Курс лекцій „Комп’ютерні мережі

Вид материала

Содержание

Подвійне кільце.
Оптичний обхідний перемикач (Optical Bypass Switch)
1.7.2. Логічна адресація.
1.7.2.1. Класи ІР-адрес.
1.7.2.2. Спеціальні ІР – адреси.
1.7.2.3. Маски ІР-адрес.
1.7.2.4. Безкласова адресація та створення підмереж.

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Механізми відновлення працездатності мережі FDDI після збою.

П
одвійне кільце. Завдяки згортанню мережа може відновити працездатність як після збою у роботі окремої станції так і після обриву кабеля.

Р
ис.4а Рис.4б

Відновлення кільця згортанням після збою в роботі станції та обриву кабеля

Оптичний обхідний перемикач (Optical Bypass Switch)Для збереження працездатності мережі при відключенні живлення у станціях з подвійним підключенням останні повинні бути обладнані оптичними обхідними перемикачами, які створюють обхідний шлях для світлових потоків при зникненні живлення.

Р
ис. 1.6.15. Використання оптичного обхідного перемикача.

Технологія подвійного підключення (Dual Homing). Критичні пристрої, такі як маршрутизатори або файлові сервери можна підключати до кількох концентраторів одночасно. При цьому лише один із зв’язків вважається активним, інший – пасивним, і активується лише при необхідності.

Рис.1.6.16. Використання технології подвійного підключення.

Фізичний рівень технології FDDI.

У технології FDDI для передачі світлових сигналів оптичними волокнами реалізовано логічне кодування 4В/5В у поєднання із фізичним кодуванням NRZI. Ця схема призводить до передачі по лінії зв’язку сигналів з тактовою частотою 125 МГц.

В якості основного фізичного середовища передачі даних використовується багатомодове оптоволокно 62,5/125 мкм. Для цього кабеля максимальна відстань між вузлами становить 2 км, а для одномодового – 10-40 км залежно від якості кабеля. При цьому використовуються світлові сигнали із довжиною хвилі 1300 нм. Максимальна загальна довжина кільця FDDI становить 100 км, максимальна кількість станцій з подвійним під’єднанням – 500.

29

1.7. Мережевий рівень.

1.7.1. Функції мережевого рівня.

Мережевий рівень відповідає за передачу інформації через мережевий комплекс від відправника до отримувача .Ця передача здійснюється на основі адрес мережевого рівня – логічних адрес. Адресна схема мережі має велике значення для процесу передачі інформації; грамотно розроблена адресна схема може значно оптимізувати цей процес, і навпаки, невдала адресна схема може уповільнити роботу мережі, а також знизити безпеку процесу передачі інформації.

30

1.7.2. Логічна адресація.

Як правило, у стеку протоколів ТСР/ІР, на основі якого зараз працюють більшість мереж, використовуються 3 типи адрес:

Локальні – такий тип адрес, який використовується засобами базової технології канального рівня для доставки даних у межах логічного сегменту. У локальних мережах це є МАС-адреси.
Символьні – доменні імена (chnu.cv.ua). Мають ієрархічну структуру і використовуються для зручності запам’ятовування адрес вузлів у великому мережевому комплексі (наприклад, Internet).
ІР-адреси – тип адрес, на основі яких протоколи мережевого рівня передають пакети між мережами.

ІР-адреса являє собою 32-бітне число, яке записується, як правило, у вигляді 4-х десяткових чисел, кожне з яких означає вміст 1 байта; числа розділяються крапками. Значення кожного з цих чисел, таким чином, повинно лежати у межах від 0 до 255. Наприклад: 134.32.67.223. ІР-адреса у межах локальної мережі призначається адміністратором цієї мережі; у межах глобальних мережевих комплексів (Internet) їх роздає InterNIC (Internet Network Information Center). Якщо один мережевий вузол входить у декілька логічних сегментів (наприклад, шлюз), він повинен мати відповідно кілька ІР-адрес. Отже, ІР-адреса характеризує не окремий фізичний пристрій, а одне мережеве з’єднання.

На відміну від МАС-адрес, які існують у плоскому адресному просторі, ІР-адреси мають ієрархічну структуру. Кожна ІР-адреса може бути умовно поділена на 2 частини: адресу мережі і адресу вузла у цій мережі. Вузли, які належать одному логічному мережевому сегменту, повинні мати однакову адресу мережі.

При перенесенні вузла із одного мережевого сегмента у інший ІР-адреса може бути легко змінена програмним чином (саме тому вона логічна, на відміну від фізичної МАС-адреси).

ІР-адреса вузла ніяким чином не пов’язана ні з його МАС-адресою, ні з символьним іменем. При необхідності відповідність між ними можна встановити з допомогою спеціальних протоколів.

31

1.7.2.1. Класи ІР-адрес.

Як було сказано вище, ІР-адреса може бути умовно поділена на 2 частини: номер мережі та номер вузла у цій мережі. Визначити, яка частина ІР-адреси відповідає номеру вузла, а яка – номеру мережі, можна, знаючи клас цієї адреси. Клас адреси визначається значенням перших бітів першого байта адреси.

До класу А належать ІР-адреси, перший біт першого байта яких завжди встановлено в 0:

Мережа

Вузол

ІР – адреси класу А можуть приймати значення від 1.0.0.0 до 126.255.255.255. У них перший байт відповідає за номер мережі, а три інші – за номер вузла у мережі. З допомогою цього класу можна створити 126 мереж, у кожній з яких буде приблизно 2²⁴ вузлів. Як правило, такі адреси використовують для великих мереж, які містять значну кількість вузлів.

До класу В належать ІР-адреси, перші біти першого байта яких завжди мають значення 10:

Мережа

Вузол

ІР – адреси класу В можуть приймати значення від 128.0.0.0 до 191.255.255.255. Тут на номер мережі відведено 2 байти, а 2 інші залишаються на номер вузла у мережі. З допомогою цього класу можна створити 2¹⁶ мереж, у кожній з яких буде до 2¹⁶ вузлів. Як правило, ці адреси використовують для мереж середньої величини.

До класу С належать ІР-адреси, перші біти першого байта яких завжди мають значення 110:

Мережа

Вузол

ІР – адреси класу С можуть приймати значення від 192.0.0.0 до 223.255.255.255. У цих адресах номер мережі займає 3 байти, а на номер вузла у мережі залишається лише 1 байт. З допомогою цього класу можна створити 2²⁴ мереж, у кожній з яких буде до 256 вузлів. Як правило, ці адреси використовують для невеликих мереж.

До класу D належать ІР-адреси, перші біти першого байта яких мають значення 1110:

Вузол

Ці адреси вже не ділять на номер вузла і номер мережі і використовують для групової (multicast) адресації – в ситуаціях, коли необхідно певну інформацію передати лише частині мережі. Адреси класу D можуть приймати значення від 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Для роботи з цими адресами призначено спеціальні протоколи.

До класу Е належать ІР-адреси, перші біти першого байта яких приймають значення 1111:

Вузол

Ці адреси зарезервовані для дослідницьких цілей і не використовуються у звичайній адресації; вони також не діляться на номер мережі і номер вузла.

32

1.7.2.2. Спеціальні ІР – адреси.

Існують певні ІР-адреси, які, на перший погляд, можутьт бути використані для адресації, оскільки належать певним класам, але насправді є зарезервованими для інших цілей. До них належать наступні:

0.0.0.0 – адреса вузла, який згенерував дане повідомлення. Вона використовується у якості адреси відправника у деяких повідомленнях протоколу ІСМР (один з протоколів діагностики та управління мережею).

127.0.0.1 та всі інші адреси класу А, які належать мережі 127.0.0.0 – так звана „локальна петля” (local loopback). Використовується для тестування комп’ютера. Будь-яке повідомлення, відправлене на таку адресу, нікуди не передається, а розглядається вузлом як щойно прийняте для нього.

Адреса, в полі номера мережі якої стоїть певне значення, а в полі номера вузла – всі двійкові нулі (наприклад, для класу В – 134.27.0.0) – так звана wire address, або адреса мережі в цілому. Використовується маршрутизуючими пристроями для визначення мережі, у яку слід перенаправляти пакет.

Адреса, в полі номера мережі якої стоять всі двійкові нулі, а в полі номера вузла – певне значення (наприклад, для класу В – 0.0.25.141) говорить про те, що вузол-отримувач повідомлення належить тій же мережі, що і вузол-відправник.

Адреса, в полі номера мережі якої стоїть певне значення, а в полі номера вузла – всі двійкові одиниці (наприклад, для класу В – 134.27.255.255) – так звана широкомовна адреса (broadcast address). Використовується, коли певне повідомлення повинно бути розглянуте всіма вузлами мережі. Таку адресу ще називають напрямленою широкомовною адресою, оскільки явно вказано, вузли якої мережі повинні отримати повідомлення.

255.255.255.255 – так зване локальна, або обмежена широкомовна адреса (local, limited broadcast); означає, що дане повідомлення повинно бути розглянуте всіма вузлами мережі, до якої належить відправник повідомлення. Через маршрутизуючі вузли такі повідомлення не передаються.

Перша з вказаних адрес використовується у якості адреси відправника повідомлення, всі інші – у якості адрес отримувачів повідомлень.

Виходячи з вище сказаного, можна зауважити, що у кожній мережі щонайменше 2 адреси є зарезервованими і не можуть використовуватися для адресації кінцевих вузлів: це нульова адреса (адреса мережі) та остання (широкомовна) адреса. Отже, можна точніше визначити, скільки вузлів можна адресувати у кожній мережі. Це робиться за наступною формулою:

, де n – кількість біт, відведених для номера вузла у ІР – адресі. Отже, для класу С, наприклад, у одній мережі може бути адресовано 254 вузли (2⁸-2=256-2=254).

У кожному класі адрес також є певні адреси, які можуть використовуватися для адресації кінцевих вузлів, але не маршрутизуються в Internet. Це так звані приватні (private) адреси. До них належать наступні:

у класі А: 10.0.0.0 – 10.255.255.255

у класі В: 172.16.0.0 – 172.31.255.255

у класі С: 192.168.0.0 – 192.168.255.255

Ці адреси використовуються у мережах, які використовують транслятори мережевих адрес (NAT, Network Address Translation) або проксі-сервери для того, щоб обмежити доступ зовні до внутрішніх вузлів мережі, або для того, щоб зекономити кошти на оренді громадських (public) адрес за рахунок присвоєння всім внутрішнім вузлам приватних адрес, і лише шлюзу – громадської.

33

1.7.2.3. Маски ІР-адрес.

Як правило, у парі з кожною ІР-адресою завжди повідомляють її маску. Маска – це макож 32-бітне число, яке містить всі двійкові 1 у полі номера мережі і всі двійкові 0 у полі номера вузла. З її допомогою можна визначити, до якої саме мережі належить певний вузол. Саме з цією метою вона і використовується маршрутизуючими вузлами.

Якщо ІР-адреса належить до певного класу, мова йде про класову адресацію. У такому випадку цій адресі відповідає маска певного класу за замовчуванням. Маски за замовчуванням мають вигляд:

для класу А – 255.0.0.0

для класу В – 255.255.0.0

для класу С – 255.255.255.0

Існує також інший формат запису маски, у якому вказується лише кількість біт, яка виставлена в 1. Такі маски записують через слеш (/) після ІР-адреси вузла. Для різних класів вони мають вигляд:

для класу А – /8 (наприклад, 56.45.123.98 /8)

для класу В – /16 (наприклад, 145.233.35.88 /16)

для класу С – /24 (наприклад, 201.11.45.9 /24)

У принципі, якщо ми твердо упевнені в тому, що у мережі використовується класова адресація, то маску знати не обов’язково, оскільки ми і так знаємо, скільки байт відведено під номер мережі, і можемо визначити, якій мережі належить цей вузол. Але маршрутизуючі пристрої працюють за дещо іншим алгоритмом, для якого їм слід знати маску ІР-адреси. Розглянемо цей алгоритм детальніше.

Нехай маршрутизуючий пристрій отримав пакет, у якому вказана адреса вузла-отримувача повідомлення 145.233.12.57. У нього є два інтерфейси, через які він може відправити це повідомлення – 145.233.0.1 і 145.234.0.1. Для того, щоб коректно змаршрутизувати дане повідомлення, він повинен визначити, який з цих інтерфейсів належить тій же мережі, що і отримувач повідомлення. Для цього він виконує наступні дії:

1) переводить ІР-адресу отримувача у двійковий вигляд:

10010001.11101001.00001010.00111001

2) визначає маску цієї ІР-адреси. Оскільки значення перших біт першого байта адреси становать 10, то це адреса класу В; її маска 255.255.0.0 також записується у двійковому вигляді:

11111111.11111111.00000000.00000000

3) над двома отриманими значеннями проводиться операція побітового логічного множення (логічне І, AND):

10010001.11101001.00001010.00111001

AND

11111111.11111111.00000000.00000000

10010001.11101001.00000000.00000000.

4) отриманий результат знову переводиться у десяткову форму:

145.233.0.0

Згідно з таблицею маршрутизації, інтерфейс, через який слід передавати інформацію для цієї мережі – 145.233.0.1; на нього і відправляється дане повідомлення.

34

1.7.2.4. Безкласова адресація та створення підмереж.

Класова адресація у деяких випадках є досить негнучкою та незручною. Наприклад, мережу класу А досить важко адмініструвати в цілому – адже вона може містити майже 17 млн вузлів. Тому, як правило, великі мережі розбивають на так звані підмережі – менші частини, кожна з яких являє собою окремий логічний сегмент. Це робиться як з точки зору зручності керування та діагностики так і для підвищення рівня захисту інформації – адже користувач вузла однієї підмережі, як правило, відділений від вузлів, які належать іншій підмережі.

При використанні підмереж говорять про перехід від класової до безкласової адресації – адже у цьому випадку клас мережі дещо втрачає свій зміст, оскільки за ним ми вже не можемо визначити, яка частина ІР-адреси відповідає за номер вузла, а яка – за номер мережі. При використанні підмереж і безкласової адресації наявність маски є обов’язковою, оскільки лише з її допомогою можна визначити, до якої мережі належить вузол.

Підмережі створюються за рахунок запозичення біт з поля номера вузла адреси певного класу. Враховуючи, що у кожній підмережі повинно бути 2 зарезервовані адреси (адреса мережі та широкомовна адреса, як і у класовій адресації), можна визначити мінімальну та максимальну кількість біт, які можна запозичити: N_min=2, на основі чого можна створити 2 підмережі (рахується за тією ж формулою, що і кількість вузлів у мережі); N_max=n-2 (повинно залишитися достатня кількість біт для адресації щонайменше 2-х вузлів, враховуючи 2 зарезервовані адреси). Адреса підмережі та широкомовна адреса визначаються за тими ж правилами, що і для класових мереж; правила використання маски теж однакові. Але при записі маски слід враховувати, що у ній в 1 виставляються не лише ті біти, які належать номеру мережі, а і ті, які належать номеру підмережі.

Розглянемо декілька прикладів.

Приклад 1. Нехай задано ІР-адресу мережі 145.233.0.0. На її основі необхідно створити щонайменше 100 підмереж, кожна з яких зможе вмістити до 450 вузлів. Визначити маску для таких підмереж; вказати адресу 25-ї за порядком мережі та адресу 300-го вузла у цій підмережі; вказати широкомовну адресу для цієї підмережі.

Дана ІР-адреса належить до класу В; отже, у ній 16 біт відведено під номер мережі, і 16 – під номер вузла. Таким чином для створення підмереж ми можемо взяти при необхідності від 2 до 14 (16-2=14) біт. Для визначення кількості біт, які слід запозичити для того, щоб кількість підмереж відповідала заданим умовам, робимо наступне: визначаємо найближчу до заданої кількості підмереж ступінь числа 2, більшу за вказану кількість. Це число 128, яке дорівнює 2⁷. Отже, для адресації 100 підмереж нам досить взяти 7 біт із поля номера вузла.

Перевіримо, чи достатньо тих біт, що залишилися, для адресації 450 вузлів у кожній підмережі. Для цього визначимо за формулою кількість вузлів, допустиму для кожної підмережі. Після того, як ми запозичили 7 біт для номера підмережі залишилося ще 9: 2⁹=512>450 – отже, даної кількості біт достатньо.

Тепер, знаючи кількість біт, які використовуються для номера підмережі і номера вузла, можна записати маску для підмереж згідно з правилами запису маски (1 – у полі номера мережі і полі номера підмережі, 0 – у полі номера вузла). Маска матиме такий вигляд: 11111111.11111111.11111110.00000000, або 255.255.254.0, або /23.

Для визначення адреси 25-ї підмережі виконуємо наступні дії:

1) перетворюємо 25 у двійковий вигляд. (25)₁₀=(11001)₂.

2) записуємо це значення у поле номера підмережі справа наліво, починаючи з молодшого біта. Якщо у нас залишаються вільні позиції, заповнюємо їх нулями. Номер мережі записується у двійковому вигляді без змін; поле номера вузла заповнюється 0 (згідно з правилом запису адреси мережі).

10010001.11101001.00110010.00000000

3) отримане значення знову перетворюємо у десяткову форму побайтно:

145.233.50.0 – це і є отримана адреса 25-ї за порядком підмережі.

Для отримання широкомовної адреси 25-ї підмережі слід на кроці 2 попереднього алгоритму поле номера вузла заповнити не 0, а 1 (згідно з правилом запису широкомовної адреси):

10010001.11101001.00110011.11111111

Отримане значення перетворюємо у десяткову форму побайтно:

145.233.51.255 – широкомовна адреса для 25-ї підмережі.

Для адресації кінцевих вузлів у цій підмережі можна використовувати значення від 145.233.50.1 до 145.233.51.254 включно.

Тепер визначимо адресу 300-го вузла у 25-й підмережі. Для цього виконуємо наступні дії:

1) перетворимо 300 у двійкову форму: (300)₁₀=(100101100)₂

2) записуємо отримане число у поле номера вузла, перенісши зайвий старший біт у другий байт (пам’ятаємо, що для поля номера вузла використовуються 9 біт):

10010001.11101001.00110011.00101100

3) отримане значення знову перетворюємо у десяткову форму побайтно:

145.233.51.44 – ІР-адреса 300-го вузла.

Приклад 2. Дано ІР-адресу 100.44.26.12 /18. Визначити, скільки вузлів може містити підмережа, створена за такою маскою;скільки підмереж можна створити з даною маскою; порядковий номер підмережі, до якої належить даний вузол.

Дана адреса належить до класу А; отже, маска мережі займає 8 біт. Тоді з 18, виділених на маску взагалі, на поле номера підмережі залишається 10 біт. Отже, за формулою

отримуємо 2¹⁰-2=1024-2=1022 підмережі. Аналогічно рахуємо кількість вузлів у кожній з них: ІР-адреса в цілому займає 32 біти, з них 18 відведено на номер мережі і номер підмережі. Отже, на номер вузла залишається 14 біт. Тоді 2¹⁴-2=16384-2=16382 вузли.

Для визначення того, до якої підмережі належить даний вузол, виконуємо наступні дії:

1) перетворюємо ІР-адресу у двійковий вигляд:

01100100.00101100.00011010.00001100

2) записуємо маску також у двійковому вигляді:

11111111.11111111.11000000.00000000

3) виконуємо операцію логічного множення побітово між ІР-адресою та маскою:

01100100.00101100.00011010.00001100

AND

11111111.11111111.11000000.00000000

01100100.00101100.00000000.00000000

4) результат перетворюємо побайтно у десяткову форму:

100.44.0.0 – ІР-адреса підмережі, до якої належить даний вузол.

Для визначення порядкового номеру цієї підмережі серед інших слід виконати наступні дії:

1) записати ІР-адресу

Blog

Курс лекцій „Комп’ютерні мережі

Содержание