Передача данных в сетях с маршрутизаторами
Процесс функционирования протоколов рассмотрен на примере передачи данных по сети (рис.8.4) от узла Host X до узла Host Y через маршрутизаторы A, B, C. Маршрутизаторы соединены между собой через последовательные порты FastEthernet, номера которых также приведены на рисунке. Интерфейсы FastEthernet характеризуются физическими МАС-адресами и логическими IP-адресами. Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов, задействованных в процессе передачи, приведены в табл.8.1. Предположим, что сетевая маска во всех сетях одинакова и равна 255.255.255.0.
Рис.8.4. Передача данных по сети
Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов
| Устройство | Интерфейс | IP-адрес | МАС-адрес |
| Host X | F0/0 | 172.16.10.11 | 011ABC123456 |
| Router_A | F0/1 | 172.16.10.1 | 0001AAAA1111 |
| F0/2 | 198.20.20.5 | 0002AAAA2222 | |
| Router_B | F0/1 | 198.20.20.6 | 0001BBBB1111 |
| F0/2 | 199.30.30.9 | 0002BBBB2222 | |
| Router_C | F0/1 | 199.30.30.10 | 0001CCCC1111 |
| F0/2 | 200.40.40.1 | 0002CCCC2222 | |
| Host Y | F0/0 | 200.40.40.7 | 022DEF123456 |
Сообщение, сформированное протоколами верхних уровней компьютера Host X, поступает на сетевой уровень, где IP-протокол формирует пакет данных. Поскольку адрес назначения 200.40.40.7 не относится к сети 172.16.10.0, в которой находится Host X, то необходима маршрутизация.
| Заголовок пакета | Поле данных | ||
| Первые поля заголовка пакета | IP адрес узла источника 172.16.10.11 | IP адрес узла назначения 200.40.40.7 | Data |
| Пакет данных |
На канальном уровне узел Host X инкапсулирует сформированный пакет в кадр соответствующей технологии, например, FastEthernet. В заголовке кадра, наряду с другой информацией, указываются МАС-адреса источника и назначения. МАС-адрес источника в данном примере будет 011ABC123456. Поскольку МАС-адрес узла-получателя Host Y компьютеру Host X неизвестен, то узел Host X обращается к таблице ARP. Узел не находит соответствующей записи в таблице ARP, поэтому он посылает в локальную сеть широковещательный ARP-запрос, в котором задает сетевой логический IP-адрес устройства назначения – 200.40.40.7. Адресат назначения находится за пределами локальной сети 172.16.10.0. Поскольку маршрутизаторы не транслируют широковещательные запросы в другие сегменты сети, то в этом случае маршрутизатор в ответ на запрос посылает ARP-ответ с MAC-адресом своего входного интерфейса, на который поступил запрос. Входной интерфейс играет роль основного шлюза по умолчанию. ARP-протокол обращается к соответствующей строке таблицы
и отвечает МАС-адресом 0001AAAA1111.
В соответствие с полученным МАС-адресом 0001AAAA1111 формируется кадр, который по физической среде передается в маршрутизатор Router_A:
| Заголовок кадра | Заголовок пакета | Поле данных | ||
| МАС-адрес узла источника 011ABC123456 | МАС-адрес узла назначения 0001AAAA1111 | IP- адрес узла источника 172.16.10.11 | IP- адрес узла назначения 200.40.40.7 | Data |
| Кадр данных |
В маршрутизаторе Router_A из кадра извлекается (декапсулируется) пакет данных. Производится логическое умножение адреса назначения на маску и определяется сеть назначения. Затем происходит обращение к таблице маршрутизации, в соответствие с которой определяется адрес входного порта следующего маршрутизатора Router_В (адрес следующего перехода) и выходной интерфейс маршрутизатора Router_A. При этом формируется новый пакет, который продвигается к выходному FastEthernet порту F0/2 маршрутизатора Router_A. В новом пакете изменяются некоторые поля заголовка, но IP-адреса источника и узла назначения остаются неизменными:
| Заголовок пакета | Поле данных | ||
| Первые поля заголовка пакета | IP-адрес узла источника 172.16.10.11 | IP-адрес узла назначения 200.40.40.7 | Data |
| Пакет данных |
Затем пакет инкапсулируется в новый кадр, в качестве МАС-адреса узла источника будет использоваться физический адрес выходного интерфейса F0/2 – 0002AAAA2222. МАС-адрес узла назначения определяется с помощью ARP-протокола аналогично описанному выше. МАС-адресом узла назначения будет физический адрес входного интерфейса маршрутизатора Router_В – 0001BBBB1111.
Новый кадр передается на входной порт маршрутизатора Router_В:
| Заголовок кадра | Заголовок пакета | Данные | ||
| МАС-адрес узла источника 0002AAAA2222 | МАС-адрес узла назначения 0001BBBB1111 | IP- адрес узла источника 172.16.10.11 | IP- адрес узла назначения 200.40.40.7 | Data |
| Кадр данных |
Приняв кадр, маршрутизатор Router_В извлекает из него пакет данных и с использованием маски и таблицы маршрутизации определяет выходной интерфейс. Пакет инкапсулируется в новый кадр, который передается с новыми МАС-адресами источника и назначения в маршрутизатор Router_С:
| Заголовок кадра | Заголовок пакета | Данные | ||
| МАС-адрес узла источника 0002BBBB2222 | МАС-адрес узла назначения 0001CCCC1111 | IP- адрес узла источника 172.16.10.11 | IP-адрес узла назначения 200.40.40.7 | Data |
| Кадр данных |
В маршрутизаторе Router_С, также как в Router_А и Router_В формируются новый пакет и кадр. Поскольку адресат назначения находится в сети непосредственно присоединенной к интерфейсу F0/2 маршрутизатора Router_С, то кадр передается узлу назначения Host Y:
| Заголовок кадра | Заголовок пакета | Данные | ||
| МАС-адрес узла источника 0002CCCC2222 | МАС-адрес узла назначения 022DEF123456 | IP- адрес узла источника 172.16.10.11 | IP-адрес узла назначения 200.40.40.7 | Data |
| Кадр данных |
Протокол сетевого уровня узла Host Y извлекает из кадра пакет данных. Если пакет при передаче был фрагментирован, то из фрагментов формируется целый пакет и через соответствующий интерфейс направляется на транспортный уровень, где из пакетов извлекаются сегменты данных, а из сегментов формируется сообщение.
Всякий раз при формировании кадра вычисляется контрольная сумма, которая записывается в поле FCS трейлера кадра. При приеме кадра на каждом входном интерфейсе всех устройств на пути к адресату назначения вновь вычисляется контрольная сумма, которая сравнивается с принятой в трейлера. Это позволяет выявлять ошибки и исправлять некоторые из них.
При передаче данных через соединения «точка-точка» (см. например, схемы рис. 6.5, 6.11) заголовок кадра может быть существенно упрощен, т.к. интерфейсы непосредственно связаны между собой, поэтому отпадает необходимость задания МАС-адресов узла источника и узла назначения. Примером может служить протокол Point-to-Point Protocol.
Лекция 8. Функционирование маршрутизаторов
Назначение IP-адреса может производиться администратором вручную или с помощью DHCP-сервера. Вручную назначаются адреса сетевым принтерам, серверам и интерфейсам маршрутизаторов. Варианты назначения адреса вручную могут иметь незначительные различия в зависимости от используемой в компьютере операционной системы. Обычно в главном меню компьютера необходимо последовательно выбрать и выполнить следующие опции:
“Пуск”, “Настройка”, “Панель управления”, “Сетевые подключения”,
“Подключение по локальной сети”,
Во всплывшем окне (рис. 8.1а) выбрать “Свойства”. В следующем окне выбрать “Протокол Интернета (TCP/IP)” (рис. 8.1б), затем “Свойства”
Рис. 8.1. Окна выбора протокола TCP/IP
После этого необходимо назначить IP-адрес, маску подсети и основной шлюз по умолчанию (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Назначение IP-адреса администратором вручную
Протоколами автоматического назначения IP-адреса устройств (хостов – host) являются Reverse Address Resolution Protocol (RARP), протокол начальной загрузки (bootstrap protocol — BOOTP) и протокол динамического конфигурирования узлов Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). В настоящее время, главным образом, используется протокол DHCP, который позволяет узлу динамически без участия администратора получать IP-адрес. Нужно только определить диапазон IP-адресов на DHCP-сервере.
Для запроса IP-адреса узел посылает в локальную сеть (рис.8.3) запрос с широковещательным IP-адресом назначения – 255.255.255.255 и МАС-адресом – FF:FF:FF:FF:FF:FF. В качестве МАС-адреса источника в запросе указывается адрес запрашивающего узла 01:AA:11:AA:11:AA. Такой запрос поступает на все устройства сети, в том числе на сервер DHCP. Все устройства отбрасывают пакет с запросом, за исключением сервера, который опознает запрос.
Рис. 8.3. Передача ответа сервера DHCP
При получении запроса DHCP-сервер формирует ответ с широковещательным IP-адресом назначения, в ответе указывается выделяемый в аренду узлу IP-адрес. В заголовке ответа в качестве МАС-адреса назначения указывается адрес запрашивающего узла (01:AA:11:AA:11:AA). Поэтому все устройства отбрасывают пакет с ответом, за исключением узла, пославшего запрос. Кроме выделяемого в аренду IP-адреса в ответе DHCP-сервера содержится адрес основного шлюза по умолчанию и другая информация. На рис. 8.3 основной шлюз имеет IP-адрес 192.168.1.1 и MAC-адрес 01:EE:55:ЕЕ:55:EE. Важным свойством DHCP является способность выделять IP-адрес в аренду динамически, т.е. сервер может изымать неиспользуемый адрес, а затем восстанавливать пользователю адрес, который использовался ранее.
8.2. Передача данных в сетях с маршрутизаторами
Процесс функционирования протоколов рассмотрен на примере передачи данных по сети (рис.8.4) от узла Host X до узла Host Y через маршрутизаторы A, B, C. Маршрутизаторы соединены между собой через последовательные порты FastEthernet, номера которых также приведены на рисунке. Интерфейсы FastEthernet характеризуются физическими МАС-адресами и логическими IP-адресами. Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов, задействованных в процессе передачи, приведены в табл.8.1. Предположим, что сетевая маска во всех сетях одинакова и равна 255.255.255.0.
Рис.8.4. Передача данных по сети
Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов