Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методические указания и задание на курсовой проект по дисциплине Сетевые технологии
.pdf
мейства стандартов Ethernet. В литературе МАС-адрес часто называют аппаратным или физическим адресом устройства.
Разрядность МАС-адреса равна 48 битам. Теоретическое адресное пространство МАС-адресов составляет 248 адресов, что составляет
281 474 976 710 656 адресов, то есть около 300 триллионов. По расчетам специалистов IEEE такого адресного пространства при нынешних темпах развития телекоммуникационной отрасли должно хватить человечеству до 2100
года.
Как правило, для удобства пользования МАС-адрес записывается и
представляется 6 двузначными шестнадцатеричными цифрами, записанными
через разделитель - знак двоеточия, пробела или дефиса.
Типичное представление МАС-адреса – AB:CD:EF:01:23:45.
Первые 3 байта МАС-адреса содержат уникальный 24-битный идентификатор производителя оборудования OUI (Organizationally Unique Identifier)
– уникальный номер производителя телекоммуникационного оборудования,
который присваивает специальное подразделение IEEE - Регистрационная
администрация (registration authority).
Первые два бита первого байта МАС-адреса являются служебными и
имеют специальное назначение:
- первый бит зарезервирован для обозначения назначения фрейма
Ethernet: для одиночного адресата его значение равно 0, а если формируется
групповой пакет (широковещательная рассылка), то значение равно 1.
Для осуществления группой рассылки фрейма Ethernet всем рабочим
станциям сегмента сети необходимо, чтобы не только первый бит адреса назначения был равен 1, но все биты адреса были равны 1, то есть МАС адрес
должен иметь фиксированный вид FF:FF:FF:FF:FF:FF;
- второй бит показывает тип присвоения МАС-адреса: глобальный или
локальный МАС-адрес. Стандарты IEEE исторически позволяют формировать и назначать специализированные локальные МАС-адреса сетевым устройствам и администраторам сетей в случае необходимости. Такие МАС-
21
адреса называются локально администрируемыми. В случае использования
1ый байт 2ой байт 3ий байт 4ый байт 5ый байт 6ой байт
6 байт (48 бит)
МАС-адрес
3 байта (24 бита)
OUI – Идентификатор производителя
7 6 5 4 3 2 18
8
бит
Назначение фрейма Ethernet:
0: unicast (одиночный адресат)
1: multicast (групповая рассылка)
Тип МАС-адреса:
0: глобальная уникальность
1: локально присвоенный адрес
такого типа адресов значение второго бита адреса равно 1.
Глобально администрируемый МАС-адреc – это стандартный
МАС-адрес, который присваивается сетевому устройству при его изготовлении на заводе, отвечает требованиям разграничения пула адресов IEEE и не
должен повторяться в рамках мировых телекоммуникационных сетей. Для
глобально уникальных МАС-адресов второй бит равен 0.
Рисунок 10 – Формат МАС-адреса
Кадр Ethernet
Для сетей Ethernet параметры кадров определены стандартом
802.3 IEEE. Базовая длина кадра может изменяться от 72 до 1526 байтов.
синхронизации среды (чередующиеся сигналы CD1 и CD0 при завершающем
Поле преамбула содержит 7 байт 0хАА и служит для стабилизации и
CD0), далее следует поле SFD (start frame delimiter = 0xab), которое предна-
значено для выявления начала кадра.
Поле EFD (end frame delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной
суммы (CRC - cyclic redundancy check), так же как и преамбула, SFD и EFD,
22
формируются и контролируются на аппаратном уровне. В некоторых модификациях протокола поле efd не используется. Пользователю доступны поля,
начиная с адреса получателя и кончая полем информация, включительно.
После CRC следует межпакетная пауза (IPG - interpacket gap – межпакетный интервал) длиной 9,6 мксек или более. Максимальный размер кадра
равен 1518 байт (сюда не включены поля преамбулы, SFD и EFD). Сетевой
интерфейс просматривает все пакеты, следующие по кабельному сегменту, к
которому он подключен, ведь определить, корректен ли принятый пакет и
кому он адресован, можно, лишь приняв его целиком. Корректность пакета
по CRC, по длине и кратности целому числу байт производится после проверки адреса места назначения. Вероятность ошибки передачи при наличии
crc контроля составляет ~2
-32
. При вычислении CRC используется образую-
щий полином:
G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1.
Алгоритм вычисления CRC сводится к вычислению остатка от деления
кода M(x), характеризующего кадр, на образующий полином G(x). CRC
представляет собой дополнение полученного остатка R(x). CRC пересылается, начиная со старших разрядов.
Рисунок 11 - Формат кадра сетей ethernet (цифры в верхней части рисунка
показывают размер поля в байтах)
23
IP-адресация
IP-адрес – это уникальный логический 32-битный идентификатор сетевого устройства телекоммуникационной сети, работающей по протоколу
IP.
IP-адресация – важная часть сетевого маршрутизируемого протокола IP
(Internet Protocol), который является основополагающим фундаментальным
протоколом глобальной сети Интернет. На сегодняшний день IP-протокол -
самый распространенный по используемости в мире сетевой протокол. Протокол IP не имеет механизмов гарантирования доставки данных и установления соединения. Для решения этих задач используются вышележащие по модели OSI протоколы.
Существуют несколько форм записи и представления IP-адреса: двоичная, десятичная, десятичная с точками, восьмеричная, восьмеричная с точками, шестнадцатеричная и шестнадцатеричная с точками.
Наибольшее распространение получили двоичная и десятеричная с
точками формы записи. Первый вариант используется для технологических
расчетов параметров сети (диапазона адресного пространства, количества узлов в сегменте сети и сетей), а второй - получил наибольшее распространение, так как удобен для запоминания и работы человеком.
Для формирования десятеричной с точками формы записи IP-адреса
32 бита разбиваются на 4 байта (октета) по 8 бит, и каждый из байтов представляется десятеричным числом. Итоговый IP-адрес представляет собой четыре десятеричных числа, записанных через точку.
Так как для формирования десятеричной с точками формы записи IP-
адреса используются 8 бит, которые в двоичном виде могут принимать значения от 00000000 до 11111111, то допустимое десятичное число, представляющее часть IP-адреса, лежит в диапазоне от 0 до 255. При этом числа 0 и
255 не доступны для адресации устройств в последних октетах IP-адреса, так
24
как задействованы для адресации сети и широковещательной рассылки
IP-пакетов всем узлам сети.
Восьмеричная с точками и шестнадцатеричная с точками формы записи IP-адреса формируются аналогично десятеричной с точками – 32 бита
также разбиваются на 4 октета, только вместо десятеричной формы счисления для отображения 8 бит октета используется восьмеричная или шестнадцатеричная системы счисления соответственно.
Так как IP-адрес является важной составной частью маршрутизируемого протокола IP, то для обеспечения взаимодействия сетевых устройств из
разных логических сетей определенная часть адреса должна идентифицировать логическую сеть, а оставшиеся биты – идентифицировать само устройство в этом сегменте сети.
Для разделения идентификатора сети и идентификатора устройства
(хоста) изначально была предложена классовая модель адресации, которая с
середины 90-х годов прошлого века была вытеснена бесклассовой моделью
адресации. Класс IP-сети - это группа IP-сетей, имеющих одинаковую длину
идентификаторов сетей и идентификаторов узлов. Соответственно, в IP-сетях
одного класса содержится одинаковое число узлов.
Исторически было предложено четыре класса IP-сетей: А, B, C, D и Е
классы. В классовой модели адресации сетей первые биты IP-адреса определяют класс сети.
Для сетей класса А старший бит адреса равен 0, размер идентификатора сети – 8 бит, размер идентификатора хоста – 24 бита. Всего можно выделить 127 сетей класса А (27-1=127, используется 7 бит для возможных вариантов адресации сетей, так как первый бит фиксирован и равен 0, а адрес 0 не
может использоваться в качестве идентификатора сети), каждая из которых
может содержать 16 777 214 сетевых устройств (2
24
- 2 = 16777216, использу-
ется 24 бита для возможных вариантов адресации узлов сети, адреса, состоящие из одних 0 и 1, не могут использоваться в качестве идентификатора
узла).
25
Класс А
Класс B
0
ID Сети ID Хоста
1 0
Класс С
1 1 0
ID Сети ID Хоста
ID Сети ID Хоста
Класс D
1 1 1
Multicast
0
групповая рассылка
Класс E
1 1 1
Резерв
1 0
Рисунок 12 – Классовая модель IP-адресации
Для сетей класса В первые два старших бита адреса равны 10, размер
идентификатора сети – 16 бит, размер идентификатора хоста – 16 бит. Всего
можно выделить 16 384 сети класса В (214=16384, используется 14 бит для
возможных вариантов адресации сетей, так как два бита фиксированы), каждая из которых может содержать 65 534 сетевых устройства (216-2=16534, используется 16 бит для возможных вариантов адресации узлов сети, адреса,
состоящие из одних 0 и 1, не могут использоваться в качестве идентификатора узла).
Для сетей класса С первые три старших бита адреса равны 110, размер
идентификатора сети – 24 бита, размер идентификатора хоста – 8 бит. Всего
можно выделить 2 097 152 сетей класса С (221= 2097152, используется 21 бит
для возможных вариантов адресации сетей, так как три бита идентификатора
сети зафиксированы), каждая из которых может содержать 254 сетевых
устройства (28 – 2 = 254, используется 8 бит для возможных вариантов
адресации узлов сети, адреса, состоящие из одних 0 и 1, не могут использоваться в качестве идентификатора узла).
26
Сети класса D предназначены для групповой рассылки и имеют фиксированные старшие 4 бита адреса равные 1110. Сети класса Е были оставлены
в качестве резервного пула и имеют старшие 5 бит равные 11110.
Существенным недостатком классовой модели адресации является то,
что нельзя гибко распоряжаться адресным пространством, так как размер
идентификаторов сети и узла строго фиксирован и может проходить только
по границе октетов IP-адреса.
Например, если требуется организовать логическую сеть, содержащую
300 сетевых устройств, то необходимо использовать сеть класса В, так как
размер сети класса С уже недостаточен – в сети класса С доступно всего 254
адреса для хостов. Но сеть класса В содержит 65 534 доступных адресов для
узлов. Следовательно, в данном примере более 65 тыс. адресов не будут использоваться, хотя будут выделены для адресации устройствам логической
сети.
Классовая система адресации оказалась крайне неэффективна с ростом
сети Интернет, когда потребовалось динамически выделять разные блоки IP-
адресов для сетей разного размера. Взамен нее была предложена бесклассо-
вая модель адресации CIDR - Classless Inter-Domain Routing.
В бесклассовой модели адресации для определения границы идентификации сети и хоста используется специальный дополнительный параметр, который называется маска подсети.
Маска подсети – это 32-битное число, состоящее из подряд идущих
единиц и нулей, определяющее границу в IP-адресе между идентификатором
сети и идентификатором хоста. Часть маски подсети, которая заполнена бинарными единицами, определяет размер идентификатора сети, а оставшаяся
часть, заполненная нулями, определяет доступную часть для идентификаторов хостов. В отличие от классовой модели адресации граница между идентификатором сети и хостов необязательно должна совпадать с границами октета и может проходить по любой позиции.
27
11111111 11111111 11111000 00000000
0 7 15 23 31
Порядок
битов
Маска подсети (32 бита)
ID Сети ID Хоста
Рисунок 13 – Маска подсети
11010100 00101100 10000010 00000101
212 44 130 5
..
.
11111111 11111111 11111111 00000000
IP-адрес
Маска подсети
11010100 00101100 10000010
212 44 130
..
00000000
0.
Идентификатор
сети
Логическое “И”
=
Существуют три основных типа записи и представления маски подсети:
- битовое представление: маска подсети записывается в двоичном виде
32 битами;
- десятичное через точку представление: аналогичное десятеричной с
точками формы записи IP-адреса – каждый октет представлен в виде десятеричного числа;
- десятичное число через дробь после IP-адреса или идентификатора
сети: записывается число единичных разрядов, которые определяют размер
идентификатора сети.
Для определения значения идентификатора хоста необходимо выпол-
нить поразрядную конъюнкцию (операция логическое «И») IP-адреса и маску
подсети. Полученный результат будет представлять значение идентификатора сети. В связи с разночтениями перевода в разных источниках идентификатор сети иногда называют адресом или номером сети.
Рисунок 14 - Определение идентификатора узла и сети с помощью
маски подсети
28
Протокол ARP
Протокол ARP проводит соответствие между 48-битным МАС-адресом
и 32-битным IP-адресом.
Как уже было сказано выше, маршрутизаторы упаковывают дейта-
граммы IP в кадры локальных сетей. Для установления соответствия MAC по
IP-адресу они используют специальный протокол разрешения адреса
(Address Resolution Protocol, ARP). Соответственно, для решения обратной
задачи (установления IP по известному MAC-адресу) используется реверсивный протокол разрешения адреса (Reverse Address Resolution Protocol,
RARP).
Алгоритм работы протокола:
1. Маршрутизатор, которому необходимо доставить дейтаграмму IP-
адреса узлу в локальной сети, формирует ARP-запрос и вкладывает его
в кадр широковещательной рассылки.
2. Все узлы локальной сети получают кадр с ARP-запросом и сравнивают
указанный там IP-адрес с собственным.
3. При совпадении адресов узел формирует ARP-ответ (совпадающий по
формату с ARP-запросом), в котором указывает свой IP-адрес и
МАС-адрес, и отправляет его маршрутизатору.
4. После получения кадра маршрутизатор отправляет по MAC-адресу
IP-дейтаграмму адресату.
ARP работает на канальном уровне и не использует заголовки IP,
ARP-запросы передаются в широковещательном режиме, ответы присылают-
ся непосредственно на станцию, делавшую запрос.
Работа протокола занимает вполне определенное и часто немалое вре-
мя, за которое дейтаграмма может быть потеряна (превысит время хранения
в кэше сетевого адаптера). Поэтому маршрутизаторы и рабочие станции в сети хранят таблицу соответствия (ARP-таблицу), по которой отправка производится без посылки ARP-запроса.
29
Кроме IP- и МАС-адреса, в таблице хранится возраст записи, что по-
зволяет ее обновлять по определенным условиям. Необходимо особо отметить, что во многих операционных системах таблица может быть сформирована вручную администратором сети. Такая возможность часто используется
для установления жесткого соответствия MAC- и IP-адреса узла для ограничения несанкционированного доступа к различным ресурсам.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]