресом "FF:FF:FF:FF:FF:FF" (в 16-ричной системе), кото-

рый обозначает "всем", и используется при широковещательной передаче.

Ethernet реализует метод МДКН/ОС (множественный доступ с контролем

несущей и обнаружением столкновений). Метод МДКН/ОС предполагает, что

все устройства взаимодействуют в одной среде, в каждый момент времени

может передавать только одно устройство, а принимать могут все одновре-

менно. Если два устройства пытаются передавать одновременно, то происхо-

дит столкновение передач, и оба устройства после случайного (краткого)

периода ожидания пытаются вновь выполнить передачу.

3.1. Аналогия с разговором

Хорошей аналогией взаимодействиям в среде Ethernet может служить

разговор группы вежливых людей в небольшой темной комнате. При этом ана-

логией электрическим сигналам в коаксиальном кабеле служат звуковые волны

в комнате.

Каждый человек слышит речь других людей (контроль несущей). Все

люди в комнате имеют одинаковые возможности вести разговор (множественный

доступ), но никто не говорит слишком долго, так как все вежливы. Если

человек будет невежлив, то его попросят выйти (т.е. удалят из сети).

Все молчат, пока кто-то говорит. Если два человека начинают говорить

одновременно, то они сразу обнаруживают это, поскольку слышат друг друга

(обнаружение столкновений). В этом случае они замолкают и ждут некоторое

время, после чего один из них вновь начинает разговор. Другие люди слы-

шат, что ведется разговор, и ждут, пока он кончится, а затем могут начать

говорить сами. Каждый человек имеет собственное имя (аналог уникального

Ethernet-адреса). Каждый раз, когда кто-нибудь начинает говорить, он

называет по имени того, к кому обращается, и свое имя, например, "Слушай

Петя, это Андрей, ... ля-ля-ля ..." Если кто-то хочет обратиться ко всем,

то он говорит: "Слушайте все, это Андрей, ... ля-ля-ля ..." (широковеща-

тельная передача).

* 4. Протокол ARP *

В этом разделе мы рассмотрим то, как при посылке IP-пакета определя-

ется Ethernet-адрес назначения. Для отображения IP-адресов в Ethernet-

адреса используется протокол ARP (Address Resolution Protocol - адресный

протокол). Отображение выполняется только для отправляемых IP-пакетов,

так как только в момент отправки создаются заголовки IP и Ethernet.

4.1. ARP-таблица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таб-

лица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для

каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса.

Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись

с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-

таблицы.

---------------------------------------------

| IP-адрес Ethernet-адрес |

---------------------------------------------

| 223.1.2.1 08:00:39:00:2F:C3 |

| 223.1.2.3 08:00:5A:21:A7:22 |

| 223.1.2.4 08:00:10:99:AC:54 |

---------------------------------------------

Табл.1. Пример ARP-таблицы

Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными чис-

лами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый

байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выби-

раются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного

в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в

сети internet. Если машину перемещают в другую часть сети internet, то

ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель

сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии

адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адап-

тера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

4.2. Порядок преобразования адресов

В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отправ-

ляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль

TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP. В

результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу

Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе,

модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес

места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется

ARP-таблица.

4.3. Запросы и ответы протокола ARP

Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически моду-

лем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы

не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

1) По сети передается широковещательный ARP-запрос.

2) Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все

драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и пере-

дают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: "Если

ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес".

Пакет ARP-запроса выглядит примерно так:

-----------------------------------------------------------

| IP-адрес отправителя 223.1.2.1 |

| Ethernet-адрес отправителя 08:00:39:00:2F:C3 |

-----------------------------------------------------------

| Искомый IP-адрес 223.1.2.2 |

| Искомый Ethernet-адрес |

-----------------------------------------------------------

Табл.2. Пример ARP-запроса

Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном

ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посы-

лает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно

интерпретировать так: "Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то

Ethernet-адрес". Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:

-----------------------------------------------------------

| IP-адрес отправителя 223.1.2.2 |

| Ethernet-адрес отправителя 08:00:28:00:38:A9 |

-----------------------------------------------------------

| Искомый IP-адрес 223.1.2.1 |

| Искомый Ethernet-адрес 08:00:39:00:2F:C3 |

-----------------------------------------------------------

Табл.3. Пример ARP-ответа

Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой

машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю

ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-

таблицу.

Обновленная таблица выглядит следующим образом:

---------------------------------------------

| IP-адрес Ethernet-адрес |

---------------------------------------------

| 223.1.2.1 08:00:39:00:2F:C3 |

| 223.1.2.2 08:00:28:00:38:A9 |

| 223.1.2.3 08:00:5A:21:A7:22 |

| 223.1.2.4 08:00:10:99:AC:54 |

---------------------------------------------

Табл.4. ARP-таблица после обработки ответа

4.4. Продолжение преобразования адресов

Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя нес-

колько миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните,

ранее на шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с

использованием обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IP-

адреса в Ethernet-адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети.

Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:

1) По сети передается широковещательный ARP-запрос.

2) Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

3) Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии IP- и

Ethernet-адресов. Эта информация заносится в ARP-таблицу.

4) Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у IP-пакета, постав-

ленного в очередь, используется ARP-таблица.

5) Ethernet-кадр передается по сети Ethernet.

Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осущест-

вить преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходи-

мая для преобразования информация получается с помощью запросов и ответов

протокола ARP, после чего IP-пакет передается по назначению.

Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет

и не будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты,

направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отли-

чить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с иско-

Характеристики

Список файлов реферата