Адрес в локальной сети и ARP

Локальная сеть представляет собой компьютерную сеть географически сконцентрированную в одном здании или комплексе зданий. Когда пользователь выходит в И из здания университета или корпорации, доступ почти всегда осуществляется через локальную сеть. При подобном типе доступа хост пользователя предоставляет собой узел локальной сети, а локальная сеть предоставляет доступ в Интернет через маршрутизатор. Скорость передачи в большинстве локальных сетей очень велика (10Мбит/с, 100 Мбит/с, 1Гбит/с).

Популярны 2 класса технологий: Ethernet (протокол произвольного доступа), Token Ring (передача маркера).В сетях Token Ring N узлов соединения в кольцо прямыми линиями связи. Порядок передачи маркера определяется топологией передачи маркерного кольца. Узел получает маркер, передает кадр, после чего посылает маркер дальше. ТО маркер обходит все кольцо, благодаря чему создается виртуальный широковещательный канал. Узел, передающий кадр отвечает за удаление кадра из кольца.

Узлы локальной сети посылают друг другу кадры по широковещательному каналу. Это означает, что кадр, переданный 1 узлом локальной сети, принимается всеми остальными узлами этой сети. Но узлу требуется передать кадр определенному узлу, для этого у узлов локальной сети должны быть адреса. Если адрес получателя совпадает с узлом получившим, то дейтаграмма извлекается, иначе - отбрасывается.

Адресация в локальных сетях. В действительности адрес не у узла, а у сетевого адаптера. Адрес в локальной сети или LAN-адрес, также называю физическим адресом, Ethernet-адресом или MAC-адресом. В большинстве сетей - 6-байтовое число, что позволяет использовать 2⁴⁸ возможных адресов. в 16с/с разд :. Адрес адаптера в локальной сети является постоянным, прошивается в постоянной памяти адаптера при его изготовлении. Адреса уникальны. институт IEEE (инженеров по электротехнике и электронике) управляет адресами. Компания, выпускающая адаптеры, приобретает блок адресного пространства, состоящий из 2²⁴ адресов, фиксируются старшие 24 бита.

Протокол ARP: При передаче дейтаграмм одновременно используются адреса сетевого уровня и адреса канального уровня, возникает необходимость в преобразовании адресов. В И эту работу выполняет протокол ARP (протокол разрешения адресов). У каждого хоста, подключенного к И, и маршрутизатора, соединенного с локальной сетью, есть ARP-модуль, преобразует IP-адрес в LAN-адрес узла. У ARP-модуля узла есть оперативная память, в которой хранится ARP-таблица (прописаны IP-адреса хостов в лок сети и соответствующие им LAN-адреса). Для каждой пары адресов содержится поле времени жизни TTL, в котором указывается когда данная запись будет удалена из таблицы. Одновременно содержатся записи не для всех узлов таблицы. Если надо определить узел посылается широковещательный ARP-пакет (запрос), ответ передается в стандартном кадре.

Ethernet.

Технология Ethernet очень популярна на рынке локальных сетей. Топологией локальной Ethernet-сети может быть шина или звезда. Физический носитель - коаксиальный кабель, медная витая пара или оптоволокно. Основные принципы: если кто-то говорит, надо молчать (есть несущая), если надо передать, то дождаться тишины, если кто-то тоже заговорил - коллизия.

Формат Ethernet-кадра.

Поле данных (от 46 до 1500 байт). содержит IP-дейтаграмму. Если размер < 46, то дополняются байтами-заполнителями.

Адрес получателя (6 байт) LAN-адрес принимающего адаптера.

Адрес отправителя (6 байт) LAN-адрес отправителя.

Поле типа (2 байта) позволяет локальной сети мультиплексировать протоколы сетевого уровня. (какому протоколу сетевого уровня передать).

CRC (4 байта). получающий адаптер мог определить наличие ошибок.

Преамбула (8 байт), в каждый из первых 7 байт записывается значение 10101010, а в последний байт - 10101011. Первые 7 байт должны «разбудить» принимающие адаптеры и помочь синхронизировать свои таймеры с часами отправителя.

Ethernet предоставляет сетевому уровню службу, не требующую установки соединения.

В Ethernet сети применятся немодулированная передача, т.е. адаптер посылает цифровой сигнал прямо в широковещательный канал. Используется Манчестерское кодирование (каждый бит кодируется изменением сигнала, 1 - спад, 0 - скачок).

Протокол CSMA/CD - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Протокол работает на каждом адаптере независимо от других адаптеров локальной Ethernet-сети.

1. Адаптер принимает от своего родительского узла единицу обмена сетевого уровня, формирует Ethernet-кадр и помещает его в буфер адаптера.

2. Если адаптер определяет, что канал свободен (в нем не наблюдается сигнала), он начинает передавать кадр. Если же канал занят, то ждет пока сигнал в линии прекратится + время, необходимое для передачи 96 бит, после чего начинает передачу кадра.

3. Передавая кадр, адаптер отслеживает наличие напряжения от сигнала других адаптеров. Если адаптер успевает передать весь кадр, не обнаружив сигнала других адаптеров, передача считается успешной.

4. Если адаптер обнаруживает сигнал других во время собственной передачи, он прекращает передачу кадра и передает 48-разрядный сигнал коллизии.

5. После этого адаптер входит в фаз экспоненциального отката. после n неудачных попытое повторить передачу одного и того же кадра, адаптер выбирает значение K псевдослучайным образом из множества {0, 1, 2,…,2^m}, m=min(n,10). Затем адаптер выжидает в течении интервала времени, длительность которого К*512 длительностей передачи одного бита, после чего на шаг 2.

Такая сложная задержка для того, что с каждой попыткой интервал ожидания увеличивается (чтобы коллизии не повторялись).

Технология Ethernet: Наиболее популярные стандарты: 10Base2 (коаксиальный кабель в сети с топологией общей шины и скорость 10Мбит/с), 10BaseT (медная витая пара, топология звезда, скорость 10Мбит/с), 100BaseT (медная витая пара, топология звезда, скорость 100Мбит/с) и Gigabit Ethernet (оптоволокно или медная витая пара, скорость 1Гбит/с). Существуют технологии объединения.

Хабы и коммутаторы.

Простейший способ объединения локальных сетей заключается в использовании хаба. Получив бит по одному интерфейсу, хаб просто передает его по всем остальным интерфейсам.

Схема многозвенных хабов: пусть есть три локальные сети, у каждой из них есть свой хаб, каждый хост локальной сети соединен с хабом, а все три хаба соединены с хабом (магистральный хаб), который обеспечивает объединение трех локальных сетей. Такая схема называется схемой многозвенных хабов. сегмент локальной сети - вся объединенная сеть и каждая отдельная. Все эти сети принадлежат в одному и тому же домену коллизий. Недостатки магистрального хаба: независимые домены коллизий объединяются в 1 большой общий домен, если подсети используют разные технологии, то объединить невозможно, в каждой технологии Ethernet имеются свои ограничения на макс допустимое кол-во узлов в домене коллизий, макс расстояние между 2 хостами домена коллизий и на макс допустимое число звеньев в многозвенной системе.

Мосты: представляют собой коммутаторы пакетов, переправляющие и фильтрующие кадры при помощи LAN-адресов получателей. Фильтрацией называется способность мостов определять, следует ли передать кадр опр интерфейсу или его можно просто отбросить. продвижением данных называют способность мостов определять какому из интерфейсов следует направить кадр. Фильтрация и продвижения осуществляются при помощи таблицы моста (каждая запись содержит LAN-адрес узла, номер интерфейса моста, время включения). Самообучение.

Коммутаторы: по сути высокоскоростные мосты с множеством интерфейсов. осуществляют продвижение и фильтрацию кадров с помощью LAN-адресов получателей, а также автоматически формируют таблицы продвижения данных на основании адресов отправителей в проходящих через них кадрах. Большинство коммутаторов работает в дуплексном режиме. Используется сквозная коммутация пакетов. (отличается от коммутации с промежуточным хранением тогда, когда буфер пуст).

Существуют управляемые коммутаторы, внутри свой web-сервер, можно управлять настройками (собирать статистику, оповещения при отключении порта).

Протокол PPP.

Протокол канального уровня для двухточечных соединений (линии, напрямую соединяющие 2 узла, например, последовательная телефонная линия).

Формирование кадра. В соответствии с PPP отправитель должен обеспечить инкапсуляцию пакета сетевого уровня в кадре канального уровня таким образом, чтобы получатель мог определить начало и конец как кадра канального уровня, так и пакета сетевого уровня, содержащегося в кадре.

Прозрачность. Не накладывает ограничения на то, как выглядят данные на сетевом уровне.

Поддержка различных протоколов сетевого уровня. обеспечивает одновременную работу различных протоколов сетевого уровня (IP), в одном и том же физ канале.

Поддержка различных типов линий. обеспечивает работу на различных типах линий связи, включая последовательный и параллельные, синхронные и асинхронные, низкоскоростные и высокоскоростные, электрические и оптические линии.

Обнаружение ошибок. PPP-приемник должен обнаружить битовые ошибки в принимаемом кадре.

Живучесть соединения. Обнаружение неисправности на канальном уровне и сигнал об этом сетевому уровню.

Согласование адресов сетевого уровня. Предоставление механизма, обмена данными между сетевыми уровнями.

Не должен реализовывать: Исправление ошибок, управление потоком, порядок доставки кадров, многоточечные линии.

Формат кадра:

			1 или 2	Поле переменной длины	2 или 4
			Протокол	Информационное поле	Контрольная сумма
Флаг	Адрес	Управляющее поле				Флаг

Поле флага. начинается и заканчивается 1 байтовым полем флага, в котором содержится значение 011110 - байтовая подстановка.

Поле адреса. Единственное возможное значение 11111111

Управляющее поле. Единственное возможное значение - 00000011.

Протокол. какому протоколу более высокого уровня принадлежат инкапсулированные данные.

Информационное поле. содержит инкапсулированный пакет (данные), посылаемые протоколом более высокого уровня, например IP.

Контрольная сумма. Используется для обнаружения ошибок в передаваемом кадре, используется либо 2х либо 4х-байтовый циклический код.

Подпротоколы: LCP (Link Control Protocol), CHAP, PAP - аутентификация, поддерживает в обе стороны, IPCP - настройка сетевого уровня (интерфейс, IP-адреса и пр.).