Глава 15. Адресация в стеке протоколов ip
1. Какие из адресов могли бы в составной IP-сети являться локальными, а какие нет. Варианты ответов:
б) DNS-адрес Х.25, например, wl.l20dep;
в) МАС-адрес, например, 12-ВЗ-ЗВ-51-А2-10;
г) IP-адрес, например, 113.34.78.01.
2. Какие из следующих утверждений верны всегда
А)каждый интерфейс маршрутизатора имеет сетевой адрес;
б) каждый интерфейс моста/коммутатора имеет сетевой адрес;
в) каждый маршрутизатор имеет собственный сетевой адрес;
г) каждый интерфейс маршрутизатора имеет МАС-адрес.
3. Какие из приведенных адресов не могут быть использованы в качестве IP-адресов сетевого интерфейса для узлов Интернета? Для синтаксически правильных адресов определите их класс: А, В, С, D или Е. Варианты адресов:
а) 223.13.123.245; б) 225.0.0.105; в) 194.87.45.0; г) 10.24.255.252;д) 125.24.255.255; е)157.213.255.305; ж) 129.12.255.255; з)127.0.23.255;и) 1.0.0.13; к) 221.1.1.1; л)192.134.216.255; м) 193.256.254.11.
4. Пусть IP-адрес некоторого узла подсети равен 108.5.18.167, а значение маски для этой подсети — 255.255.240.0. Определите номер подсети. Какое максимальное число сетевых интерфейсов может быть в этой подсети?
5. Пусть вам ничего не известно о структуре сети, но в вашем распоряжении имеется следующая таблица соответствия IP-адресов и DNS-имен нескольких узлов сети.
Что вы можете сказать об IP-адресах узлов, имеющих DNS-имена w5.mgu.ru и w6.mgu.ru?
6. Пусть вам ничего не известно о структуре сети, но вы знаете DNS-имена некоторых узлов; w1 .mgu.ru, w4.mgu.ru и w3.dept.ru. Что вы можете сказать о том, насколько близко территориально находятся они относительно друг друга. Варианты ответов:
7. Сколько ARP-таблиц имеет компьютер? Маршрутизатор?
8. Протокол ARP функционально можно разделить на клиентскую и серверную части, Опишите, какие функции вы отнесли бы к клиентской части, а какие — к серверной?
9. Сколько DHCP-серверов достаточно, чтобы обслужить сеть, разделенную двумя Маршрутизаторами?
10. Какое максимальное количество подсетей теоретически можно организовать, если в вашем распоряжении имеется сеть класса В? Какое значение должна при этом иметь маска?
11.В студенческом общежитии живет 200 студентов и каждый из них имеет собственный ноутбук. В общежитии оборудована специальная комната, в которой развернута компьютерная сеть, имеющая 25 коннекторов для подключения компьютеров. Время от времени студенты работают в этом компьютерном классе, подключая свои ноутбуки к сети. Каким количеством IP-адресов должен располагать администратор этой компьютерной сети, чтобы все студенты могли подключаться к сети, не выполняя процедуру конфигурирования своих ноутбуков при каждом посещении компьютерного класса?
Схема IР-маршрутизации
Рассмотрим механизм IP-маршрутизации на примере составной сети, представленной на рис. 16.2.
Рис. 16.2. Принципы маршрутизации в составной сети
В этой сети 20 маршрутизаторов (изображенных в виде пронумерованных квадрантных блоков) объединяют 18 сетей в общую сеть; N1, N2. N18 — это номера сетей.
На каждом маршрутизаторе и конечных узлах А и В функционируют протоколы IP. К нескольким интерфейсам (портам) маршрутизаторов присоединяются сети. Каждый интерфейс маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет сетевой адрес и локальный адрес в той подсети, которая к нему подключена. Например, маршрутизатор под номером 1 имеет три интерфейса, к которым подключены сети N1, N2, N3. На рисунке сетевые адреса этих портов обозначены IР11, IP12 и IP13. Интерфейс IР11 является узлом сети N1, и следовательно, в поле номера сети порта IР11 содержится номер N1. Аналогично интерфейс IP12 — это узел в сети N2, а порт IP13 — узел в сети N3. Таким образом, маршрутизатор можно рассматривать как совокупность нескольких узлов, каждый из которых входит в свою сеть. Как единое устройство маршрутизатор не имеет выделенного адреса, ни сетевого, ни локального.
В сложных составных сетях почти всегда существуют несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Так, пакет, отправленный из узла А в узел В, может пройти через маршрутизаторы 17, 12, 5, 4 и 1 или маршрутизаторы 17, 13, 7, 6 и 3. Нетрудно найти еще несколько маршрутов между узлами А и В.
При наличии у маршрутизатора блока управления (например, по протоколу SNMP) этот блок имеет собственные локальный и сетевой адреса, по которым к нему обращается центральная станция управления. Эти адреса выбираются из того же пула, что и адреса физических интерфейсов маршрутизатора. В технической документации такого рода адреса называются адресами обратной петли (looopback address), или адресами виртуальных интерфейсов (virtual interface address). В отличие от адресов 127.х.х.х, зарезервированных для передачи данных между программными компонентами, находящимися в пределах одного компьютера, адреса виртуальных интерфейсов предполагают обращение к ним извне.
Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании критерия выбора маршрута. В качестве критерия часто выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом, средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов или наиболее простой критерий, учитывающий только количество пройденных на маршруте промежуточных маршрутизаторов (ретрансляционных участков, или хопов). Полученная в результате анализа информация о маршрутах дальнейшего следования пакетов помещается в таблицу маршрутизации.
Упрощенная таблица маршрутизации
Используя условные обозначения для сетевых адресов маршрутизаторов и номеров сетей, показанные на рис. 16.2, посмотрим, как могла бы выглядеть таблица маршрутизации, например, в маршрутизаторе 4 (табл. 16.1).
Таблица 16.1. Таблица маршрутизации маршрутизатора 4
| Адрес назначения | Сетевой адрес следующего маршрутизатора | Сетевой адрес выходного порта | Расстояние до сети назначения |
| N1 | IP12 (R1) | IP41 | |
| N2 | — | IP41 | 0(подсоединена) |
| N3 | IP41 | IP41 | |
| N4 | IP21 (R2) | IP41 | |
| N5 | — | IP42 | 0(подсоединена) |
| N6 | №21 (R2) | IP21 | |
| IPB | IP21 (R2) | IP41 | |
| Маршрут по умолчанию | IP51 (R5) | IP42 | — |
Таблица 16.1 значительно упрощена по сравнению с реальными таблицами, например, здесь отсутствуют столбцы с масками, признаками состояния маршрута, временем, в течение которого действительны записи данной таблицы (их применение будет рассмотрено позже). Вместо номера сети назначения может быть указан полный сетевой адрес отдельного узла назначения. Кроме того, как уже отмечалось, здесь указаны адреса сетей условного формата, не соответствующие какому-либо определенному сетевому протоколу. Тем не менее, эта таблица содержит основные поля, имеющиеся в реальных таблицах.
Первый столбец таблицы содержит адреса назначения пакетов.
В каждой строке таблицы следом за адресом назначения указывается сетевой адрес следующего маршрутизатора (точнее, сетевой адрес интерфейса следующего маршрутизатора), на который надо направить пакет, чтобы тот передвигался по направлению к заданному адресу по рациональному маршруту.
Перед тем как передать пакет следующему маршрутизатору, текущий маршрутизатор должен определить, на какой из нескольких собственных портов (IP41 или IP42) он должен поместить данный пакет. Для этого служит третий столбец таблицы маршрутизации, содержащий сетевые адреса выходных интерфейсов.
Некоторые реализации сетевых протоколов допускают наличие в таблице маршрутизации сразу нескольких строк, соответствующих одному и тому же адресу назначения. В этом случае при выборе маршрута принимается во внимание столбец, представляющий расстояние до сети назначения. При этом расстояние измеряется в любой метрике, используемой в соответствии с заданным в сетевом пакете критерием. Расстояние может измеряться временем прохождения пакета по линиям связи, различными характеристиками надежности линий связи на данном маршруте, пропускной способностью или другой величиной, отражающей качество данного маршрута по отношению к заданному критерию. В табл. 16.1 расстояние между сетями измеряется хопами. Расстояние для сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора, здесь принимается равным 0, однако в некоторых реализациях отсчет расстояний начинается с 1.
Когда пакет поступает на маршрутизатор, модуль IP извлекает из его заголовка номер сети назначения и последовательно сравнивает его с номерами сетей из каждой строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети показывает ближайший маршрутизатор, на который следует направить пакет. Например, если на какой-либо порт маршрутизатора 4 поступает пакет, адресованный в сеть N6, то из таблицы маршрутизации следует, что адрес следующего маршрутизатора — IP21, то есть очередным этапом движения данного пакета будет движение к порту 1 маршрутизатора 2.
Чаще всего в качестве адреса назначения в таблице указывается не весь IP-адрес, а только номер сети назначения. Таким образом, для всех пакетов, направляемых в одну и ту же сеть, протокол IP будет предлагать один и тот же маршрут (мы пока не принимаем во внимание возможные изменения состояния сети, такие как отказы маршрутизаторов или обрывы кабелей). Однако в некоторых случаях возникает необходимость для одного из узлов сети определить специфический маршрут, отличающийся от маршрута, заданного для всех остальных узлов сети. Для этого в таблицу маршрутизации помещают для данного узла отдельную строку, содержащую его полный IP-адрес и соответствующую маршрутную информацию. Такого рода запись имеется в табл. 16.1 для узла В. Пусть, например, администратор маршрутизатора 4, руководствуясь соображениями безопасности, решил, что пакеты, следующие в узел В (полный адрес IPs), должны идти через маршрутизатор 2 (интерфейс IP21), а не маршрутизатор 1 (интерфейс IP12), через который передаются пакеты всем остальным узлам сети N3. Если в таблице имеются записи о маршрутах как к сети в целом, так и к ее отдельному узлу, то при поступлении пакета, адресованного данному узлу, маршрутизатор отдаст предпочтение специфическому маршруту.
Поскольку пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, может показаться, что каждая таблица маршрутизации должна иметь записи обо всех сетях, входящих в составную сеть. Однако при таком подходе в случае крупной сети объем таблиц маршрутизации может оказаться очень большим, что повлияет на время ее просмотра, потребует много места для хранения и т. п. Поэтому на практике широко известен прием уменьшения количества записей в таблице маршрутизации, основанный на введении маршрута по умолчанию (default route), учитывающего особенности топологии сети. Рассмотрим, например, маршрутизаторы, находящиеся на периферии составной сети. В их таблицах достаточно записать номера только тех сетей, которые непосредственно подсоединены к данному маршрутизатору или расположены поблизости на тупиковых маршрутах. Обо всех же остальных сетях можно сделать в таблице единственную запись, указывающую на маршрутизатор, через который пролегает путь ко всем этим сетям. Такой маршрутизатор называется маршрутизатором по умолчанию (default router). В нашем примере на маршрутизаторе 4 имеются специфические маршруты только для пакетов, следующих в сети N1-N6. Для всех остальных пакетов, адресованных в сети N7-N18, маршрутизатор предлагает продолжить путь через один и тот же порт IP51 маршрутизатора 5, который в данном случае и является маршрутизатором по умолчанию.