Деление адресного пространства на четыре равные части
Имя сети |
1 байт |
2 байт |
3 байт |
4 байт |
|
Поле номера сети класса В (неизменяемое поле) |
№ под-сети |
Поле адресов узлов (адресное пространство) |
|||
129 |
44 |
||||
Сеть 129.44.0.0 Маска 255.255.192.0 Диапазон номеров узлов от 0 до 214 |
10000001 |
00101100 |
00 |
000000 |
00000000 |
… |
… |
… |
… |
… |
|
10000001 |
00101100 |
00 |
111111 |
11111111 |
|
Сеть 129.44.64.0 Маска 255.255.192.0 Диапазон номеров узлов от 0 до 214 |
10000001 |
00101100 |
01 |
000000 |
00000000 |
… |
… |
… |
… |
… |
|
10000001 |
00101100 |
01 |
111111 |
11111111 |
|
Сеть 129.44.128.0 Маска 255.255.192.0 Диапазон номеров узлов от 0 до 214 |
10000001 |
00101100 |
10 |
000000 |
00000000 |
… |
… |
|
… |
… |
|
10000001 |
00101100 |
10 |
111111 |
11111111 |
|
Сеть 129.44.192.0 Маска 255.255.192.0 Диапазон номеров узлов от 0 до 214 |
10000001 |
00101100 |
11 |
000000 |
00000000 |
… |
… |
|
… |
… |
|
10000001 |
00101100 |
11 |
111111 |
11111111 |
|
Сеть, получившаяся в результате проведенной структуризации показана на рис. 4.
Рис. 4. Маршрутизация с использованием масок
Весь трафик во внутреннюю сеть 129.44.0.0, направляемый из внешней сети, поступает через маршрутизатор М1. В целях структуризации информационных потоков во внутренней сети установлен дополнительный маршрутизатор М2. Все компьютеры распределили по трем разным сетям с номерами 129.44.0.0, 129.44.64.0, 129.44.128.0 и маски одинаковой длины - 255.255.192.0. Каждая вновь образованная сеть подключена к соответственно сконфигурированным портам внутреннего маршрутизатора М2. Кроме того, еще одна сеть (129.44.192.0 с маской 255.255.192.0) была выделена для создания соединения между внешним и внутренним маршрутизаторами. Отметим, что для этой сети для адресации узлов заняты всего два адреса 129.442192.1 (порт маршрутизатора М2) и 129.44.192.2 (порт маршрутизатора М1) и еще два адреса 129.44.192.0 129.44.192.255 являются особыми адресами, оставшаяся часть адресов (214 - 4)этой сети не используется.
Извне сеть по-прежнему выглядит как сеть класса В, а на местном уровне это полноценная составная сеть, в которую входят три отдельных сети. Приходящий трафик делится между местным маршрутизатором М2 в соответствии с таблицей маршрутизации. Заметим, что преимущество от использования масок ощутима при делении больших сетей (класс А или В) Более того, такой подход позволяет скрыть внутреннюю структуру сети предприятия от внешнего наблюдения и тем самым повысить ее безопасность.
Рассмотрим, как меняется работа модуля IP, в случае необходимости учета масок.
В каждой записи таблицы маршрутизации появляется новое поле – поле маски.
Меняется алгоритм определения маршрута по таблице маршрутизации (например таблице маршрутизации для маршрутизатора М2 полученной составной сети).
Таблица маршрутизации маршрутизатора M2 составной сети
№ |
Network Address |
Netmask |
Gateway Address |
Interface |
Metric |
1 |
129.44.0.0 |
255.255.192.0 |
129.44.0.1 |
129.44.192.2 |
1 |
2 |
129.44.64.0 |
255.255.192.0 |
129.44.64.7 |
129.44.64.7 |
1 |
3 |
129.44.128.0 |
255.255.192.0 |
129.44.128.5 |
129.44.128.5 |
1 |
4 |
129.44.192.0 |
255.255.192.0 |
129.44.192.1 |
129.44.192.1 |
1 |
5 |
0.0.0.0 |
0.0.0.0. |
129.44.192.2 |
129.44.192.1 |
- |
6 |
129.44.128.15 |
255.255.255.255 |
129.44.64.8 |
129.44.64.7 |
2 |
Примечание. В столбце «Адрес назначения» помещены записи двух типов: номер сети (если для всех узлов данной сети один и тот же маршрут) и IP-адрес узла (в случае особого маршрута для узла).
Если в качестве узла назначения указан полный IP-адрес узла, маска всегда имеет значение 255.255.255.255.
Первые четыре записи в таблице соответствуют внутренним подсетям, непосредственно подключенным к портам маршрутизатора М2.
Запись 0.0.0.0 соответствует маршруту по умолчанию, а значит, любой адрес в пришедшем пакете после наложения на него маски 0.0.0.0 даст адрес сети 0.0.0.0, что совпадет с адресом, указанным в записи. Записей с адресом 0.0.0.0 может быть несколько. В этом случае маршрутизатор передает пакет по всем таким маршрутам.
После того, как IP-адрес извлекается из очередного полученного IP-пакета, определяется адрес маршрутизатора, на который передается пакет с этим адресом, в следующей последовательности:
Определяется, нет ли в таблице специфического маршрута для этого адреса, т.е. извлекаются адреса с маской 255.255.255.255 и сравниваются с адресом из пакета. Если в какой-либо строке совпадение произошло, то адрес следующего маршрутизатора для данного пакета берется из данной строки.
Если при просмотре всей таблицы не произошло ни одного полного совпадения адресов, то начинается новый цикл просмотра таблицы маршрутизации – поиск неспецифического маршрута, общего для группы узлов, относящихся к данной сети. Модуль IP последовательно просматривает все записи, т.е.:
маска М, содержащаяся в данной записи накладывается на IP-адрес узла назначения, извлеченный из пакета;
полученное в результате число является номером подсети назначения обрабатываемого пакета;
полученный номер сети назначения пакета сравнивается со значением, которое помещено в поле «адрес назначения» данной записи таблицы маршрутизации;
если номера сетей совпадают, то пакет передается маршрутизатору, адрес которого помещен в соответствующем поле данной записи.
В случае, когда пришедший адрес не дал совпадения ни с одной записью в таблице маршрутизации, отличающейся от 0.0.0.0, последним выполняется сравнение с адресом 0.0.0.0.
Рассмотрим приведенный алгоритм на примере маршрутизации пакетов в сети (рис. 4).
Все маршрутизаторы внешней сети, встретив пакеты с адресами, начинающимися на 129.44, интерпретируют их как адреса класса В и направляют по маршрутам, ведущим к маршрутизатору М1.
Маршрутизатор М1 направляет весь входной трафик сети 129.44.0.0 на маршрутизатор М2, а именно на его порт 129.44.192.1.
Маршрутизатор М2 обрабатывает все поступившие на него пакеты в соответствии с таблицей маршрутизации. Так как последняя запись определяет специфический маршрут к узлу 129.44.128.15, то в отличие от всех других узлов подсети 129.44.128.0, к которым пакеты поступают с интерфейса 129.44.128.5 маршрутизатора М2, к данному узлу они будут приходить через маршрутизатор М3.
Пример. Рассмотреть работу вышеприведенного алгоритма, если с маршрутизатора М1 на порт 129.44.192.1 маршрутизатора М2 поступает пакет с адресом назначения 129.44.78.200.
Модуль IP начинает сравнение адреса 129.44.78.200 с адресом 129.44.128.15, для которого определен специфический маршрут.
Так как совпадения не произошло, то модуль IP начинает последовательно обрабатывать все строки таблицы, накладывая маски и сравнивая результаты до тех пор, пока не найдет совпадения номера сети в адресе назначения и в строке таблицы:
маска из первой строки 255.255.192.0 накладывается на адрес 129.44.78.200:
|
Номер сети |
Номер узла |
IP-адрес 129.44.78.200 |
10000001.00101100.01 |
001110.11001000 |
255.255.192.0 |
11111111.11111111.11 |
000000.00000000 |
В результате номер сети – 129.44.64.0, номер узла – 0.0.14.200;
полученный номер 129.44.64.0 сравнивается с номером сети в первой строке таблицы – 129.44.0.0. так как они не совпадают происходит переход к следующей строке;
извлекается маска из второй строке (она имеет такое же значение, что в общем случае необязательно) и накладывается на адрес назначения 129.44.78.200. Получается номер сети 129.44.64.0;
номер сети совпадает с номером сети во второй строке таблицы, а значит найден маршрут для данного пакета – он направляется на порт маршрутизатора 129.44.64.7 в сеть, непосредственно подключенную к данному маршрутизатору.
Отображение IP-адреса на локальные адреса. Основная задача протокола IP – обеспечение совместной согласованной работы сети, состоящей из подсетей, использующих разные сетевые технологии.
Взаимодействие протокола TCP/IP с частными технологиями подсетей происходит многократно при перемещении IP-пакета по составной сети. На каждом маршрутизаторе протокол IP определяет, в какую следующую подсеть и какому пограничному узлу этой подсети направлять пакет. Пограничным устройством является маршрутизатор, а протоколу IP известен его IP-адрес, а значит, для эффективной доставки пакета необходимо:
упаковать пакет в кадр соответствующего для данной подсети формата;
снабдить кадр адресом, формат которого был бы понятен локальной технологии подсети (например, преобразовать IP-адрес в МАС-адрес).
Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адресов (ARP). Этот протокол реализуется различным образом в зависимости от протокола канального уровня, работающего в данной подсети; рассмотрим работу этого протокола на примере использования в сетях с широковещанием.
В результате конфигурирования сети каждый интерфейс знает свои IP- и МАС- адреса. На каждом интерфейсе (сетевом адаптере, порту маршрутизатора) поддерживается отдельная ARP-таблица, определяющая соответствие между IP- и МАС- адресами других узлов данной подсети.
Первоначально, при включении компьютера (маршрутизатора) в сеть его ARP-таблицы пусты. Пусть в нулевой момент времени необходимо передать IP-пакет через драйвер в сеть Ethetnet, т.е. по IP-адресу определить МАС-адрес узла назначения.
Для этого протокол IP обращается к протоколу ARP, работа которого начинается с просмотра ARP-таблицы соответствующего интерфейса. Так как таблицы из наших предположений пусты (такая ситуация соответствует случаю, когда в таблице, имеющей некоторые записи, нет соответствующего адреса), то IP-пакет сохраняется в буфере, а протокол ARP формирует запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня и рассылает широковещательно.
Примечание |
Некоторые реализации протоколов IP и ARP не ставят IP-пакеты в очередь на время ожидания ARP-ответов. IP-пакет уничтожается, а его восстановление возлагается на модуль TCP. Повторная передача сообщения проходит успешно, так как первая попытка уже вызвала заполнение ARP-таблицы. |