Теоретична частина
IP-адреса – це унікальний ідентифікатор мережевого рівня, що використовується для адресації комп'ютерів чи пристроїв у мережах, які побудовані з використанням протоколу TCP/IP. У мережі Інтернет потрібна глобальна унікальність адреси, у разі роботи в локальній мережі потрібна унікальність адреси в межах мережі. IP-адреса складається з чотирьох 8-бітних чисел, які називають октетами. Прикладом IP-адреси може бути адреса 192.168.1.1. Процес перетворення доменного імені у IP-адресі виконується DNS-сервером.
Адреса складається із двох логічних частин — номера мережі й номери вузла в мережі. Яка частина адреси відноситься до номера мережі, а яка — до номера вузла, визначається значеннями перших біт адреси. Значення цих біт є також ознаками того, до якого класу відноситься та або інша IP-адреса.
Особливою є IP-адреса, перший октет якої дорівнює 127. Вона використовується для тестування програм і взаємодії процесів у межах одної машини. Коли програма посилає дані по IP-адресі 127.0.0.1, то утвориться як би «петля». Дані не передаються по мережі, а повертаються модулям верхнього рівня як тільки що прийняті. Тому в IP-мережі забороняється привласнювати машинам IP-адреси, що починаються з 127. Ця адреса має назву loopback. Можна віднести адресу 127.0.0.0 до внутрішньої мережі модуля маршрутизації вузла, а адресу 127.0.0.1 – до адреси цього модуля на внутрішній мережі. Насправді будь-яка адреса мережі 127.0.0.0 служить для позначення свого модуля маршрутизації, а не тільки 127.0.0.1, наприклад 127.0.0.3.
У протоколі IP немає поняття широкомовності в тому розумінні, у якому воно використовується в протоколах канального рівня локальних мереж, коли дані повинні бути доставлені абсолютно всім вузлам. Як обмежена широкомовна IP-адреса, так і широкомовна IP-адреса мають межі розповсюдження в інтермережі - вони обмежені або мережею, до якої належить вузол-джерело пакета, або мережею, номер якої зазначений в адресі призначення. Тому ділення мережі за допомогою маршрутизаторів на частини локалізує широкомовний шторм межами однієї зі складових загальної мережі частин просто тому, що немає способу адресувати пакет одночасно всім вузлам всіх мереж складеної мережі.
Традиційна схема ділення IP-адреси на номер мережі й номер вузла засновано на понятті класу, що визначається значеннями декількох перших біт адреси. Маска — це число, що використовується в парі з IP-адресою; двійковий запис маски містить одиниці в тих розрядах, які повинні в IP-адресі інтерпретуватися як номер мережі. Оскільки номер мережі є цільною частиною адреси, одиниці в масці також повинні становити безперервну послідовність. Для стандартних класів мереж маски мають наступні значення:
клас А - 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);
клас В - 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0);
клас С - 11111111.11111111.11111111.00000000(255.255.255.0).
Позначаючи кожну IP-адресу маскою, можна відмовитися від понять класів адрес і зробити гнучкішою систему адресації. Наприклад, якщо розглянуту вище адресу 164.200.15.124 асоціювати з маскою 255.255.255.0, то номером мережі буде 164.200.15.0, а не 164.200.0.0, як це визначено системою класів.
Під структурою комп'ютерної мережі звичайно розуміється фізичне розташування комп'ютерів мережі один щодо іншого та спосіб їх з'єднання лініями зв'язку. Важливо відзначити, що поняття топології ставиться, насамперед, до локальних мереж, у яких структуру зв'язків можна легко простежити. У глобальних мережах структура зв'язків звичайно схована від користувачів і не надто важлива, тому що кожний сеанс зв'язку може виконуватися по своєму власному шляху.
Топологія комп'ютерної мережі відображає структуру зв'язків між її основними функціональними елементами. В залежності від компонентів, що розглядаються, розрізняють фізичну і логічну структури локальних мереж. Фізична структура визначає топологію фізичних з'єднань між комп'ютерами. При фізичній структуризації використовують мережеві пристрої, наприклад концентратори. Концентратори корисні не тільки для збільшення відстані між взаємодіючими вузлами а і для збільшення надійності мережі. Можливості по фізичній структуризації обмежені.
Логічна структура визначає логічну організацію взаємодії комп'ютерів між собою. Доповнюючи одна одну, фізична та логічна структури дають найповніше уявлення про комп'ютерну мережу. При логічній структуризації більш широкі можливості і при цьому процес розділення мережі на сегменти здійснюється з локалізацією трафіку. Для логічної структуризації використовують мережеві пристрої: мости, комутатори, маршрутизатори, шлюзи. Практично неможливо побудувати велику мережу без логічної структуризації. В локальних мережах використовується віртуалізація локальних мереж – технологія VLAN.
Віртуальні мережі утворюють групу вузлів мережі, у якій весь трафік, цілком ізольований на канальному рівні від інших вузлів мережі. Особливістю комутаторів CISCO є те що вони не потребують ніякого початкового конфігурування. Комутатори настроюються виробником для роботи і всі інтерфейси включені і на них встановлене авто погодження характеристик.
VLAN використовується для:
побудови мережі, логічна структура якої не залежить від фізичної. Тобто, топологія мережі на канальному рівні будується незалежно від географічного розташування складових компонентів мережі.
розбиття одного широкомовного домену на кілька широкомовних доменів. Тобто, широкомовний трафік одного домену не проходить в інший домен і навпаки. При цьому зменшується навантаження на мережеві пристрої.
забезпечення захисту мережі від несанкціонованого доступу. Тобто, на канальному рівні кадри з інших VLAN будуть відсікатися портом комутатора незалежно від того, з яким вихідною IP-адресою пакет у даному кадрі.
поширення політики на групу пристроїв, що знаходяться в одному VLAN.
використання віртуальних інтерфейсів для маршрутизації.
В CISCO VLAN має два порти:
access port – порт належить одному VLAN та передає нетегованний трафік;
trunk port – порт що передає тегований трафік одного або декількох VLAN.
Для того щоб передати через порт трафік декількох VLAN, порт переводиться в режим транка.
Маршрутизація – процес визначення маршруту прямування інформації між мережами. Маршрутизатор приймає рішення, що базується на IP-адресі отримувача пакету. Для того, щоб переслати пакет далі, всі пристрої на шляху слідування використовують IP-адресу отримувача. Для прийняття правильного рішення маршрутизатор має знати напрямки і маршрути до віддалених мереж. Є два типи маршрутизації:
Статична маршрутизація – маршрути задаються вручну адміністратором.
Динамічна маршрутизація – маршрути обчислюються автоматично за допомогою протоколів динамічної маршрутизації – RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP, HSRP та ін, які отримують інформацію про топологію і стан каналів зв'язку від інших маршрутизаторів у мережі.
Оскільки статичні маршрути конфігуруються вручну, будь-які зміни мережної топології вимагають участі адміністратора для додавання і видалення статичних маршрутів відповідно до змін. У великих мережах підтримка таблиць маршрутизації вручну може вимагати величезних витрат часу адміністратора. У невеликих мережах це робити легше. Статична маршрутизація не має можливості масштабування, яку має динамічна маршрутизація через додаткові вимоги до налаштування і втручання адміністратора. Але і у великих мережах часто конфігуруються статичні маршрути для спеціальних цілей у комбінації з протоколами динамічної маршрутизації, оскільки статична маршрутизація є стабільнішою і вимагає мінімум апаратних ресурсів маршрутизатора для обслуговування таблиці.
Динамічні маршрути виставляються іншим чином. Після того, як адміністратор активізував і налаштував динамічну маршрутизацію за одним з протоколів, інформація про маршрути оновлюється автоматично в процесі маршрутизації після кожного отримання з мережі нової інформації про маршрути. Маршрутизатори обмінюються повідомленнями про зміни у топології мережі в процесі динамічної маршрутизації.