Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ОБ’ЄДНАНІ МЕРЕЖІ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Теорія
Предмет:
Комп'ютерні мережі
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
6. ОБ’ЄДНАНІ МЕРЕЖІ
6.1. Загальні принципи побудови об’єднаних мереж
Об’єднана мережа передавання даних (ОМПД)) – це сукупність декількох комп’ютерних мереж передавання даних, об’єднаних маршрутизаторами. Таку мережу ще називають великою, складеною або internet-мережею. Приклад структури об’єднаної мережі наведений на рис. 6.1. Як видно з наведеної структури, до складу об’єднаної мережі входять побудовані за різними технологіями локальні та глобальні мережі, об’єднані за допомогою маршрутизаторів. Маршрутизатор – це комунікаційний пристрій, який підтримує протоколи мережевого рівня і призначений для об’єднання комп’ютерних мереж, побудованих за різними технологіями.
Мережевий рівень забезпечує вибір маршруту передавання даних між кінцевими вузлами різних КМ. Маршрут – це послідовність портів маршрутизаторів, які повинен пройти пакет від джерела до адресата. Сам маршрутизатор адреси не має, а кожний порт маршрутизатора має числову адресу і локальну адресу тієї мережі, до складу якої він входить. Тип і формат числових адрес залежить від стеку комунікаційних протоколів, який використовується в об’єднаній мережі. Здебільшого числові адреси складаються з номера мережі, в якій знаходиться адресат, та номера кінцевого вузла в цій мережі.
Пакетом називається потік даних з вищих рівнів, упакований мережним рівнем у певний формат і доповнений службовою інформацією. Службова інформація містить, як правило, номер пакету, час його життя та числові адреси джерела і одержувача пакету, на основі яких вибирається маршрут просування пакету між маршрутизаторами.
Маршрут пакету вибирається кінцевими вузлами і маршрутизаторами на основі аналізу таблиць маршрутизації (ТМ), які можуть будуватися адміністратором вручну, або автоматично протоколами маршрутизації. Протоколи маршрутизації генерують і передають по мережі службові кадри, призначенні для збору інформації про структуру мережі і побудови на її основі таблиць маршрутизації. Мережеві протоколи на основі аналізу ТМ вибирають маршрут і забезпечують передачу пакетів даних між кінцевими вузлами. Протокол маршрутизації і мережеві протоколи реалізуються відповідними програмними модулями, які містяться як на кінцевих (комп’ютерах), так і на проміжних (маршрутизаторах) вузлах мережі.
Як видно із приведеної схеми, від джерела повідомлення абонента РС1 до адресата РС2 може просуватися різними маршрутами (наприклад, М1,М2 і М7, або М3, М9 і М7 і т.п.). Мало того, різні пакети одного і того ж повідомлення можуть проходити до адресата за різними маршрутами. Вибір маршрутизаторами оптимального маршруту проходження пакету до адресата залежить від багатьох факторів, в тому числі і від завантаженості каналів зв’язку. Деякі з них будуть розглянуті нижче.
6.2. Функції маршрутизаторів
Маршрутизатор (router), який зв’язує окремі різнорідні мережі передавання даних в одну об’єднану мережу виконує декілька важливих функцій. Основною функцією маршрутизотора є побудова ТМ та вибір на основі її аналізу оптимального маршруту просування пакету в мережі. В таблицях маршрутизації можуть вказуватися як основні, так і резервні шляхи доступу до кінцевого вузла та їх характеристики. Крім функції вибору оптимального маршруту маршрутизатори виконують цілий ряд інших, найбільш важливими з яких є функції буферизації, фільтрації, інкапсуляції та фрагментизації пакетів і підтримка мережевих інтерфейсів. При цьому важливою характеристикою маршрутизатора є швидкість виконання цих функцій.
Сучасний маршрутизатор є, по суті, потужним спеціалізованим комп’ютером з декількома високошвидкісними процесорами, які працюють під керівництвом операційної системи реального часу. Функції маршрутизатора може також виконувати виділений комп’ютер, який має декілька мережевих адаптерів для під’єднання до локальних мереж, або портів з апаратурою передавання даних для під’єднання до глобальних мереж передавання даних.
EMBED Word.Document.8 \s
До важливих характеристик маршрутизатора відносяться:
а) число мережевих протоколів і протоколів маршрутизації, які він підтримує;
б) число інтерфейсів локальних і глобальних мереж, які він обслуговує;
в) загальна продуктивність маршрутизотора, яка становить від декількох десятків тисяч до декількох мільонів пакетів в секунду.
Протоколи мережевого рівня
Протоколи канального рівня
Протоколи фізичного рівня
Створення та поновлення таблиць маршрутизації
(протоколи маршрутизації)
-визначення маршруту пакету за таблицями маршрутизації
(мережевий протокол)
-ліквідація пакетів за контроль-ною сумою та часом життя;
-фільтрація пакетів(за адресами, службами і т.д.);
-постановка пакетів в чергу;
-визначення вихідного порта даного і вхідного порта наступного маршрутизатора;
-формування пакетів на основі отриманої послідовності біт;
-аналіз службової інформації;
-підрахунок контрольної суми;
- визначення апаратної адреси;
-фрагментація пакетів;
-інкапсуляція пакетів у кадри наступної мережі;
LAP-F
Підрівень LLC
802.3-MAC
802.3u-MAC
Модем
V.35
Мережевий адаптер 10 Base-T
Мережевий адаптер 100 Base-FX
Порт 2
Порт 3
Порт 1
Ethernet
Fast Ethernet
Frame relay
Рис. 6.2. Функціональна модель маршрутизатора
Функції маршрутизотора у відповідності з моделлю взаємодії відкритих систем OSІ виконуються трьома рівнями: мережевим, канальним та фізичним.
Функціональну модель маршрутизатора розглянемо на прикладі схеми, наведеної на рис.6.2.
Рівень мережевих інтерфейсів приведеної схеми забезпечує фізичний інтерфейс з середовищем передачі однієї глобальної (Frame relay ) і двох локальних (Ethernet i Fast Ethrnet) мереж. Фізичний та канальний рівні, які визначають мережеві інтерфейси маршрутизатора, забезпечують його зв’язок з фізичним середовищем мережі, виконують логічне та лінійне кодування сигналів, прийом електричних сигналів з лінії зв’язку, формування кадру та перевірку його контрольної суми. Після обробки кадру відповідними протоколами нижніх рівнів та відкидання службової інформації цих рівнів коректний кадр передається мережевому рівню.
Протоколи мережевого рівня в свою чергу аналізують службову інформацію, яка міститься в кадрі, перевіряють його контрольну суму та час життя. Після цього вони виконують фільтрацію згідно з заданими адміністратором мережі критеріями. При високій інтенсивності поступлення пакетів вони ставляться в чергу для подальшої їх опрацювання.
Мережевий протокол на основі аналізу адреси отримувача пакету та ТМ маршрутизатора визначає номер вихідного порта, в який необхідно направити пакет. Протокол дозволу адрес перетворює мережеву адресу наступного маршрутизатора у локальну адресу тієї технології, мережі якої належить вхідний порт маршрутизатора. Сформований пакет із номером вихідного порта та локальною адресою вхідного порта наступного маршрутизатора передається на нижні рівні маршрутизатора, де він інкапсулюється в кадр відповідного формату і передається у фізичне середовище наступної мережі.
Протоколи маршрутизації мережевого рівня маршрутизатора відповідають за збирання інформації про структуру об’єднаної мережі та побудову таблиць маршрутизації. Маршрутизатори з двома портами маршрутних таблиць, як правило, не будують. В таких маршрутизаторах пакет, який поступає на один з портів передається на інший порт. Маршрутизатори, які володіють трьома і більше портами, використовують здебільшого протоколи адаптивної однокровної маршрутизації.
6.3. Класифікація маршрутизаторів за місцем застосування
Маршрутизатори в залежності від місця їх застосування поділяються на чотири групи:
Магістральні маршрутизатори;
Регіональні маршрутизатори;
Маршрутизатори віддалених мереж
Маршрутизатори локальних мереж.
Магістральні маршрутизатори призначені для побудови магістралей об’єднаних мереж передавання даних. Це потужні швидкодіючі комунікаційні пристрої, які можуть опрацьовувати до декількох мільйонів пакетів в секунду і підтримують протоколи як локальних, так і глобальних мереж. Конструктивно вони виконуються по модульній структурі на основі спільного шассі з багатьма слотами (до 10 слотів). Порти таких маршрутизаторів виготовляються у вигляді окремих слотів, які згідно з відповідними стандартами підтримують фізичні середовища конкретних мережевих технологій.
Регіональні маршрутизатори використовуються для під’єднання локальних мереж до глобальних мереж передавання даних. Це комунікаційні пристрої середньої потужності, які опрацьовують декілька сотень тисяч пакетів в секунду. Вони бувають як закритої структури з фіксованим числом портів, так і модульної структури з 4-5 слотами.
Маршрутизатори віддалених мереж використовуються для під’єднання віддаленої локальної мережі до глобальної або іншої локальної мережі передавання даних. Для цих маршрутизаторів характерна невисока швидкість опрацювання пакетів і фіксоване число портів (здебільшого два порти). При цьому один порт підтримує стандарти локальної мережі, а інший – відповідає стандартам глобальної мережі і містить АПД, яка забезпечує передавання даних через лінію зв’язку (виділені аналогові або цифрові канали передавання даних, комутовані канали телефонної мережі, канали радіо та супутникового зв’язку і т.п.). Функції маршрутизаторів віддалених мереж можуть виконувати також виділені комп’ютери (програмні маршрутизатори), обладнані відповідними портами.
Маршрутизатори локальних мереж (комутатори 3-го рівня) призначені для поділу LAN на підмережі. Ці маршрутизатори мають фіксоване число портів з мережевими адаптерами, які підтримують стандарти технології локальної мережі, і характеризуються високою швидкістю обробки пакетів даних. Для виконання функцій таких маршрутизаторів здебільшого використовують комутатори 3-рівня, які виконують протоколи мережевого рівня стеку ТСР/ІР і розділяють трафік на основі аналізу ІР-адрес.
6.4. Види маршрутизації пакетів
Розрізняють просту, багатокрокову і однокрокову маршрутизації.
При простій маршрутизації таблиця маршрутизації будується за принципом адресної таблиці прозорого моста, або взагалі не будується. При відсутності ТМ пакет посилається в будь-якому напрямку, крім того, з якого він поступив, або посилається в усіх напрямах, крім вхідного.
При багатокроковій маршрутизації початковий вузол задає в пакеті повний маршрут його проходження через проміжні маршрутизатори. Багатокрокову маршрутизації називають ще маршрутизацією від джерела. Цей вид маршрутизації прискорює проходження пакету по мережі і розвантажує маршрутизатори. При цьому велике навантаження лягає на кінцеві вузли, які повинні мати повні таблиці маршрутизації. Проста і багатокрокова маршрутизації використовуються, як правило, в об’єднаних мережах простої структури.
Частіше використовується однокрокова маршрутизація, при якій початковий вузол або маршрутизатор визначає один крок маршруту – до наступного маршрутизотора, а повний маршрут складається в результаті роботи всіх маршрутизаторів, через які проходить пакет.
В залежності від способу формування таблиці маршрутизації однокрокова маршрутизація ділиться на:
а) фіксовану (статичну) маршрутизацію;
б) адаптивну (динамічну) маршрутизацію.
При фіксованій однокроковій маршрутизації всі записи в таблицях маршрутизації є статичними і виконуються адміністратором мережі.
Найбільш поширеною є адаптивна однокрокова маршрутизація, при якій таблиці маршрутизації будуються і поповнюються динамічно в автоматичному режимі. Інформацію про структуру об’єднаної мережі (зв’язок окремих мереж з маршрутизаторами), необхідну для побудови ТМ, вузли отримують з допомогою протоколів маршрутизації.
Динамічна однокрокова маршрутизація реалізується усіма сучасними маршрутизаторами.
6.5. Принципи маршрутизації
Принципи маршрутизації розглянемо на прикладі мережі, структура якої приведена на рис.6.1. Маршрутизатори мають по декілька портів (два і більше), до яких під’єднуються мережі. Кожний порт розглядають як окремий вузол мережі. Він має власну мережеву адресу і власну локальну адресу в тій мережі, яка до нього під’єднана. Тому маршрутизатор можна розглядати як сукупність декількох вузлів, кожний з яких входить у свою мережу. Принцип адресації портів маршрутизотора залежить від вибраного протоколу мережевого рівня.
Для того, щоб за адресою мережі можна було вибрати раціональний маршрут проходження пакету, кінцеві і проміжні вузли аналізують маршрутну таблицю, яка містить інформацію про зв’язок цих портів із суміжними мережами.
Розглянемо принцип побудови ТМ з використанням однокрокової маршрутизація, при якій початковий вузол або маршрутизатор визначає один крок маршруту – до наступного маршрутизотора, а повний маршрут складається в результаті роботи всіх маршрутизаторів, через які проходить пакет.
У таблиці 6.1 наведений приклад побудови маршрутної таблиці маршрутизатора М2 об’єднаної мережі передавання даних, структура якої приведена на рис. 6.1.
Таблиця 6.1
ТМ маршрутизатора М2
У першій графі наведеної таблиці вказані номери найближчих до маршрутизатора М2 мереж. У другій графі вказані вихідні порти маршрутизатора М2, у які необхідно передавати пакет, щоб він потрапив у мережу, номер якої вказаний у цьому ж рядку першої графи. У третій графі вказані номери вхідних портів проміжних маршрутизаторів проходження пакету у вказану мережу, а у четвертій графі - віддаль до потрібної мережі (число проміжних маршрутизаторів). При цьому номер порта маршрутизатора складається із номера мережі, якій він належить та номера порта даного маршрутизатора. Наприклад, номер 5.24 означає, що це четвертий порт маршрутизатора М2 і належить він мережі S5. Так, запис у другому рядку таблиці свідчить про те, що для передачі записаного у буферній пам’яті маршрутизатора М2 пакету у мережу S2 його потрібно спочатку направити у вихідний порт 1.21 цього маршрутизатора, а потім у вхідний порт 1.11 машрутизатора М1. При цьому для попадання в мережу S2 пакету необхідно буде пройти один (М1) проміжний маршрутизатор.
Запис default у восьмому рядку свідчить проте, що пакети, які направляються у мережу не вказану у даній таблиці маршрутизації необхідно направляти спочатку у вихідний порт 4.23 маршрутизатора М2, а потім у вхідний порт 4.51 проміжного маршрутизатора М5.
ТМ обов’язково повинні містити записи маршрутів до мереж з віддалю "0" і "1".
Таблиці маршрутизації кінцевих вузлів мережі будуються по тому ж принципу, що і таблиці проміжних вузлів. Таблиці маршрутизації проміжних вузлів є, як правило, динамічними і будуються автоматично в процесі їх роботи. Таблиці маршрутизації кінцевих вузлів будуються здебільшого адміністратором вручну і є статичними.
Приведений приклад побудови маршрутної таблиці проміжного вузла мережі носить навчальний характер і не зорієнтований на використання конкретного стеку комунікаційних протоколів. Різні стеки комунікаційних протоколів, використовуючи описаний вище принцип маршрутизації пакетів, будують свої таблиці марщрутизації. Ці таблиці можуть відрізнятися від описаного вище прикладу як формою, так і параметрами, які в них використовуються.
6.6. Стек комунікаційних протоколів ТСР/ІР
6.6.1. Загальна характеристика стеку
Стек (сімейство) комунікаційних протоколів ТСР/ІР (Transmissen Control Protokol/Internet Protokol) – це стандартний промисловий набір протоколів, призначений для роботи в ОМПД , до складу якої входять мережі передавання даних, побудовані за стандартами різних мережевих технологій. Це сімейство протоколів було розроблено на замовлення Міністерства оборони США для зв’язку мережі АRРА з іншими мережами і впроваджено в експлуатацію в 70-их роках минулого століття.
На сьогоднішній день стек ТСР/ІР вважається найбільш досконалим і розповсюдженим набором комунікаційних протоколів. Його підтримують всі сучасні операційні системи. Стек протоколів ТСР/ІР використовується у великих мереж передавання даних, в т.ч. в мережі Internet, а також великому числі корпоративних мереж. В корпоративних мережах, які працюють під управлінням ОС Windows NT взаємодію комп’ютерів забезпечує набір протоколів Microsoft TCP/IP.
У 1992 році з метою розробки та розширення стандартів мережі Internet була створено міжнародне Співтовариство Інтернету (Internet Society, ISOC), яке відповідає за розвиток сімейства ТСР/ІР. Підозділ ІАВ (Архітектурна група Інтернет), який входить до складу цього співтовариства, відповідає за опублікування та впровадження стандартів і здійснює нагляд за стандартизацією мережі. Стандарти ТСР/ІР публікуються в документах ISOC "Request for Comments" (Запит коментарів), RFC. Група IANA (Internet Assigned Numbers Authority) наглядає і кординує призначення кожного унікального ідентифікатора в меоежі Internet.
До особливостей стеку ТСР/ІР відносяться:
Забезпечення роботи ОМПД, до складу якої входять як локальні так і глобальні мережі, побудовані за стандартами різних мережевих технологій.
Відсутність обмежень на максимальну довжину пакетів, що досягається шляхом їх фрагментації при передачі в мережу з меншим значенням найбільшої довжини кадрів.
Використання гнучкої адресації мереж та вузлів у цих мережах.
Багатофункціональність, широкий набір стандартних протоколів, які забезпечують збір інформації про структуру мережі та визначення оптимального маршруту передавання пакетів і їх просування до адресата.
Висока надійність роботи.
До недоліків стеку протоколів ТСР/ІР можна віднести складність адміністрування мережі, в якій він використовується.
6.6.2. Структура та функції стеку ТСР/ІР
Структуру стеку ТСР/ІР наведено на рис. 6.3. Як видно з наведеної схеми, протоколи стеку ТСР/ІР розподілено за чотирома рівнями: прикладним, транспортним, мережевим та канальним рівнем.
Прикладний рівень надає користувачу протоколи віддаленого доступу і сумісного використання мережевих ресурсів. Він забезпечує функціонування різноманітних мережевих служб. На цьому рівні працюють протоколи SNMP - керування мережею, FTP і TFTP - пересилання файлів, SMTP- електронної пошти, HTTP - передачі гіпертекстової інформації, telnet - емуляції віддаленого терміналу.
Транспортний (основний) рівень забезпечує зв’язок між кінцевими вузлами мережі. Містить два протоколи: ТСР і UDP. Протокол ТСР використовується при передаванні великих об’ємів інформації, а також при необхідності забезпечення високої надійності передавання даних. Він керує потоками даних, контролює наявність помилок і впорядковує пакети за їх номерами, якщо вони прибули в порушеній послідовності. Протокол UDP використовується при передавання невеликих об’ємів інформації дейтаграмним способом. З його допомогою передають службову інформацію, системні повідомлення, оголошення імен і т.п.
Рис 6.3. Структура стеку TCP/IP
Рівень міжмережевої взаємодії (мережевий рівень) забезпечує маршрутизацію. Основним протоколом цього рівня є ІР-протокол, який використовується для встановлення маршруту, відправлення і отримання пакетів. Ряд інших протоколів цього рівня дозволяють збирати інформацію про мережі, маршрутизатори та зв’язки між ними, посилати повідомлення про помилки, пов’язані з доставкою пакетів.
ПРОТОКОЛИ ПРИКЛАДНОГО РІВНЯ
UDP-протокол
TCP-протокол
IP-протокол
ПРОТОКОЛИ КАНАЛЬНОГО РІВНЯ
IP - пакет
Кадр (фрейм)
Дейтаграма Сегмент
Потік даних
Рис. 6.4. Потік одиниць інформації між протоколами стеку ТСР/ІР
Рівень мережених інтерфейсів забезпечує інтеграцію КМ, побудованих за стандартами різних мережевих технологій, в об’єднану мережу. Він відповідає за передавання і отримання кадрів із неоднорідних локальних і глобальних мереж шляхом інкапсуляції ІР-пакетів рівня міжмережевої взаємодії в кадри різних технологій. Цей рівень підтримує всі базові технології LAN і WAN.
На рис. 6.4 наведено схему передавання та найменування одиниць інформації, якими обмінюються протоколи різних рівнів стеку ТСР/ІР. Як видно з наведеної схеми протоколи прикладного рівня формують запити у вигляді "потоку даних", які передаються UDP або ТСР протоколам. Протокол UDP формує з отриманих даних дейтаграму, яка передається в мережу без встановлення попереднього зв’язку з абонентом. ТСР-протокол перед тим, як передати дані в мережу встановлює з абонентом зв’язок, обмінюється з ним керуючими кадрами і вимагає підтвердження отримання сегментів даних. ІР-протокол форує ІР-пакети стандартного формату, які у полі службової інформації містять адреси відправника та отримувача пакетів. Протоколи рівня мережевих інтерфейсів інкапсулюють ІР-пакети в кадри (фрейми) тієї технології, до мережі якої вони під’єднані.
Комп’ютерні мережі, які використовують стек комунікаційних протоколів ТСР/ІР називають ІР-мережами. В ІР-мережі стек протоколів ТСР/ІР функціонує як на кінцевих, так і на проміжних вузлах - комп’ютерах (хостах) і маршрутизаторах відповідно.
8.6.3. Структура ІР-пакету
ІР-пакет формується протоколом ІР на основі інформації, яка поступає від верхніх протоколів стеку ТСР/ІР і складається із поля заголовка (службової інформації) та поля даних.
Структуру заголовку ІР-пакету, яка може мати довжину від 20 до 60 байт, наведено у таблиці 6.2.
Таблиця 6.2.
Структура заголовку ІР-пакету
8.6.4. ІР-адресація
За адресацію пакетів у стеку TCP/IP відповідає протокол IP, який належить до мережевого рівня. Він призначений для маршрутизації та відправки пакетів між абонентами великої мережі, що об’єднує довільне число різнорідних мереж з різною структурою зв’язків і різноманітними принципами передачі повідомлень між кінцевими вузлами
Стандарти ТСР/ІР описують дві версії протоколу IP: IPv4 та IPv6. В об’єднаних мережах широкого розповсюдження набула версія IPv4. Згідно стандарту протоколу ІРv4 IP-адреса має довжину 32 біти, поділених для зручності на чотири октети. IP-адреса може бути записана як у двійковому (binary), так і десятковому форматі з точковими розділювачами (dotted decimal notation). У десятковому форматі кожен октет записується у вигляді десяткового числа у діапазоні від 0 до 255 і відділяється від іншого октету точкою. Десятковий формат ІР-адреси є зручнішим у користуванні в порівнянні з двійковим форматом.
Наприклад, ІР-адреса ‘10000100 01000000 00001100 00010000’ у десятковому форматі буде мати вигляд ‘132.64.12.32’.
ІР-адреса містить ідентифікатор мережі (network ID) та ідентифікатор хоста (host ID). Ідентифікатор мережі визначає фізичну мережу і є спільним для всіх вузлів цієї мережі і унікальним для кожної з мереж, яка входить до складу об'єднаної мережі. Ідентифікатор вузла являє собою адресу конкретного вузла в цій мережі.
Поділ ІР-адреси на ідентифікатор мережі та ідентифікатор вузла в протоколі ІРv4 може здійснюватися шляхом поділу адрес на класи, або з допомогою масок.
Протокол IPv4 володіє рядом недоліків, серед яких найбільш суттєвим є дефіцит адресного простору, обумовлений ростом числа мереж. Цього недоліку позбавлений протокол IPv6, який використовує ІР-адреси довжинию 16 байт. Окрім розширення адресного простору пртокол ІРv6 забезпечує вищу достовірність і конфіденційність інформації та підтримку більшого числа фільтрів.
Хости, які використовують протокол IPv4, не можуть взаємодіяти з хостами, які використовують протокол IPv6, оскільки підтримується лише зворотня сумісність.
8.6.5. Поділ ІР-адрес на класи
В протоколі IPv4 існує п'ять класів IP-адрес: A, B, C, D і E. Клас визначає, які байти (октети) ІР-адреси відносяться до ідентифікатора мережі, а які - до ідентифікатора вузла. Клас також визначає максимально можливе число вузлів у даній мережі.
Класи IP-адрес розрізняють за значенням четвертого октету адреси. Адреси класу А назначаються хостам великих по розміру мереж. Старший біт в цих адресах завжди рівний "0". Перший октет ІР-адреси цього класу виділяється під ідентифікатор мережі, присвоюється організацією InterNIC і модифікації не підлягає. Решта три октети містять ідентифікатор вузла.
Адреси класу В назначаються хостам середніх по числу комп’ютерів мереж. Два старші біти в цих адресах завжди рівні двійковому значенню "10". Два перші октети ІР-мережі класу В виділяються під ідентифікатор мережі і присвоюються організацією InterNIC. Два останні октети містять ідентифікатор вузла.
Адреси класу С застосовуються в невеликих по розміру мережах. Три старші біти в цих адресах завжди рівні двійковому значенню "110". Три перші октети адреси класу С становлять ідентифікатор мережі і присвоюються організацією InterNIC. Четвертий октет є ідентифікатором вузла.
ІР-адреси класу D призначені для групових повідомлень. Чотири старші біти в цих адресах завжди рівні "1110". Решта біт означають конкретну групу отримувачів і не діляться на частини. Цей клас призначений для економного розсилання за допомогою спеціального протоколу Internet Group Management Protocol (IGMP) мультимедійної інформації вибраній групі хостів в об’єднаній мережі.
4-ий байт 3-ій байт 2-ий байт 1-ий байт
Ідентифікатор Ідентифікатор
мережі вузла
Ідентифікатор Ідентифікатор
мережі вузла
ІВ
Ідентифікатор Ідентифікатор
мережі вузла
ІВ
Клас А
Клас В
Клас С
№ байта
Рис. 6.5. Структура ІР-адрес класів А, В, С.
Клас E зарезервований для майбутнього використання і наразі не використовується. Старші біти в ІР- адресах цього класу завжди рівні значенню "11110".
Користувачами реально використовуються ІР-адреси класів А, В і С. При цьому адміністратор мережі присвоює всім вузлам фізичної мережі ІР-адреси, які складаються з виділеного провайдером ідентифікатора мережі та вибраного адміністратором з діапазону даного класу ідентифікатора вузла.
Поділ ІР-адреси на ідентифікатор мережі та ідентифікатор вузла для класів А, В і С наведено на рис. 6.5.
В таблиці 6.3 наведені характеристики ІР-мереж класів А, В і С.
Протокол ІРv4 передбачає цілий ряд ІР-адрес, які не присвоюються вузлам мережі і вважаються виділеними адресами. Розрізняють наступні виділені адреси:
0.0.0.0 - даний вузол у даній мережі;
255.255.255.255 - всі вузли тієї IP-мережі (даної мережі), в якій знаходиться відправник пакету (обмежена широкомовна адреса-limited broadcast);
номер мережі / всі нулі - IP-мережа за вказаним номером;
всі нулі / номер хоста - хост в даній IP-мережі;
номер мережі / всі одиниці - всі хости в IP-мережі за вказаним номером (ширококомовна адреса-broadcast).
Таблиця 6.3.
Характеристики ІР-мереж класів А, В і С
Розглянемо деякі приклади ІР-адрес:
130.68.24.32 – адреса хоста в мережі 130.68.0.0;
130.68.0.0 – даний хост у вказаній мережі ;
130.68.255.255 – адреси всіх хостів у вказаній (130.68.0.0) мережі;
0.0.0.24 – адреса хоста в мережі, в якій знаходиться відправник пакету.
Для визначенні максимальної кількості хостів N в мережі використовується формула:
EMBED Equation.3 , де n – кількість двійкових розрядів, відведених під ідентифікатор хоста. Зменшення загального числа хостів в мережі на число 2 пояснюється наявністю в полі адрес вузлів кожної мережі адреси даної мережі (всі нулі) та адреси усіх хостів (всі одиниці) у цій мережі (див. особливі адреси ІР-мережі). Тому поле ідентифікаторів вузлів для ІР-адрес для класів А, В, і С будуть такими:
- клас А: ІВmin = 0.0.0.1; ІВmax = 0.255.255.254;
- клас B: ІВmin = 0.0.0.1; ІВmax = 0.0.255.254;
- клас C: ІВmin = 0.0.0.1; ІВmax = 0.0.0.254.
ІР-адреса з ідентифікатором мережі 127 носить назву шлейфової адреси (loopback) і використовується для тестування модулів різних рівнів даного хоста. Так, пакет з адресою 127.0.0.1 не посилається канальним рівнем в мережу, а повертається протоколам верхніх рівнів. ІР-адреси з ідентифікатором 127 заборонені для присвоєння їх мережам.
6.6.6. Поділ ІР-адрес на ідентифікатори за допомогою масок
Для поділу ІР-адреси на ідентифікатор мережі та ідентифікатор вузла використовують також маски.
Маска завжди використовується в парі з ІР-адресою і як і сама адреса може бути представлена як у двійковому, так і десятковому форматі. У двійковому форматі маска містить одиниці у тих розрядах, які займає ідентифікатор мережі. Для класів А, В, і С маски по замовчуванні мають такі значення:
- клас А: 11111111 00000000 00000000 00000000; 255.0.0.0;
- клас В: 11111111 11111111 00000000 00000000; 255.255.0.0;
- клас С: 11111111 11111111 11111111 00000000; 255.255.255.0.
Крім двійкового та десяткового форматів маска може бути представлена в шістнадцятковому форматі та у форматі з явним вказанням числа розрядів, відведених під ідентифікатор мережі. Шістнадцятковий формат масок для класів А, В і С має вигляд:
- клас А: FF.00.00.00;
- клас В: FF.FF.00.00;
- клас С: FF.FF.FF.00.
Запис 126.64.23.96/16 означає, що під ідентифікатор мережі в даній ІР-адресі відведено шістнадцять двійкових розрядів.
Маски порівняно з класами дозволяють більш гнучко поділити ІР-адресу на ідентифікатор мережі та ідентифікатор вузла.
Наприклад, запис:
ІР-адреса: 126.64.23.96 - 01111110 01000000 00010111 01100000
маска: 255.255.0.0 - 11111111 11111111 00000000 00000000
свідчить, що під ідентифікатор мережі відведено два октети і він становить 126.64.0.0, а ідентифікатором вузла буде 0.0.23.96.
Число одиниць в масках не обов’язково повинно бути кратним 8.
Наприклад, запис:
ІР-адреса: 126.65.23.96 - 01111110 01000001 00010111 01100000
маска: 255.192.0.0 - 11111111 11000000 00000000 00000000
свідчить, що ідентифікатор мережі становить 126.64.0.0, а ідентифікатором вузла буде 0.1.23.96.
Маски в ІР-мережах використовують для поділу ІР-адреси на ідентифікатор мережі та ідентифікатор вузла, структуризації мережі (поділу мережі на підмережі) та визначення, в якій мережі (внутрішній, чи зовнішній) знаходиться отримувач пакету.
6.6.7. Порядок присвоєння ІР-адрес вузлам мережі
Кожен абонент ІР- мережі повинен отримати унікальну IP-адресу.
Для виходу в мережу Internet комп'ютерна мережа повинна отримати IP-адресу, яку їй може присвоїти організація, яка має право на надання відповідних послуг і є точкою входу в мережу Internet (POP). Це може бути регіональний сервіс-провайдер Internet (ISP), який у свою чергу повинен отримати діапазон адрес для надання їх клієнтам в організації IANA, або ж в організації "Мережевий інформаційний центр Інтернету" (InterNIC).
ІР-мережа під’єднується до об’єднаної мережі з допомогою маршрутизатора, один з портів якого є вузлом цієї мережі і повинен мати її ІР-адресу , а інший порт - ІР-адресу наступної мережі. Кожному вузлу корпоративної ІР-мережі крім ідентифікатора фізичної мережі адміністратор повинен задати унікальний ідентифікатор вузла в межах діапазону ідентифікаторів вузлів виділеної ІР-адреси цієї мережі, вказати маску мережі та ІР-адресу маршрутизатора для виходу в іншу мережу (шлюзу по замовчуванню). Прийнято, що найменша IP-адреса вузла мережi - це адреса шлюзу по замовчуванню.
На рис. 6.6 наведено приклад структури двох віддалених локальних мереж S1 і S2, які з’єднані між собою з допомого двох маршрутизаторів R1 і R2 через канали зв’язку третьої мережі S3. Мережі S1 виділена ІР-адреса класу А 64.0.0.0 з маскою по замовчуванню 255.0.0.0, а мережі S2- ІР-адреса класу В 128.64.0.0 з маскою 255.255.0.0. Адміністратори на свій розсуд присвоїли всім хостам цих мереж ІР-адреси в межах діапазонів ідентифікаторів відповідно класу А і класу В. При цьому першим портам маршрутизаторів R1 і R2 були присвоєні найменші ідентифікатори з діапазону вузлів їх мереж. Шлюзом по замовчуванню для виходу в іншу мережу для хостів мережі 64.0.0.0 буде перший порт маршрутизатора з адресою 64.0.0.1, а для хостів мережі 128.64.0.0 - порт маршрутизатора R2 з адресою 128.64.0.1. Другі порти маршрутизаторів R1 і R2 з’єднані з мережею S3 і їм відповідно присвоєно адреси 194.96.40.1 і 194.96.40.2.
У великих мережах розподілення ІР-адрес між вузлами здійснюється автоматично з допомогою протоколу DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), який суттєво спрощує адміністрування мереж. Протокол DHCP працює згідно моделі клієнт–сервер, де клієнт (хост) під час старту операційної системи здійснює широкомовний запит до сервера на отримання IP-адреси. При динамічному розподіленні адрес сервер видає клієнту на обмежений час (час оренди) ІР-адресу. Протокол DHCP дозволяє повторно призначати одну і ту ж IP-адресу іншим хостам, що особливо важливо, коли хостів є більше, ніж зареєстрованих IP-адрес.
S3
194.96.40.0
EMBED Word.Document.8 \s
Протокол DHCP окрім присвоєння хосту IP-адреси, вказує також маску, шлюз по замовчуванню, адресу DNS- або WINS-сервера, тощо.
При ініціалізації стеку TCP/IP над двійковими кодами IP-адреси хоста та його маски виконується операція “логічне і”. Перед відправленням кожного пакету його IP-адреса призначення також складається ж маскою . Якщо результати двох перечислених вище операцій співпадають, то отримувач пакету знаходиться у внутрішній мережі. Інакше адресат знаходиться у зовнішній мережі і пакет відправляється на шлюз за замовчуванням.
Корпоративна мережа, яка працює під управлінням ОС Windows NT і використовує набір протоколів Microsoft TCP/IP, але не має виходу в Internet, носить назву Іntranet. Для ІР-мереж, які не мають виходу в Internet і працюють в автономному режимі стандарти Internet передбачили групу ІР-адрес, які не обробляються маршрутизаторами. IANA встановила три наступні діапазони ідентифікаторів мереж приватного адресного простору IP-адрес для використання їх в мережах Іntranet:
клас А: 10.0.0.0;
клас В: 172.16.0.0 - 172.31.0.0;
клас С: 192.168.0.0 - 192.168.255.0.
При використанні IP-адрес з цього адресного простору організація не зобов’язана отримувати дозвіл на їх використання.
Intranet може підключатись до мережі Internet через спеціально виділений хост або маршрутизатор, який має один або декілька зовнішніх мережевих адаптерів із зареєстрованими IP-адресами. Такий комп’ютер носить назву proxy-сервера і здійснює запити від хостів Intranet в мережу Internet від свого імені.
6.6.8. Вимоги до побудови ТМ стеку ТСР/ІР
Як апаратні, так і програмні маршрутизатори різних фірм-виробників можуть відрізнятися як реалізацією стеку ТСР/ІР, так і алгоритмами роботи його окремих протоколів. Широкого розповсюдження набули апаратні маршрутизатори NetBuilder II фірми 3Com, маршрутизатори Unix, програмні маршрутизатори MPR Windows NT та інші. В цих маршрутизаторах дотримано загальних вимог та принципів маршрутизації, проте, вигляд таблиць маршрутизації і число параметрів, які аналізуються, залежить від конкретної реалізації стеку протоколів ТСР/ІР.
Основні (ключові) поля цих таблиць, як правило, співпадають; відмінності можуть бути лише в додаткових полях, що не заважає вибору протоколом ІР потрібного маршруту.
До найбільш поширених параметрів, які використовуються у більшості таблиць маршрутизації стеку ТСР/ІР, відносяться наступні:
адреса мережі призначення (Destination або Network Address) NA;
маска (Mask або Netmask) NM;
адреса наступного маршрутизатора(Gateway або Gateway Address) GA;
віддаль до мережі призначення (Metric) M;
адреса вихідного порту маршрутизатора (Interface) IN;
джерело запису (Source) S;
час життя (Time To Live) TTL;
прапорці записів (Flags) F.
ІР-адреси мережі призначення та наступного маршрутизатора є обов’язковими параметрами таблиці маршрутизації і використовуються усіма моделями маршрутизаторів. У деяких типах маршрутизаторів поле Interface не використовується, а адреса вихідного порту визначається на основі аналізу адреси маступного маршрутизатора. Поле маски використовується усіма сучасними маршрутизаторами і його відсутність знижує гнучкість маршрутизації. Ознака знаходження адресата у внутрішній мережі є обов’язковою, адже тоді маршрутизатор направляє пакет не наступному маршрутизатору, а вузлу призначення. Ця ознака може бути задана у полі Metric або (при його відсутності) спеціальним прапорцем поля Flags. У полі Source деяких маршрутизаторів вказується джерело, яке виконало запис у таблиці маршрутизації, а поле TTL може вказувати час життя динамічних записів. У деяких таблицях маршрутизації у полі Flags вказуються характеристики різних маршрутів, на основі яких протоколи вибирають найбільш оптимальний маршрут просування пакету. У таблицях можуть також використовуватися інші поля, які зберігають довідкову інформацію про пакети та характеристики маршрутів об’єднаної мережі.
Існує три основних джерела записів в таблиці маршрутизації стеку ТСР/ІР:
записи, які здійснюються при ініціалізації стеку;
записи, які виконує адміністратор мережі;
записи, які формуються протоколами маршрутизації.
Перший тип записів здійснюється автоматично при ініціалізації стеку протоколів ТСР/ІР і містить, як правило, інформацію про безпосередньо під’єднані мережі та маршрутизатори.
Другий тип записів виконує адміністратор мережі з допомогою спеціальних системних утиліт та команд. Ці записи є статичними і їм не встановлюється термін життя. Вони можуть зберігатися в памяті постійно або до вимкнення комп’ютера.
Третій тип записів формуютьcя протоколами маршрутизації, є динамічним і має обмежений термін життя (від десятків секунд до декількох хвилин). Найбільш пошириними внутрішніми протоколами локальної мережі є протоколи типу RIP та OSPF, а протоколами, які збирають маршрутну інформацію з-за межі локальної мережі - протоколи EGP та BGP.
Приклади побудови таблиць маршрутизації будуть розглянуті нижче при розбитті мережі на підмережі.
6.6.9. Структуризація ІР-мережі
Недоліком мережі з великим числом хостів є її чутливість до широкомовного трафіку. Крім цього, у великих мережах виникають проблеми з адмініструванням мережі та інформаційною безпекою. Тому мережу з великим числом комп’ютерів доцільно розбити на декілька підмереж, тобто провести їх структуризацію.
Підмережа (subnet) - це фізичний сегмент ІР-мережі, в якому використовується спільний з цією мережею ідентифікатор. Використання масок дозволяє структуризувати ІР-мережу, тобто маючи одну виділену ІР-адресу розбити мережу на декілька підмереж із різними для кожної підмережі ідентифікаторами. При цьому під ідентифікатори підмереж виділяють старші біти адресного поля вузлів виділеної ІР-адреси певного класу. Підмережі з’єднуються між собою з допомогою маршрутизаторів, які не пропускають широкомовні трафіки з однієї підмережі в іншу. Поділ ІР-мережі на підмережі вперше був описаний в документі RFC 950.
При проведенні структуризації мережі необхідно виконати такі дії:
визначити число фізичних сегментів, необхідних для структуризації мережі;
визначити число ІР-адрес, необхідних для кожного фізичного сегмента;
вибрати маску, яка забезпечила би необхідне число підмереж і число вузлів у кожній підмережі;
визначити унікальні ідентифікатори для кожної підмережі;
визначити діапазон ІР-адрес для вузлів кожної підмережі та кількість вузлів у кожній підмережі.
Розглянемо приклад структуризації ІР-мережі з допомогою масок одинакової довжини.
Нехай корпоративній мережі виділено ІР-адресу класу В з ідентифікатором мережі (ІМ) 128.93.0.0 і маскою по замовчуванню (МЗ) 255.255.0.0. Один з варіантів адресації такої мережі приведений на рис. 6.7. Максимальне число вузлів цієї мережі становить N=216 -2= 65534 з адресами від 128.93.0.1 до 128.93.255.254. Кожному вузлу мережі адміністратором присвоєна довільна ІР-адреса з допустимого діапазону мережі класу В. Шлюзу по замовчуванні присвоєна ІР-адреса 128.93.0.1.
Припустимо, що з метою структуризації мережу необхідно розбити на три підмережі з можливістю подальшого нарощування числа підмереж. У кожній підмережі необхідно забезпечити використання не менше 8000 вузлів. При структуризації мережі під ідентифікатори підмереж (ІП) виділяють старші біти з поля ідентифікаторів вузлів виділеного класу ІР-адреси, у даному випадку класу В. Під ідентифікатори трьох підмереж достатньо виділити два старших біти другого октету. Але з врахуванням майбутнього розширення числа підмереж виділимо для ІП три старших розряди другого октету з маскою підмережі (МП) 255.255.224.0. Тоді матимемо:
ІМ: 10000000 01011101 00000000 00000000 - ідентифікатор мережі;
МЗ: 11111111 11111111 00000000 00000000 - маска мережі по замовчуванні;
МП: 11111111 11111111 11100000 00000000 - вибрана маска підмережі;
ІП1: 10000000 01011101 00000000 00000000 - ідентифікатор 1-ої підмережі;
ІП2: 10000000 01011101 00100000 00000000 - ідентифікатор 2-ої підмережі;
ІП...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора