Nivelul 3 - Protocoale de Rutare
11.1. Sa întelegem Caracteristicile dispozitivelor Nivelului 3.
Sa întelegem cum sunt folosite Serviciile Nivelului Retea pentru obtinerea Comunicatiilor Network-to-Network.
Sa întelegem Conceptele Avansate ARP (Advanced ARP Concepts).
Sa învatam despre Protocoalele Rutabile (Routable Protocols).
Sa învatam despre Protocoale de Rutare (Routing Protocols).
Sa întelegem Functia altor Servicii ale Nivelului Retea (Network Layer Services) în Comunicarea pe Internet.
Sa întelegem Tabelele ARP (ARP Tables).
Sa învatam despre RIP si IGRP.
Sa întelegem Programul de Analizare a Protocoalelor (Protocol Analyzer Software).
11: Nivelul 3 - Protocoale de Rutare (Routing Protocols)
Definirea termenului de "router" si explicarea faptului ca este un dispozitiv al Nivelului 3.
În lucrul cu retelele (networking), exista doua scheme de adresare: una care foloseste adresa MAC, o adresa fizica de Nivel 2 (Nivelul Legaturii de Date); si cealalta foloseste o adresa situata în Nivelul Retea ( 121j97b Nivelul 3) al modelului OSI. Un exemplu de adresa din Nivelul 3, este o adresa IP. Un router este un fel de dispozitiv de conectare între retele, care transporta pachete de date între retele, bazat pe adresele Nivelului 3. Un router are abilitatea de a lua decizii inteligente cu privire la cea mai buna cale pentru transportul datelor în retea.
INCLUDEPICTURE "F:\\Sem1_Elevi\\content\\1046\\1081\\1274\\dpath8-2a.gif" \* MERGEFORMATINET
Figura de mai sus reprezinta Nivelul Retea: Determinarea Caii (Path Determination).
Nivelul 3 functioneaza pentru a gasi cea mai buna cale între retele (internetwork).
INCLUDEPICTURE "F:\\Sem1_Elevi\\content\\1046\\1072\\1232\\newpath.gif" \* MERGEFORMATINET
Explicam de ce rutarea nu foloseste adresele Nivelului 2, ci adresele Nivelului 3.
INCLUDEPICTURE "F:\\Sem1_Elevi\\content\\1046\\1072\\1307\\dchapter9-1b.gif" \* MERGEFORMATINET
Figura de mai sus reprezinta Modelul OSI. Cele 7 nivele ale modelului OSI sunt:
Bridge-urile (dispozitive care conecteaza doua LAN-uri sau doua segmente ale aceluiasi LAN, deasemenea este un dispozitiv care mentine traficul între segmentele de retea bazat pe Nivelul Legaturii de Date) si switch-urile folosesc adrese fizice sau MAC, pentru a lua decizii de transfer a datelor. Router-ele folosesc schema de adresare a Nivelului 3 pentru a lua deciziile de transfer. Router-ele folosesc mai degraba adrese IP sau logice, decât adrese MAC. Deoarece adresele IP sunt implementate în software si se refera la reteaua în care este situat un dispozitiv, uneori aceste adrese ale Nivelului 3 sunt amintite ca adrese de protocol, sau adrese de retea.
Adresele fizice sau MAC, sunt de obicei atribuite de catre un fabricant NIC si sunt fixate pentru o interfata de retea. Administratorul de retea atribuie de obicei adrese IP. De fapt, nu este neobisnuit ca un administrator de retea sa grupeze dispozitivele împreuna, în schema de adresare IP, conform situarii lor geografice, dupa departamente sau dupa etaj într-o cladire. Doarece sunt implementate în software, adresele IP sunt relativ usor de schimbat. În sfârsit, puntile (bridges) si switch-urile sunt în primul rând folosite pentru a conecta sgmentele unei retele. Router-ele sunt folosite pentru a conecta retele separate si pentru a accesa Internetul din întreaga lume. Ele fac acest lucru realizând rutarea de la un cap la altul.
11.1.3.1. Descrierea scopului unui router.
Router-ele conecteaza doua sau mai multe retele, fiecare dintre ele având neaparat un numar unic de retea pentru ca rutarea sa se faca cu succes. Numarul unic de retea este încorporat în adresa IP ce este atribuita fiecarui dispozitiv atasat la acea retea.
Exemplu:
O retea are un numar unic de retea, "A", cu 4 dispozitive conectate. Adresele IP ale dispozitivelor sunt: "A1", "A2", "A3" si "A4". Întrucât interfata unde router-ul este conectat la o retea este considerata ca facând parte din retea, aceasta interfata are adresa IP "A5"
Exemplu:
Alta retea, a carei numar unic este "B", are 4 dispozitive atasate. Aceasta retea este deasemenea atasata la acelasi router, dar la o alta interfata. Adresele IP ale dispozitivelor din aceasta a doua retea, sunt "B1", "B2", "B3" si "B4"; Adresa IP a celei de-a doua interfete a router-ului este "B5"
Exemplu:
Doriti sa trimiteti date de la o retea la alta. Reteaua sursa este "A"; reteaua destinatie este "B"; un router este conectat la retelele "A", "B", "C" si "D". Când partile de date (data, frames) care vin de la reteaua "A" ajung la router, router-ul face urmatoarele functii:
elimina header-ul (antetul) legaturii de date - transporata de pachet. (Header-ul legaturii de date contine adresele IP ale sursei si destinatiei).
examineaza adresa nivelului retea pentru a determina reteaua destinatie.
îsi consulta tabelele de rutare pentru a determina care dintre interfete le va folosi ca sa trimita informatia, pentru ca informatia sa ajunga la reteaua destinatie.
În exemplu, router-ul determina daca ar trebui sa trimita informatia de la reteaua "A" la reteaua "B", prin interfata cu adresa "B5"
Înainte de a trimite informatia prin interfata "B5", router-ul o va încapsula în pachet specific legaturii de date.
11.1.4.1. Fiecare interfata a router-ului este atasata unei retele unice.
Fiecare interfata a router-ului trebuie sa aiba o adresa de retea sau subretea diferita.
Punctul de conectare dintre un ruter si o retea se numeste Interfata; mai este cunoscut si sub numele de port.
În rutarea IP, fiecare interfata trebuie sa aiba o adresa diferita si unica de retea (sau subretea).
Descrierea metodelor prin care o statie de lucru poate obtine o adresa IP.
Dupa ce ati determinat schema de adresare pentru o retea, trebuie sa alegeti o metoda pentru atribuirea de adrese la gazde (hosts). Exista doua metode pentru atribuirea de adrese IP, si anume: static si dinamic. Indiferent de schema de adresare folosita, doua interfete (Nota: nu se foloseste termenul "dispozitiv" deoarece acesta poate cuprinde în structura sa mai multe legaturi la retele diferite) nu pot avea aceeasi adresa de IP.
Adresarea Statica.
Daca atribuiti adrese IP prin metoda statica, trebuie mers si configurat fiecare dispozitiv cu o adresa IP. Aceasta metoda necesita tinerea unei evidente meticuloase. Problemele pot aparea în retea daca folositi adrese IP duplicate. Unele sisteme de operare, cum ar fi Windows 95 si Windows NT, trimit o cerinta ARP pentru a verifi ca daca sunt adrese IP duplicate, când încearca sa initializeze TCP/IP. Daca se gasesc duplicate, sistemul de operare nu va initializa TCP/IP si va genera un mesaj de eroa re. Evidenta adreselor de IP folosite este importanta deasemenea, deoarece nu toate sistemele de operare identifica duplicatele.
Adresarea Dinamica.
Exista câteva metode diferite care pot fi folosite pentru atribuirea dinamica a adrese lor IP. De exemplu: BOOTP, RARP, DHCP.
Protocolul de Rezolutie Inversa a Adreselor (RARP) leaga adresele MAC la adresele IP. Aceasta legare permite unor dispozitive de retea sa încapsuleze informatia (data) înainte de a le trimite în retea. Un dispozitiv de retea ar trebui sa-si cunoasca adresa MAC, dar nu si adresa IP, în statiile diskless sau terminale neinteligente ( ). Dispoziti vele care folosesc RARP, necesita ca un server RARP sa fie prezent în retea ca sa raspunda cererilor RARP.
Consideram un dispozitiv sursa care doreste sa trimita o informatie altui dispozitiv, si acesta îsi cunoaste propria adresa MAC, dar este incapabil sa-si localizeze propria adresa IP în tabela sa ARP. Pentru ca dispozitivul destinatie sa recupereze informatia, s-o trimita nivelelor mai înalte ale Modelului OSI si sa raspunda dispozitivului initial, sursa trebuie sa includa atât adresa MAC, cât si adresa IP. De aceea, sursa initiaza un proces numit cerere RARP, care o ajuta sa-si detecteze propria adresa IP. Dispozitivul construieste un pachet tip cerere RARP si îl trimite în retea. Pentru a se asigura ca toate dispozitivele vad cererea RARP în retea, dispozitivul foloseste o adresa IP de difuzare (broadcast).
O cerinta RARP formata dintr-un header MAC, dintr-un header IP si dintr-un mesaj cu cerinta ARP. Format-ul unui pachet RARP contine loctii pentru adresele MAC ale sursei si destinatiei. Câmpul adresei IP a sursei este gol. Broadcast-ul ajunge la toate dispozitivele din retea, deci în adresa IP a destinatiei bitii vor fi pusi pe 1. Statiile de lucru (workstations) ce ruleaza RARP au coduri în ROM care fac ca ele sa porneasca procesul RARP si sa localizeze server-ul RARP.
Protocolul BOOTstrap (BOOTP).
Un dispozitiv foloseste protocol BOOTstrap (BOOTP) când porneste, pentru a obtine o adresa IP. BOOTP foloseste UDP ca sa duca mesaje; mesajul UDP este încapsulat în datagrama IP. Un computer foloseste BOOTP sa trimita o datagrama IP de broadcast (folosind adresa IP a destinatiei cu toti 1, adica 255.255.255.255), un server BOOTP receptioneaza broadcast-ul si apoi trimite un broadcast (? . Clientul receptioneaza o datagrama si verifica adresa MAC, iar daca gaseste propria lui adresa MAC în câmpul adresei destinatie, acesta ia adresa IP din acea datagrama. Ca si RARP, BOOTP opereaza într-un cadru client-server si cere doar un singur schimb de pachet. Totusi, spre deosebire de RARP care trimite înapoi doar o adresa IP de 4 octeti, datagramele BOOTP pot include adresa IP, adresa router-ului implicit (default gateway), adresa server-ului, si un câmp specific furnizorului de servicii (vendor). Una dintre problemele cu BOOTP este aceea ca acesta nu a fost proiectat sa furnizeze atribuirea dinamica a adresei. Cusa IP. Tot ceea ce este necesar folosind DHCP este un interval definit de adrese IP într-un server DHCP ( (? ). Când host-urile pornesc, ele contacteaza server-ul DHCP si cer o adresa. Server-ul DHCP alege o adresa si o aloca host-ului. Cu DHCP, întreaga configurare a calculatorului poate fi obtinuta intr-un mesaj (ex: împreuna cu adresa IP, server-ul poate sa trimita si o masca de subretea).
Descrierea secventei de initializare tip DHCP.
Când clientii DHCP boot-eaza, ei intra într-o stare de initializare. Ei trimit mesaje de broadcast DHCPDISCOVER, care sunt pachete UDP cu numarul de port setat ca si portul BOOTP. Dupa trimiterea pachetelor DHCPDISCOVER, clientii trec în starea selectata si colecteaza raspunsuri DHCPOFFER de la server-ul DHCP. Apoi clientii selecteaza primele raspunsuri pe care le-au primit si negociaza timpul de închiriere (durata de timp cât pot pastra adresele fara o noua renegociere) cu server-ul DHCP trimitând pachete DHCPREQUEST. Server-ele DHCP semnaleaza clientului ca au luat în considerare cerintele lui cu pachete DHCPACK. Acum clientii intra în starea de legatura si încep sa foloseasca adresa.
Figura de sus reprezinta Structura cererii RARP.
Figura de sus reprezinta Structura mesajului de raspuns al lui RARP.
Identificarea componentelor IP fundamentale.
Pentru ca dispozitivele sa comunice, dispozitivele de trimire (sursa) au nevoie atât de adresele IP cât si de adresele MAC ale dispozitivelor de primire (destinatie). Când dispozitivele încerca sa comunice cu dispozitivele ale caror adrese IP le cunosc, ele trebuie sa determine adresele MAC. Suita TCP/IP are un protocol numit ARP care poate detecta automatic adresa MAC. ARP permite unui calculator sa gaseasca adresa MAC a calculatorului care este asociat cu o adresa IP.
Unitatea de baza a transferului de informatie în IP este datagrama IP. Procesarea datagramei apare în software, ceea ce înseamna ca continutul si formatul datagramei nu sunt dependente de hardware. O datagrama este divizata în doua mari componente: header-ul, care include adresele sursei si destinatiei; si informatia (data). Alte tipuri de protocoale au propriul lor format. Datagrama IP este unica în IP (
O alta componenta majora a IP este Internet Control Message Protocol (ICMP). Acest protocol este folosit de un dispozitiv pentru a raporta o problema la expeditorul mesajului. De exemplu, daca un router receptioneaza un pachet pe care nu-l poate livra, el va trimite un mesaj expeditorului acestui pachet. Unul dintre multiplele caracteristici ale lui ICMP este cerere-ecou/ecou-raspuns, care este o componenta ce testeaza daca un pachet poate sa ajunga la destinatie, facând ping catre ea.
Descrierea functiei protocolul rezolutiei de adresa (ARP).
Protocoalele Nivelului 3 determina daca informatia trece dincolo de Nivelul Retea, catre nivele mai înalte ale modelului OSI. Un pachet de informatie trebuie sa contina ambele adrese destinatie MAC si IP. Daca pachetului îi lipseste una dintre ele, informatia nu va trece de la Nivelul 3 spre celelalte nivele mai înalte. În acest caz, adresele MAC si IP actioneaza ca checks si balances pentru toate celelalte. Dupa ce dispoziti vele determina adresa de destinatie IP a dispozitivelor destinatie, ele pot adauga adresele destinatie MAC ale pachetelor de date.
Exista o varietate de posibilitati pentru ca dispozitivele sa poata determina adresele MAC de care au nevoie sa le adauge la informatia încapsulata. Unele pastreaza tabele ce contin adrese MAC si IP ale altor dispozitive ce sunt conectate la acelasi LAN. Sunt numite tabele ale protocolului de rezolutie a adreselor si ele asociaza adresele IP la adresele MAC corespunzatoare. Tabelele ARP sunt sectiuni din memoria RAM, în care memoria cache este mentinuta automat în fiecare dispozitiv. Este o rara ocazie când trebuie sa creezi o tabela ARP manual. Fiecare calculator din retea îsi mentine propria tabela ARP. Ori de câte ori un dispozitiv de retea doreste sa trimita date pe retea, el foloseste informatia furnizata de propria tabela ARP.
Când o sursa determina adresa IP pentru destinatie, sursa îsi consulta tabela ARP pentru a localiza adresa MAC a destinatiei.
Daca IP localizeaza o intrare în tabela sa (adresa destinatie IP la adresa destinatie MAC), leaga sau asociaza adresa IP la adresa MAC si o foloseste pentru încapsularea informatiei. Pachetul de informatii este apoi trimis prin retea ca sa fie receptionat de destinatie.
11.2.5.1. Descrierea operatiei ARP într-o subretea.
Daca un dispozitiv sursa doreste sa trimita date (data) altui dispozitiv, trebuie sa cunoasca adresa destinatie IP. Daca este imposibil sa localizeze o adresa MAC a destinatiei, în propria tabela ARP, dispozitivul initiaza un proces numit cerere ARP, care îi permite sa descopere adresa destinatie MAC.
Un dispozitiv construieste un pachet de cerere ARP si îl trimite la toate dispozitivele din retea. Pentru a fi sigura ca toate dispozitivele vad cererea ARP, sursa foloseste o adresa MAC de broadcast.
(Nota: Adresa de broadcast dintr-o schema de adresare MAC contine în toate locatiile litera F. Astfel, o adresa MAC de broadcast [în hexazecimal] ar avea forma urmatoare FF-FF-FF-FF-FF-FF.)
Cerintele ARP sunt structurate într-o maniera specifica. Ele functioneaza la cele mai joase nivele ale modelului OSI, de aceea, mesajele ce contin cereri ARP sunt încapsulate n interiorul cadre ale protocolului hard. Cadrele cererii ARP sunt divizate în doua parti: antetul cadrului (the frame header) si mesajul ARP.
Cadrul antetului poate fi ulteriror subdivizat într-un antet MAC si un antet IP.
Deoarece pachetele de cererii ARP sunt transmise în mod broadcast, toate dispozitivele dintr-o retea locala primesc pachetele, pe care le înainteaza Nivelului Retea pentru mai multe examinari. Daca adresa IP a dispozitivului se potriveste cu adresa IP destinatie, în cererea ARP, acel dispozitiv raspunde prin trimiterea catre sursa a propriei adrese MAC. Acesta este cunoscut ca raspuns ARP.
Exemplu:
Dispozitivul sursa 197.15.22.33 cere adresa MAC a destinatiei cu adresa IP de forma 197.15.22.126.
Dispozitivul destinatie 197.15.22.126 primeste cererea ARP si raspunde cu un raspuns ARP ce contine adresa MAC a sa.
O data ce dispozitivul initial primeste raspunsul ARP, extage adresa MAC din antetul MAC si îsi face update la tabela sa ARP. Dispozitivul initial poate apoi sa adreseze corect informatia (data) cu ambele adrese destinatie MAC si IP. El foloseste aceasta noua informatie pentru a executa încapsularile informatiei, încapsulari ce fac parte din Nivelul 3 si Nivelul 4, înainte de trimiterea informatiei pe retea.
Când informatia ajunge la destinatie, Nivelul Legaturii de Date face o evaluare, îndeparteaza antetul MAC si transfera informatia la Nivelul Retea. Nivelul Retea examineaza informatia si afla ca adresa IP se potriveste cu adresa destinatie IP transportata de antetul IP. Nivelul Retea îndeparteaza antetul IP si transfera informatia încapsulata la urmatorul nivel mai înalt din modelul OSI si anume Nivelul Transport (Nivelul 4). Acest proces este repetat pâna când informatia partial decapsulata a pachetului atinge aplicatia, unde informatia poate fi citita în format utilizator.
|
