Работа с несколькими сетевыми интерфейсами
Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам передачи данных. Для машин с несколькими сетевыми интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демультиплексора m x n. Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.
Межсетевой протокол IP
Модуль IP является базовым элементом технологии Internet, а центральной частью IP является его таблица маршрутов. Протокол IP использует эту таблицу при принятии всех решений о маршрутизации IP-пакетов. Содержание таблицы маршрутов определяется администратором сети. Ошибки при установке маршрутов могут заблокировать передачи.
Прямая маршрутизация
Протокол IP требует дополнительных расходов на создание, передачу и обработку IP-заголовка. Когда в машине модуль IP получает IP-пакет от некоторой машины A, он сопоставляет IP-адрес места назначения со своим, и, если адреса совпадают, то передает датаграмму протоколу верхнего уровня. В данном случае используется прямая маршрутизация.
Косвенная маршрутизация
Рассмотрим случай, когда сеть Internet состоит из трех сетей Ethernet, на базе которых работают три IP-сети, объединенные некоторым шлюзом. Каждая IP-сеть включает четыре машины; каждая машина имеет свои собственные IP- и Ethernet адреса.
|
|
|
Шлюз соединяет все три сети и, следовательно, имеет три IP-адреса и три Ethernet-адреса. Эта машина имеет стек протоколов TCP/IP, но вместо двух модулей ARP и двух драйверов, он содержит три модуля ARP и три драйвера Ethernet, хотя эта машина имеет только один модуль IP.
Менеджер сети присваивает каждой сети Ethernet уникальный номер, называемый IP-номером сети.
Когда первая машина посылает IP-пакет второй машине, то процесс передачи идет в пределах одной сети. При всех взаимодействиях между машинами, подключенными к одной IP-сети, используется прямая маршрутизация. Каждая пара машин, связанных со шлюзом, принадлежит одной IP-сети. Однако, если какая-нибудь машина взаимодействует с машинами, включенными в другую IP-сеть, то взаимодействие уже не будет прямым. Эта машина должна использовать шлюз для ретрансляции IP-пакетов в другую IP-сеть. Такое взаимодействие называется «косвенным».
Если какая-то машина посылает некой другой машине IP-пакет, то IP-адрес и Ethernet-адрес отправителя соответствуют адресам первой машины. IP-адрес места назначения является адресом второй машины, но поскольку модуль IP в первую машину посылает IP-пакет через шлюз, Ethernet-адрес места назначения является адресом этого шлюза.
|
|
|
Таким образом можно сделать вывод о том, что при прямой маршрутизации IP- и Ethernet-адреса отправителя соответствуют адресам того узла, который послал IP-пакет, а IP- и Ethernet-адреса места назначения соответствуют адресам получателя. При косвенной маршрутизации IP- и Ethernet-адреса не образуют таких пар.
Правила маршрутизации в модуле IP
Для отправляемых IP-пакетов, поступающих от модулей верхнего уровня, модуль IP должен определить способ доставки – прямой или косвенный – и выбрать сетевой интерфейс. Этот выбор делается на основании результатов поиска в таблице маршрутов.
Для принимаемых IP-пакетов, поступающих от сетевых драйверов, модуль IP должен решить, нужно ли ретранслировать IP-пакет по другой сети или передать его на верхний уровень. Если модуль IP решит, что IP-пакет должен быть ретранслирован, то дальнейшая работа с ним осуществляется также, как с отправляемыми IP-пакетами. Входящий IP-пакет никогда не ретранслируется через тот же сетевой интерфейс, через который он был принят.
Решение о маршрутизации принимается до того, как IP-пакет передается сетевому драйверу, и до того, как происходит обращение к ARP-таблице.
|
|
|
IP-адрес
Менеджер сети присваивает IP-адреса машинам в соответствии с тем, к каким IP-сетям они подключены. Старшие биты 4-х байтного IP-адреса определяют номер IP-сети. Оставшаяся часть IP-адреса - номер узла (хостномер). Для машины с IP-адресом 223.1.2.1 сетевой номер равен 223.1.2, а хост-номер - 1. Напомним, что IP-адрес узла идентифицирует точку доступа модуля IP к сетевому интерфейсу, а не всю машину.
Некоторые IP-адреса являются выделенными и трактуются по-особому. В выделенных IP-адресах все нули соответствуют либо данному узлу, либо данной IP-сети, а IP-адреса, состоящие из всех единиц, используются при широковещательных передачах. Для ссылок на всю IP-сеть в целом используется IP-адрес с нулевым номером узла. Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Он используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Когда программа посылает данные по IP-адресу 127.0.0.1, то образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются модулям верхнего уровня, как только что принятые. Поэтому в IP-сети запрещается присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся со 127.
|
|
|
Подсети
Адресное пространство сети Internet может быть разделено на непересекающиеся подпространства – «подсети», с каждой из которых можно работать как с обычной сетью TCP/IP. Таким образом, единая IP-сеть организации может строиться как объединение подсетей. Как правило, подсеть соответствует одной физической сети, например, одной сети Ethernet.
Конечно, использование подсетей необязательно. Можно просто назначить для каждой физической сети свой сетевой номер. Однако такое решение имеет два недостатка. Первый, и менее существенный, заключается в пустой трате сетевых номеров. Более серьезный недостаток состоит в том, что если ваша организация имеет несколько сетевых номеров, то машины вне ее должны поддерживать записи о маршрутах доступа к каждой из этих IP-сетей. Таким образом, структура IP-сети организации становится видимой для всего мира. При каких-либо изменениях в IP-сети информация о них должна быть учтена в каждой из машин, поддерживающих маршруты доступа к данной IP-сети.
Подсети позволяют избежать этих недостатков. Организация должна получить один сетевой номер. Стандарты TCP/IP определяют структуру IP-адресов. Оставшаяся часть IP-адреса может использоваться, как угодно. Например, можно решить, что третий октет будет определять номер подсети, а четвертый октет - номер узла в ней. Обязательно надо описать конфигурацию подсетей в файлах, определяющих маршрутизацию IP-пакетов. Это описание является локальным для конкретной организации и не видно вне нее. Все машины вне этой организации видят одну большую IP-сеть. Следовательно, они должны поддерживать только маршруты доступа к шлюзам, соединяющим эту IP-сеть с остальным миром. Изменения, происходящие в IP-сети организации, не видны вне нее. Легко можно добавить новую подсеть, новый шлюз и т.п.
IP-таблица маршрутов
Чтобы узнать, какой именно интерфейс нужно использовать для отправления IP-пакета модуль IP осуществляет поиск в таблице маршрутов. Ключом поиска служит номер IP-сети, выделенный из IP-адреса места назначения IP-пакета.
Таблица маршрутов содержит по одной строке для каждого маршрута. Основными столбцами таблицы маршрутов являются номер сети, флаг прямой или косвенной маршрутизации, IP-адрес шлюза и номер сетевого интерфейса. Эта таблица используется модулем IP при обработке каждого отправляемого IP-пакета.
В большинстве систем таблица маршрутов может быть изменена с помощью команды «route». Содержание таблицы маршрутов определяется менеджером сети, поскольку менеджер сети присваивает машинам IP-адреса.
Протокол TCP
Протокол TCP предоставляет транспортные услуги, отличающиеся от услуг UDP. Вместо ненадежной доставки датаграмм без установления соединений, он обеспечивает гарантированную доставку с установлением соединений в виде байтовых потоков.
Протокол TCP используется в тех случаях, когда требуется надежная доставка сообщений. Он освобождает прикладные процессы от необходимости использовать таймауты и повторные передачи для обеспечения надежности. Наиболее типичными прикладными процессами, использующими TCP, являются FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) и TELNET. Кроме того, TCP используют система X-Window, rcp (remote copy – удаленное копирование) и другие «r-команды». Большие возможности TCP даются не бесплатно. Реализация TCP требует большой производительности процессора и большой пропускной способности сети. Внутренняя структура модуля TCP гораздо сложнее структуры модуля UDP.
Прикладные процессы взаимодействуют с модулем TCP через порты. Для отдельных приложений выделяются общеизвестные номера портов. Например, сервер TELNET использует порт номер 23. Клиент TELNET может получать услуги от сервера, если установит соединение с TCP-портом 23 на его машине.
Когда прикладной процесс начинает использовать TCP, то модуль TCP на машине клиента и модуль TCP на машине сервера начинают общаться. Эти два оконечных модуля TCP поддерживают информацию о состоянии соединения, называемого виртуальным каналом. Этот виртуальный канал потребляет ресурсы обоих оконечных модулей TCP. Канал является дуплексным; данные могут одновременно передаваться в обоих направлениях. Один прикладной процесс пишет данные в TCP-порт, они проходят по сети, и другой прикладной процесс читает их из своего TCP-порта.
Протокол TCP разбивает поток байт на пакеты; он не сохраняет границ между записями. Например, если один прикладной процесс делает 5 записей в TCP-порт, то прикладной процесс на другом конце виртуального канала может выполнить 10 чтений для того, чтобы получить все данные. Но этот же процесс может получить все данные сразу, сделав только одну операцию чтения. Не существует зависимости между числом и размером записываемых сообщений с одной стороны и числом, и размером считываемых сообщений, с другой стороны.
Протокол TCP требует, чтобы все отправленные данные были подтверждены принявшей их стороной. Он использует таймауты и повторные передачи для обеспечения надежной доставки. Отправителю разрешается передавать некоторое количество данных, не дожидаясь подтверждения приема ранее отправленных данных. Таким образом, между отправленными и подтвержденными данными существует окно уже отправленных, но еще неподтвержденных данных. Количество байт, которые можно передавать без подтверждения, называется размером окна. Как правило, размер окна устанавливается в стартовых файлах сетевого программного обеспечения. Так как TCP-канал является дуплексным, то подтверждения для данных, идущих в одном направлении, могут передаваться вместе с данными, идущими в противоположном направлении. Приемники на обеих сторонах виртуального канала выполняют управление потоком передаваемых данных для того, чтобы не допускать переполнения буферов.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 481; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!