2014-02-02
2271
Для доставки IP-пакета к станции назначения, или от одного маршрутизатора к другому, необходимо передать его протоколу канального уровня, например Ethernet. Последний же «умеет» передавать кадры только по физическим адресам устройств, подключенных к среде передачи. В IP-сетях задачу преобразования сетевых адресов в физические решает протокол ARP (Address Resolution Protocol). Идея его функционирования иллюстрируется следующий слайд.
Пусть хост Н1 хочет отослать пакет хосту Н3, MAC-адрес которого не известен. Хост Н1 генерирует так называемый ARP-запрос – специальный пакет, имеющий широковещательный адрес назначения. В теле этого запроса находится IP-адрес хоста, MAC-адрес которого необходимо узнать. Каждый хост сети получив такой пакет, сравнивает находящийся в нем IP-адрес со своим. Если совпадение обнаружено, то этот хост посылает запрашивающей станции ответный пакет (ARP-ответ), содержащий его физический адрес. На всех остальных станциях сети пакеты ARP-запросов уничтожаются. Для того, чтобы уменьшить количество ARP-запросов, каждое сетевое устройство имеет специальную буферную память, в которой хранится ARP-таблица. Последняя пополняется каждый раз, когда хост получает ARP-ответ.
В ARP-таблице могут быть как статические, так и динамические записи. Статические записи добавляются администратором и сохраняются в таблице до перезагрузки устройства. Кроме того, в таблице всегда содержится широковещательный адрес (%FFFFFFFFFFFF), который позволяет принимать широковещательные запросы. Динамические записи добавляются и удаляются автоматически. Каждая такая запись имеет потенциальное время жизни. После добавления записи в таблицу включается специальный таймер и, если в течении первых двух минут запись не используется, то она удаляется; в противном случае, время жизни такой записи составляет некое предустановленную величину (обычно 10 минут). Далее приведен фрагмент ARP-таблицы маршрутизатора.
Протокол ARP достаточно универсален, и его можно применять в сетях, использующих любые технологии на сетевом и канальном уровнях. Заголовок ARP-пакета имеет формат, отличный от IP-заголовка и поэтому не передается маршрутизаторами. На рисунке внизу представлен формат сообщения ARP.
В поле «Тип сети» для Ethernet указывается значение 1. Для других типов сетей его значения определяются соответствующим стандартом. Поля «Тип протокола», «Длина аппаратного адреса» и «Длина сетевого адреса» обеспечивают отмеченную выше универсальность формата ARP-пакета. В поле «Тип операции» для ARP-запроса указывается 1, для ARP-ответа – 2.
Устройство, отправляющее ARP-запрос, заполняет в этом пакете все поля, кроме искомого аппаратного адреса. Значение этого поля заполняется станцией, опознавшей свой IP-адрес, указанный в этом пакете в поле «IP-адрес получателя».
Выше упоминалось, что если маршрутизатор не может по каким-то причинам отправить пакет к узлу назначения, то он отсылает соответствующее сообщение узлу-отправителю. Эти функции выполняет протокол ICMP – Internet Control Message Protocol, описание которого приведено в документе RFC 792. Хотя его сообщения инкапсулируются в IP-пакет, протокол ICMP является протоколом сетевого уровня. Рассматриваемый протокол обеспечивает взаимодействие между программным обеспечением протокола IP, функционирующим на разных сетевых узлах. Однако, протокол не способен информировать промежуточные узлы о возникших ошибках, поскольку в IP-пакете нет поля для записи маршрута. Соответственно, когда пакет пришел на некий маршрутизатор и в ходе его обработки обнаружилась необходимость отправки сообщения ICMP, то единственным получателем такого сообщения будет узел – отправитель исходного пакета.
Протокол ICMP генерируют два вида сообщений: управляющие и сообщения об ошибках, но он не содержит никаких средств исправления ошибок; эта задача решается программным обеспечением узла-отправителя.
Сообщения ICMP начинаются тремя обязательными полями: «Тип», «Код» и «Контрольная сумма». Кроме этого, большинство сообщений включают в себя заголовок и первые 64 бита пакета, в котором была обнаружена ошибка, сообщение о которой несет данный пакет ICMP. Это сделано для более точной идентификации источника ошибки на узле-отправителе. Поле «Тип» определяет содержание сообщения и его формат. На слайде приведены некоторые значения этого поля.
Сообщения «Запрос эха» и «Ответ на эхо» являются одними из самых используемых (команда ping). Поскольку эти сообщения передаются в IP-пакетах, то успешный прием ответа свидетельствует о работоспособности основных компонентов сетевой транспортной системы, т.е. успешной маршрутизации, работоспособности IP-модулей стека протоколов на станциях отправителе и получателе. На рисунке внизу слайда представлен их формат.
Поля «Идентификатор» и «Последовательный номер» используются отправителем для проверки соответствия между ответом и запросом. Поле «Необязательные данные» имеет переменную длину и содержит данные, которые необходимо вернуть отправителю.
Сообщение «Получатель недостижим» генерируется маршрутизатором, в ситуации, когда он не может доставить пакет по назначению. Это сообщение содержит поле «Код», которое уточняет причину невозможности доставки пакета. Некоторые из них представлены в таблице.
Сообщение «Изменение маршрута» (Слайд 13) отправляется маршрутизатором отправителю, находящемуся с ним в одной физической сети, и свидетельствует об использовании последним неоптимального маршрута к узлу-назначения. Это сообщение содержит адрес маршрутизатора, использование которого является предпочтительным. Таким образом, начиная работу, отправитель может знать лишь один маршрут. В дальнейшем, его таблица маршрутизации, посредством этих сообщений ICMP, будет дополнена более точной информацией об «оптимальных» маршрутах. Весь этот механизм позволяет узлу отправителю минимизировать размер своей таблицы маршрутов.
