L15

Протокол
межсетевого
взаимодействия
Протокол межсетевого взаимодействия
(Internet Protocol, IP) RFC 791
Модули IP устанавливаются на всех конечных
станциях и маршрутизаторах сети
Основные функции:
передача дейтаграмм от отправителя к
получателям между сетями через составную сеть;
поддержка интерфейса с сетевыми технологиями
составляющих сетей;
поддержка интерфейса с протоколами
транспортного уровня TCP и UDP;
динамическая фрагментация пакетов при
передаче их между сетями с различными
максимально допустимыми значениями MTU;
Протокол межсетевого взаимодействия
Протокол IP - протокол без
установления соединений
Дейтаграмма;
Принцип “best effort”;
отсутствует квитирование — обмен
подтверждениями между отправителем и
получателем;
нет процедуры упорядочивания,
повторных передач и др.
Принципы маршрутизации
 Альтернативные маршруты
 Выбор маршрута на основании таблицы
маршрутизации
 Одношаговая маршрутизация
Адрес узла назначения Адрес
следующего
маршрутизатора
Маршрутизатор
 Строит таблицы (протоколы маршрутизации,
маршрутизирующие протоколы – OSPF, RIP…)
 Перемещает пакеты (протокол межсетевого
взаимодействия – IP)
Структура заголовка IP-пакета
4 бита
4 бита
Номер
Длина
версии заголовка
8 бит
Тип сервиса
PR
D
T
R
16 бит
Идентифик атор пакета
8 бит
Время жизни
16 бит
Общая длина
3 бита
Флаги
D M
8 бит
Протокол верхне го
уровня
13 бит
Смещение фрагмента
16 бит
Контрольная сумма
32 бита
IP-адрес источник а
32 бита
IP-адрес назначения
Пар аметры и выравнивание
Пример заголовка IP пакета
IP: Version = 4 (0x4)
IP: Header Length = 20 (0x14)
IP: Service Type = 0 (0x0)
IP: Precedence = Routine
IP: .. .0.... = Normal Delay
IP: . ..0... = Normal Throughput IP- ..0. = Normal Reliability
IP: Total Length - 54 (0x36)
IP: Identification = 31746 (0x7C02)
IP: Flags Summary = 2 (0x2)
IP:.....0 = Last fragment in datagram
IP: .....1. = Cannot fragment datagram
IP: Fragment Offset = 0 (0x0) bytes
IP: Time to Live = 128 (0x80)
IP: Protocol = TCP - Transmission Control
IP: Checksum = 0xEB86
IP: Source Address = 194.85 135.75
IP: Destination Address = 194.85.135.66
IP: Data: Number of data bytes remaining = 34 (0x0022)
изации в составной сети
Network
number
N1
N2
N3
N4
N5
N6
IPB
default
IPВ
IP11
Routing table of router 4
N2
Next
router
Input
Hops
interface
IP12
–
IP12
IP21
–
IP21
IP21
IP51
IP41
IP41
IP41
IP41
IP42
IP41
IP41
IP42
1
0
1
1
0
2
2
–
IP12
1 IP13
N3
IP21
IP41
2
Routing table of node B
Input
Next
Hops
Node В
N1
IP31
IP22
3
IP32
4
IP42
IP61
N4
Network
number
router
interface
N1
N2
N3
N4
N5
N6
default
IP13
IP13
IP31
IP13
IP31
IP31
IPB
IPB
IPB
IPB
IPB
IPB
IPB
6
IP62
N6
IP71
N5
7
IP72
IP51
N18
5
N10
16
IP52
10
8
N8
9
N7
11
15
13
12
N11
14
N16
N9
17
N12
IPA
Node А
18
20
19
N15
N13
N14
N17
1
1
0
1
2
2
–
таблицы маршрутизации
ленным на маршрутизаторе
1. Пусть на один из интерфейсов маршрутизатора поступает пакет. Протокол IP и
2. Выполняется первая фаза просмотра таблицы - поиск конкретного маршрут
3. Предположим теперь, что в таблице нет строки с адресом назначения IРв. В так
4. Если совпадения не произошло ни в первой, ни во второй фазах просмотра.
В таком случае протокол IP либо выбирает маршрут по умолчанию (и пакет направ
Упрощенная таблица маршрутизации
(routing table)
Адрес сети
назначения
56.0.0.0
56.0.0.0
116.0.0.0
129.13.0.0
198.21.17.0
213.34.12.0
default
Адрес
Адрес
Расстояние
выходного порта
следующего
до сети
маршрутизатора
назначения
198.21.17.7
198.21.17.5
10
213.34.12.4
213.34.12.3
15
213.34.12.4
213.34.12.3
13
198.21.17.6
198.21.17.5
2
198.21.17.5
198.21.17.5
1
213.34.12.3
213.34.12.3
1
198.21.17.7
198.21.17.5
-
Маршрутизируемая сеть (пример)
Маршрутизаторы
Сеть 129.13.0.0
порт 198.21.17.6
Сеть 198.21.17.0
R1
порт 198.21.17.5
порт 198.21.17.7
Таблица
маршрутизации
Сеть 56.0.0.0
порт 213.34.12.3
Сеть 116.0.0.0
порт 213.34.12.4
Сеть 213.34.12.0
Таблица программного маршрутизатора MPR
Windows NT
Network address
Netmask
Gateway Address
Interface
Metric
127.0.0.0
255.0.0.0
127.0.0.1
127.0.0.1
1
0.0.0.0
0.0.0.0
198.21.17.7
198.21.17.5
1
56.0.0.0
255.0.0.0
213.34.12.4
213.34.12.3
15
116.0.0.0
255.0.0.0
213.34.12.4
213.34.12.3
13
129.13.0.0
255.255.0.0
198.21.17.6
198.21.17.5
2
198.21.17.0
255.255.255.0
198.21.17.5
198.21.17.5
1
198.21.17.5
255.255.255.255
127.0.0.1
127.0.0.1
1
198.21.17.255
255.255.255.255
198.21.17.5
198.21.17.5
1
213.34.12.0
255.255.255.0
213.34.12.3
213.34.12.3
1
213.34.12.3
255.255.255.255
127.0.0.1
127.0.0.1
1
213.34.12.255
255.255.255.255
213.34.12.3
213.34.12.3
1
224.0.0.0
224.0.0.0
198.21.17.6
198.21.17.6
1
224.0.0.0
224.0.0.0
213.34.12.3
213.34.12.3
1
255.255.255.255
255.255.255.255
198.21.17.6
198.21.17.6
1
Таблица маршрутизации аппаратного
маршрутизатора NetBuilder II компании 3Com
NetBuilder# Show — IP AllRoutes
Total Direct Networks = 2
Total Routes = 5
Mask
Destination
Gateway
Metric
Status
TTL
Source
198.21.17.0
255.255.255.0
198.21.17.5
0
Up
—
Connected
213.34.12.0
255.255.255.0
213.34.12.3
0
Up
—
Connected
56.0.0.0
255.0.0.0
213.34.12.4
14
Up
—
Static
116.0.0.0
255.0.0.0
213.34.12.4
12
Up
—
Static
129.13.0.0
255.255.0.0
198.21.17.6
1
Up
160
RIP
Таблица маршрутизации Unix-маршрутизатора
Destination
Gateway
Flags
Refcnt
Use
Interface
127.0.0.0
127.0.01
UH
1
154
lo0
Default
198.21.17.7
UG
5
43270
le0
198.21.17.0
198.21.17.5
U
35
246876
le0
213.34.12.0
213.34.12.3
U
44
132435
le1
129.13.0.0
198.21.1.7.6
UG
6
16450
le0
56.0.0.0
213.34.12.4
UG
12
5764
le1
116.0.0.0
213.34.12.4
UG
21
23544
le1
й в таблице маршрутизации
1. Программное обеспечение стека TCP/IP, которое при инициализации маршрут
2. Администратор, непосредственно формирующий записи с помощью некоторой
3. Протоколы маршрутизации, такие как RIP или OSPF. Такие записи всегда явля
рутизации без масок
Рассмотрим на примере IP-сети процесс продвижения пакета в составной сети. Пр
Пусть пользователю компьютера cit.mgu.com, находящегося в сети Ethernet1, необ
ftp unix.mgu.com
Эта команда включает обязательные три этапа.
1. Передача от клиента DNS-запроса для определения IP-адреса узла наз
2. Передача от сервера DNS-ответа.
3. Передача пакета от FTP-клиента к FTP-серверу.
Ftp-client cit.mgu.com
Пример IP-маршрутизации
IP-194.87.23.17
MACc -008048A17652
default 194.87.23.1
IPDNS - 203.21.4.6
Network 194.87.23.0
IP11 - 194.87.23.1
MAC11 -008048EB7E60
R1
IP12 - 135.12.0.1
MAC12 -00E0F77F1920
Ftp-server
DNS-request
and
DNS-replay
ftp.unix.com
FDDI
Network 135.12.0.0
DNS-server
IPDNS - 203.21.4.6
MACDNS -00E0F7751231
Ethernet2
Ethernet3
IP31 - 142.06.0.3
MAC31
IP21 - 135.12.0.11
MAC21 -00E0F77F5A02
R2
R3
IP22 - 203.21.4.3
MAC22 00E0F734F5C0
Network 203.21.4.0
IP32 - 203.21.4.12
MAC32 -00E0F71AB7F0
Маршрутизация с использованием масок
Допустим, администратор получил в свое распоряжение адрес класса В:
129.44.0.0. Он может организовать сеть с большим числом узлов, номера
которых брать из диапазона 0.0.0.1-0.0.255.254 - 216-2 адреса.
Однако ему не нужна одна большая неструктурированная сеть, поэтому лучше
разделить отдельных подсети, при этом трафик в каждой подсети должен быть
надежно локализован. Это позволит легче диагностировать сеть и проводить в
каждой из подсетей особую политику безопасности.
На рисунке показано разделение всего полученного администратором адресного
диапазона на 4 равные части - каждая по 214 адресов. При этом число
разрядов, доступное для нумерации узлов, уменьшилось на два бита, а префикс
(номер) каждой из четырех сетей стал длиннее на два бита. Следовательно,
каждый из четырех диапазонов можно записать в виде IP-адреса с маской,
состоящей из 18 единиц, или в десятичной нотации -255.255.192.0.
129.44.0.0/18 (10000001 00101100 00000000 00000000)
129.44.64.0/18 (10000001 00101100 01000000 00000000)
129.44.128.0/18 (10000001 00101100 10000000 00000000)
129.44.192.0/18 (10000001 00101100 11000000 00000000)
Разделение адресного пространства сети
класса В 129.44.0.0 на четыре равные части
2 бай т
3 бай т
4 бай т
№ подсети
1 бай т
Поле номера сети
Поле адресов
класса B
узлов (адресное
(неизменяемое поле)
пространство)
129
44
10000001 00101100 0 0 000000 00000000
Адресное пространство 216
10000001 00101100 0 0 111111 11111111
10000001 00101100 0 1 000000 00000000
00101100 0 1 111111 11111111
10000001 00101100 1 0 000000 00000000
10000001
10000001
10000001
10000001
00101100
00101100
00101100
00101100
1 0 111111
1 1 000000
1 1 000000
1 1 000000
11111111
00000000
00000001
00000010
Неиспользованные адреса (214 – 4)
10000001 00101100 1 1 111111 11111111
Сеть 129.44.0.0
Маска
255.255.192.0
Диапазон номеров
узлов от 0 до 214
Сеть 129.44.64.0
Маска
255.255.192.0
Диапазон номеров
узлов от 0 до 214
Сеть 129.44.128.0
Маска
255.255.192.0
Диапазон номеров
узлов от 0 до 214
Сеть 129.44.192.0
Маска
255.255.192.0
Диапазон номеров
узлов от 0 до 214
Маршрутизация с использованием
масок одинаковой длины
Сеть
Маска
129.44.0.0
14
255.255.192.0
2 узлов Подсеть ()
129.44.192.1
129.44.192.2
129.44.0.1
Сеть
R1
129.44.64.0
Маска
14
255.255.192.0
2 узлов Подсеть 1
R2
129.44.64.7
Сеть 129.44.192.0
129.44.64.8
R3
Маска 255.255.255.192
129.44.128.15
14
2 узлов
129.44.128.5
Сеть
129.44.128.0
Маска
14
255.255.192.0
2 узлов Подсеть 2
Просмотр таблиц
маршрутизации с учетом масок
1. Поиск следующего маршрутизатора для вновь поступившего IP-пакета протокол
начинает с того, что извлекает из пакета адрес назначения (обозначим его IPd).
Затем протокол IP приступает процедуре просмотра таблицы маршрутизации.
2. Первая фаза - поиск специфического маршрута для адреса IPd. С этой целью
из каждой записи таблицы, с маской 255.255.255.255, извлекается адрес
назначения и сравнивается с адресом из пакета IPd. Если в какой-либо строке
совпадение произошло, то адрес следующего маршрутизатора для данного
пакета берется из данной строки.
3. Вторая фаза выполняется только в том случае, если во время первой фазы не
произошло совпадения адресов. Она состоит в поиске неспецифического
маршрута, общего для группы узлов, к которой относится и пакет с адресом IPd.
Для этого IP заново просматривает таблицу маршрутизации, причем с каждой
записью производятся следующие действия:
1) маска (обозначим ее М), содержащаяся в данной записи, «накладывается» на
IP-адрес узла назначения IPd, извлеченный из пакета: IPd AND M; 2) полученное
в результате число сравнивается со значением, которое помещено в поле
адреса назначения той же записи таблицы маршрутизации; 3) если происходит
совпадение, протокол IP соответствующим образом отмечает эту строку; 4) если
просмотрены не все строки, то IP-протокол аналогичным образом просматривает
следующую строку, если все, то просмотр записей заканчивается.
Просмотр таблиц маршрутизации с
учетом масок
4. После просмотра всей таблицы маршрутизатор выполняет одно их трех
действий:
1)если не произошло ни одного совпадения и маршрут по умолчанию
отсутствует, то пакет отбрасывается;
2) если произошло одно совпадение, то пакет отправляется по маршруту,
указанному в строке с совпавшим адресом;
3) если произошло несколько совпадений, то все помеченные строки
сравниваются и выбирается маршрут из той строки, в которой количество
совпавших двоичных разрядов наибольшее (другими словами, в
ситуации, когда адрес назначения пакета принадлежит сразу нескольким
подсетям, маршрутизатор использует наиболее специфический
маршрут).
сок переменной длины
2 бай т
3 бай т
4 бай т
№ подсети
1 бай т
Поле номера сети
Поле адресов
класса B
узлов (адресно е
(неизменяемое поле)
прост ранство)
129
44
10000001 00101100 0 00000000
0
00000000
Адресное пространство 216
1
10000001 00101100 0 11111111 11111110
10000001 00101100 0 11111111 11111111
10000001 00101100 1 0 000000 00000000
Сеть 129.44.0.0
Маска 255.255.128.0
Число узлов 215
Сеть 129.44.128.0
Маска 255.255.192.0
Число узлов 214
10000001
10000001
10000001
........
10000001
10000001
00101100
00101100
00101100
........
00101100
00101100
10
11
11
. .
11
11
111111
000000
000000
......
000000
000000
11111111
00000 000
00000 001
...
00000 110
00000 111
Ди апазон адресов (213 – 8), свободный
для образования новых сетей
10000001 00101100 1 1 1 00000 00000000
Вспом огательная
сеть 129.44.192.0
Маска 255.255.255.248
Число узлов 8
Сеть 129.44.224.0
Маска 255.255.224.0
Число узлов 213
10000001 00101100 1 1 1 11111111 111111
асками переменной длины
Network 129.44.0.0 Mask 255.255.128.0
R3
129.44.192.2
internet
R1
129.44.192.1
215 nodes
129.44.0.1
129.44.128.3
R2
Network 129.44.128.0 Mask 255.255.192.0 214 nodes
129.44.x.x
129.44.128.1
Network 129.44.192.0
Mask 255.255.255.248
8
nodes
129.44.128.2
R4
Network 129.44.224.0 Mask 255.255.224.0 213 nodes
ресных пространств
600 узлов
RISP
R1
2 узла
Ethernet
R2
WWW
R3
200 узлов
DMZ
Token Ring
Сеть провайдера
10 узлов
Сеть клиента- S
8
131
8
57
6
2
8
000000 00
256 узлов (S1-131.57.0.0/24)
256 узлов
000000 10
256 узлов (S2- 131.57.2.0/24)
256 узлов
256 узлов
256 узлов
000001 0
Частично
распределенное
адресное
пространство
512 узлов (S3- 131.57.4.0/23)
000010
Префикс сети клиента
Адресный пул S нового клиента
131.57.8.0/22 на 1024 узла
000010
000011 00 00000000
Префикс провайдера
Адресное пространство провайдера.
о пространства для сетей клиента
131
57
000010 00
0000 0000
……………………………………………….....
131
57
000010 00
000010 01
1111 1111
0000 0000
000010 01
0001 0000
……………………………………………………
000010 01
0001 1111
000010
01
0010 00 00
……………………………………………………
000010 01
0010 00 11
……………………..
000010 01
000010 10
1111 1111
0000 0000
…………………………………………………….
000010 10
000010 11
1111 1111
0000 0000
…………………………………………………….
000010 11
1111 1111
DMZ(16 адресов)
Token Ring
(256- 16- 4)
адресов
Соединительная
сеть (4 адреса)
Ethernet
(1024-256)
адресов
Сконфигурированная сеть клиента
131.57.9.33/30
600 узлов
131.57.8.1/22
131.57.9.34/30
R1
R ISP
2 узла
Ethernet
131.57.9.32/30
131.57.8.0/22
131.57.9.17/28
131.57.8.2/22
R2
WWW
DMZ
131.57.9.16/28
131. 57.9.1/24
Token Ring
131. 57.9.0/24
200 узлов
10 узлов
Сеть клиента- S
Таблица маршрутизатора в сети с
масками переменной длины
Номер сети
Маска
Адрес следующего
маршрутизатора
Адрес порта
129.44.0.0
255.255.128.0
129.44.0.1
129.44.0.1
129.44.128.0
255.255.192.0
129.44.128.3
129.44.128.3
129.44.192.0
255.255.255.248
129.44.192.1
129.44.191.1
129.44.224.0
255.255.224.0
129.44.224.5
129.44.224.5
Бесклассовая междоменная
маршрутизация
(Classless Inter-Domain Routing, CIDR).
Все адреса сетей каждого провайдера имеют
общий префикс
Маршрутизация на магистралях Internet может
осуществляться на основе префиксов
Деление IP-адреса на номер сети и номер узла
осуществляется на основе маски переменной длины,
назначаемой провайдером
Технология CIDR уже используется в IPv4 и
поддерживается протоколами OSPF, RIP-2, BGP4;
Проблема перенумерации сетей:
1) материальные и временные затраты
2) зависимость от провайдера
Внедрение технологии CIDR
позволяет решить две основные задачи
Более экономное расходование адресного пространства.
Благодаря технологии CIDR поставщики услуг получают возможность «на
Уменьшение числа записей в таблицах маршрутизации за счет объединен
Объединение сетей
Internet
Сеть S1
131.57.0.0/24
Rexternal
600 узлов
R ISP
1
R1
2
4
Сеть провайдера 3
Ethernet
2 узла
R2
WWW
200 узлов
Token Ring
DMZ
Сеть клиента S2
131.57.2.0/24
10 узлов
R3
Сеть клиента S3
131.57.4.0/23
Сеть S нового клиента
(131.57.8.0/22 )
сы и задания
1. В чем проявляется ненадежность протокола IP?
2. Сравните таблицу моста или коммутатора с таблицей маршрутизатора. Каким об
3. Рассмотрим маршрутизатор на магистрали Интернета. Какие записи содержатся
• номера всех сетей Интернета;
• номера некоторых сетей Интернета;
• номера некоторых сетей и полные адреса некоторых конечных узлов Интернет
• специальные адреса типа 127.0.0.0 или 255.255.255.255.
4. Сколько записей о маршрутах по умолчанию может включать таблица маршрут
5. Приведите примеры, когда может возникнуть необходимость в использовании с
6. Передается ли в IP-пакете маска в тех случаях, когда маршрутизация реализуе
7. Какие преимущества дает технология CIDR? Что мешает ее широкому внедрен
8. Имеется ли связь между длиной префикса непрерывного пула IP-адресов и
числом адресов, входящих в этот пул?
9. Почему в записи о маршруте по умолчанию в качестве адреса сети
назначения часто указывается 0.0.0.0 с маской 0.0.0.0?
10. Какие элементы сети могут выполнять фрагментацию? Варианты ответов:
О только компьютеры;
•только маршрутизаторы;
•компьютеры, маршрутизаторы, мосты, коммутаторы;
•компьютеры и маршрутизаторы.
11. Что произойдет, если при передаче пакета он был фрагментирован и
один из фрагментов не дошел до узла назначения после истечения тайм-аута?
Варианты ответов:
модуль IP узла-отправителя повторит передачу недошедшего фрагмента;
модуль IP узла-отправителя повторит передачу всего пакета, в состав
которого входил недошедший фрагмент;
модуль IP узла-получателя отбросит все полученные фрагменты пакета,
в котором потерялся один фрагмент, а модуль IP узла-отправителя не
будет предпринимать никаких действий по повторной передаче данного
пакета.
12. Па рисунке показан компьютер с двумя сетевыми адаптерами, к которым подс
• 14. Каково отношение администратора IРv6-сети к маскам? Варианты ответов:
• полностью игнорирует как ненужное средство;
• использует при объединении подсетей;
• использует при разделении на подсети;
• использует и при объединении подсетей, и при разделении на подсети.
15. Верно ли утверждение, что широковещательная рассылка является частным сл
16. Может ли один сетевой интерфейс иметь одновременно несколько Шуб-адрес