Differences between revisions 1 and 46 (spanning 45 versions)
Revision 1 as of 2008-07-02 20:47:48
Size: 15361
Editor: eSyr
Comment:
Revision 46 as of 2008-07-06 14:15:06
Size: 22825
Comment:
Deletions are marked like this. Additions are marked like this.
Line 1: Line 1:
Что касается уровня сетевого. Проблема: tcpdump в текущем ALJ отсутствует. Проясняю ситуацию. VsevolodKrishchenko.
Line 3: Line 3:
Задача пронумеровть все сетевые устр. в сети (поск. мы так передаём, то это идент. стеевонг устр-ва) --- задача невыполнима. Эту задачу надо перераспределить, чтобы не в одном конкр. месте выдавались все адреса, а выработать некоторую жисциплину, чтобы решения принимались в локальном порядке. Для этого устр. некоторую пирамидку. Есть некая организация, которая выдаёт списки сетевых адресов. Эта организация (ICANN?). Потом этот список режется на кусочки и раздаётся другим людям и так далее. В концеп концов некий конечний сисадмин получает группу адресов так, чтобы это работало в интернете. IP-адрес это 4 байта, которые записываются через точку в десятичнм виде. Если набрать ip addr, то увидим дополнительную строку, в которой есть инф пр ip. В частности, ip адрес. == Сетевой уровень ==
Line 5: Line 5:
## Педедыв С развитием концепции глобальной сети в сетевой уровень стека TCP/IP были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня. Задачей протокола сетевого уровня IP (''Internet Protocol'') является передача данных между устройствами, которые, вообще говоря, не находятся в одной среде передачи данных. Для этого необходимо определить, во-первых, механизм адресации, чтобы можно было выделить среди множества компьютеров тот, которому предназначены данные, и, во-вторых, механизм маршрутизации, позволяющий доставку пакетов между различными сетями. Рассмотрим подробнее каждую из этих двух функций протокола IP.
Line 7: Line 7:
Мы приступаем к тому, как устроен tcp/ip. Уже было сказано, что на уровне ip идентификация произв. 4 байтами. В старых книжках по tcp/ip мжно обнаружить рассказ про то, что адреса бывают разнвх классов: A, B, C, D. Но в реальности адреса редко порезаны так, как это предполагается этими классами. Вохьмём адрес как строку битов и отделим от неё те адреса, у которых первый бит --- 0. Все сети, у которых самый старший бит 0 --- сети класса А, и условно внутри локальной сети на одной среде передачи данных нахдится сразу 16 млн. компьютеров, т. к. под адрес абонента отводится 3 байта. Соответственн, на адрес сети остаётся один байт. И вообще, если СПД и сеть не настоящая, то можно сколоько угодно адресов завести, илшь бы мощности позволили. В общем, система классов вот в чём: адрес делится на адрес сети и адрес абонента сети, и если адрес сети совп., то передача локальна, иначе надо выяснять, какй марш. может передать эти данные. Сеть класса b --- 10/14/16, c --- 110/21/8, сеть класса d --- 1110/28 --- используются для мультикастинга, когда пакеты попадают некоторым адресатам, но не всем. === IP-адресация ===
 
Адрес устройства в сети, использующий протокол IP версии 4, состоит из четырех байт, которые обычно записываются как четыре десятичных числа от 0 до 255, разделенные точками. Распределением IP-адресов в масштабах земного шара занимается организация IANA. Эта организация выделяет диапазоны адресов другим организациям, затем эти диапазоны делятся на более мелкие диапазоны и в конце концов присваиваются компьютерным сетям, и внутри сети устройствам присваиваются адреса из присвоенного этой сети диапазона.
Line 9: Line 11:
Как это выглядит в жизни: 127.0.0.1 --- адрес класса A, и /8 показывает количество битов, которые идентифицируют сеть. Сейас классы не исп., исп. диапазоны адресов, которые разд по мере надобности. Соответственн, под идент. сети можно отводить разное количество бит. Диапазоны IP-адресов организуются так, что у всех компьютеров сети первые несколько бит адреса совпадают, то есть адрес можно разделить на две части. Первая из них адресует сеть и одинакова для всех устройств в данной среды передачи данных, а вторая -- хост в сети, т. е. конкретное устройство, например компьютер или сетевой принтер. Записывается это следующим образом: после собственно адреса указывается количество бит, адресующих сеть, например 127.0.0.1/8 или 192.168.200.10/24. Количество бит идентификатора хоста (k) позволяет вычислить максимально возможное количество машин в сети: оно равно 2^k-2. Кроме приведенной краткой формой записи маски, существует и другая, когда маску, подобно адресу, записывают в виде четырех десятичных чисел. При этом равный единице двоичный разряд соответствует адресу сети, а равный нулю --- адресу хоста. Таким образом, краткой записи маски /24 соответствует полная маска 255.255.0.0.
Line 11: Line 13:
Сколько машин в сети? n-2, возн. два спец. адреса: если все единички в поле абонент, то пакет широковещательный. Назначение масок и адресов сети следующее: если адрес сети двух компьютеров совпадает, то они подключены к одной среде передачи данных, и передача между ними является локальной. Если адреса сети назначения отличается от адреса сети отправителя, то речь необходимо определить маршрут следования IP-пакета с данными. Для решения этой задачи существует IP-маршрутизация.
Line 13: Line 15:
Как настраивать сеть: ip addr add 192.168.200.117/24 dev eth0
После этого можно сказать ip addr, чтобы посмотреть, что получилсь. В числе прочего, мы научились вручную настраивать сеть. Данный адрес класса c, это значает, что все компьютеры с адресами 192.168.200.xxx будут считаться принадлежащим нашей сети, а стальные --- другой. Дальше мжно проверить работоспособность сети, например,ЮЮ пингшануть 192.168.200.1.
Ранее использовалась несколько иная, классовая, система IP-адресов. В соответствии с ней IP-адреса делятся на четыре класса: A, B, C, D и E. Принадлежность к тому или иному классу определяется следующим образом: рассмотрим IP-адреса как строку битов и выберем те, у которых первый (старший) бит --- 0. Сети с такими адресами являются сетями класса А; их адрес может быть представлен в виде N.H.H.H, где N --- cеть (network), H --- хост (host). Под адрес абонента отводится 3 байта, это означает, что внутри локальной сети может находиться сразу 16 млн компьютеров. Соответственно, адрес сети занимает 1 байт. В связи с тем, что адреса класса А имеют 8-разрядный сетевой префикс (т.е. сеть идентифицируется 8 битами), их обозначают записью /8. Cетям класса B (N.N.H.H) соответствуют IP-адреса, начальные биты которых --- 10, сетям класса C (N.N.N.H) --- адреса, начальные биты которых --- 110. Аналогично обозначению сетей класса А, сети классов B, C, D обозначаются /16 и /24.
Line 16: Line 17:
Зедсь мжно вспмнить о такомпонятии как протокол. Вообще, протокол это документ, который описывает, как происх. взаим. п сети в разных случаях. Таких протоколов очен много. В частности, на каждом из уровней есть свои протоолкы. На уровне сетевом (где есть задачи пронумеровать все машины и орг. маршрут.) тже есть свои протоколы, которые позв. решать какие-то задачи. Главная задача, которая должна здесь решаться --- задача передачи диаг. сообщ. Например, невозм. организация маршрута. Причём, про это не знает ни наша мешина, ни сосдедняя, а только в середине маршрута. Тогда надо послать диаг. сообщение оттуда, что пакет не будет дост. Эт одна из чень мнгих задач, которые надо рещать, когда нам надо посл. диаг. о происх. Этот протокол называется ICMP, Internet Connection Management Protocol. Это происх. прямо на уровне ip. В частности, команда ping пользуется одиним из типов таких собщ., на посылает спец. пакет, ICMP-пакет, в котором написано "ответь мне пожалуйста". Ну, там есть ещё некая инф. о том, какой номер такого пакета. Согласно протоколу icmp получатель бязан отослать по получении ответ. Сетям класса D соответствуют адреса, начальные биты которых --- 1110. Такие сети используются для для групповой передачи данных. Существуют также сети класса E, их старшие биты --- 1111, это экспериментальные сети.
Line 18: Line 19:
Несмотря на очеаидный системный характер протокола ICMP --- он не несёт никаких данных, чрезвычайно вредно уроезать его. При этм действительно нужно знать, какие типы ICMP действительно нужны, а какие --- нет. Рассмотрим примеры IP-адресов с указанием маски сети и их связь с классами сетей: 127.0.0.1/8 --- IP-адрес класса А, 192.168.10.2/24 -- адрес в сети класса С, 10.1.2.15/24 --- адрес в подсети с маской /24 в сети класса А.
Line 20: Line 21:
Чтобы закрыть вопрос с IP-адресами, лектор добавит вот что: задача перенумеровать все компьютеры адресами невыполнима. Например, есть большое количество компьютеров, которым внешние адреса не нужны. С одной стороны есть преобразование адресов, с другой стороны, есть адресов, которые неуникальны в интернете. В частности, у каждого сетевого интерфейса есть loopback и адрес 127.0.0.1. Диапазон адресов класса A, который начинается на 10., также неуникален. Кроме того адреса в диапазоне, 192.168.0.0/16 тоже можно раздавать без трукдностей. Другое дело, что любой маршрутизатор вам скажет, что компьютеров с такими адресами быть не может. Также локальны 127.0.0.0/8, 172.16.0.0/12. === Настройка IP-адреса ===

Для операций с IP-адресами машины в системе Linux можно использовать команду {{{ip addr}}}. Примерный вывод этой команды имеет следующий вид:
{{{
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 08:00:46:43:09:11 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
}}}

Как видно из вывода команды {{{ip addr}}}, вся сеть класса А 127.0.0.1/8 по стандарту распределения адресов отведена под локальный сетевой интерфейс, через который данные передаются только в пределах одного компьютера.

Одним из способов задания IP-адреса сетевому интерфейсу является использование команды {{{{ip}}}. Дадим команду {{{ip addr add 192.168.200.117/24 dev eth0}}}, после этого введем {{{ip addr}}}, чтобы посмотреть, что получилось.
{{{
[root@vaio ~]# ip addr add 192.168.200.117/24 dev eth0
[root@vaio ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 08:00:46:43:09:11 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.200.117/24 scope global eth0
}}}

Мы научились вручную настраивать IP-адрес и маску компьютера в сети. В соответствии с маской /24 все компьютеры с адресами 192.168.200.xxx будут считаться принадлежащим нашей же сети, а с другими IP-адресами --- каким-то другим сетям. Однако, мы не указали компьютеру, как следует передавать данные, если их получатель находится в не нашей сети. Для этого нужно рассмотреть IP-маршрутизацию.

=== Отображение IP-адреса в MAC-адрес ===

Прежде чем переходить к маршрутизации, рассмотрим один очень важный вопрос. В случае, если несколько компьютеров объединены средой передачи данных, то каждое устройство может каждому передавать некоторые данные. Но в нашем случае маршрутизация существует на третьем, сетевом уровне, а в СПД определяющим является не IP-адрес, а MAC-адрес, обычно связанный с сетевой картой. Более того, может так случиться, что для MAC-адрес может связываться с различными IP-адресами с течением времени, и IP-адрес может связываться с различными MAC-адресами. Поэтому необходимо рассмотреть, кому передавать фрейм протокола Ethernet, зная только IP абонента. Для этого, прежде чем начнётся передача полезных данных, следует выяснить, на какой MAC-адрес необходимо отправить данные.

Для хранния данных о том, какому IP соответствуют какие MAС, служат ARP-таблицы. Если дать команду {{{ip n}}}, то можно увидеть ARP-таблицу с адресами соседей по среде передачи данных. Обычно мы увидим там компьютер с адресом 1 в нашей же сети.
{{{
[root@vaio ~]# ip n
192.168.200.1 dev eth0 lladdr 00:10:dc:63:fc:c0 REACHABLE
}}}

Если дать команду {{{tcpdump arp}}}, то при начале передачи даннных какой-то машине можно увидеть, что происходит в сети.

{{{
[root@vaio ~]# tcpdump arp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 96 bytes
18:38:02.331053 arp who-has 192.168.200.10 tell vaio.local
18:38:02.331257 arp reply 192.168.200.10 is-at 00:a0:c9:b2:ef:c4 (oui Unknown)
18:38:07.331993 arp who-has vaio.local tell 192.168.200.10
18:38:07.332021 arp reply vaio.local is-at 08:00:46:43:09:11 (oui Unknown)

4 packets captured
4 packets received by filter
0 packets dropped by kernel
}}}

{{{tcpdump arp}}} говорит, что мы слушаем протокол ARP, предназначенный для выяснения MAC-адреса по известному IP-адресу. В момент начала передачи данных компьюитеру с адресом 192.168.200.10 произошло следующее:
 * Протокол IP установил, что адресаи находится в локальной сети, и можно передавать ей данные непосредственно;
 * Для выяснения MAC-адрес этой машины, всем узлам, подключенным к среде передачи данных, посылается eth-фрейм. Он представляеь собой широковещательный ARP-запрос, который сообщает всем остальным машинам примерно следующее: "кому принадлежит адрес 192.168.200.10 - отзовитесь".
 * Получатели принимают этот eth-фрейм, и тот хост, к уторого IPпонимают на уровень ядра, видят, что это за запрос и отвечают, какой MAC у 192.168.200.10.
 * Когда удалённая машина отвечает на пинг, то она проводит аналогичную операцию.

Отметим, что этот протокол отчасти уровня интерфейсного, потому что происходит обмен фреймами протокола Ethernet.



Напомним, что основная задача на сетевом уровне --- пронумеровать все машины и организовать маршрутизацию.

Очевидно, что пронумеровать все компьютеры адресами практически невозможно. Например, есть большое количество компьютеров, которым внешние адреса не нужны. С одной стороны, есть преобразование адресов, с другой --- есть список адресов, которые не уникальны в интернете. В частности, у каждого сетевого интерфейса есть loopback и адрес 127.0.0.1. Диапазон адресов класса A, который начинается на 10., также не уникален. Кроме того, адреса в диапазоне, 192.168.0.0/16 тоже можно раздавать без трудностей. Другое дело, что любой маршрутизатор вам скажет, что компьютеров с такими адресами быть не может. Более того, локальными являются адреса 127.0.0.0/8, 172.16.0.0/12.
Line 24: Line 90:
Прежде чем переходить к марш., решим один очень важный впрос. В случае, если несколько компьютеров объединены СПД, то каждое устойство может каждому передавать каие-т устройства. Но у нас-то маршрутизация сущ. на третьем, стевом, определяющим является не IP, а MAC-адрес, более того, может так случиться, что для MAC-адреса мжет меняться IP, а для IP может меняться MAC. Поэтому не совсем понятно, как может приниматься решение, куда передавать ethernet-frame, ибо мы знаем про абонента только IP. Тут мы встречаемся с понятием сетевой службы, поскольку прежде чем передача данных, должна произойти операция по выяснению того, куда необх. отпр. данные.
Line 26: Line 91:
Для того, чтобы в теч. некрго времени зранить данные о тм, какому IP соотв. какие MAС, служат ARP-таблицы. Если сказать ip n, то можно увидеть своих соседей. Если попинговать соседнюю тачку и после этого сказать, то можно увидеть свою ARP-таблицу. Переходим к собственно маршрутизации. Итак, все проведенные сейчас операции касались машин в локальной сети, то есть машин в той же СПД. Что будет, если мы захотим переслать пакет удалённой машине (в другую СПД)? Ни одной машине в локальной сети этот пакет пересылаться не должен, он должен быть отправлен маршрутизатору. В сети должны быть одна или несколько машин, которые занимаются тем, что перекладывают пакеты с одного интерфейса на другой. Общий алгоритм очень простой. Существуют некие правила, по которым в локальной сети выбираются машины, которым передаются пакеты, не адресованные машинам данной сети. Эти правила и называются маршрутизацией. В общем случае необходимо написать таблицу, определяющую, какая машина отвечает за пересылку пакетов в Интернет или в другую сеть. У обычных хостов содержимое таблицы ограничивается одним или несколькими локальными маршрутизаторами.
Line 28: Line 93:
Если сказать tcpdump arp, то при пинге какой-то тачки можно увидеть, что происх. в сети. Вообще, tcpdump ввергает карточку в сост. просл. всей сети, для того, чтбы знать, что в сети происходит. Для указания маршрутизатора по умолчанию, пользователю необходимо только указать машину, которая является шлюзом (а в случае с DHCP вообще ничего не надо делать): {{{ip route add default via 192.168.200.1}}}. После чего, сделав {{{ip route}}}, мы увидим два маршрута; второй, для локальных адресов, появился автоматически. В таблице маршрутизации указывается, на какие машины для каких адресов посылать пакеты. Маршруты сортируются по величине маски, т.е. количеству бит в ней.
Line 30: Line 95:
tcpdump arp говорит. что мы слушаем arp. Когда мы пинговали 192.168.200.10, мы выяснили что:
 * Эта машина в локальной сети, и можно передавать ей данные прямо так
 * Надо выяснить ARP-адрес этой машины, псылаем широковещательный eth-фрейм, который гворит следующее: "мужики! адрес 192.168.200.10 у кого? Отвечай!"
 * Получатели принимают этот пакет, пдонимают на уровень ядра, видят, что это за запрос и отвечают: Дорогой 192.168.200.117, MAC у 192.168.200.10 такой.
 * Когда удалённая машина отвечает на пинг, т она проводит аналгичную операцию.
Line 36: Line 96:
Этот протокол отчасти уровня интерфейсного, потму чт происх. обмен eth-фреймами. Дальше нужно проверить работоспособность сети, например, дать команду {{{ping 192.168.200.1}}}.
Line 38: Line 98:
Переходим к второй задаче ip, а именно маршрутизации. Мы сейчас всё это время имели дело с локальнй машиной. Что будет, если мы захотим переслать пакет удалённой машине? Ни одной машине в лок. сети этот пакет не нужен. А кому нужен? Маршрутизатору. В сети должны быть одна или неск. машин, которые занимаются тем, что перекладывают пакеты с одного интерфейса на другой. Общий алгоритм очень простой. Сущ. некие правила, по которым в лок. сети выбирается машины, которым передаются пакеты, не адр. машинам данной сети. Эти правила и наз. маршрутизацией. И дальше написания таблички, что за пересылку пакетов в интернет отвечает эта машина, а за пересылку пакетов в жругой класс --- эта, не идёт. Здесь необходимо вспомнить о таком понятии, как протокол. Протокол --- это документ, который описывает, как происходит взаимодействие в сети в различных ситуациях. Таких протоколов очень много, и на каждом из уровней стека TCP/IP есть свои протоколы. Так, на сетевом уровне существуют протоколы, которые из которых позволяет решать определенный круг задач. Основной протокол сетевого уровня --- IP --- предназначен для передачи полезных данных. Другой задачей является передача диагностических сообщений. Например, невозможна организация маршрута до получателя. Более того, про это не знает ни наша машина, ни ближайший маршрутизатор, а только некая машина в середине маршрута. В таком случае оттуда необходимо послать диагностическое сообщение о том, что пакет не будет доставлен. Это одна из многих задач, которые надо решать, когда нам нужно выслать сведения о сложившейся ситуации. Протокол, решающий эти задачи прямо на уровне IP, называется ICMP, Internet Connection Management Protocol. В частности, команда ping пользуется одним из типов таких сообщений (ICMP Echo Request). Она посылает специальный пакет, ICMP-пакет, в котором содержится информация о его номере и нечто вроде "ответь мне пожалуйста". Согласно протоколу ICMP получатель обязан отослать по получении ответ (ICMP Echo Reply).
Line 40: Line 100:
Тем не менее, самих правил, связанных с усл., по которым не будет проходить маршгрутизация. По умолчанию, пользовтаелю надо только указать машину, которая является шлюзом (а в случае с DHCP вообще ничего не надо делать): ip route add default via 192.168.200.1. После чего в ip route увидим два маршрута, второй появился автоматом для локальных адресов. В таблице маршрутизации указывается, на какие машины послуать пакеты для каких адресов. Маршруты сортируются по величине маски. Несмотря на очевидный системный характер протокола ICMP --- он не несёт никаких данных --- чрезвычайно вредно урезать его. При этом нужно знать, какие типы ICMP действительно нужны, а какие --- нет.
Line 42: Line 102:
Как в рещультате форм. маршрут пакета? Это штука вполне динамическая. В каждой точке маршрутизации принимается решение, куда пакет дальше отправить.
Line 44: Line 103:
Чтобы увидеть, как ходит пакет, можно сделать, например, traceroute 89.188.104.91. Как это реализовано? В принципе, в пакете ip есть флаг record route, но его никто не записывает. Вместо этого используется ttl, который уменьшается на 1 каждую секунду и при каждом прохождении через маршрутизатор. Соответственно, сначала посылается ICMP-пакет с ttl=1, и при первом прохождении через маршрутихзатор ttl обнкляется, о чём маршрутизатор посъылает соообщение. Далее посылается пакет с ttl=2. При этом надо понимать, что этот маршщрут не обязан быть таким, но даёт представление о маршруте. Как в результате формируется маршрут пакета? Это выполняется динамически. В каждой точке маршрутизации принимается решение, куда пакет дальше отправить.

Чтобы проследить путь пакет, можно сделать, например,{{{ traceroute 89.188.104.91 }}}. Как это реализовано? В принципе, в пакете IP есть флаг record route, но его никто не записывает (иначе при больших маршрутах пакет бы перерос сам себя). Вместо этого используется ttl (Time To Live), который уменьшается на 1 каждую секунду или при каждом прохождении через маршрутизатор. Соответственно, сначала посылается ICMP-пакет с ttl=1, и при первом прохождении через маршрутизатор ttl обнуляется, о чём маршрутизатор посылает ICMP-сообщение. Далее посылается пакет с ttl=2. При этом необходимо понимать, что этот маршрут не обязан быть таким, но, в целом, это позволяет получить представление о маршруте.
Line 51: Line 113:
|| 0 || 1 || 1 || 1 || || 1 || || || ||55|| 1 || 1 || 1 || || 1 || MaximByshevskiKonopko, ОльгаТочилкина, VsevolodKrishchenko ||  ||

Проблема: tcpdump в текущем ALJ отсутствует. Проясняю ситуацию. VsevolodKrishchenko.

Сетевой уровень

С развитием концепции глобальной сети в сетевой уровень стека TCP/IP были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня. Задачей протокола сетевого уровня IP (Internet Protocol) является передача данных между устройствами, которые, вообще говоря, не находятся в одной среде передачи данных. Для этого необходимо определить, во-первых, механизм адресации, чтобы можно было выделить среди множества компьютеров тот, которому предназначены данные, и, во-вторых, механизм маршрутизации, позволяющий доставку пакетов между различными сетями. Рассмотрим подробнее каждую из этих двух функций протокола IP.

IP-адресация

Адрес устройства в сети, использующий протокол IP версии 4, состоит из четырех байт, которые обычно записываются как четыре десятичных числа от 0 до 255, разделенные точками. Распределением IP-адресов в масштабах земного шара занимается организация IANA. Эта организация выделяет диапазоны адресов другим организациям, затем эти диапазоны делятся на более мелкие диапазоны и в конце концов присваиваются компьютерным сетям, и внутри сети устройствам присваиваются адреса из присвоенного этой сети диапазона.

Диапазоны IP-адресов организуются так, что у всех компьютеров сети первые несколько бит адреса совпадают, то есть адрес можно разделить на две части. Первая из них адресует сеть и одинакова для всех устройств в данной среды передачи данных, а вторая -- хост в сети, т. е. конкретное устройство, например компьютер или сетевой принтер. Записывается это следующим образом: после собственно адреса указывается количество бит, адресующих сеть, например 127.0.0.1/8 или 192.168.200.10/24. Количество бит идентификатора хоста (k) позволяет вычислить максимально возможное количество машин в сети: оно равно 2^k-2. Кроме приведенной краткой формой записи маски, существует и другая, когда маску, подобно адресу, записывают в виде четырех десятичных чисел. При этом равный единице двоичный разряд соответствует адресу сети, а равный нулю --- адресу хоста. Таким образом, краткой записи маски /24 соответствует полная маска 255.255.0.0.

Назначение масок и адресов сети следующее: если адрес сети двух компьютеров совпадает, то они подключены к одной среде передачи данных, и передача между ними является локальной. Если адреса сети назначения отличается от адреса сети отправителя, то речь необходимо определить маршрут следования IP-пакета с данными. Для решения этой задачи существует IP-маршрутизация.

Ранее использовалась несколько иная, классовая, система IP-адресов. В соответствии с ней IP-адреса делятся на четыре класса: A, B, C, D и E. Принадлежность к тому или иному классу определяется следующим образом: рассмотрим IP-адреса как строку битов и выберем те, у которых первый (старший) бит --- 0. Сети с такими адресами являются сетями класса А; их адрес может быть представлен в виде N.H.H.H, где N --- cеть (network), H --- хост (host). Под адрес абонента отводится 3 байта, это означает, что внутри локальной сети может находиться сразу 16 млн компьютеров. Соответственно, адрес сети занимает 1 байт. В связи с тем, что адреса класса А имеют 8-разрядный сетевой префикс (т.е. сеть идентифицируется 8 битами), их обозначают записью /8. Cетям класса B (N.N.H.H) соответствуют IP-адреса, начальные биты которых --- 10, сетям класса C (N.N.N.H) --- адреса, начальные биты которых --- 110. Аналогично обозначению сетей класса А, сети классов B, C, D обозначаются /16 и /24.

Сетям класса D соответствуют адреса, начальные биты которых --- 1110. Такие сети используются для для групповой передачи данных. Существуют также сети класса E, их старшие биты --- 1111, это экспериментальные сети.

Рассмотрим примеры IP-адресов с указанием маски сети и их связь с классами сетей: 127.0.0.1/8 --- IP-адрес класса А, 192.168.10.2/24 -- адрес в сети класса С, 10.1.2.15/24 --- адрес в подсети с маской /24 в сети класса А.

Настройка IP-адреса

Для операций с IP-адресами машины в системе Linux можно использовать команду ip addr. Примерный вывод этой команды имеет следующий вид:

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 08:00:46:43:09:11 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

Как видно из вывода команды ip addr, вся сеть класса А 127.0.0.1/8 по стандарту распределения адресов отведена под локальный сетевой интерфейс, через который данные передаются только в пределах одного компьютера.

Одним из способов задания IP-адреса сетевому интерфейсу является использование команды {ip. Дадим команду ip addr add 192.168.200.117/24 dev eth0, после этого введем ip addr, чтобы посмотреть, что получилось.

[root@vaio ~]# ip addr add 192.168.200.117/24 dev eth0
[root@vaio ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 08:00:46:43:09:11 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.200.117/24 scope global eth0

Мы научились вручную настраивать IP-адрес и маску компьютера в сети. В соответствии с маской /24 все компьютеры с адресами 192.168.200.xxx будут считаться принадлежащим нашей же сети, а с другими IP-адресами --- каким-то другим сетям. Однако, мы не указали компьютеру, как следует передавать данные, если их получатель находится в не нашей сети. Для этого нужно рассмотреть IP-маршрутизацию.

Отображение IP-адреса в MAC-адрес

Прежде чем переходить к маршрутизации, рассмотрим один очень важный вопрос. В случае, если несколько компьютеров объединены средой передачи данных, то каждое устройство может каждому передавать некоторые данные. Но в нашем случае маршрутизация существует на третьем, сетевом уровне, а в СПД определяющим является не IP-адрес, а MAC-адрес, обычно связанный с сетевой картой. Более того, может так случиться, что для MAC-адрес может связываться с различными IP-адресами с течением времени, и IP-адрес может связываться с различными MAC-адресами. Поэтому необходимо рассмотреть, кому передавать фрейм протокола Ethernet, зная только IP абонента. Для этого, прежде чем начнётся передача полезных данных, следует выяснить, на какой MAC-адрес необходимо отправить данные.

Для хранния данных о том, какому IP соответствуют какие MAС, служат ARP-таблицы. Если дать команду ip n, то можно увидеть ARP-таблицу с адресами соседей по среде передачи данных. Обычно мы увидим там компьютер с адресом 1 в нашей же сети.

[root@vaio ~]# ip n
192.168.200.1 dev eth0 lladdr 00:10:dc:63:fc:c0 REACHABLE

Если дать команду tcpdump arp, то при начале передачи даннных какой-то машине можно увидеть, что происходит в сети.

[root@vaio ~]# tcpdump arp
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 96 bytes
18:38:02.331053 arp who-has 192.168.200.10 tell vaio.local
18:38:02.331257 arp reply 192.168.200.10 is-at 00:a0:c9:b2:ef:c4 (oui Unknown)
18:38:07.331993 arp who-has vaio.local tell 192.168.200.10
18:38:07.332021 arp reply vaio.local is-at 08:00:46:43:09:11 (oui Unknown)

4 packets captured
4 packets received by filter
0 packets dropped by kernel

tcpdump arp говорит, что мы слушаем протокол ARP, предназначенный для выяснения MAC-адреса по известному IP-адресу. В момент начала передачи данных компьюитеру с адресом 192.168.200.10 произошло следующее:

  • Протокол IP установил, что адресаи находится в локальной сети, и можно передавать ей данные непосредственно;
  • Для выяснения MAC-адрес этой машины, всем узлам, подключенным к среде передачи данных, посылается eth-фрейм. Он представляеь собой широковещательный ARP-запрос, который сообщает всем остальным машинам примерно следующее: "кому принадлежит адрес 192.168.200.10 - отзовитесь".
  • Получатели принимают этот eth-фрейм, и тот хост, к уторого IPпонимают на уровень ядра, видят, что это за запрос и отвечают, какой MAC у 192.168.200.10.
  • Когда удалённая машина отвечает на пинг, то она проводит аналогичную операцию.

Отметим, что этот протокол отчасти уровня интерфейсного, потому что происходит обмен фреймами протокола Ethernet.

Напомним, что основная задача на сетевом уровне --- пронумеровать все машины и организовать маршрутизацию.

Очевидно, что пронумеровать все компьютеры адресами практически невозможно. Например, есть большое количество компьютеров, которым внешние адреса не нужны. С одной стороны, есть преобразование адресов, с другой --- есть список адресов, которые не уникальны в интернете. В частности, у каждого сетевого интерфейса есть loopback и адрес 127.0.0.1. Диапазон адресов класса A, который начинается на 10., также не уникален. Кроме того, адреса в диапазоне, 192.168.0.0/16 тоже можно раздавать без трудностей. Другое дело, что любой маршрутизатор вам скажет, что компьютеров с такими адресами быть не может. Более того, локальными являются адреса 127.0.0.0/8, 172.16.0.0/12.

Вторая проблема, которую надо решить --- маршрутизация.

Переходим к собственно маршрутизации. Итак, все проведенные сейчас операции касались машин в локальной сети, то есть машин в той же СПД. Что будет, если мы захотим переслать пакет удалённой машине (в другую СПД)? Ни одной машине в локальной сети этот пакет пересылаться не должен, он должен быть отправлен маршрутизатору. В сети должны быть одна или несколько машин, которые занимаются тем, что перекладывают пакеты с одного интерфейса на другой. Общий алгоритм очень простой. Существуют некие правила, по которым в локальной сети выбираются машины, которым передаются пакеты, не адресованные машинам данной сети. Эти правила и называются маршрутизацией. В общем случае необходимо написать таблицу, определяющую, какая машина отвечает за пересылку пакетов в Интернет или в другую сеть. У обычных хостов содержимое таблицы ограничивается одним или несколькими локальными маршрутизаторами.

Для указания маршрутизатора по умолчанию, пользователю необходимо только указать машину, которая является шлюзом (а в случае с DHCP вообще ничего не надо делать): ip route add default via 192.168.200.1. После чего, сделав ip route, мы увидим два маршрута; второй, для локальных адресов, появился автоматически. В таблице маршрутизации указывается, на какие машины для каких адресов посылать пакеты. Маршруты сортируются по величине маски, т.е. количеству бит в ней.

Дальше нужно проверить работоспособность сети, например, дать команду ping 192.168.200.1.

Здесь необходимо вспомнить о таком понятии, как протокол. Протокол --- это документ, который описывает, как происходит взаимодействие в сети в различных ситуациях. Таких протоколов очень много, и на каждом из уровней стека TCP/IP есть свои протоколы. Так, на сетевом уровне существуют протоколы, которые из которых позволяет решать определенный круг задач. Основной протокол сетевого уровня --- IP --- предназначен для передачи полезных данных. Другой задачей является передача диагностических сообщений. Например, невозможна организация маршрута до получателя. Более того, про это не знает ни наша машина, ни ближайший маршрутизатор, а только некая машина в середине маршрута. В таком случае оттуда необходимо послать диагностическое сообщение о том, что пакет не будет доставлен. Это одна из многих задач, которые надо решать, когда нам нужно выслать сведения о сложившейся ситуации. Протокол, решающий эти задачи прямо на уровне IP, называется ICMP, Internet Connection Management Protocol. В частности, команда ping пользуется одним из типов таких сообщений (ICMP Echo Request). Она посылает специальный пакет, ICMP-пакет, в котором содержится информация о его номере и нечто вроде "ответь мне пожалуйста". Согласно протоколу ICMP получатель обязан отослать по получении ответ (ICMP Echo Reply).

Несмотря на очевидный системный характер протокола ICMP --- он не несёт никаких данных --- чрезвычайно вредно урезать его. При этом нужно знать, какие типы ICMP действительно нужны, а какие --- нет.

Как в результате формируется маршрут пакета? Это выполняется динамически. В каждой точке маршрутизации принимается решение, куда пакет дальше отправить.

Чтобы проследить путь пакет, можно сделать, например, traceroute 89.188.104.91 . Как это реализовано? В принципе, в пакете IP есть флаг record route, но его никто не записывает (иначе при больших маршрутах пакет бы перерос сам себя). Вместо этого используется ttl (Time To Live), который уменьшается на 1 каждую секунду или при каждом прохождении через маршрутизатор. Соответственно, сначала посылается ICMP-пакет с ttl=1, и при первом прохождении через маршрутизатор ttl обнуляется, о чём маршрутизатор посылает ICMP-сообщение. Далее посылается пакет с ttl=2. При этом необходимо понимать, что этот маршрут не обязан быть таким, но, в целом, это позволяет получить представление о маршруте.


Сведения о ресурсах

Готовность (%)

Продолжительность (ак. ч.)

Подготовка (календ. ч.)

Полный текст (раб. д.)

Предварительные знания

Level

Maintainer

Start date

55

1

1

1

1

MaximByshevskiKonopko, ОльгаТочилкина, VsevolodKrishchenko


PspoClasses/080702/04IP (last edited 2008-10-04 10:24:12 by VsevolodKrishchenko)