Stratul 3-protocoale
Routerul este un echipament de internetworking care transmite pachetele de date intre retele in functie de adresele de strat 3.Un router are capacitatea de a lua decizii inteligente in ceea ce priveste cel mai bun traseu de distribuire a datelor in retea.In acest capitol, veti invata cum folosesc routerele schema de adresare a stratului 3 pentru a lua decizii de transmitere.
In plus, veti invata cum echipamentele din retelele locale folosesc Address Resolution Protocol(ARP) inainte de a transmite datele catre destinatie.Veti afla ce se intampla cand un echipament dintr-o retea nu cunoaste adresa MAC a unui echipament din alta retea.Veti invata ca Reverse Address Resolution Protocol(RARP) este protocolul utilizat de un echipament care nu isi cunoaste propria adresa IP.In final, veti invata diferentele dintre protocoalele de directionare si cele directionabile precum si modul prin care routerele afla distanta intre locatii.Veti invata despre vectorul de distanta, link-state, si directionarea hibrida si modul in care acestea resolva problemele de routing aparute.
11.1 Echipamente de strat 3
11.1.1 Routerul
Intr-o retea, exista doua scheme de adresare:una foloseste adresa MAC, ce apartine stratului linkurilor de date(stratul 2);cealalta foloseste o adresa localizata la nivelul stratului retelei(stratul 3)al modelului OSI.Un exemplu de adresa de strat 3 este adresa IP.Un router este un echipament de internetworking care transmite pachetele de date intre retele, in functie de adresele de strat 3.Routerul are capacitatea de a lua decizii inteligente in ceea ce priveste cel mai bun traseu pentru transmiterea datelor in retea.
11.1.2 Adresele stratului 3
Bridgurile si switchurile folosesc adresele fizice, sau MAC,pentru a lua decizii de distribuire.Routerul foloseste schema de adresare de strat 3 pentru a lua aceste decizii.Ele folosesc adresa IP, sau adresa logica, in locul adresei MAC.Deoarece adresele IP sunt implementate in software, si sunt relative la reteaua unde este localizat un anumit echipament, acestea mai sunt cunoscute uneori si ca adrese de protocol, sau adrese de retea.
Adresele fizice, sau MAC, sunt de obicei atribuite de producatorul placii de retea si sunt implementate la nivel hard in placa de retea.Administratorul de retea este cel care atribuie de obicei adresele IP.De fapt, adeseori, un administrator de retea grupeaza echipamentele de retea intr-o schema de adresare IP, in functie de localizarea lor geografica, departament sau etajul cladirii.Deoarece sunt implementate in software, adresele IP se pot schimba relativ usor.Bridgurile si switchurile sunt de obicei folosite pentru a conecta segmentele unei retele.Routerele sunt folosite pentru a conecta retele separate si de a accesa Internetul.Acest lucru se realizeaza prin routing(directionare).
11.1.3 Numere unice de retea
Routerele conecteaza doua sau mai multe retele, fiecare dintre ele trebuind sa aiba un numar de retea unic pentru ca directionarea sa fie posibila.Numarul de retea unic este inclus in adresa IP care este atribuita fiecarui echipament atasat la retea.
Exemplu:
O retea are un numar de retea unic-A.La retea se ataseaza 4 echipamente.Adresele IP ale acestor echipamente sunt A2, A3, A4 si A5.Deoarece interfata unde routerul se conecteaza la acea retea este considerat ca facand parte din acea retea, adresa interfetei in acest caz are adresa A1.
Exemplu:
O alta retea, cu numarul de retea unic-B-are 4 echipamente atasate.Aceasta retea este de asemenea conectata la acelasi router, dar la o interfata diferita.Adresele IP ale echipamentelor din aceasta retea vor fi B2, B3, B4 si B5.Adresa IP a celei de-a doua interfete este B1.
Exemplu:
Doriti sa trimiteti date de la o retea la alta.Reteaua sursa este A;reteaua destinatie este B; routerul este conectat la retelele A, B, C si D.Cand cadrele provenite de la reteaua A ajung la router, acesta va realiza urmatoarele operatii:
Indepareteaza antetul linkurilor de date, purtat de cadru(antetul contine adresele MAC ale sursei si destinatiei).
Examineaza adresa stratului 3 pentru a determina reteaua de destinatie.
Consulta tabelul de directionare pentru a determina care dintre interfetele sale trebuie folosita pentru a transmite datele, pentru a ajunge la reteaua de destinatie.
In acest exemplu, routerul determina ca trebuie sa transmita datele de la reteaua A la reteaua B, prin interfata cu adresa B1.Inainte de a transmite propriuzis datele prin interfata, routerul incapsuleaza datele sub forma unui cadru adecvat.
11.1.4 Interfata/portul routerului
Locul de atasare al routerului la o retea se numeste interfata sau port.In cazul directionarii IP, fiecare interfata trebuie sa aiba adrese de retea/subretea unice, separate.
11.2 Comunicatiile retea-retea
11.2.1 Metode de atribuire a unei adrese IP
Dupa ce ati determinat schema de adresare pentru o retea, trebuie sa alegeti 323i89d o metoda de atribuire a adreselor catre gazde.Exista in principal doua metode pentru atribuirea adreselor IP-adresarea statica(static addressing) si adresarea dinamica(dynamic addressing).Indiferent de schema utilizata, nu trebuie sa existe doua interfete care sa aiba aceeasi adresa IP.
Daca atribuiti adresele IP static, trebuie sa treceti pe la fiecare echipament si sa-l configurati cu adresa IP aleasa.Aceasta metoda necesita mentinerea unor inregistrari meticuloase, pentru ca pot apare probleme cand utilizati adresele IP duplicate.Unele sisteme de operare, cum ar fi Windows 95 si Windows NT, trimit o solicitare ARP pentru a verifica existenta vreunei adrese IP duplicate, atunci cand initializeaza TCP/IP.Daca descopera o adresa duplicata, sistemul de operare nu va initializa TCP/IP ci va genera un mesaj de eroare.Pastrarea inregistrarilor(notitelor) este foarte importanta, deoarece nu toate sistemele de operare pot identifica adresele IP duplicate.
Exista mai multe metode pentru a atribui adrese IP dinamic.Dintre acestea se pot enumera:
Reverse Address Resolution Protocol(RARP)
Reverese address resolution protocol(RARP) leaga adresele MAC de adresele IP.Aceasta legare permite unor echipamente de retea sa incapsuleze datele inainte de a le inainta in retea.Un echipament de retea poate cunoaste propria adresa MAC, insa nu adresa IP.Echipamentele care utilizeaza RARP trebuie sa fie conectate la un server RARP, care sa raspunda cererilor RARP.
Sa luam ca exemplu un echipament sursa care vrea sa transmita date catre un alt echipament.In acest exemplu sursa isi cunoaste adresa MAC, dar nu este capabila sa isi localizeze adresa IP in tabelul ARP.Pentru ca echipamentul de destinatie sa receptioneze datele sa le paseze catre straturile superioare ale modelului OSI, si sa raspunda echipamentului sursa, sursa trebuie sa aiba atat adresa MAC cat si adresa IP.Din acest motiv, sursa initiaza un proces numit solicitare ARP, care ii permite sa isi localizeze propria adresa IP.Echipamentul construieste un pachet de solicitare ARP si il trimite in retea.Pentru a se asigura ca toate echipamentele din retea ,,vad" acel pachet, sursa va folosi o adresa IP broadcast.
RARP foloseste acelasi format al pachetului ca si ARP.In cazul unei solicitari RARP, antetele MAC, antetele IP si ,,codul de operare" sunt diferite fata de o solicitare ARP.Formatul pachetului RARP contine regiuni pentru adresele MAC atat a sursei cat si a destinatiei.Sectorul de adresa IP a sursei este gol.Semnalul porneste catre toate echipamentele din retea;din acest motiv adresa IP de destinatie are toti bitii comutati pe 1.Statiile de lucru care utilizeaza RARP au coduri in ROM care le indica cum si cand sa foloseasca procesul RARP, cum sa localizeze serverul RARP.
BOOTstrap Protocol(BOOTP)
Un echipament foloseste BOOTstrap Protocol(BOOTP) cand se initializeaza, pentru a obtine o adresa IP.BOOTP foloseste UDP pentru a transporta mesaje;mesajul UDP este incapsulat in datagrama IP.Un calculator foloseste BOOTP pentru a emite o datagrama IP broadcast(folosind adresa IP de destinatie care are numai bitii 1-255.255.255.255).Un server BOOTP receptioneaza broadcastul si trimite la randul lui un broadcast.Clientul receptioneaza datagrama si verifica adresa MAC.Daca isi gaseste propria adresa MAC in sectorul adresei de destinatie, atunci va prelua adresa IP din datagrama.Ca si RARP, BOOTP opereaza intr-o relatie client-server, si necesita doar un singur schimb de pachete.Totusi, spre deosebire de RARP, care trimite inapoi doar o adresa IP de 4 octeti, datagramele BOOTP pot include adresa IP, adresa routerului(poarta de baza-default gateway), adresa serverului, si un sector specific producatorului.O problema cu BOOTP este ca nu a fost proiectat sa asigure o atribuire dinamica a adreselor.Cu ajutorul BOOTP puteti crea un fisier de configuratie care specifica parametrii pentru fiecare echipament.
Dynamic Host Configuration Protocol(DHCP)
Dynamic host configuration protocol(DHCP) a fost propus ca un succesor al BOOTP.Spre deosebire de BOOTP, DHCP permite obtinerea unei adrese IP rapid si dinamic.Tot ceea ce este necesar pentru utilizarea DHCP este o gama de adrese IP definita pe un server DHCP.Pe masura ce gazdele intra online, ele contacteaza serverul DHCP si solicita o adresa.Serverul DHCP alege o adresa si o atribuie gazdei respective.Cu ajutorul DHCP, intreaga configurare a computerului poate fi obtinuta printr-un singur mesaj(ex.impreuna cu adresa IP, serverul poate trimite si o masca de subretea).
11.2.2 Secventa de initializare DHCP
Cand un client DHCP booteaza, intra in faza de initializare.El trimite mesaje broadcast DHCPDISCOVER , care sunt de fapt pachete cu numarul portului setat pentru portul BOOTP.Dupa trimiterea pachetelor DHCPDISCOVER, clientul intra in faza de selectie si colecteaza replicile DHCPOFFER de la serverul DHCP.Clientul selectioneaza primul raspuns pe care il primeste si negociaza timpul de retinere(perioada de timp cat poate retine adresa fara sa o reinnoiasca) cu serverul DHCP si trimiterea unui pachet DHCPREQUEST.Serverul DHCP recunoaste cererea clientului prin trimiterea unui pachet DHCPACK.Clientul poate intra acum in faza de stare(bound state) cand poate utiliza adresa.
11.2.3 Componentele IP cheie
Pentru ca echipamentele sa poata comunica, echipamentele sursa trebuie sa posede atat adresa MAC cat si IP a destinatiei.Atunci cand incearca sa comunice cu echipamente carora le cunosc adresa IP, trebuie sa determine apoi si adresele MAC.Setul TCP/IP are un protocol, numit ARP, care poate obtine automat adresa MAC.ARP permite unui calculator sa gaseasca adresa MAC a computerului care este asociat cu o adresa IP.
Nota:unitatea de baza de transfer a datelor in IP este pachetul IP.Procesarea pachetelor apare la nivel software, ceea ce inseamna ca continutul si formatul nu sunt dependente de hardware.Un pachet este divizat in doua componente majore:antetul, care include adresele sursei si destinatiei; si zona de date.Alte tipuri de protocol au propriile lor formate.Pachetul IP este specific doar pentru IP.
Nota:un alt component major al IP este Internet Control Message Protocol(ICMP).Acest protocol este folosit de catre un echipament pentru a raporta o problema expeditorului mesajului.De exemplu, daca routerul primeste un pachet pe care nu il poate distribui, el trimite un mesaj inapoi catre expeditor.Una dintre multele trasaturi ale ICMP este echo-request/echo-reply, care este un component ce testeaza daca un pachet poate ajunge la distinatie prin pinging-ul acesteia.
11.2.4 Rolul ARP
Protocoalele stratului 3 determina ce date vor trece prin stratul retelei catre straturile superioare ale modelului OSI.Un pachet de date trebuie sa contina atat adresa MAC cat si IP a destinatiei.Daca una dintre cele doua adrese lipseste, datele nu vor putea trece prin stratul 3.In acest mod, adresele MAC si IP actioneaza ca niste elemente de verificare.Dupa ce un echipament a determinat adresa IP a destinatiei, el poate adauga adresa MAC de destinatie la pachetul de date.
Exista mai multe modalitati prin care un echipament poate determina adresa MAC pe care trebuie sa o adauge la datele incapsulate.Unele echipamente pastreaza tabele care contin toate adresele MAC si IP ale restului de echipamente ce sunt conectate la aceeasi retea.Acestea sunt numite tabele ARP, si ele contin adresele IP corespunzatoare adreselor MAC.Tabelele ARP sunt portiuni din memoria RAM, in care informatia din memoria cache a echipamentelor din retea este stocata automat.Sunt rare ocaziile in care puteti adauga manual vreo adresa in tabelul ARP.Fiecare computer dintr-o retea are propriul sau tabel ARP.De fiecare data cand un echipament de retea vrea sa trimita date prin retea, el foloseste informatia furnizata de tabelul ARP.
Cand sursa determina adresa IP a destinatiei, sursa consulta tabelul ARP pentru a localiza adresa MAC a destinatiei.Daca sursa localizeaza o corespondenta in tabel, ea va asocia adresa IP la adresa MAC si apoi va incapsula datele.Pachetul de date este trimis apoi prin mediul de retea si este preluat de destinatie.
11.2.5 Functionarea ARP intr-o subretea
Daca o gazda vrea sa trimita date catre o alta gazda, trebuie sa cunoasca adresa IP a acesteia.Daca nu este capabila sa localizeze adresa MAC a destinatiei in propriul tabel ARP, gazda va initia un proces numit ARP request(solicitare ARP).Solicitarea ARP ii permite sa afle adresa MAC a destinatiei.
O gazda construieste un pachet de solicitare ARP pe care il trimite catre toate echipamentele din retea.Pentru a se asigura ca toate echipamentele din retea ,,vad" acea solicitare, sursa foloseste adresa MAC broadcast.Adresa de tip broadcast in schema de adresare MAC are toate locatiile setate pe F.Astfel, o adresa MAC broadcast are forma FF-FF-FF-FF-FF-FF.Deoarece pachetele de solicitare ARP sunt de tip broadcast, toate echipamentele din reteaua locala receptioneaza acele pachete si le paseaza catre stratul retelei pentru examinare.Daca adresa IP a destinatiei se potriveste cu adresa IP de destinatie din solicitarea ARP, acel echipament raspunde prin trimiterea catre sursa a propriei adrese MAC.Acest proces se numeste replica ARP(ARP reply).
Exemplu:
Echipamentul sursa 197.15.22.33 solicita adresa MAC a adresei IP de destinatie 197.15.22.126.Echipamentul de destinatie 197.15.22.126 preia solicitarea ARP si raspunde printr-o replica ARP care contine adresa MAC.
Odata ce echipamentul initial receptioneaza replica ARP, el extrage adresa MAC din antetul MAC, si updateaza tabelul ARP.Echipamentul sursa poate apoi sa ataseze datelor atat adresa IP cat si cea MAC ale destinatiei.El foloseste aceasta noua informatie pentru a realiza incapsulari de strat 2 sau 3, inainte ca datele sa fie lansate in retea.
Cand datele ajung la destinatie, stratul linkurilor de date le verifica, indeparteaza antetul MAC si transfera datele catre stratul retelei.Stratul retelei examineaza datele si observa ca adresa IP se potriveste cu adresa IP a destinatiei, continuta in antetul IP.Stratul retelei indeparteaza antetul IP si transfera datele incapsulate catre urmatorul strat al modelului OSI, stratul transportului.Acest proces se repeta pana cand datele ajung la stratul aplicatiei, unde pot fi citite.
11.3 Concepte ARP avansate
11.3.1 Poarta de baza(default gateway)
Pentru ca un echipament sa comunice cu un alt echipament dintr-o alta retea, acesta trebuie sa aiba o poarta de baza(default gateway).O poarta de baza reprezinta adresa IP a interfetei routerului care se conecteaza la segmentul de retea unde este localizata sursa.Aceasta adresa trebuie sa fie pe acelasi segment de retea cu sursa.
Daca nu este definita nici o poarta de baza, comunicarea este posibila doar pe propriul segment logic de retea al echipamentului.Computerul care trimite datele compara adresa IP a destinatiei cu cea din propriul tabel ARP.Daca nu gaseste vreo referinta, trebuie sa aiba la dispozitie o adresa default pe care sa o utilizeze.Fara o poarta de baza, computerul sursa nu are nici o adresa MAC de destinatie la dispozitie, iar mesajul este netransmisibil.
11.3.2 Probleme legate de trimiterea datelor catre noduri din diferite retele
Una dintre problemele majore in networking este modul de comunicare intre echipamentele care nu sunt situate pe acelasi segment fizic de retea.Exista 2 componente ale acestei probleme.Prima este de a obtine adresa MAC a gazdei destintare, iar a doua este de a transfera pachetele de date de pe un segment de date pe altul.
11.3.3 Modul prin care ARP trimite date catre retelele indepartate
ARP foloseste pachetele broadcast pentru a realiza acest proces.Routerele, insa, nu transmit pachetele broadcast.Pentru ca un echipament sa trimita date catre o adresa situata pe alt segment de retea, atunci sursa trimite datele catre poarta de baza.Poarta de baza reprezinta adresa IP a interfetei routerului care este conectat la acelasi segment de retea ca si sursa.Sursa compara adresa IP de destinatie cu propria sa adresa IP pentru a determina daca cele doua adrese sunt localizate pe acelasi segment de retea.Daca gazda destinatara nu este pe acelasi segment, sursa trimite datele catre poarta de baza.
11.3.4 Proxy ARP
Proxy ARP este o variatie protocolului ARP.In acest caz un echipament intermediar(ex. un router) trimite un raspuns ARP, in numele unui nod terminal, catre gazda care il solicita.Routerele care folosesc proxy ARP pot captura pachetele ARP.Ei raspund cu propriile adrese MAC pentru acele solicitari la care adresa IP nu se incadreaza in gama de adrese al subretelei locale.
In descrierea anterioara, poarta de baza este configurata.Daca sursa nu are o poarta de baza configurata, trimite o solicitare ARP.Toate gazdele din segmentul respectiv, inclusiv routerul, receptioneaza acea solicitare.Routerul compara adresa IP de destinatie cu adresa IP a subretelei pentru a vedea daca adresa IP a destinatiei se afla pe acelasi segment ca si sursa.Daca adresa subretelei este aceeasi, routerul nu ia in considerare pachetul.Motivul este ca adresa destinatiei este pe acelasi segment cu adresa sursei.Deci un alt echipament din acelasi segment trebuie sa raspunda la acea solicitare ARP.Cand adresa IP de destinatie nu este specificata, se va genera o eroare la nivelul sursei.
Daca adresa subrelei este diferita, routerul va raspunde prin propria sa adresa MAC a interfetei care este conectata direct la segmentul de retea pe care se afla sursa.Acesta este cazul proxy ARP.Din moment ce adresele MAC ale destinatiei nu sunt disponibile, routerul va folosi propria sa adresa MAC pentru a prelua pachetul.Apoi routerul poate transmite solicitarea ARP(pe baza adresei IP de destinatie) catre subreteaua corespunzatoare.
11.3.4 Scheme logice de strat 3
Creati scheme logice pentru urmatoarele procese:
ARP
RARP
BOOTP
DHCP
11.4 Protocoale directionabile
11.4.1 Protocoale directionate
IP este un protocol de strat 3, si din aceasta cauza, poate fi directionat printr-o interretea, care este o retea de retele.Protocoalele care asigura un suport pentru stratul retelei se numesc protocoale directionabile sau directionate.
11.4.2 Alte protocoale directionate
Acest curs se axeaza pe cel mai des folosit protocol directionabil, si anume IP.Desi ne vom focaliza asupra IP, este important sa retinem ca exista si alte protocoale directionabile.Printre acestea se pot exemplifica IPX/SPX si Apple Talk.
11.4.3 Protocoale directionabile si non-directionabile
Protocoale de tipul IP, IPX/SPX si Apple Talk furnizeaza un suport pentru stratul 3 si sunt din acest motiv directionabile.Exista insa si protocoale care nu suporta stratul 3; acestea sunt numite protocoale nedirectionabile.Cel mai comun protocol nedirectionabil este NetBEUI.NetBEUI este un protocol mic,rapid si eficient care poate functiona doar pe un segment.
11.4.4 Caracteristicile unui protocol directionabil
Pentru ca un protoco sa fie directionabil, el trebuie sa fie capabil sa atribuie un numar de retea, precum si un numar de gazda, pentru fiecare echipament.Unele protocoale, cum ar fi IPX, necesita doar atribuirea numarului de retea, deoarece el utilizeaza adresa MAC a gazdei pe post de numar fizic.Alte protocoale, cum ar fi IP, presupun ca voi sa le furnizati adresa completa, precum si masca de subretea.Adresa de retea este obtinuta prin operatia logica AND intre adresa si masca.
11.5 Protocoale de directionare
11.5.1 Exemple de protocoale de directionare
Protocoalele de directionare(Nota:nu le confundati cu protocoalele directionabile) determina caile pe care protocoalele directionabile le urmeaza catre destinatie.Exemple de protocoale de directionare include Routing Information Protocol(RIP), the Interior Gateway Routing Protocol(IGRP), the Enhanced Interior Gateway Routing Protocol(EIGRP) si Open Shortest Path First(OSPF).
Protocoalele de directionare permit routerelor care sunt conectate sa creeze o harta interna, a altor routere din retea sau Internet.Acest lucru permite aparitia routingului(selectia celui mai bun traseu, si comutarea).Aceste tabele devin parte a tabelului de directionare al fiecarui router.
11.5.2 Definirea unui protocol de directionare
Routerele folosesec protocoale de directionare pentru a face schimb de tabele de directionare si de a folosi in comun informatia de directionare.Intro-o retea, cel mai comun protocol folosit pentru a transfera informatie de directionare intre routere, localizate in aceasi retea, este Routing Information Protocol(RIP).Acest Interior Gateway Protocol(IGP) calculeaza distanta pana la destinatie sub forma de cate opriri(hops)-deci routere-va suferi pachetul.RIP permite routerelor sa-si updateze tabelele de directionare la intervale programabile, de obicei la fiecare 30 de secunde.Un dezavantaj al routerelor care folosesc RIP, este ca trebuie sa fie constant conectati la routerii invecinati pentru a-si updata tabelele de directionare, in acest fel creandu-se un trafic consistent.
RIP permit routerelor sa determine ce traseu sa foloseasca pentru a trimite datele.El realizeaza acest lucru prin folosirea unui concept numit vector de distanta.De fiecare data cand datele trec prin router, aceasta trecere este considerata o oprire(un hop).Un traseu care are un numar de opriri(hop count) egal cu 4, inseamna ca datele trebuie sa treaca prin 4 routeri inainte de a ajunge la destinatie.Daca exista mai multe trasee catre destinatie, va fi ales traseul cu cel mai mic numar de opriri.
Deoarece numarul de opriri este singura unitate de masura folosita de RIP, nu inseamna ca este selectionata si cel mai rapid traseu catre destinatie.Veti invata ca alte protocoale de directionare folosesc si multe alte unitati de masura pentru a gasi cel mai bun traseu pentru date.Cu toate acestea, RIP ramane foarte popular, si este implementat pe scara larga, probabil si datorita faptului ca a fost unul din primele protocoale de directionare utilizate.
O alta problema ridicata de folosirea RIP este ca uneori destinatia este prea indepartata pentru a se ajunge la ea.Cand folosim RIP, numarul maxim de opriri acceptat este de 15.Reteaua de destinatie este considerata neabordabila daca pe traseu apar mai mult de 15 noduri.
11.5.3 Secventa de incapsulare pentru directionare
La nivelul stratului linkurilor de date, datagrama IP este incapsulata intr-un cadru.Datagrama, inclusiv antetul IP, este tratata ca si date.Un router receptioneaza cadrul, indeparteaza antetul cadrului, apoi verifica adresa IP a destinatiei din antetul IP.Routerul cauta apoi adresa IP a destinatiei in propriul tabel de directionare, incapsuleaza datele intr-un cadru al stratului linkurilor de date, si il trimite catre interfata corespunzatoare.Daca nu gaseste adresa IP a destinatiei, pachetul poate fi neglijat.
11.5.4 Directionarea multi-protocol
Routerele sunt capabile de a suporta in acelasi timp mai mult protocoale de directionare, si de a mentine tabele de directionare pentru mai multe protocoale directionabile.Aceasta capacitate permite routerului sa distribuie pachete de la mai multe protocoale directionabile prin aceleasi linkuri de date.
11.6 Alte servicii de strat 3
11.6.1 Servicii de tip connectionless
Majoritatea serviciilor de retea folosesc un sistem de distribuire connectionless.Ele trateaza fiecare pachet separat, si il directioneaza pe calea corespunzatoare.Pachetele pot urma cai diferite, dar sunt reansamblate cand ajung la destinatie.Intr-un sistem connectionless destinatia nu este contactata inainte de trimiterea pachetului.O analogie pentru sistemul connectionless este sistemul postal.Destinatarul nu este contactat inainte de a fi expediata o scrisoare de la o destinatie la alta.Scrisoarea este trimisa, iar destinatarul afla de scrisoare cand aceasta ajunge la el.
11.6.2 Servicii de tip connection-oriented
Intr-un sistem connection-oriented, se stabileste o conexiune intre expeditor si destinatar inainte ca datele sa fie transferate.Un exemplu de retea connection-oriented este cel telefonic.Cand dati un telefon, se stabileste o conexiune, si apoi are loc comunicarea.
11.6.3 Compararea serviciilor de tip connectionless si connection-oriented
Procesele de tip connectionless sunt denumite uneori procese packet switched.In aceste procese, cand pachetele calatoresc de la sursa la destinatie, ele pot fi comutate catre cai diferite, putand ajunge chiar dezordonat la destinatie.Echipamentele fac o determinare de traseu pentru fiecare pachet, in functie de mai multe criterii.Unele dintre criterii(cum ar fi latimea de banda disponibila) pot diferi de la pachet la pachet.
Procesele connection-oriented sunt denumite uneori si procese circuit switched.Aceste procese stabilesc o conexiune cu destinatarul mai intai, si apoi incep transferul de date.Toate pachetele calatoresc secvential de-a lungul aceluiasi circuit fizic, sau, mai des, de-a lungul aceluiasi circuit virtual.
Internetul este o retea uriasa de tip connectionless in care distribuirea pachetelor este controlata de IP.TCP(stratul 4) adauga servicii connection-oriented in varful IP(stratul 3).Segmentele TCP sunt incapsulate in pachetele IP pentru transport de-a lungul Internetului.TCP asigura servicii connection-oriented pentru o distribuire stabila a datelor.
11.6.4 IP si stratul de transport
IP este un sistem connectionless;el trateaza fiecare pachet independent.De exemplu, daca folositi un program FTP sa downloadati un fisier, IP nu trimite fisierul sub forma unui lung sir de date.El trateaza fiecare pachet independent.Fiecare pachet poate urma cai diferite.Unele se pot chiar pierde.IP se bazeaza pe protocolul stratului de transport pentru a determina daca vreun pachet a fost pierdut, si va solicita retransmisia.Stratul de transport este de asemenea responsabil de rearanjarea pachetelor.
11.7 Tabelele ARP
11.7.1 Echipamentele de internetworking care au tabele ARP
Ati invatat ca portul, sau interfata, unde routerul se conecteaza la retea, este considerat ca parte a acelei retele;din acest motiv, interfata are propria adresa IP.Routerele, la fel ca orice alt echipament de retea, trimite si receptioneaza date prin retea, si isi alcatuieste tabele ARP care aranjeaza adresele IP in functie de adresele MAC.
11.7.2 Compararea tabelelor ARP ale routerului cu cele ale altor echipamente de retea
Routerele pot fi conectate la mai multe retele sau subretele.In general, echipamentele de retea alcatuiesc o harta a adreselor IP si MAC pe care le intalnesc in mod regulat.Aceasta inseamna ca un echipament tipic va contine informatii referitoare doar la echipamentele din propria retea.El va cunoaste foarte putine date despre echipamentele din alta retea locala.
Routerele construiesc tabele care descriu toate retelele conectate la ele.Tabelele ARP tinute de catre routere contin adresele IP si MAC ale echipamentelor situate si in alte retele.Pe langa asocierea adreselor IP cu adresele MAC, tabelele routerelor pot mapa de asemenea si porturile.Puteti gasi un motiv pentru care routerele mapeaza si porturile?(Nota:examinati tabelul ARP de mai jos)
|
Reteaua destinatie |
Portul routerului |
11.7.3 Alte adrese din tabelul ARP al routerului
Ce se intampla cand un pachet de date ajunge la un router care nu are o conexiune cu reteaua unde se afla destinatia?Pe langa adresele IP si MAC ale echipamentelor din retelele cu care este conectat routerul, un router poate avea si adresele IP si MAC ale altor routere.El va folosi aceste adrese pentru a directiona datele catre destinatia finala.Daca un router primeste un pachet al carui destinatie nu se afla in tabelul de directionare, el va transmite adresa catre alt router care va contine cel mai probabil informatia despre adresa destinatiei in tabelul de directionare.
11.7.4 Solicitarile si replicile ARP
ARP este folosit doar in reteaua locala.Ce se va intampla daca un router local solicita unui router non-local sa furnizeze o directionare indirecta, dar nu stie adresa MAC a routerului non-local?Cand un router nu stie adresa MAC a routerului non-local, el va initia o solicitare ARP.Un router care este conectat la acelasi segment ca si routerul sursa va receptiona solicitarea ARP.Acest router va transmite o replica ARP catre routerul sursa.Replica contine adresa MAC al routerului non-local.
11.7.5 Proxy ARP
Un echipament dintr-o retea nu poate trimite o solicitare ARP catre un echipament dintr-o alta retea.Care credeti ca este explicatia?Ce se intampla in cazul subretelelor?Poate un echipament dintr-o subretea sa gaseasca adresa MAC unui echipament dintr-o alta subretea?Raspunsul este afirmativ, cu conditia ca sursa sa directioneze solicitarea catre router.Interventia unui intermediar se numeste proxy ARP, si permite routerului sa aiba rol de poarta de baza.
11.7.6 Directionarea indirecta
Uneori o sursa este situata intr-o retea care are un numar de retea diferit fata de destinatia dorita.Daca sursa nu stie adresa MAC a destinatiei trebuie sa apeleze la serviciile unui router.Cu ajutorul routerului, datele pot ajunge la destinatie.Un router care este folosit pentru acest scop se numeste poarta de baza.
Pentru a obtine serviciile unei porti de baza, sursa incapsuleaza datele astfel incat acestea sa contina adresa MAC de destinatie a routerului.O sursa va folosi adresa IP de destinatie a gazdei, nu a routerului, in cadrul antetului IP, deoarece doreste ca datele sa fie distribuite catre echipamentul gazda nu catre router.
Cand un router preia datele, el indeparteaza informatiile stratului linkurilor de date care sunt folosite pentru incapsulare.El va transmite datele spre stratul retelei unde routerul va examina adresa IP de destinatie.El va compara adresa IP de destinatie cu informatia continuta in propriul tabel de directionare.Daca routerul localizeaza adresa MAC corespunzatoare, si afla ca localizarea retelei destinatare se afla la unul dintre porturile sale, el va incapsula datele cu noua adresa MAC, si va inainta pachetul catre destinatia corecta.Daca routerul nu poate gasi adresa MAC in tabel, el va localiza adresa MAC a unui alt router care poate asigura distribuirea datelor, si va inainta datele catre router.Acest tip de directionare se numeste directionarea indirecta(indirect routing).
11.8 Interior Gateway Protocol(IGP) si Exterior Gateway Protocol(EGP)
11.8.1 Protocoale directionabile si protocoale de directionare
Ati invatat ca protocoalele sunt asemanatoare unor limbaje.Un protocol despre care ati invatat este IP, sau Internet Protocol.Stiti ca IP este un protocol de strat 3.Deoarece IP este directionat printr-o interretea, este denumit si protocol directionabil.Alte exemple de protocoale directionabile sunt IPX si Appletalk.
Routerele folosesc protocoalele de directionare pentru a face schimb de tabele de directionare si de a imparti datele de directionare.Cu alte cuvinte, protocoalele de directionare vor determina cum vor fi directionate protocoalele directionabile .Exemple de protocoale de directionare sunt:
RIP-Routing Information Protocol
IGRP-Interior Gateway Routing Protocol
EIGRP-Enhanced Interior Gateway Routing Protocol
OSPF-Open Shortest Path First
11.8.2 IGPuri si EGPuri
Doua tipuri de protocoale de directionare sunt Exterior Gateway Protocols(EGP) si Interior Gateway Protocols(IGP).EGP directioneaza datele intre sistemele autonome.Un exemplu de EGP este BGP(Border Gateway Protocol), care este principalul EGP al Internetului.Puteti da un exemplu de utilizare a EGP?
IGP directioneaza datele in interiorul sistemelor autonome.Exemple de IGPuri includ:
RIP
IGRP
EIGRP
OSPF
Puteti da un exemplu de utilizare a IGP?
11.8.3 RIP
Cea mai comuna metoda de transfer al informatiei de directionare intre routerele care sunt localizate in aceeasi retea este RIP.Acest protocol IGP calculeaza distanta pana la destinatie.RIP permite routerelor sa foloseasca acest protocol pentru a-si updata propriile tabele de directionare la intervale programabile, de obicei la fiecare 30 secunde.Totusi, deoarece trebuie sa se conecteze constant la routerele invecinate, RIP poate determina incarcarea traficului.
RIP permite routerului sa determine ce traseu va folosi, in functie de conceptul vector de distanta.De fiecare data cand datele trec prin router, se considera ca au suferit o oprire(un hop).O cale care are numarul de opriri 4, indica faptul ca datele trebuie sa treaca prin 4 noduri inainte de a ajunge la destinatie.
Daca exista mai multe trasee catre destinatie, routerul, folosind RIP, selecteaza calea cu cel mai mic numar de opriri.Deoarece numarul de opriri este singura unitate de masura folosita de catre RIP, calea aleasa nu este intotdeauna cea mai rapida.Cu toate acestea RIP este cel mai popular protocol, si este implementat la scara larga, probabil si din cauza ca a fost unul dintre primele protocoale de directionare create.
O alta problema cu folosirea RIP o constituie faptul ca destinatia poate fi localizata prea departe.Numarul maxim de noduri pentru o cale, suportat de RIP este 15.Daca o retea este situata la o distanta de mai mult de 15 noduri, ea este considerata neabordabila.
11.8.4 IGRP si EIGRP
IGRP si EIGRP sunt protocoale de directionare care au fost create de catre Cisco Systems Inc. si din acest motiv sunt considerate protocoale de directionare private.
IGRP a fost creat in principal pentru a se ocupa cu directionarea din retelele largi multi-producator care nu puteau fi gestionate de protocoalele de tip RIP.Ca si RIP, IGRP este un protocol bazat pe vectori de distanta;totusi, atunci cand se determina cel mai bun traseu, se iau in considerare si alti factori cum ar fi latimea de banda, intarzierile, stabilitatea.Administratorii de retea pot determina care dintre acesti factori au o importanta mai mare, sau pot lasa IGRP sa calculeze automat calea optima.
EIGRP este o versiune avansata a IGRP.Mai precis, EIGRP este mai eficient si combina avantajele protocoalelor link-state cu cele ale protocoalelor distance-vector.
11.8.5 OSPF
OSPF inseamna ,, open shortest path first"(deschide cea mai scurta cale mai intai).O descriere mai buna ar fi ,,determinarea caii optime", deoarece IGP foloseste mai multe criterii pentru a determina cel mai bun traseu catre destinatie.Aceste criterii includ unitatile de masura, viteza rutei, traficul, stabilitatea si securitatea.
11.8.6 Cum recunosc routerele reteaua
Deci, cum ajunge o informatie de directionare in tabelul de directionare?Administratorul de retea poate introduce aceasta informatie manual in router.Routerul poate afla informatia de la restul routerelor ,,in miscare, din mers".Datele introduse manual in tabelul de directionare sunt denumite ,, cai statice".Caile aflate automat se numesc ,, cai dinamice".
11.8.7 Exemple de directionare statica
Daca routerele pot afla informatiile de directionare automat, pare inutil sa incercam sa introducem aceste informatii manual.Totusi, introducerea manuala se poate dovedi utila cand un administrator doreste sa controleze ce cale va selecta un router.De exemplu, tabelele de directionare bazate pe informatie statica pot fi utilizate pentru a testa un link particular din retea, sau sa conserve latimea de banda.Directionarea statica este de asemenea metoda preferata pentru mentinerea tabelelor de directionare acolo unde exista o singura cale catre destinatie.Acest tip de retea se numeste stub network(retea scurta).Exista un singur traseu pentru a ajunge la aceasta retea, si deci este important sa indicati aceasta situatie pentru a impiedica routerele sa incearca sa gaseasca alte trasee, daca conexiunea se intrerupe.
11.8.8 Exemple de directionare dinamica
Directionarea dinamica sau adaptiva, apare cand routerele trimit periodic mesaje de updatare a directionarii intre ele.De fiecare data cand un router receptioneaza un mesaj care contine o informatie noua, el va recalcula traseele, si va trimite informatia updatata la restul routerelor.Prin folosirea directionarii dinamice, routerele se pot adapta la schimbarile din retea.
Inainte da a aparitia directionarii dinamice, majoritatea producatorilor trebuiau sa mentina tabele de directionare pentru clientii lor.Aceasta insemna ca producatorii trebuiau sa introduca manual numerele de retea, distantele, si numarul porturilor din tabele ale tuturor echipamentelor pe care le vindeau.Pe masura ce retelele s-au dezvoltat, aceasta sarcina a devenit tot mai dificila, cronofaga si costisitoare.Directionarea dinamica elimina necesitatea introducerii manuale a informatiei la nivelul tabelelor de directionare.Aceasta este foarte eficienta cand latimea de band a este suficienta si cand traficul nu constituie o problema.RIP, IGRP, EIGRP si OSPF sunt exemple de protocoale de directionare dinamica.Fara protocoalele de directionare dinamica, nu ar fi posibila existenta Internetului.
11.8.9 Cum folosesc routerele RIP pentru a directiona datele in retea
Sa presupunem ca aveti o retea de Clasa B care este divizata in 8 subretele care sunt conectate prin 3 routere.Gazda A doreste sa trimita date catre gazda Z.Ea va transmite datele de-a lungul modelului OSI, de la stratul aplicatiei catre stratul linkurilor de date, unde gazda A incapsuleaza datele cu informatiile de la fiecare strat.Cand datele ajung la stratul retelei, sursa A va folosi propria adresa IP si adresa IP a gazdei Z, deoarece catre aceasta doreste sa transmita datele.Apoi, gazda A va transmite datele catre stratul linkurilor de date.
La acest nivel, sursa A va plasa adresa MAC de destinatie a routerului la care este conectata, precum si propria adresa MAC in antetul MAC.Sursa A procedeaza astfel deoarece ea vede subreteaua 8 ca pe o retea separata.Ea stie ca nu poate trimite date direct catre o retea diferita, ci trebuie sa trimita datele catre o poarta de baza.In acest exemplu, poarta de baza, pentru sursa A este routerul 1.
Pachetul de date calatoreste de-a lungul retelei 1.Gazda nu copiaza cadrul deoarece adresa MAC a destinatiei din antetul MAC nu se va potrivi cu propria adresa.Pachetul de date continua sa calatoreasca prin subreteaua 1 pana cand ajunge la routerul 1.Routerul ,,vede" pachetul de date, il preia, deoarece recunoaste propria adresa MAC ca fiind adresa MAC de destinatie a pachetului.
Roterul va indeparta antetul MAC si va pasa datele catre catre stratul retelei unde va examina adresa IP de destinatie din antetul IP.Routerul va cauta in propriul tabel de directionare pentru a alege un traseu catre destinatia reprezentata de adresa MAC a routerului conectat la subreteaua 8.Routerul va folosi RIP ca pe protocol de directionare, si din acest motiv, el va determina ca cea mai buna cale este cea care are un numar de opriri de 3.Apoi, routerul va determina ca pachetul de date trebuie trimis prin portul atasat la subreteaua 4.Routerul va inainta datele catre stratul linkurilor de date, unde va plasa un nou antet MAC in pachet.Acest nou antet va contine adresa MAC a routerului 2, si adresa MAC a primului router care va deveni noua sursa.Antetul IP ramane neschimbat.Primul router va pasa datele de-a lungul portului selectat, respectiv cel atasat subreteaua 4.
Datele ajung la subreteaua 4.Gazdele nu vor copia cadrul deoarece adresa MAC de destinatie din antetul MAC nu se va potrivi cu adresa lor.Pachetul de date calatoreste prin subreteaua 4 pana ajunge la routerul 2.Ca si restul echipamentelor din subretea, si routerul ,vede" pachetul de date.El il va prelua deoarece recunoaste adresa MAC de destinatie ca fiind propria adresa.
La nivelul stratului linkurilor de date, roterul va indeparta antetul MAC si va inainta datele catre stratul retelei.Acolo, va examina adresa IP de destinatie si si tabelul de directionare.Routerul, folosind protocolul de directionare RIP, determina ca cel mai bun traseu pentru date este cel care contine 2 opriri.Apoi, routerul va determina ca trebuie sa transmita datele catre portul atasat la subreteaua 5.Routerul va inainta datele catre stratul linkurilor de date unde va plasa un nou antet MAC in pachetul de date.Noul antet MAC contine adresa MAC de destinatie a routerului 3, iar adresa MAC a celui de-al doilea router devine sursa MAC.Antetul IP ramana neschimbat.Primul router transmite pachetul de date catre subreteaua 5.
Datele ajung la nivelul subretelei 5.Pachetul de date calatoreste prin subreteaua 5 pana cand ajunge la routerul 3, care va prelua acest pachet, deoarece recunoaste adresa MAC de destinatie ca fiind propria adresa.La nivelul stratului linkurilor de date, routerul va indeparta antetul MAC si va inainta pachetul catre stratul retelei.Acolo, va vedea ca adresa IP de destinatie din antetul IP corespunde cu cea a unei gazde din una dintre subretelele la care este atasat.Apoi, routerul va determina ca trebuie sa transmita datele prin portul la care este conectata subreteaua 8.Va plasa noul antet MAC la nivelul pachetului de date.De aceasta data, noul antetul MAC contine adresa MAC a gazdei Z, si adresa routerului 3 drept sursa.Antetul IP ramane neschimbat.Routerul 3 trimite datele prin portul la care este atasata subreteaua 8.
Pachetul de date calatoreste prin subreteaua 8.Gazdele nu vor prelua acest pachet deoarece adresa MAC de destinatie din antetul MAC nu se va potrivi cu propria lor adresa.In final, pachetul ajunge la gazda Z, care il va prelua deoarece adresa MAC de destinatie este identica cu propria adresa MAC.Gazda Z va indeparta antetul MAC si va transmite pachetul catre stratul retelei.La nivelul stratului retelei, gazda Z va observa ca propria adresa IP, si adresa IP continuta in antetul IP al pachetului de date sunt identice.Gazda Z va indeparta antetul IP si va pasa datele catre stratul de transport al modelului OSI.Gazda Z va continua sa indeparteze straturile care incapsuleaza pachetul de date si va indrepta datele catre urmatorul strat al modelului OSI.Acest proces continua pana cand datele ajung in final la nivelul stratului aplicatiei modelului OSI.
11.9 Programe de analizare a protocolului
11.9.1 Folosirea programelor de analizare a protocolului pentru analiza ARP si a broadcasturilor(laborator)
Sumar
In acest capitol ati invatat ca:
Functiile de internetworking ale stratului retelei includ adresarea si selectia celui mai bun traseu in retea.
Toate echipamentele din retea trebuie sa analizeze solicitarea ARP, insa doar echipamentul a carui adresa IP este identica cu adresa IP de destinatie de la nivelul solicitarii ARP poate raspunde prin furnizarea adresei MAC catre echipamentul care a initiat solicitarea.
Cand o sursa nu este capabila sa localizeze adresa MAC de destinatie in tabelul ARP, va initia o solicitare ARP in modul broadcast catre toate echipamentele din reteaua locala.
Cand un echipament nu isi cunoaste propria adresa IP va folosi RARP sau BOOTP
Cand un echipament care a initiat o solicitare ARP receptioneaza o replica ARP, va copia propria adresa IP in memoria cache, unde va ramane atata timp cat sesiunea este deschisa.
Routerele, ca si restul echipamentelor din retea, trimit si receptioneaza date in retea, si isi construiesc tabele ARP care mapeaza adresele IP si MAC.
Daca sursa se afla intr-o retea care are un numar de retea diferit decat destinatia, si daca sursa nu cunoaste adresa MAC a destinatiei, va folosi routerul ca si poarta de baza pentru ca datele sa ajunga la destinatie.
Protocoalele directionabile directioneaza traficul, pe cand protocoalele de directionare lucreaza intre routere pentru a mentine tabelele traseelor.
Directionarea prin intermediul vectorilor de distanta implica utilizarea tabelelor de directionare.
In capitolul urmator vom discuta functiile stratului de transport.
|
