Главная
страница 1страница 2страница 3

Сетевая модель OSI ISO.


Существует общая модель сетевых протоколов — т.н. модель OSI (Open System Interconnection, Взаимодействие открытых систем) ISO (International Organization for Standartization, Международная организация по стандартизации). Эта модель, разработанная в начале 80-х годов прошлого века, описывает эталонную структуру взаимодействий компьютерных систем, которой желательно придерживаться при проектировании сетевых протоколов. В модели OSI проблема связи между компьютерами разделяется на семь уровней. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия и реализует свои протоколы. Особенности реализации этих протоколов абстрагируются от вышестоящего уровня, которому предоставляются только определённые программные интерфейсы. Для передачи данных на каждом из уровней вызываются программные интерфейсы нижестоящего уровня. Уровни взаимодействуют только со своими соседями (т.е., например, интерфейсы уровня 5 могут быть вызваны только с уровня 6, а сам уровень 5 может вызвать интерфейсы только уровня 4). Благодаря такой структуре можно считать, что взаимодействие систем друг с другом на каждом из уровней идёт только по реализованным на этом уровне протоколам, без учёта специфики более низких уровней, что позволяет упростить совместную работу сетевого оборудования и программного обеспечения. Например, при обращении браузера к веб-серверу (на 7-ом уровне модели OSI) неважно, какие аппаратные средства задействуются для передачи данных между этими программами.

В
модели OSI ISO выделяются следующие 7 уровней:



  • 7ой - прикладной уровень (Application layer)

Верхний уровень модели, на котором выполняются взаимодействующие с пользователем приложения.

  • 6ой - уровень представления (Presentation layer)

Отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. На этом уровне может осуществляться сжатие и распаковка данных, их кодирование и декодирование.

  • 5ый - сеансовый уровень (Session layer)

Отвечает за поддержание сеанса связи между приложениями, позволяя им взаимодействовать между собой длительное время. Также на этом уровне выполняется проверка данных, обрабатываются ошибки передачи данных, синхронизация их потоков.

  • 4ый - транспортный уровень (Transport layer)

Предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. На этом уровне уже не важно, данные каких конкретно приложений передаются, откуда и куда, уровень предоставляет сам механизм передачи.

  • 3ий - сетевой уровень (Network layer)

Предназначен для определения пути передачи данных, отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работают маршрутизаторы (англ. router).

  • 2ой - канальный уровень (Data Link layer)

Предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Канальный уровень может взаимодействовать с несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. На этом уровне работают коммутаторы (англ. switch) и мосты (англ. bridge). В операционных системах работой на канальном уровне занимаются драйверы сетевых карт.

  • 1ый - физический уровень (Physical layer)

Предназначен непосредственно для передачи потока данных, осуществляет передачу отдельных битов информации через физическую среду (т.е. отправку и приём электрических или оптических сигналов в проводных сетях, электромагнитных волн в беспроводных сетях). На этом уровне работают концентраторы (англ. hub), повторители (ретрансляторы) сигнала и преобразователи среды (медиаконвертеры). В персональных компьютерах физический уровень реализуется сетевым адаптером или последовательным портом.

Отметим, что модель OSI ISO — модель эталонная, и реальные системы, в т.ч. протоколы TCP/IP, ей не вполне соответствуют.



Существует также упрощённый вариант модели OSI — модель DOD, по названию использующей её организации (англ. Department of Defense, Министерство обороны США), в которой присутствуют 4 уровня — приложений (соответствующий 7, 6 и 5-му уровням OSI), транспортный (4-ый уровень OSI), межсетевой (3-ий уровень OSI) и сетевого интерфейса (2-ой и 1-ый уровни OSI).

Семейство протоколов TCP/IP.


Как указывалось выше, для объединения компьютеров в рамках глобальной сети Internet используется семейство протоколов TCP/IP.

На сетевом уровне, предназначенном для передачи данных из одной сети в другую, используется протокол IP (Internet Protocol). В протоколе IP данные передаются между подключёнными к сети Internet устройствами в виде форматированных блоков — сетевых пакетов. Сетевые пакеты содержат в себе заголовок со служебными данными, определяющими получателя и отправителя пакета, тип пакета, его длину, и т.д., а также произвольные данные пользователя (т.н. полезную нагрузку).

Каждое подключённое к сети Internet устройство (хост, host) имеет свой уникальный номер — сетевой адрес IP. При необходимости отправить данные
с одного хоста на другой эти данные формируются в пакет, в заголовке которого хост-отправитель указывает адрес IP получателя, и свой адрес в качестве обратного. Протокол IP обеспечивает передачу сетевого пакета через сеть Internet от хоста-отправителя к хосту-получателю. Последний, используя адрес хоста-отправителя из заголовка полученного пакета IP, узнаёт, кто отправил сетевой пакет и может ответить на него.


Начало разработки протоколов TCP/IP относится к середине 70-х годов XX века, использование их в Internet началось в 1983 году с 4-ой версии протоколов (IPv4). Версии v1-v3, предшествовавшие v4, сейчас не используются.

IPv4 широко используется до сих пор, хотя имеет существенное ограничение — в нём используется 32-битная адресация хостов (компьютеров-узлов сети, англ. host), и диапазон доступных адресов стал исчерпываться ещё в конце 80-х годов прошлого столетия.

Для решения этой проблемы IETF в начале 90-х подготовила сразу несколько вариантов развития протоколов TCP/IP, четыре из которых были оформлены как v6, v7, v8 и v9 (IPv5 описан в RFC 1819, предназначен для передачи мультимедийной информации и официально называется ST2/ST2+). В рамках проводившихся обсуждений из них для дальнейшего развития и использования был выбран IPv6, со 128-битной адресацией хостов. Из остальных v7 был отвергнут из-за неполной спецификации, IPv9, технически самый лучший — по политическим причинам (он был основан на стандартах ISO, а не IETF), а v8 — проиграл из-за использования 64-битного адреса по сравнению со 128 битами IPv6.

Хотя набор RFC, описывающих протокол IPv6, был подготовлен ещё в 1996 году, в силу ряда как технических, так и политических причин переход на него до сих пор не произведён. Ряд модификаций протокола IPv4 позволил более эффективно использовать его адресное пространство, и продлил существование этой версии протокола. Следует отметить, что часть этих модификаций была перенесена в IPv4 из IPv6. С другой стороны, отсрочка глобального перехода на IPv6 позволила развивать протоколы и 6-ой версии, проводить их тестирование, разработать решения для совместного сосуществования сетей IPv4 и IPv6, подготовить условия для плавного и безболезненного для конечных пользователей перехода на IPv6.

В настоящий момент все доступные резервы адресного пространства IPv4 выбраны, и начало масштабного перехода на IPv6 ожидается в ближайшее время.

Несмотря на существенно расширенное адресное пространство, в протоколах IPv6 широко используются заложенные в IPv4 принципы организации сетей, это версии одного и того же семейства протоколов и принципиальных различий между ними немного. Поскольку семейство протоколов TCP/IP было разработано до появления модели OSI ISO, то строго в рекомендации оно не укладывается и обычно представляется следующим образом:

В
рамках семейства протоколов TCP/IP не определяются физический и канальный уровни модели OSI. Протокол IP, разработанный специально для объединения разнородных сетей, способен функционировать поверх подавляющего большинства существующих протоколов соответствующих уровней (и даже поверх самого себя).

Физический уровень описывает среду передачи данных и лежит ниже протоколов TCP/IP. Обычно в качестве среды передачи данных используют медный кабель, оптоволокно, радио- или ИК-излучение. Протоколы физического уровня описывают физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи данных, время ожидания ответа и максимальное расстояние передачи).

На канальном уровне описывается, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (т.е. специальные последовательности битов, определяющие начало и конец пакета данных).

Например, для локальных сетей широко используются протоколы Ethernet, в полях заголовка пакета которых содержится указание того, для какой машины или машин в сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня: Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM, PPP.

На сетевом уровне, предназначенном для передачи данных из одной сети в другую, используется протокол IP. Для идентификации каждого подсоединённого к сети Internet устройства (хоста), ему назначается уникальный адрес: в рамках IPv4 — 32-битное число, в рамках IPv6 — 128-битное. Хосты на основе их IP-адресов объединяются в отдельные сети. Сети связываются друг с другом через маршрутизаторы — хосты, подключённые одновременно к двум или более сетям, и способные передавать пакеты данных из одной сети в другую.



Передача пакетов данных от хоста одной сети к хосту другой происходит через связывающие их сети, по цепочке маршрутизаторов. В общем случае может быть несколько разных путей, по которым пакет из одной сети может быть передан в другую. Выбор наиболее оптимального пути (и выбор критерия, по которому данный путь считается оптимальным) — задача протоколов маршрутизации.

В ходе развития глобальной сети Internet и соответствующего усложнения её топологии, для эффективной работы протоколов маршрутизации в сетевой уровень были внесены дополнительные возможности по организации передачи пакетов данных из одной сети в любую другую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможности запроса от удалённых хостов информации, необходимой для организации такой передачи пакетов. Подобные возможности используются, например, в протоколе ICMP (предназначенном для передачи диагностической информации IP-соединения) и IGMP.

Вообще говоря, ICMP и IGMP расположены над IP, используют его для передачи своих данных и должны попасть на следующий, транспортный уровень, но функционально они являются протоколами сетевого уровня, и их невозможно вписать в рамки модели OSI.

Пакеты сетевого протокола IP в заголовках содержат код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2.

Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений, а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке протоколов TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.

Протокол TCP обеспечивает «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения. Он предоставляет приложению надёжный поток получаемых данных и даёт уверенность в их безошибочности. TCP обеспечивает повторную передачу сетевых пакетов при их потерях, отслеживает получение дубликатов сетевых пакетов, позволяет регулировать нагрузку на сеть,а также уменьшать время ожидания данных при их передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что данные будут получены точно в такой же последовательности, в которой были отправлены.

UDP — протокол передачи отдельных пакетов данных без установления соединения. Он является протоколом «ненадёжной» передачи данных, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного изменения порядка получения последовательно отправленных пакетов.

В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP. UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов,
а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к системе DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов и времени, чем возможное повторение отправки запроса.

И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом. Под номер порта в пакетах TCP и UDP отводится 2 байта, т.е. максимальное количество использующих стек TCP/IP приложений в системе — 65535. Реально операционными системами на использование приложениями портов накладываются дополнительные ограничения.

Существует список стандартных портов TCP и UDP, зарезервированных под использование теми или иными приложениями. Например, на порту 80/tcp по стандарту может располагаться только веб-сервер, а на порту 53/udp — DNS-сервер. Для предотвращения несанкционированного использования зарезервированных портов приложениям непривилегированного пользователя запрещается использовать порты с номерами, лежащими в диапазоне до 1000.

Список стандартных портов TCP и UDP ведёт администрация IANA.

На прикладном уровне работает большинство сетевых приложений.

Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой системой), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.



В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP, и привязаны к определённому порту, например HTTP — к 80-му.

Адресация в сетях IP.


Протокол IP работает на 3-ем уровне модели OSI ISO и передаёт данные через сетевые интерфейсы 2-го уровня. В простейшем случае у компьютера имеется один сетевой интерфейс, который входит в одну сеть IP. В более сложных случаях у одного компьютера может быть несколько сетевых интерфейсов, и он может входить одновременно в несколько сетей IP. Кроме того, любой сетевой интерфейс также может входить в несколько сетей IP.

Помимо физических интерфейсов у компьютера в сетях TCP/IP есть логический интерфейс обратной петли (англ. loopback). Посланные на этот интерфейс пакеты сразу возвращаются с него же обратно. Наличие loopback-интерфейса позволяет использовать обмен данными между приложениями по протоколам TCP/IP в пределах одного компьютера, даже не имеющего физических интерфейсов для подключения к сети.

Каждому сетевому интерфейсу назначается один или несколько адресов IP. В рамках изначальной спецификации протокола IPv4 каждому интерфейсу мог быть назначен только один адрес. Хотя это ограничение в текущих реализациях IPv4 снято, и возможно использование нескольких адресов IPv4, в т.ч. из разных сетей, на одном сетевом интерфейсе, это требует дополнительной ручной настройки и обычно не используется. В IPv6 на сетевой интерфейс может быть назначено несколько разных адресов, и, как правило, эта возможность используется.

Для IPv4 адрес IP — целое беззнаковое число длиной в 32 бита, или 4 байта. Согласно принятым соглашениям эти адреса записываются в виде четырёх десятичных чисел по-байтно, причём отдельные числа разделяются точками, например: 192.0.2.128 . Каждая часть адреса IP может иметь значение от 0 до 255.



Для IPv6 адрес IP — целое беззнаковое число длиной в 128 битов, или 16 байтов. Адреса IPv6 записываются как 8 групп по 4 шестнадцатеричные цифры, разделённых двоеточием, например:

2001:0db8:0000:0064:0000:0000:aa72:0004

Для сокращения такой записи можно убирать ведущие нули в группах шестнадцатеричных цифр, этот же адрес можно записать как:

2001:db8:0:64:0:0:aa72:4

Кроме того, одну из последовательностей нулевых групп (как правило, самую длинную) возможно опустить, заменив на два двоеточия:

2001:db8:0:64::aa72:4

Другой вариант записи этого же IP-адреса, более длинный и, соответственно, не рекомендующийся: 2001:db8::64:0:0:aa72:4 .

Две разделённые нулевые группы опустить одновременно нельзя, т. к. при этом возникнет неоднозначность в раскрытии сокращённой формы записи адреса до полного 128-битного числа.

Адрес IP содержит адрес сети и адрес хоста в пределах этой сети. Для выделения адреса сети из адреса IP применяется битовая маска:



ip AND mask = lan; ip AND NOT mask = host

Здесь, ip — адрес IP (число), mask — маска, lan — адрес сети, host — адрес хоста в сети, AND и NOT — логические операции.

Например, маска для IPv4 192.0.2.128 — 255.255.255.0 . Адрес сети — 192.0.2.0 , адрес хоста в этой сети — 0.0.0.128 :

Адрес:

11000000

00000000

00000010

10000000




(192.0.2.128)

Маска:

11111111

11111111

11111111

00000000




(255.255.255.0)

Сеть:

11000000

00000000

00000010

00000000




(192.0.2.0)

Хост:

00000000

00000000

00000000

10000000




(0.0.0.128)

Аналогичным образом адрес сети и адрес хоста выделяются и из адреса IPv6.

Изначально сети IPv4 были разделены на классы. Каждому классу соответствует своя маска. Класс сети конкретного адреса IPv4 однозначно определяется по его первым нескольким битам.

Сети класса A:

Адреса с первым битом, равным 0

Маска: 255.0.0.0

Допустимые адреса: 1.0.0.0 — 126.255.255.255

Две подсети класса A имеет специальное значение: 0.0.0.0 — адрес текущей сети (служебное значение), 127.0.0.0 — сеть loopback-интерфейса. Адрес IPv4 loopback-интерфейса, соответственно, обычно равен 127.0.0.1 .

Сети класса B:

Адреса с первыми двумя битами, равными 10

Маска: 255.255.0.0

Допустимые адреса: 128.0.0.0 — 191.255.255.255

Сети класса C:

Адреса с первыми тремя битами, равными 110

Маска: 255.255.255.0

Допустимые адреса: 192.0.0.0 — 223.255.255.255

Сети класса D:

Адреса с первыми четырьмя битами, равными 1110

Сети 224.0.0.0 — 239.255.255.255 — предназначены для групповой передачи данных (multicast).

Сети класса E:

Сети с адресами 240.0.0.0 — 254.255.255.255 — зарезервированы.

Выделением адресов конкретным сетям, входящим в Internet, занимается организация ICANN. Адреса IPv4 выделяются только в количестве, кратном соответствующему классу сетей. Обычно адреса выделялись сравнительно большими блоками провайдерам услуг Internet, которые, в свою очередь, перераспределяли их среди своих клиентов. В феврале 2011 года ICANN выделил адреса последних двух оставшихся сетей IPv4 класса A, по состоянию на май 2011 года свободными остались 2 сети класса B и 3 сети класса C.

Некий резерв свободных адресов IPv4 имеется у провайдеров услуг, которые продолжают выделять их по заявкам своих клиентов. Ожидается, что свободные адреса у провайдеров начнут заканчиваться в конце 2011 — в 2012 году.

Целью разделения диапазонов сетей IPv4 на классы была простота определения границ сети для конкретного адреса IP. Однако при этом большая часть адресного пространства попала в сети крупного размера, а даже самая маленькая сеть — класса C — содержит в себе 254 адреса. В ходе бурного роста Internet уже в конце 80-х годов прошлого века оказалось, что число подключающихся к сети организаций становится сопоставимо с общим числом доступных сетей. Поэтому в рамках расширения протокола IPv4 в 1993 году было введено понятие безклассовых сетей. При этом маска сети перестаёт быть выравненной по границе байта, и может начинаться с произвольного числа единиц — т. е., помимо рассмотренных выше масок сетей классов A, B и C вида 255.0.0.0 , 255.255.0.0 , 255.255.255.0 могут быть сети с размером, находящимся между B и С — например, 255.255.192.0 , или с размером, меньшим класса C — например, 255.255.255.240 . С другой стороны, после ввода безклассовой адресации, стало невозможно по виду адреса IPv4 узнать маску сети, и появилась необходимость указывать эту сеть явным образом. Это делается путём записи маски сети после адреса IP, через / (слеш):

192.168.0.100/255.255.255.128 , 172.31.58.20/255.255.240.0 ,


127.0.0.1/255.255.255.0 .

Учитывая, что в двоичной записи маски чередоваться нули и единицы не могут, и в ней всегда сначала идёт некоторое количество единичных разрядов, а следом — оставшиеся нулевые, можно использовать более короткую форму записи, вместо маски сети указывая число единиц в ней:

192.168.0.100/25 , 172.31.58.20/20 , 127.0.0.1/8

Введение безклассовой адресации сетей позволило выделять адреса IPv4 небольшими диапазонами, и, тем самым, отложить проблему исчерпания адресов.

Как правило, организация не может получить необходимое количество IPv4-адресов для назначения их на каждый из своих компьютеров (мало того, на данный момент это или невозможно, или просто не имеет смысла). В этом случае можно самостоятельно, без получения разрешений от ICANN или провайдера, использовать адреса IPv4 из диапазона, зарезервированного для частных сетей. К таким диапазонам согласно RFC 1918 относятся:


  • одна сеть класса A: 10.0.0.0

  • 16 сетей класса B: 172.16.0.0 — 172.31.0.0

  • 256 сетей класса C: 192.168.0.0 — 192.168.255.0

Поскольку адреса из этих диапазонов доступны для самостоятельного назначения, эти сети не могут и не должны маршрутизироваться в Internet.

При этом для доступа к ресурсам Internet с компьютеров, находящихся в частных сетях, были разработаны технологии трансляции (подмены) адресов на сетевом уровне модели OSI ISO, а также приёма и ретрансляции запросов промежуточными серверами (т. н. прокси-серверами) на более высоких уровнях. Вместе с введением безклассовой адресации при выделении публичных, доступных глобально, адресов, это позволило отложить переход на 128-битные адреса IPv6 до настоящего времени.

В свою очередь, в сетях IPv6 изначально существует только безклассовая адресация. Маска сети записывается аналогично IPv4, через / (слеш) после адреса IPv6. Полностью маску, как правило, не записывают, заменяя её диапазоном сети: т. е., используется запись вида 2001:db8::1/32 , а не 2001:db8::1/ffff:ffff::

Проблем с числом доступных адресов в сетях IPv6 нет и в обозримом будущем не предвидится, поэтому понятия «частной сети» в сетях IPv6 не существует. Технологии трансляции адресов для IPv6 также не нужны и не существуют.

Локальный интерфейс в сетях TCP/IP имеет адрес ::1/128 .

В сетях TCP/IP существует несколько видов адресации, определяющих, какие подключённые к сети хосты получат отправленный пакет данных. Это:



  • направленная адресация, когда адрес получателя — это адрес определённой машины в сети;

  • групповая адресация, когда адрес получателя выбирается из диапазона адресов класса D для IPv4, или ff00::/8 для IPv6. Групповая адресация используется в специализированных приложениях типа видеоконференций;

  • для сетей IPv4 — широковещательная адресация, когда пакет предназначается для всех компьютеров в сети.

В последнем случае используется т.н. широковещательный адрес сети — адрес IP, в котором все биты поля адреса хоста равны 1.

Таким образом, для IP 192.168.230.50/28 :

IP хоста — это 192.168.230.50 , маска сети — 255.255.255.240 (28 бит).

Адресом сети является 192.168.230.48 , а широковещательным адресом — 192.168.230.63 . Всего в этой подсети доступно 14 адресов.

Минимальная по размерам сеть IPv4 — /30 . Такие сети содержат всего по 2 адреса.

В сетях IPv6 широковещательных адресов не существует, для отправки пакета IPv6 на все хосты локальной сети используется специальный адрес групповой адресации ff02::1 .

Наиболее распространённым в сетях в настоящее время протоколом 2-го уровня модели OSI ISO является Ethernet. В сетях Ethernet каждый сетевой интерфейс имеет уникальный канальный адрес — MAC-адрес (Media Access Control), имеющий длину 6 байт. Для физических сетевых адаптеров MAC-адрес определяется производителем при изготовлении конкретного устройства. Дополнительная конфигурация сетевых интерфейсов Ethernet на канальном уровне не требуется, они могут обмениваться пакетами данных сразу после подключения к сети на 1-ом, физическом уровне модели OSI. Однако для работы протоколов IP на 3-ем, сетевом уровне модели, требуется назначить сетевому интерфейсу и адрес IP.

Существует три разных механизма назначения адреса IP интерфейсам в сетях Ethernet: статический, динамический и автоматический.

Статическая конфигурация сводится к ручному заданию адреса IP (а также маски сети и пр.) в настройках интерфейса средствами операционной системы. Сохранённые в конфигурации хоста статические адреса восстанавливаются операционной системой после перезагрузки компьютера и могут быть изменены только администратором системы. Статическая конфигурация удобна при настройке серверных систем, как правило, имеющих выделенные специально для них постоянные адреса IP и несколько подключенных к разным сетям сетевых интерфейсов. Средствами статической конфигурации можно назначить адреса как IPv4, так и IPv6. Такие адреса обычно называют статическими (англ. static) или глобальными
(англ. global).

Напротив, автоматическая конфигурация позволяет хосту назначить себе адрес IP самостоятельно, без получения каких-либо дополнительных данных от других хостов сети и/или вмешательства администратора системы. При этом на сетевой интерфейс операционной системой назначается уникальный в пределах локальной сети адрес хоста, в сети 169.254.0.0/16 для IPv4 и в сети fe80::/64 для IPv6. Уникальный адрес хоста при этом создаётся на основе MAC-адреса интерфейса Ethernet.

Согласно RFC 3927 для сетей IPv4 автоматический адрес хоста (последние два байта в сети 169.254.0.0/16) выбирается как псевдослучайное число, при этом начальное значение для генератора случайных чисел хоста должно быть выбрано на базе MAC-адреса. Такой подход обеспечивает как уникальность выбранного адреса, так и его сохранение при перезагрузке хоста.

Для сетей IPv6 согласно RFC 4862 адрес хоста в сети fe80::/64 (8 байт) задаётся непосредственно с использованием MAC-адреса канального уровня, как идентификатор EUI-64 (Extended Unique Identifier) — 6 байт MAC-адреса дополняются байтами ff и fe, вставляемыми в середину адреса, и инвертируется старший 6-ой бит полученного 64-битного числа. Т. е., например, MAC-адрес 00:18:51:4e:7e:94 преобразуется в EUI-64 как 0218:51ff:fe4e:7e94 и даёт адрес IPv6 fe80::218:51ff:fe4e:7e94/64 .

Автоматически выбранный адрес называют локальным адресом интерфейса (англ. local или link-local address).

Механизм автоматической конфигурации позволяет хостам назначить сетевым интерфейсам уникальные в пределах локальной сети адреса IP и связываться по TCP/IP с входящими в эту сеть другими хостами без каких-либо дополнительных настроек. С другой стороны, при автоматической настройке интерфейсов хост не имеет никакой информации о топологии сети, имеющихся в ней маршрутизаторах, серверах и пр., поэтому при автоматически назначенных на интерфейс адресах возможно пересылать пакеты IP только в пределах локальной сети.

Динамическая конфигурация лишена этого недостатка, поскольку позволяет хосту получить адрес IP и другие данные для конфигурации сетевого интерфейса с других подключенных к сети хостов, как правило — серверов и/или маршрутизаторов.

Для протоколов IPv4 динамическая конфигурация в самом протоколе не описана, и реализуется путём использования дополнительного протокола DHCP. При этом в сети на одном из хостов настраивается сервер DHCP. Сетевой интерфейс сервера DHCP конфигурируется статически, в настройках сервера DHCP указывается, какой диапазон адресов IP сервер может назначать клиентам. При инициализации интерфейса (например, при включении компьютера) на хосте запускается клиент DHCP, который через широковещательный запрос на уровне Ethernet посылает в сеть запрос о получении адреса IP. Получив такой запрос, сервер DHCP выделяет клиенту адрес IP из числа имеющихся у него свободных адресов, и дополнительно передаёт клиенту информацию об адресах маршрутизаторов, различных доступных в локальной сети серверах, времени и т. п. Получив ответ от сервера DHCP, клиент настраивает сетевой интерфейс хоста в соответствии с полученными данными.

Динамические адреса DHCP выделяются клиенту на некоторое, задаваемое сервером DHCP, время, по истечении которого клиент должен повторно запросить у сервера DHCP адрес IP и переконфигурировать интерфейс хоста.

DHCP позволяет существенно упростить настройку сетевых интерфейсов на подключенных к сети хостах: при поддержке хостом протокола DHCP все сетевые настройки получаются им при включении сетевого интерфейса с сервера DHCP. Однако имеется и ряд недостатков.

Поскольку клиент обращается к серверу DHCP путём широковещательного запроса, этот запрос получают все подключённые к сети хосты. Сервер DHCP может работать только на одном из них, иначе клиент получит несколько разных ответов от разных серверов. Если сервер DHCP в момент отправления клиентом запроса недоступен (например, выключен или перезагружается), или по каким-либо причинам запрос не был получен сервером DHCP (например, из-за сбоя на физическом уровне), клиент не получит ответ на свой запрос и настроить интерфейс не сможет. Кроме того, при изменении настроек сервер DHCP не может сообщить новую конфигурацию клиентам — процесс получения настроек по DHCP инициируется самими клиентами, серверу потребуется ждать повторного запроса от клиента по истечении времени выделения ему адреса.

Возможности динамической конфигурации протоколов IPv6 реализованы в самом протоколе и существенно шире по сравнению с IPv4. На маршрутизаторах сети может быть настроена периодическая широковещательная рассылка адресов подключенных к ним сетей. Получив такой анонс от маршрутизатора, хост назначает интерфейсу адрес IPv6 из указанной в анонсе сети,выбирая адрес хоста, как и в случае автоматической конфигурации, на базе MAC-адреса интерфейса, а также конфигурирует маршруты в другие сети через этот маршрутизатор на основе полученной информации.

Если в сети существует несколько маршрутизаторов, то каждый из них может отправлять в сеть анонсы, и хосты настроят на своих сетевых интерфейсах динамические адреса для каждой из анонсированных сетей. Если хост не получает анонсов для какой-либо сети в течении некоторого заданного промежутка времени, то динамически присвоенный адрес и информация о соответствующих маршрутах удаляется. Если же в сети появляется новый маршрутизатор, то хост начинает получать новые анонсы и добавляет новый динамический адрес (англ. dynamic).

Маршрутизаторы IPv6, в отличие от серверов DHCPv4, не ведут учёт выделенных адресов. Они рассылают только адреса сетей, полный адрес IPv6 задаётся самим хостом. Для работы такого механизма требуется, чтобы размер сети IPv6 был не менее /64 .

ICANN выделяет провайдерам сети IPv6 размером не менее /32 , в свою очередь, провайдеры выделяют клиентам не отдельные адреса, как в случае с IPv4, а сети IPv6. Выделяемая каждому клиенту сеть IPv6 должна быть не менее /64 ; согласно RFC 6177 провайдерам рекомендуется выделять каждому клиенту сеть, большую /64 , но не более /48 . Рекомендованный в RFC размер — /56 .

Динамическая конфигурация в IPv6 позволяет производить быструю переконфигурацию сети в случае изменения её топологии. С другой стороны, динамическая конфигурация в IPv6 работает на 3-ем уровне сетевой модели OSI и, в отличие от DHCP, не поддерживает передачу каких-либо настроек, помимо информации о сетях и адресах маршрутизаторов. Кроме того, с её помощью нельзя назначить хосту какой-либо определённый адрес IPv6. Для решения этих задач в сетях IPv6 поддерживается и протокол DHCPv6 в дополнение к встроенным средствам динамической конфигурации.

Как отмечалось ранее, изначально сетевой интерфейс IPv4 мог иметь только один адрес IP. В современных реализациях TCP/IP такого ограничения нет, но дополнительные адреса IPv4 на интерфейсе требуют ручной настройки маршрутизации. Поэтому для назначения адреса IPv4 используется один из перечисленных выше способов конфигурации интерфейса. Как правило, наивысший приоритет имеет статическая конфигурация, если она не настроена, может быть использована динамическая, путём опроса сервера DHCP. Если сервер DHCP не доступен, может быть использована автоматическая конфигурация, или интерфейс вообще остаётся не сконфигурированным.

В протоколе IPv6 изначально предусмотрено, что каждый интерфейс может иметь несколько адресов IP из разных сетей, поэтому используются все перечисленные выше способы конфигурации. При инициализации интерфейса ему назначается автоматический адрес из сети fe80::/64 , после получения анонсов от маршрутизаторов добавляются динамические адреса сетей, при наличии статической конфигурации — добавляются адреса, заданные вручную администратором системы, также могут быть добавлены и адреса через DHCPv6. Выбор нужного адреса, с которого будет отправлен пакет на другой хост в сети Internet, как правило, осуществляется на базе таблиц маршрутизации.


Маршрутизация в сетях TCP/IP.


Глобальная сеть Internet представляет собой множество соединённых друг с другом сетей. В точках соединения сетей размещаются маршрутизаторы — сетевые устройства, имеющие два или более интерфейса, входящие в разные сети. Через маршрутизаторы возможно передать пакет IP из одной сети в другую. Путь пакета от хоста-отправителя до хоста-получателя называется маршрутом.

Получив пакет (или пришедший из внешней сети со 2-го уровня модели OSI, или сформированный транспортным уровнем локального компьютера), протоколы сетевого уровня должны определить, в какую из возможных сетей данный пакет нужно отправить.

Для определения нужного маршрута служит таблица маршрутизации. В ней содержатся записи о том, через какой интерфейс или маршрутизатор (называемый также шлюзом, англ. gateway) следует оправить пакет, предназначенный для той или иной сети.

Записи в таблице маршрутизации упорядочены по размерам сетей, при наличии нескольких маршрутов для вложенных друг в друга сетей выбирается наименее общий маршрут.

В простых случаях используется статическая таблица маршрутизации, задаваемая при конфигурировании сетевого интерфейса и не меняющаяся со временем. В более сложных случаях, в магистральных маршрутизаторах применяются специальные протоколы маршрутизации, определяющие динамически изменяющийся со временем оптимальный маршрут до конечной сети.

Рассмотрим для примера следующую сеть IPv4:

В
данном случае имеется подсеть 192.168.230.96/29 , в которой находятся 4 хоста. Три из них имеют соединения с другими сетями: 192.168.230.98 — c сетью 192.168.230.0/24 , 192.168.230.99 — с сетью 192.168.228.0/22 , и 192.168.230.97 — с Internet.

На четвёртом, 192.168.230.100 , таблица маршрутизации должна выглядеть следующим образом:

# ip route show

192.168.230.96/29 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.230.100

192.168.230.0/24 via 192.168.230.98 dev eth0

192.168.228.0/22 via 192.168.230.99 dev eth0

default via 192.168.230.97 dev eth0

Для вывода таблицы маршрутизации здесь была использована команда ip, предназначенная для конфигурации протокола IP на сетевых интерфейсах, eth0 — имя сетевого интерфейса хоста.

Во-первых, пакеты для сети 192.168.230.96/29 данный хост должен отправлять просто на интерфейс eth0 — т.к. он входит в эту сеть. Этот маршрут устанавливается автоматически при назначении интерфейсу адреса IP из диапазона адресов указанной сети.

Далее, пакеты для сети 192.168.230.0/24 должны отсылаться через шлюз 192.168.230.98 (вторая запись в таблице, англ. via — через, и также с интерфейса eth0).

С сетью 192.168.228.0/22 граничит шлюз 192.168.230.99 — третья запись в таблице.

Все остальные пакеты должны отсылаться в сеть Internet через шлюз 192.168.230.97 . default соответствует сети 0.0.0.0/0.0.0.0 , т.е. всем возможным адресам IPv4.

При этом перебор адреса идёт последовательно, от меньшей подсети к большей. Поэтому пакет для хоста, например, 192.168.230.150 будет отослан через шлюз 192.168.230.98 — этот адрес не входит в самую маленькую указанную подсеть, 192.168.230.96/29 , но входит в 192.168.230.0/24 . Отметим, что этот хост входит и в подсеть 192.168.228.0/22 , но она крупнее 192.168.230.0/24 , и выбрана не будет.

Рассмотрим сеть той же топологии, работающую по протоколам IPv6:

И
меется сеть Ethernet, в которой находятся 4 хоста. Помимо работающей поверх канального уровня сети IPv6 2001:db8:abcd::/48 , данные хосты будут объединены и через подсеть автоматической конфигурации fe80::/64 . Через первый маршрутизатор, соответствующий 192.168.230.98 для сети IPv4, доступна сеть 2001:db8:abcd:8000::/52 . На его сетевой интерфейс, подключённый к рассматриваемой сети, назначен статический адрес 2001:db8:abcd::230:98/48 и автоматический — fe80::218:51ff:fe4e:7294/64 . Аналогично, маршрутизатор 192.168.230.97 имеет адреса 2001:db8:abcd::230:97/48 и fe80::218:51ff:fe72:2c62/64 и подключён к Internet, а 192.168.230.99 — 2001:db8:abcd::230:99/48 и fe80::218:51ff:fecb:2e82/64 , через него доступна сеть 2001:db8:abc0::/40 .

На четвёртом хосте, 192.168.230.100 , назначены статический адрес IPv6 2001:db8:abcd::230:100/48 и автоматический — fe80::218:51ff:fea0:8a13/64 .

Таблица маршрутизации на нём должна выглядеть следующим образом:

# ip -6 route show | sed -e 's/metric.*//'

2001:db8:abcd:8000::/52 via 2001:db8:abcd::230:98 dev eth0

2001:db8:abc0::/40 via 2001:db8:abcd::230:99 dev eth0

2001:db8:abcd::/48 dev eth0 proto kernel

fe80::/64 dev eth0 proto kernel

default via 2001:db8:abcd::230:97 dev eth0

С помощью команды sed были отрезаны концы выведенных строк, содержащие дополнительную, выходящую за рамки данной лабораторной работы информацию по маршрутам.

Первые две записи описывают маршруты в сетях 2001:db8:abcd:8000::/52 и 2001:db8:abc0::/40 , и предписывают отправлять пакеты данных для этих сетей через соответствующие маршрутизаторы. Две следующие записи предписывают отправлять пакеты для сетей 2001:db8:abcd::/48 и fe80::/64 непосредственно через интерфейс eth0, как и в случае IPv4. Последняя запись устанавливает маршрут по умолчанию через шлюз 2001:db8:abcd::230:97 .

Следует отметить, что для указания адресов маршрутизаторов можно было использовать и их автоматические адреса, т. е., например, установить маршрут по умолчанию через fe80::218:51ff:fe72:2c62 .

В данном случае маршруты и адреса IPv6 статически сконфигурированы на сетевом интерфейсе. Включив динамическую маршрутизацию, можно было бы не задавать статические маршруты вообще — всю необходимую информацию хост получил бы с маршрутизаторов. При этом на его сетевой интерфейс был бы назначен динамический адрес 2001:db8:abcd::218:51ff:fea0:8a13/48 , а динамически настроенная таблица маршрутизации имела бы вид:

2001:db8:abcd:8000::/52 via fe80::218:51ff:fe4e:7294 dev eth0

2001:db8:abc0::/40 via fe80::218:51ff:fecb:2e82 dev eth0

2001:db8:abcd::/48 dev eth0 proto kernel

fe80::/64 dev eth0 proto kernel

default via fe80::218:51ff:fe72:2c62 dev eth0


Система доменных имён DNS.


Каждому хосту в Internet соответствует свой адрес. Для обращения одного хоста к другому, т.е., например, для запроса браузером на одной машине документа с веб-сервера на другой, необходимо знать адрес этого сервера. Однако использовать числовое значение адреса IP удобно только компьютерам, отличие от пользователей. Поэтому существует возможность сопоставления адресу IP символьного имени, которое может иметь осмысленный для человека вид. Такое сопоставление можно организовать несколькими методами.

Самый простой из них — записать необходимые пары адрес-имя в файле конфигурации. В UNIX-системах таким файлом является /etc/hosts, содержащий записи в формате:

IP name [ name] [...]

Например:

$ cat /etc/hosts

127.0.0.1 localhost.localdomain localhost

::1 localhost6.localdomain6 localhost6

В начале существования Internet все имена входящих в сеть систем содержались в /etc/hosts. Существовал эталонный и централизованно обновлявшийся файл hosts, по которому периодически администраторами систем обновлялись локальные /etc/hosts. Однако когда число объединённых сетью компьютеров перевалило за несколько сотен, появилась потребность в масштабируемой системе.

Такой системой стала разработанная в 1983 году Полом Мокапетрисом (Paul V. Mockapetris) система DNS (Domain Name System, Система доменных имён, RFC 1034 и RFC 1035), которая позволила гибко и децентрализованно задавать имена хостов, делегируя полномочия по изменению имён компьютеров в конкретных информационных системах администраторам этих систем.

Имена DNS структурированы и состоят из отдельных частей, доменов, разделённых точками. Домены имеют уровни, отсчитывающиеся с конца имени, и образуют дерево имён. Логический узел в дереве имён носит название «зоны». В зонах хранятся записи о соответствии имён входящих в зону хостов их IP-адресам, а также ссылки на серверы DNS, обслуживающие зоны доменов более высокого уровня.

Домен нулевого уровня (корневой домен) содержит адреса серверов DNS доменов первого уровня, его зона хранится на корневых серверах DNS. Таких серверов на данный момент 13, их адреса известны и не меняются со временем.

Домены первого уровня — зоны ответственности отдельных государств («us», «ru», «ua», «uk», «tv» и т. п.) или независимые зоны ответственности («com», «org», «net», «edu» и т. п.). Для каждого из доменов первого уровня существует организация, выдающая всем абонентам имена, заканчивающиеся на «.домен». Эта организация также обязана организовать и поддерживать серверы DNS для своего домена первого уровня.

Серверы DNS для делегированных имён второго уровня поддерживаются получившими эти имена абонентами, которые, в свою очередь, могут создавать доменные имена третьего уровня и т.д.

Получающаяся иерархическая система имён позволяет, пройдя по цепочке начиная от корневых серверов, узнать адрес сервера DNS для конкретного имени и соответствующий адрес IP.

Клиенты системы DNS (приложения, работающие на компьютере) непосредственно ко всей цепочке серверов DNS не обращаются. Вместо этого в настройках хоста указывается один или несколько серверов DNS, к которым он должен обращаться с запросами. Для UNIX-систем список серверов DNS хранится в файле /etc/resolv.conf, который имеет вид:

$ cat /etc/resolv.conf

search ddns.ossg.ru

nameserver 192.168.250.1

В одной или нескольких строках nameserver указываются адреса серверов DNS для данной системы, а в параметре search — список доменов по умолчанию. Перед тем, как обратиться к серверам DNS, сначала клиент проверяет файл /etc/hosts. Если нужного имени там не оказывается, выполняется запрос к одному из серверов DNS. Если этот сервер не отвечает, производится запрос к следующему серверу. Если получить IP для имени не удаётся, возвращается ошибка.

Рассмотрим работу системы DNS на примере. Для работы с серверами DNS, в т.ч. для получения адреса IP по доменному имени, можно использовать команду host из пакета bind-utils. Предположим, была вызвана команда host с параметром в виде имени хоста cbias.mpei.ac.ru . Если в файле /etc/hosts такой записи не обнаруживается, то клиентская библиотека DNS обращается с запросом к одному из указанных в /etc/resolv.conf серверов.

В свою очередь, сервер DNS, получив запрос, разбирает доменное имя на составные части. Доменом первого уровня в данном случае является «ru». Следует запрос к одному из корневых серверов (его адрес известен заранее) о сервере имён, содержащем зону «ru». Результаты этого запроса можно посмотреть на клиенте, указав команде host возвращать адрес сервера DNS, а не адрес хоста:

$ host -t NS ru.

ru name server ns9.ripn.net.

ru name server e.dns.ripn.net.

ru name server f.dns.ripn.net.

ru name server ns.ripn.net.

ru name server ns2.nic.fr.

ru name server ns5.msk-ix.net.

Далее следует обращение к одному из полученных серверов с целью узнать сервер DNS для зоны «ac.ru»:

$ host -t NS ac.ru

ac.ru name server ns-soa.darenet.dk.

ac.ru name server dns.princeton.edu.

ac.ru name server ns1.free.net.

ac.ru name server ns2.free.net.

ac.ru name server sunic.sunet.se.

Продолжая запросы, сервер DNS находит, где хранится зона для «mpei.ac.ru»:

$ host -t NS mpei.ac.ru

mpei.ac.ru name server ns3.mpei.ac.ru.

mpei.ac.ru name server ns4.nic.ru.

mpei.ac.ru name server ns1.mpei.ac.ru.

mpei.ac.ru name server ns2.mpei.ac.ru.

Наконец, с одного из этих серверов возвращается адрес IP для нужного имени:

$ host cbias.mpei.ac.ru

cbias.mpei.ac.ru has address 193.233.68.98

Проводя поиск имени, сервер DNS запоминает полученные промежуточные результаты. Поэтому при повторном запросе от клиента адреса cbias.mpei.ac.ru, сервер DNS сразу выдаст искомое значение из своего кэша (англ. cache), а при поиске адреса для записи itf.mpei.ac.ru — сразу обратится к DNS-серверам домена «mpei.ac.ru». Всё это позволяет как ускорить процесс разрешения имён, так и снизить нагрузку на серверы DNS в Internet.

Время жизни записи в кэше сервера DNS ограничено, и определяется записями в соответствующей зоне. По истечении времени жизни запись из кэша удаляется, и при повторном запросе процесс разрешения имён повторится с начала. Тем самым появляется возможность обновления записей в DNS при необходимости изменения адреса IP для доменного имени.

Преобразование имени DNS в IP не обязательно однозначное: одному символьному имени может соответствовать несколько адресов IP:

$ host google.ru

google.ru has address 216.239.59.104

google.ru has address 72.14.221.104

google.ru has address 66.249.93.104

google.ru mail is handled by 10 smtp4.google.com.

google.ru mail is handled by 10 smtp1.google.com.

google.ru mail is handled by 10 smtp2.google.com.

google.ru mail is handled by 10 smtp3.google.com.

Для части хостов в DNS указаны только адреса IPv4, для других — как IPv4, так и IPv6, некоторые имеют адреса только в сетях IPv6:

$ host sixy.ch

sixy.ch has address 80.254.71.229

sixy.ch has IPv6 address 2a02:200:3:1::103

$ host ipv6.google.com

ipv6.google.com is an alias for ipv6.l.google.com.

ipv6.l.google.com has IPv6 address 2a00:1450:8004::68

Получив в ответ несколько адресов, клиент упорядочивает адреса в соответствии с версией протокола. По стандарту, при наличии настроенной на клиенте сети IPv6 и доступности хоста как по IPv4, так и по IPv6, для работы желательно выбирать именно IPv6, хотя конечное решение остаётся за клиентом. При наличии нескольких адресов для выбранной версии протокола, обычно выбирается первый из них. Если установить соединение с удалённым хостом по этому адресу не получается, выбирается следующий, и т. д.

DNS возвращает адреса в случайном порядке; задав для одного имени несколько разных адресов IP, можно получить примерно равномерное распределение запросов клиентов между соответствующими серверами, т. е. осуществить балансировку нагрузки на сервер.

С другой стороны, и одному адресу может соответствовать несколько символьных имён, в т.ч. и из разных доменных зон:

$ host edu.cbias.ru

edu.cbias.ru has address 87.242.75.168

$ host edu.ossg.ru

edu.ossg.ru has address 87.242.75.168

Имена DNS никак не связаны с распределением адресов IP по сетям, что позволяет объединять в рамках одного домена (или одного доменного имени) компьютеры, расположенные в разных физических сетях.

Помимо рассмотренного прямого преобразования имени DNS в адрес также существует и обратное — определение символьного имени DNS по адресу IP. Из-за неоднозначности прямого соответствия доменного имени адресу IP, для обратного преобразования используются специальные зоны и дерево доменов в домене «.in-addr.arpa.» для адресов IPv4 и «.ip6.arpa.» для IPv6, а из-за существенно более редкой надобности в обратном преобразовании для значительного числа хостов определить доменное имя по их адресу IP нельзя.

Конфигурация сетей TCP/IP в Linux.


Для работы компьютерной системы в сетях TCP/IP необходимо настроить подключение к сети, в которой используется протокол TCP/IP, задать для этого сетевого интерфейса адрес IP, и настроить таблицу маршрутизации.

Обмен данными в сети происходит через сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы могут как соответствовать физическим устройствам компьютера (например, сетевым картам Ethernet), так представлять логические устройства. К последним относятся, например, интерфейсы PPP (Point-to-Point Protocol), работающие поверх последовательных модемных соединений, и виртуальные сетевые интерфейсы, организующие передачу данных поверх других сетей.



Для передачи информации в сети помимо самих передаваемых данных требуется также знание того, с какого хоста и на какой хост передаются эти данные. Поэтому для сетевых интерфейсов стандартное для UNIX представление устройств как файлов не имеет смысла, и в каталог /dev/ соответствующие сетевым интерфейсам файлы устройств не отображаются. Работа с сетевыми интерфейсами осуществляется только через вызовы ядра операционной системы, а на прикладном уровне — через наборы соответствующих утилит.

В любом случае, для конфигурации сетевого интерфейса требуется сначала настроить соответствующее устройство на уровне ядра (т. е., для физических устройств — загрузить соответствующий драйвер устройства, для логических — сконфигурировать подключение через существующие сетевые интерфейсы или инициировать его через физические устройства).

Сетевые интерфейсы представляют собой абстрактные устройства, работающие на 2-ом уровне модели OSI ISO. Для работы поверх них протоколов TCP/IP требуется дальнейшая настройка интерфейсов: назначение им адресов IP и создание записей в таблице маршрутизации.

В ряде случаев адрес IP назначается интерфейсу внешними программами при регистрации интерфейса в системе (например, для интерфейсов PPP), в других случаях (чаще всего, для физических интерфейсов) его требуется назначать отдельно после создания интерфейса на уровне ядра. Как отмечалось выше, в этом случае назначение адреса IP и внесение записей в таблицу маршрутизации может осуществляться статически, с указанием необходимых адресов и маршрутов в конфигурации системы вручную, либо динамическими и автоматическими средствами конфигурации.

Для статической конфигурации сетевых интерфейсов в Linux существуют два отдельных набора утилит — net-scripts и iproute2. Первый из них считается морально устаревшим, не позволяет полностью использовать текущие возможности стека TCP/IP, однако ещё применяется в ряде дистрибутивов и во встраиваемых системах. Второй — iproute2 — более новый, обеспечивает больше возможностей, и рекомендован к использованию.

Рассмотрим возможности основной утилиты пакета iproute2 —
команды ip.

Просмотр состояний физических интерфейсов осуществляется командой

# ip link show

1: lo: mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

2: venet0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/void

3: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state DOWN

link/ether 00:18:51:a0:8a:13 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff


Здесь lo — локальный интерфейс обратной петли (loopback), venet0 и eth0 — два сетевых интерфейса. В ходе лабораторной работы пытаться настроить интерфейс venet0 не стоит, через него осуществляется связь с VPS. Если его отключить или неправильно сконфигурировать, связь по SSH оборвётся.

Для Ethernet-интерфейсов отображаются также их канальные MAC-адреса.

Видно, что, в отличии от venet0, eth0 не включён, т. е. находится в состоянии DOWN (поскольку рассматриваются виртуальные сетевые интерфейсы, то во включённом состоянии они помечены как UNKNOWN. Для включённых интерфейсов, соответствующих реальным физическим устройствам, должно отображаться состояние UP). Включить интерфейс можно командой

# ip link set eth0 up

# ip link show eth0

3: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/ether 00:18:51:a0:8a:13 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff


Посмотреть назначенные адреса на интерфейсе можно командой

# ip addr show

1: lo: mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

inet 127.0.0.1/8 scope host lo

inet6 ::1/128 scope host

valid_lft forever preferred_lft forever

2: venet0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/void

inet 192.168.230.100/32 scope global venet0:1

3: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/ether 00:18:51:a0:8a:13 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet6 fe80::218:51ff:fea0:8a13/64 scope link

valid_lft forever preferred_lft forever

Хотя мы и включили интерфейс eth0, адрес IPv4 ему ещё не назначен. Зато для IPv6 автоматическая конфигурация уже назначила ему адрес из сети fe80::/64 , создав его на основе MAC-адреса. Т. е. в рамках локальной сети IPv6 уже есть возможность доступа к другим подключённым к ней хостам.

Также указывается версия протокола для адреса (inet соответствует IPv4, inet6 — для IPv6), его тип (scope link — для локальных адресов link-local, scope dynamic и scope global для динамических и статических адресов соответственно), а также оставшееся время использования данного адреса (valid_lft и preferred_lft). Статические и автоматические адреса ограничений по времени жизни не имеют (могут использоваться вечно, англ. forever), для динамически полученных — будет указываться оставшееся время до обновления настроек.

Назначим интерфейсу адрес IPv4 192.168.230.100 из сети /29:

# ip addr add 192.168.230.100/29 dev eth0

# ip addr show

....

3: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN



link/ether 00:18:51:a0:8a:13 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet 192.168.230.100/29 scope global eth0

inet6 fe80::218:51ff:fea0:8a13/64 scope link

valid_lft forever preferred_lft forever


После этого можно послать ICMP-запрос на назначенный адрес и, разумеется, получить ответ:

# ping 192.168.230.100

PING 192.168.230.100 (192.168.230.100) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 192.168.230.100: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.081 ms

64 bytes from 192.168.230.100: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.144 ms

^C

--- 192.168.230.100 ping statistics ---



2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1001ms

rtt min/avg/max/mdev = 0.081/0.112/0.144/0.033 ms


Команда ping посылает пакеты ICMP 1 раз в секунду, прервать его выполнения можно клавишами +.

Таким же образом можно назначить и другие адреса на тот же или на другой сетевой интерфейс, например:

# ip addr add 192.168.210.100/25 dev eth0

# ip addr show eth0

3: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/ether 00:18:51:a0:8a:13 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet 192.168.230.100/29 scope global eth0

inet 192.168.210.100/25 scope global eth0

inet6 fe80::218:51ff:fea0:8a13/64 scope link

valid_lft forever preferred_lft forever

Удалить ненужный адрес можно командой

# ip addr del 192.168.210.100/25 dev eth0

# ip addr show eth0

3: eth0: mtu 1500 qdisc noqueue state UNKNOWN

link/ether 00:18:51:a0:8a:13 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet 192.168.230.100/29 scope global eth0

inet6 fe80::218:51ff:fea0:8a13/64 scope link

valid_lft forever preferred_lft forever


Адреса IPv6 назначаются аналогичным образом, но команде ip требуется указать, что это именно адрес IPv6. Для этого используется ключ -6. Также этот ключ можно использовать при просмотре адресов, для отображения только адресов IPv6. Симметричный ключ -4 используется для указания команде ip рассматривать только адреса IPv4, и применяется по умолчанию.

Например, назначим интерфейсу адрес из сети 2001:db8:abcd::/48 :

# ip -6 addr add 2001:db8:abcd::230:100/48 dev eth0

# ip -6 addr show dev eth0

3: eth0: mtu 1500

inet6 2001:db8:abcd::230:100/48 scope global

valid_lft forever preferred_lft forever

inet6 fe80::218:51ff:fea0:8a13/64 scope link

valid_lft forever preferred_lft forever

Для проверки доступности назначенного адреса IPv6 используется команда ping6, имеющая тот же формат вызова, что и ping для IPv4:

# ping6 2001:db8:abcd::230:100

PING 2001:db8:abcd::230:100(2001:db8:abcd::230:100) 56 data bytes

64 bytes from 2001:db8:abcd::230:100: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.433 ms

64 bytes from 2001:db8:abcd::230:100: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.105 ms

^C


--- 2001:db8:abcd::230:100 ping statistics ---

2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1000ms

rtt min/avg/max/mdev = 0.105/0.269/0.433/0.164 ms
Посмотреть таблицу маршрутизации позволяет команда

# ip route show

192.168.230.96/29 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.230.100

Мы видим только маршрут на сеть IPv4, в которую входит назначенный нами адрес IPv4, и в которую, очевидно, входит сетевой интерфейс. Эта запись была добавлена при выполнении 'ip addr add' автоматически.

В отличии от 'ip addr show', 'ip route show' выводит информацию только из таблицы маршрутизации IPv4. Для просмотра таблицы IPv6 требуется указывать ключ '-6' команды ip.

Добавим маршрут на сеть 192.168.230.0/24 через шлюз 192.168.230.98:

# ip route add 192.168.230.0/24 via 192.168.230.98

# ip route show

192.168.230.96/29 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.230.100

192.168.230.0/24 via 192.168.230.98 dev eth0

Аналогично можно добавлять и удалять другие маршруты:

# ip route add 192.168.238.0/24 via 192.168.230.98

# ip route add 192.168.228.0/22 via 192.168.230.99

# ip route show

192.168.230.96/29 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.230.100

192.168.230.0/24 via 192.168.230.98 dev eth0

192.168.238.0/24 via 192.168.230.98 dev eth0

192.168.228.0/22 via 192.168.230.99 dev eth0

# ip route del 192.168.238.0/24 via 192.168.230.98

# ip route show

192.168.230.96/29 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.230.100

192.168.230.0/24 via 192.168.230.98 dev eth0

192.168.228.0/22 via 192.168.230.99 dev eth0

Маршрут по-умолчанию добавляется с указанием ключевого слова 'default':

# ip route add default via 192.168.230.97

# ip route show

192.168.230.96/29 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.230.100

192.168.230.0/24 via 192.168.230.98 dev eth0

192.168.228.0/22 via 192.168.230.99 dev eth0

default via 192.168.230.97 dev eth0

После выполнения этих настроек таблица статической маршрутизации IPv4 будет полностью настроена в соответствии с приведённой выше схемой и будут доступны всех хосты из подсетей 192.168.230.0/24, 192.168.228.0/22.

Для работы с таблицей маршрутизации протокола IPv6 необходимо указывать ключ '-6' команды 'ip'. Просмотреть таблицу маршрутизации протокола IPv6 позволяет команда

# ip -6 route show

2001:db8:abcd::/48 dev eth0 proto kernel metric 256 mtu 1500 advmss 1440 hoplimit 4294967295

fe80::/64 dev eth0 proto kernel metric 256 mtu 1500 advmss 1440 hoplimit 4294967295
Так же, как и в случае IPv4, видны автоматически добавленные при назначении адресов IP маршруты на доступные через локальный интерфейс сети.

Добавляем маршруты на сети IPv6:

# ip -6 route add 2001:db8:abcd:8000::/52 via 2001:db8:abcd::230:98

# ip -6 route add 2001:db8:abc0::/40 via 2001:db8:abcd::230:99

# ip -6 route add default via 2001:db8:abcd::230:97

# ip -6 route show | sed -e 's/metric.*//'

2001:db8:abcd:8000::/52 via 2001:db8:abcd::230:98 dev eth0

2001:db8:abc0::/40 via 2001:db8:abcd::230:99 dev eth0

2001:db8:abcd::/48 dev eth0 proto kernel

fe80::/64 dev eth0 proto kernel

default via 2001:db8:abcd::230:97 dev eth0
После этого таблица статической маршрутизации IPv6 будет полностью настроена в соответствии с приведённой выше схемой, будут доступны хосты из подсетей 2001:db8:abcd:8000::/52 и 2001:db8:abc0::/40 , а запросы для остальных хостов будут направляться в Internet через маршрутизатор 2001:db8:abcd::230:97 .

Для настройки системы DNS достаточно внести IP-адреса серверов DNS в файл /etc/resolv.conf. Они указываются после ключевого слова nameserver, по одному адресу в строке:

# cat /etc/resolv.conf

nameserver 192.168.230.97

nameserver 2001:db8:abcd::230:97


<< предыдущая страница   следующая страница >>
Смотрите также:
Лабораторная работа №3 Принципы построения сетей tcp/ip copyright (c) 2008,2009,2010 Nikolay A. Fetisov
423.63kb.
3 стр.
Лабораторная работа №6 Принципы построения сетей tcp/ip v4 Copyright (c) 2008,2009 Nikolay A. Fetisov
273.09kb.
1 стр.
Лабораторная работа №2 Знакомство с языком gpss
50.61kb.
1 стр.
Лабораторная работа №1 «Файловые менеджеры»
89.6kb.
1 стр.
Лабораторная работа по химии, физике, биологии, т е. по естественно-научным предметам. На уроках русского языка и литературы термин «лабораторная работа»
261.84kb.
1 стр.
Лекции Тема Общие принципы построения ЭВМ принципы построения и архитектура ЭВМ
48.3kb.
1 стр.
Принципы построения образовательных курсов по свободному по на базе операционной системы Linux
27.23kb.
1 стр.
Лабораторная работа Процедуры настройки параметров персептронных нейронных сетей. Правила настройки
76.71kb.
1 стр.
Курс «Современные технологии построения компьютерных сетей с использованием Microsoft Windows Server 2008 R2»
53.51kb.
1 стр.
Лабораторная работа №5 Лабораторная работа выполняется согласно выбранной теме курсовой работы!!! Количество таблиц в бд: от 4 до 6
46.6kb.
1 стр.
Ним «Современные и перспективные технологии построения сенсорных сетей»
112.6kb.
1 стр.
Программа "развитие г. Владивостока как центра международного сотрудничества в азиатско-тихоокеанском регионе"
498.91kb.
2 стр.