Структура та призначення таблиць маршрутизації

По-друге, програмне забезпечення автоматично заносить в таблицю маршрутизації записи про особливі IР-адреси. У наведених прикладах таблиця маршрутизатора MPR Windows NT містить найбільш повний набір записів такого роду. Кілька записів у цій таблиці пов'язані з особливою адресою 127.0.0.0 (loopback), яка використовується для локального тестування стека TCP/IP.  Пакети, спрямовані в мережу з номером 127.0.0.0, не передаються протоколом IP на канальний рівень для наступної передачі в мережу, а вертаються в джерело - локальний модуль IP.

Записи з адресою 224.0.0.0 потрібні для обробки групових адрес (multicast address). Крім того, у таблицю можуть бути занесені адреси, призначені для обробки широкомовних розсилань (наприклад, записи 8 і 11 містять адреси відправлення широкомовного повідомлення у відповідних підмережах, а останній запис у таблиці - адреса обмеженого широкомовного розсилання повідомлення).

В деяких таблицях запису про особливі адреси взагалі відсутні!

Другим джерелом появи запису в таблиці є сам адміністратор, що безпосередньо формує запис за допомогою деякої системної утиліти.

В апаратних маршрутизаторах також завжди є команда для ручного завдання записів таблиці маршрутизації. Задані вручну записи завжди є статичними, тобто не мають сроку закінчення життя. Ці записи можуть бути як постійними, тобто, що зберігаються при перезавантаженні маршрутизатора, так і тимчасовими, що зберігаються в таблиці тільки до вимикання обладнання.

Часто адміністратор вручну вносить запис default про маршрутизатор за замовчуванням.  У такий же спосіб у таблицю маршрутизації може бути внесений запис про специфічний для вузла маршрут.

Специфічний для вузла маршрут містить замість номера мережі повну IР-адресу, тобто адресу, що має ненульову інформацію не тільки в полі номера мережі, але й у полі номера вузла.

Передбачається, що для такого кінцевого вузла маршрут повинен вибиратися не так, як для всіх інших вузлів мережі, до якої він відноситься. У випадку, коли в таблиці є різні записи про просування пакетів для всієї мережі і її окремого вузла, при надходженні пакета, адресованого вузлу, маршрутизатор віддасть перевагу запису з повною адресою вузла.

І, нарешті, третім джерелом записів можуть бути протоколи маршрутизації. Такі записи завжди є динамічними, тобто мають обмежений срок життя.

9. Протокол ARP

Забезпеченням погодженої роботи в мережі, що складається з під мереж, які використовують у загальному випадку різні технології, займається рівень міжмережевих інтерфейсів стека TCP/IP. На цьому рівні визначаються специфікації упакування (інкапсуляції) IР-пакетів у кадри локальних технологій.

Крім цього, рівень міжмережевих інтерфейсів повинен займатися також вкрай важливим завданням - відображенням IР-адрес на локальні адреси. Для цього використовується протокол ARP.

Протокол ARP (Address Resolution Protocol) - протокол міжмережевого рівня стека TCP/IP, який дозволяє визначати адреси мережних адаптерів вузлів, по їх відомих IР-адресам.

Протокол ARP працює різним чином залежно від того, який протокол канального рівня працює в даній мережі - протокол локальної мережі (Ethernet, Token Ring, FDDI) з можливістю широкомовного доступу одночасно до всіх вузлів мережі або ж протокол глобальної мережі (Х.25, frame relay), як правило не підтримуючий широкомовний доступ.

Оскільки при включенні пакетів IP у пакети канального рівня, виникає проблема визначення MАС-адреси по відомій IР-адресі станції мережі, то цілком очевидно, що може виникнути й зворотня проблема - знаходження IР-адреси по відомій локальній адресі.

              Для цього завдання був розроблений зворотний ARP протокол, який називається реверсивним ARP (Reverse Address Resolution Protocol, RARP). Він може використовуватися при старті бездискових станцій мережі, які в початковий момент своєї IР-адреси ще не знають, але знають точно адресу свого мережного адаптера.

Необхідність у звертанні до протоколу ARP виникає щораз, коли модуль IP передає пакет на рівень мережних інтерфейсів, наприклад драйверу Ethernet.

IР-адреса вузла призначення відома модулю IP. Завдання протоколу ARP полягає в тому, щоб на його основі знайти МАС-адресу вузла призначення.

Ідея, що лежить в основі роботи протоколу ARP, точно така, яку більшість людей використовує, коли їм треба знайти одну людину X у юрбі зі 150 людей: людина, яка прагне знайти, кличе досить голосно, щоб кожний у юрбі міг його почути, а той, кого кличуть, відповідає. Коли він відповідає, ми дізнаємомося, яка людина нам потрібна. Так і тут: коли протокол ARP прагне знайти MАС-адресу, наприклад Ethernet, що відповідає даній IР-адресі, він використовує властивість Ethernet адресувати пакети всім машинам у мережі одночасно - широкомовні запити. Але не будемо забігати вперед і один за одним докладно розглянемо роботу протоколу ARP.

Робота протоколу ARP починається з перегляду так званої ARP-таблиці. Нижче приведений конкретний приклад ARP-таблиці, так сказати результат роботи протоколу ARP (але не остаточний, звичайно ж).

Окрема ARP-таблиця будується для кожної мережі, підключеної до мережного адаптера комп'ютера або до порту маршрутизатора. Кожний рядок таблиці встановлює відповідність між IР-адресою та МАС-адресою.

У цій таблиці існує поле - "Тип запису", яке може містити одне із двох значень - "динамічний" або "статичний".

Статичні записи створюються вручну за допомогою спеціальної утиліти arp. Статичні записи не мають сроку старіння, точніше, вони існують доти, поки комп'ютер або маршрутизатор не будуть виключені.

Динамічні  записи створюються модулем протоколу ARP, який використовує широкомовні можливості локальних мережних технологій. Динамічні записи повинні періодично оновлюватись. Якщо запис не обновлявся протягом певного часу (порядку декількох хвилин), то він виключається з таблиці.

              Таким чином, в ARP-таблиці втримуються записи не про всі вузли мережі, а тільки про ті, які беруть активну участь у мережних операціях.

Оскільки такий спосіб зберігання інформації називають кешуванням, ARP-таблиці іноді називають ARP-кеш.

У глобальних мережах адміністраторові мережі найчастіше доводиться вручну формувати ARP-таблиці, у яких він задає, наприклад, відповідність IР-адреси адресі вузла мережі Х.25, яка має для протоколу IP зміст локальної адреси.

Хоча треба відзначити, що останнім часом намітилася тенденція автоматизації роботи протоколу ARP і в глобальних мережах. Для цієї мети серед усіх маршрутизаторів, підключених до якої-небудь глобальної мережі, виділяється спеціальний маршрутизатор, який веде ARP-таблицю для всіх інших вузлів і маршрутизаторів цієї мережі. При такому централізованому підході для всіх вузлів і маршрутизаторів вручну потрібно задати тільки IР-адресу і локальну адресу виділеного маршрутизатора. Потім кожний вузол і маршрутизатор реєструє свої адреси у виділеному маршрутизаторі, а при необхідності встановлення відповідності між IР-адресою та локальною адресою вузол звертається до виділеного маршрутизатора із запитом і автоматично одержує відповідь без участі адміністратора. Працюючий у такий спосіб маршрутизатор називають ARP-сервером.

Отже, ми визначили, що перед тем, як передати свій пакет на канальний рівень протокол IP повинен визначити MАС-адресу, необхідну для переміщення кадра в локальній мережі. Для цього модуль IP звертається до модуля ARP із запитом на дозвіл адреси, відбувається пошук в ARP -таблиці зазначеної в запиті IР-адреси.

У випадку, якщо запитувана адреса в ARP -таблиці відсутня, то вихідний IР-пакет, для якого потрібно було визначити локальну адресу, ставиться в чергу.

А протокол ARP формує свій запит - ARP-запит, вкладає його в кадр протоколу канального рівня і розсилає цей запит широкомовно всім вузлам мережі. В одному з полів ARP-запиту вказується IP адреса шуканого вузла, а для невідомої його локальної адреси існує поле, яке спеціально заповнене нулями.

Всі вузли локальної мережі одержують ARP-запит і порівнюють зазначену там IР-адресу із власною.

Як тільки який-небудь із вузлів виявляє збіг IP адреси, зазначеної в ARP-запиті, зі своєю IР-адресою, він формує ARP-відповідь.

В ARP-відповідь він поміщує свою IР-адресу й свою локальну адресу, як вузла відправника, а локальну адресу вузла, від якого він одержав ARP-запит, він записує в поле, яке було заповнено в цьому ARP-запиті нулями. Потім він відправляє свою ARP-відповідь, тепер уже на конкретну адресу, тому що в ARP-запиті вузол-відправник вказав свою локальну адресу.

ARP-запити і відповіді використовують один і той самий формат пакету. Давайте подивимося на приклад ARP-запиту та відповіді для передачі по мережі Ethernet.

У поле "тип мережі" для мереж Ethernet вказується значення 1.

Поле "тип протоколу" дозволяє використовувати протокол ARP не тільки для протоколу IP, але й для інших мережних протоколів. Для IP значення цього поля рівно 080016.

Довжина локальної адреси для протоколу Ethernet рівна 6 байт, а довжина IР-адреси - 4 байт. У поле операції для ARP-запитів вказується значення 1, якщо це запит, і 2, якщо це відповідь.

Із цього запиту помітно, що в мережі Ethernet вузол з IР-адресою 194.85.135.75 намагається визначити, яка МАС-адреса має інший вузол тієї ж мережі, мережна адреса якого 194.85.135.65.

Поле шуканої локальної адреси заповнене нулями.

Відповідь надсилає вузол, що впізнав свою IР-адресу. Треба відзначити, що якщо в мережі немає машини із шуканою IР-адресою, те ARP-відповіді не буде. Протокол IP знищує IР-пакети, що направляються по цій адресі.

ARP-відповідь, яка могла б виникнути на наведений вище приклад ARP-запиту виглядає таким чином:

Цю відповідь одержує вузол, який зробив ARP-запит.

Модуль протоколу ARP аналізує ARP-відповідь і додає запис у свою ARP-таблицю, яка тепер може виглядати так:

В результаті обміну цими двома ARP-повідомленнями модуль ІР-вузла 194.85.135.75 визначив, що IР-адресі 194.85.135.65 відповідає МАС-адреса  00E0F77F1920.

Таким чином, в ARP-таблиці з'являється автоматично новий запис, лише через кілька мілісекунд після того, як вона стала потрібна.

Деякі реалізації IP та ARP не ставлять IР-пакети у чергу на час очікування ARP-відповідей. Замість цього IР-пакет просто знищується, а його відновлення покладається на модуль TCP або прикладний процес. Таке відновлення виконується за допомогою тайм-аутів і повторних передач. Повторна передача повідомлення буде проходити успішно, тому що після першої спроби в ARP-таблиці потрібний запис уже існує.

27

10. Висновки.

В цілому, зрозуміло, що таблиці маршрутизації – важлива частина протоколу TCP/IP в Windows. Для розуміння інформації, що знаходиться в таблицях маршрутизації, необхідно зрозуміти принцип роботи маршрутизатора. Робота маршрутизатора полягає в тому, щоб направляти трафік з однієї мережі в іншу. Тому маршрутизатор може складатися з декількох мережних адаптерів, кожний з яких підключений до різних мережних сегментів. Коли користувач відправляє пакет в інший мережний сегмент, а не той, до якого підключений комп'ютер, то пакет направляється в маршрутизатор. Тоді маршрутизатор визначає сегмент, у який необхідно направити даний пакет. Не має значення, чи підключений маршрутизатор до двох мережних сегментів або десяти. Процес прийняття маршрутизатором рішення однаковий, і ґрунтується він саме на таблицях маршрутизації. Якщо необхідно переглянути таблицю маршрутизації, то потрібно відкрити командний рядок і ввести там команду ROUTE PRINT.

Таким чином, у даній роботі були розглянуті принципи роботи маршрутизаторів і призначення таблиць маршрутизації. Якщо ж користувачеві потрібна додаткова допомога, можна одержати додаткові приклади, ввівши команду ROUTE /? Command.

27

11. Список використаної літератури.

1)     Інтернет-ресурс http://doki.org.ua. Огляд Internet Protocol (IP).

2)     Інтернет-статті Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЄФ)

3)     Хелеби Сэм, Мак-Ферсон Денни. Принципы маршрутизации в Internet.

4)     Ляхевич А.Г. Лекции для IT специалистов, - 2000-2002 г. , 165 стр..

5)      Аллан Леинванд, Брюс Пински Конфигурирование маршрутизаторов Cisco = Cisco Router Configuration. — 2-е изд. — М.: «Вильямс», 2001. — С. 368. — ISBN 1-57870-241-0

27