Icmp протокол. Сообщения запросов ICMP. Недостижимое Место назначения или Служба

effort ), которая доставляет дейтаграмму от ее первоначального источника до ее конечного пункта назначения. Однако он имеет два дефекта: отсутствие контроля ошибок и отсутствие механизмов помощи в доставке.

Протокол IP не имеет механизма, сообщающего об ошибке или исправляющего ее. Протоколу IP также недостает ICMP - механизма запросов управления от хоста. Хост иногда должен определять, исправен ли маршрутизатор или другой хост . И иногда сетевой менеджер нуждается в информации от другого хоста или маршрутизатора.

Протокол управления сообщениями Интернета ( ICMP – Internet Control Message Protocol ) был разработан для компенсации этих вышеупомянутых дефектов. Это - спутник протокола IP . ICMP - протокол сетевого уровня. Однако он сам не передает сообщения непосредственно данных канальному уровню. Эти сообщения первыми инкапсулируются в дейтаграммы IP перед переходом к более низкому уровню (рис. 6.1).

Рис. 6.1.

Значение поля протокола в дейтаграмме IP - это "1", оно указывает, что данные IP - это ICMP -сообщение.

Типы сообщений

ICMP -сообщения разделены на две широкие категории: отчет об ошибке сообщения и запрос , как это показано на рис. 6.2.

Рис. 6.2.

Сообщение об ошибке переносит данные о проблемах, возникающих при обмене сообщениями, с которыми маршрутизатор или хост ( пункт назначения) могут столкнуться, когда они обрабатывают пакет IP .

Сообщения запроса помогают хосту или сетевому менеджеру получить заданную информацию от маршрутизатора или другого хоста. Например, узлы могут обнаружить их соседей. Также хосты могут обнаружить и узнать о маршрутизаторах на их сети, и маршрутизаторы могут помочь узлу переадресовывать его сообщения. Таблица 6.1. перечисляет ICMP -сообщения в каждой категории.

Таблица 6.1. ICMP сообщения

Категория	Тип	Сообщение
Сообщения отчета об ошибках	3	Конечный пункт не достижим
	4	подавление источника
	11	Время истекло
	12	Проблемы параметров
	5	Переназначение
	8 или 0	Эхо запрос и ответ
	13 или 14	Метка времени запрос и ответ
	17 или 18	Маска адреса запрос и ответ
	10 или 9	Маршрутизатор затребование и извещение

Формат сообщения

ICMP -сообщение имеет 8-байтовый заголовок и раздел данных переменного размера. Хотя общий формат заголовка различен для каждого типа сообщения, первые 4 байта - общие для всех. Как показывает рис. 6.3. , первое поле , ICMP , определяет тип сообщения . Поле кода определяет основание для конкретного типа сообщения. Последнее общее поле – это поле контрольной суммы. Остальная часть заголовка задана для каждого типа сообщения.

Рис. 6.3.

Раздел данных в сообщениях об ошибках доставляет информацию для нахождения первоначального пакета, который содержит ошибку. В сообщениях запроса раздел данных доставляет дополнительную информацию, основанную на типе запроса.

Сообщения ошибки

Одна из главных обязанностей ICMP состоит в том, чтобы известить об ошибках. Хотя технологии передачи сегодня предоставляют для передачи все более и более достоверные среды, ошибки все еще существуют и должны быть обработаны. IP , как обсуждалось ранее, является ненадежным протоколом. ICMP был частично предназначен для компенсирования этого недостатка. Однако ICMP не исправляет ошибки, он просто извещает о них. Исправление ошибки оставляют протоколам высокого уровня. Сообщения об ошибках всегда посылают первоначальному источнику, потому что единственная информация , доступная в дейтаграмме о маршруте - адреса IP пункта назначения и источник. ICMP использует исходный адрес IP , чтобы послать сообщение об ошибках источнику дейтаграммы. Обрабатываются пять типов ошибок

ICMP (ang. Internet Control Message Protocol) - это один из протоколов сетевого уровня в модели ISO/OSI. Его задачей является обслуживание функции контроля правильности работы сети. С его помощью передаются всякого рода, низкоуровневые сводки, с раскроенными неправильностями во время сетевых связей. Практически целая коммуникация между данными компьютерами или другими устройствами при употреблении протокола ICMP происходит незаметным для конечнего пользователя образом. Единичными исключениями являются здесь инструменты ping и traceroute.
Коммуникация, ицпользующая протокол ICMP, состоит в пересылке подходящих информаций об ошибках, раскроенных во время связи между двумя устройствами. Одиночная информация существует в виде пакета, сформированного надлежащим образом (ang. Datagram), который следовательно будет подвергнутый инкапсуляции в рамке протокола IP. Протокол ICMP, вопреки всеобщему мнению, не использует в своей работе протоколы TCP, ни UDP. Итак, не пользуется никакими сетевыми портами.
Устройство пакета ICMP следующее:

Заголовок в 4 байтов - первый байт определяет тип пакета, второй - код операции, третий и четвёртый представляют собой контрольную сумму.
. Поле данных с долготой зависимой от типа пакета и его функции. В некоторых случаях может быть установленным с уровня инструмента, напр. догадливая команда ping в Виндоуз устанавливает размер данных пакета ECHO_REQUEST на 32 байта, а версия, встречающаяся в системах Юникс на 56 байтов.

Список некоторых типов сводок протокола ICMP:

Тип Значение

0 Echo Reply (поворот эха - "ответ на ping")
1 - 2 Забронированные
3 Destination Unreachable (недостожимость места предназначения)
4 Source Quench (сдержание отправителя)
5 Redirect Message (измени трассирование)
6 Alternate Host Address (альтернативный адрес хоста)
7 Забронированные
8 Echo Request (требование эха)
9 Router Advertisement (объявление маршрутизатора (рутера))
10 Router Solicitation (выбор рутера)
11 Time Exceeded (превышение лимита времени)
12 Parameter Problem (проблема с параметром)
13 Timestamp (требование временного шифра)
14 Timestamp Reply (поворот временного шифра)
15 Information Request (требование информации)
16 Information Reply (поворот информации)
17 Address Mask Request (требование адресной маски)
18 Address Mask Reply (поворот адресной маски)
19 Забронированные для безопасности
20 - 29 Забронированные
30 Traceroute (слежка трассы)
31 Datagram Conversion Error (ошибка конверсии дейтаграммы)
32 Mobile Host Redirect (изменение адреса мобильного узла)
33 IPv6 Where-Are-You (вопрос IPv6 "где ты")
34 IPv6 Here-I-Am (ответ IPv6 "я здесь")
35 Mobile Registration Request (просьба регистрировать мобильный узел)
36 Mobile Registration Reply (ответ на проьбу регистрировать мобильный узел)
37 Domain Name Request (требование названия домена)
38 Domain Name Reply (поворот названия домена)
39 SKIP Algorithm Discovery Protocol
40 Photuris, Security failures
41-255 Забронированные
Поле кода операции в заголовке пакета ICMP определяет вид содержания в сообщении, зависимого от его типа. Например, пакет типа 3, то есть Destination Unreachable может заключать следующие коды операции во втором байте заголовка:
0 Целевая сеть недостижимая
1 Целевое устройство (хост) недостижимое
2 Целевой протокол недостижимый (или необслуживаемый)
3 Целевой порт недостижимый
4 Пакет должен быть подвергнутый фрагментации, а установили флаг DF (не фрагментируй)
5 Traceroute неправильная
6 Неизвестная целевая сеть
7 Целевое устройство (хост) неизвестное
8 Хост отправителя недоступный
9 Доступ в сеть воспрещённый
10 Доступ в устройство воспрещённый
11 Установка поля Type of Service (в заголовке IP) делает невозможным доступ в целевую сеть
12 Установка поля Type of Service (в заголовке IP) делает невозможным доступ в целевую сеть
13 Коммуникация воспрещённая

Примеры работы протокола ICMP:

Ping - один из инструментов, выступающих практически в каждой операционной системе, обслуживающей протокол TCP/IP. С его помощью пакеты ICMP ECHO_REQUEST отправляются в целевой компьютер. Дистанционная машина, после получения такого сообщения должна ответить при помощи ECHO_REPLY. Поэтому можно определить следующее: Конфигурация сети делает возможной связь с дистанционной машиной, и оценку её нагрузки на основании информаций, касающихся количества потерянных пакетов и времени ответа.
. Traceroute - инструмент, делающий возможным определение, через какие маршрутизаторы проходит пакет по дороге к дистанционному компьютеру. Сначала, локальный компьютер посылает пакет ECHO_REQUEST в дистанционное устройство, с параметром ТТЛ (TTL -Time to Live), установленным на 1. Первый рутер уменьшает ТТЛ на один, значит до нуля, удаляет пакет и отсылает адресату сообщение ICMP TIME_EXCEEDED. Целевой компьютер, после получения такой информации, возобновляет высылку ECHO_REQUEST, но ц ТТЛ установленным на стоимость 2. Первый рутер уменьшает ТТЛ на 1, второй сделает то же самое, устанавливая 0, и вновь удалит пакет, и отошлёт сообщение TIME_EXCEEDED. Такая ситуация повтаряется так долго, что даже пакет доберётся до дистанционного комньютера, который тогда отошлёт отправителю сообщение ECHO_REPLY.

Можно представить ряд ситуаций, когда протокол IP не может доставить пакет адресату, например истекает время жизни пакета, в таблице маршрутизации отсутствует маршрут к заданному в пакете адресу назначения, пакет не проходит проверку по контрольной сумме, шлюз не имеет достаточно места в своем буфере для передачи какого-либо пакета и т. д., и т. п.

Как мы не раз отмечали, протокол IP доставляет данные, руководствуясь принципом «по возможности», то есть не предпринимает мер для гарантированной передачи данных адресату. Это свойство «необязательности» протокола IP компенсируется протоколами более высоких уровней стека TCP/IP, например TCP на транспортном уровне и в какой-то степени DNS на прикладном уровне. Они берут на себя обязанности по обеспечению надежности, применяя такие известные приемы, как нумерация сообщений, подтверждение доставки, повторная посылка данных.

Протокол ICMP также служит дополнением, компенсирующим ненадежность протокола IP, но несколько другого рода. Он не предназначен для исправления возникших при передаче пакета проблем: если пакет потерян, ICMP не может послать его заново. Задача ICMP другая - он является средством оповещения отправителя о «несчастных случаях», произошедших с его пакетами. Пусть, например, протокол IP, работающий на каком-либо маршрутизаторе, обнаружил, что пакет для дальнейшей передачи по маршруту необходимо фрагментировать, но в пакете установлен признак DF (не фрагментировать). Протокол IP, обнаруживший, что он не может передать IP-пакет далее по сети, прежде чем отбросить пакет, должен отправить диагностическое ICMP-сообщение конечному узлу-источнику.

Для передачи по сети ICMP-сообщение инкапсулируется в поле данных IP-пакета. IP-адрес узла-источника определяется из заголовка пакета, вызвавшего инцидент.

Сообщение, прибывшее в узел-источник, может быть обработано там либо ядром операционной системы, либо протоколами транспортного и прикладного уровней, либо приложениями, либо просто проигнорированы. Важно, что обработка ICMP-сообщений не входит в обязанности протоколов IP и ICMP.

Заметим, что некоторые из пакетов могут исчезнуть в сети, не вызвав при этом никаких оповещений. В частности, протокол ICMP не предусматривает передачу сообщений о проблемах, возникающих при обработке IP-пакетов, несущих ICMP-сообщения об ошибках. Такое решение было принято разработчиками протокола, чтобы не порождать «штормы» в сетях, когда количество сообщений об ошибках лавинообразно возрастает.

Особенностью протокола ICMP является функциональное разнообразие решаемых задач, а следовательно, и связанных с этим сообщений. Все типы сообщений имеют один и тот же формат (рис. 1), однако интерпретация полей существенно зависит от того, к какому типу относится сообщение.

Рис. 1. Формат ICMP-сообщения

Заголовок ICMP-сообщения состоит из 8 байт:

• тип (1 байт) - числовой идентификатор типа сообщения;
• код (1 байт) - числовой идентификатор, более тонко дифференцирующий тип ошибки;
• контрольная сумма (2 байта) - подсчитывается для всего ICMP-сообщения.

Содержимое оставшихся четырех байтов в заголовке и поле данных зависит от значений полей типа и кода.

На рис. 2 показана таблица основных типов ICMP-сообщений. Эти сообщения можно разделить на две группы (помеченные на рисунке условными символами):

• сообщения об ошибках;
• сообщения запрос-ответ.

Сообщения типа запрос-ответ связаны в пары: эхо-запрос - эхо-ответ, запрос маски -ответ маски, запрос времени - ответ времени. Отправитель сообщения-запроса всегда рассчитывает на получение соответствующего сообщения-ответа.

Рис. 2. Типы и коды ICMP-сообщений

Сообщения, относящиеся к группе сообщений об ошибках, конкретизируются уточняющим кодом. На рисунке показан фрагмент таблицы кодов для сообщения об ошибке недостижимости узла назначения, имеющей тип 3. Из таблицы мы видим, что это сообщение может быть вызвано различными причинами, такими как неверный адрес сети или узла (код О или 1), отсутствием на конечном узле-адресате необходимого протокола прикладного уровня (код 2 - «протокол недостижим») или открытого порта UDP/TCP (код 3 - «порт недостижим»). Узел (или сеть) назначения может быть также недостижим по причине временной неработоспособности аппаратуры или из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о пути к сети назначения. Всего таблица содержит 15 кодов. Аналогичные таблицы кодов существуют и для других типов сообщений об ошибках.

Протокол IP имеет ясную и элегантную структуру. В нормальных ситуациях IP очень эффективно использует для пересылки память и ресурсы. Однако что произойдет в нестандартной ситуации? Что может прервать бесцельное блуждание датаграммы до завершения ее времени жизни после краха маршрутизатора и неисправности в сети? Кто предупредит приложение о прекращении отправки датаграмм в недостижимую точку назначения?

Средства для лечения таких неисправностей предоставляет протокол управляющих сообщений Интернета (Internet Control Message Protocol - ICMP). Он выполняет роль сетевого помощника, способствуя маршрутизации в хостах и обеспечивая сетевого администратора средствами определения состояния сетевых узлов. Функции ICMP являются важной частью IP. Все хосты и маршрутизаторы должны быть способны генерировать и обрабатывать сообщения ICMP. При правильном использовании эти сообщения могут улучшить выполнение сетевых операций.

Сообщения ICMP пересылаются в датаграммах IP с обычным заголовком IP (см. рис. 7.1), имея в поле протокола значение 1.

Рис. 7.1. Пакетирование сообщения ICMP

7.2 Сообщения об ошибках ICMP

Бывают ситуации, приводящие к отбрасыванию (удалению из сети) датаграммы IP. Например, точка назначения может стать недоступной из-за обрыва связи. Или может завершиться время жизни датаграммы. Маршрутизатор не сможет переслать длинную датаграмму при запрещении фрагментации.

При отбрасывании датаграммы по адресу ее источника направляется сообщение ICMP, указывающее на возникшую проблему. На рис. 7.2 показано сообщение ICMP, направленное к источнику датаграммы.

Рис. 7.2. Сообщение ICMP направляется по пути трафика.

ICMP быстро сообщит системе о выявленной проблеме. Это очень надежный протокол, поскольку указание на ошибки не зависит от наличия сетевого центра управления.

Однако в использовании сообщений ICMP имеются некоторые недостатки. Например, если недостижима точка назначения, то сообщение будет распространяться до источника по всей сети, а не на станцию сетевого управления.

Реально ICMP не имеет средств предоставить отчет об ошибках выделенному операционному центру. Для этого служит протокол SNMP (см. главу 20).

7.2.1 Типы сообщений об ошибках

На рис. 7.3 показаны обобщенные сообщения, формируемые маршрутизатором и хостом назначения для отчета о возникшей проблеме. В таблице 7.1 перечислены формальные имена сообщений об ошибках ICMP.

Рис. 7.3. Типы сообщений об ошибках ICMP

Таблица 7.1 Сообщения об ошибках ICMP

Сообщение	Описание
Destination Unreachable (недостижимая точка назначения)	Датаграмма не может достичь хоста назначения, утилиты или приложения.
Time Exceeded (время закончилось)	Маршрутизатор определил завершение времени жизни, или закончилось время на сборку фрагментов в хосте назначения.
Parameter Problem (проблема с параметром)	В заголовке IP неверный параметр.
Source Quench (подавление источника)	Перегружен маршрутизатор или система назначения (системам рекомендуется не отправлять это сообщение).
Redirect (перенаправление)	Хост направил датаграмму на неверный локальный маршрутизатор.

7.2.2 Обязанность по отправке сообщения ICMP

Протокол ICMP определяет, что сообщения могут или должны быть посланы в каждом случае, но он не требует выдавать сообщения ICMP о каждой ошибке.

В этом есть здравый смысл. Основным назначением маршрутизатора в сети является пересылка датаграмм. Перегруженный хост назначения должен уделять больше времени доставке датаграмм в приложения, а не указанию на ошибки удаленному хосту. Именно поэтому не формируются сообщения о случайном отбрасывании датаграммы.

7.2.3 Входящие сообщения ICMP

Что происходит при получении хостом сообщения ICMP? Рассмотрим пример, когда производится попытка обращения по зарезервированному (и, следовательно, недостижимому) адресу сети:

telnet: connect: Host is unreachable

Произошло то, что и должно было произойти,- в сообщении указано на недостижимость хоста (Host is unreachable).

Чтобы определить, какой из маршрутизаторов послал сообщение ICMP, можно использовать команду traceroute :

traceroute to 10.1.1.1 (10.1.1.1), 30 hops max, 40 byte packets

> nomad-gateway (128.121.50.50) 2 ms 2 ms 2 ms

> liberty-gateway (130.94.40.250) 91 ms 11 ms 78 ms

border2-hssi2-0.NewYork.mci.net (204.70.45.9) !H !H !H

Маршрутизатор New York послал сообщение Destination Unreachable , которое отображается на экране как!Н.

Функции traceroute основаны на ICMP-сообщении Time Expired и формируются следующим образом:

■ Создается короткое сообщение UDP, которое имеет заголовок IP с установленным в 1 полем TTL.

■ Трижды отправляется датаграмма.

■ Первый маршрутизатор (в примере - nomad-gateway ) устанавливает значение Time-to-Live (время жизни) в 0, отбрасывает датаграмму и отправляет источнику ICMP-сообщение Time Expired .

■ Функция traceroute идентифицирует пославший сообщение маршрутизатор и трижды выводит само сообщение.

■ Значение Time-to-Live устанавливается в 2, и сообщение посылается дальше.

■ Процесс повторяется с увеличением Time-to-Live на каждом шаге.

Если можно достичь точки назначения, то в итоге можно получить полный путь до него.

7.3 Когда не нужно посылать сообщение ICMP

Напомним, что ICMP-сообщение об ошибке посылается, когда в сети не все благополучно. Важно обеспечить, чтобы трафик ICMP не перегружал сети, делая ситуацию еще хуже. Для этого протокола, требуется ввести несколько очевидных ограничений. ICMP не должен формировать сообщения о:

■ Маршрутизации и доставке ICMP-сообщений messages

■ Широковещательных и многоадресных датаграммах

■ Фрагментах датаграмм, кроме первых

■ Сообщениях, чей адрес источника не идентифицирует уникальный хост (например, IP-адреса источников 127.0.0.1 или 0.0.0.0)

7.4 Формат сообщения ICMP

Сообщение ICMP переносится в части данных датаграммы IP. Каждое сообщение ICMP начинается тремя одинаковыми полями: полем типа (Type), полем кода (Code), обеспечивающим более подробное описание ошибки, и полем контрольной суммы (Checksum). Формат оставшейся части сообщения определяется типом сообщения.

Сообщение об ошибке ICMP обрамляется заголовком IP. Добавляются первые 8 октетов датаграммы, которая привела к ошибке. Эти сведения позволяют проанализировать причину ошибки, поскольку содержат информацию о предполагаемом назначении датаграммы и целевом протоколе четвертого уровня. Дополнительные 8 байт позволяют определить коммуникационный элемент приложения (более подробно об этом см. в разделе о протоколах TCP и UDP).

В сообщение включается и контрольная сумма ICMP, начиная от поля Type .

7.4.1 Сообщение Destination Unreachable

Существует много причин прекращения доставки датаграммы. Разорванная связь физически не позволит маршрутизатору достичь подсети назначения или выполнить пересылку в точку следующего попадания. Хост назначения может стать недоступным при отключении его для проведения профилактики.

Как уже отмечалось в главе 6, современные маршрутизаторы имеют хорошие средства обеспечения безопасности. Они могут быть сконфигурированы для просмотра входящего в сеть трафика. При запрещении сетевым администратором доступа к точке назначения датаграмма также не может быть доставлена.

Рис. 7.4. Формат ICMP-сообщения Destination Unreachable

Формат сообщения Destination Unreachable показан на рис. 7.4. Поле Type (в нашем случае 3) идентифицирует именно этот тип сообщения. Поле Code отражает причину отправки сообщения. Полный список кодов этого поля представлен в таблице 7.2.

Таблица 7.2 Коды ошибок сообщения Destination Unreachable

Код	Смысл
0	Сеть недостижима.
1	Хост недостижим.
2	Запрашиваемый протокол не поддерживается в точке назначения.
3	Порт недостижим (недоступно удалённое приложение).
4	Необходима фрагментация, но установлен флаг "Не фрагментировать".
5	Неверен маршрут от источника.
6	Неизвестна сеть назначения.
7	Неизвестен хост назначения.
8	Хост источника изолирован.
9	Административно запрещены коммуникации с сетью назначения.
10	Административно запрещены коммуникации с хостом назначения.
11	Сеть недостижима для заданного типа обслуживания.
12	Хост недостижим для заданного типа обслуживания.

7.4.2 Сообщение Time Exceeded

Пересылаемая датаграмма может быть отброшена по тайм-ауту при уменьшении до нуля ее времени жизни (TTL). Еще один тайм-аут может возникнуть в хосте назначения, когда завершится время, выделенное на сборку, а прибыли еще не все фрагменты датаграммы. В обоих случаях формируется сообщение Time Exceeded для источника датаграммы. Формат этого сообщения показан на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Формат ICMP-сообщения Time Exceeded

Значения кодов (см. таблицу 7.3) отражают причину тайм-аута.

Таблица 7.3 Коды сообщения Time Exceeded

7.4.3 Сообщение Parameter Problem

ICMP-сообщение Parameter Problem используется для отчета об ошибках, не специфицированных в кодах других сообщений. Например, в полях вариантов может появиться неверная информация, не позволяющая правильно обработать датаграмму, в результате чего датаграмма будет отброшена. Более часто проблемы с параметрами возникают из-за ошибок в реализации, когда система пытается записать параметры в заголовок IP.

Рис. 7.6. Формат ICMP-сообщения Parameter Problem

Поле Pointer (указатель) сообщения Parameter Problem идентифицирует октет, в котором выявлена ошибка. На рис. 7.6 показан формат сообщения Parameter Problem , а в таблице 7.4 - значения кодов ошибок.

Таблица 7.4 Коды сообщения Parameter Problem

7.4.4 Проблемы перегрузок

Протокол IP очень прост: хост или маршрутизатор обрабатывают датаграмму и посылают ее как можно быстрее. Однако доставка не всегда проходит гладко. Могут возникнуть различные проблемы.

Когда один или несколько хостов отправляют трафик UDP на медленный сервер, то на последнем может возникнуть перегрузка, что приведет к отбрасыванию сервером некоторой части этого трафика.

Маршрутизатор может переполнить свои буферы и далее будет вынужден отбрасывать некоторые поступающие датаграммы. Медленное соединение через региональную сеть (например, на скорости 56 Кбит/с) между двумя скоростными локальными сетями (например, в 10 Мбит/с) может создать затор на пути следования датаграмм. Из-за этого в сети возникнут перегрузки, которые также приведут к отбрасыванию датаграммы и, следовательно, к созданию еще большего трафика.

Сообщение Source Quench (подавление источника) показано на рис. 7.7. Оно позволяет попытаться решить проблему перегрузок, хотя и не всегда успешно. Механизмы для подавления источника перегрузки сети должны создавать разработчики конкретных продуктов, но остается открытым конкретный вопрос:

Когда и кому маршрутизатор или хост должен отправлять сообщение Source Quench? Рис. 7.7. Формат ICMP-сообщения Source Quench

Обычно ICMP-сообщение указывает хосту источника на причину отбрасывания посланной им датаграммы. Однако при перегрузке такое сообщение может не дойти до этого хоста, генерирующего очень напряженный сетевой трафик. Кроме того, очень расплывчаты требования к обработке поступающих сообщений Source Quench .

Текущий документ по требованиям к хостам (RFC 1812) оговаривает в качестве особого пункта, что сообщения Source Quench вовсе не нужно посылать. Работа должна выполняться более совершенным механизмом управления нагрузкой в сети.

7.4.6 Сообщения Redirect

К локальной сети может быть подключено более одного маршрутизатора. Когда локальный хост посылает датаграмму не на тот маршрутизатор, последний пересылает ее и отправляет хосту источника ICMP-сообщение Redirect (перенаправление), как показано на рис. 7.8. Хост должен переключить последующий трафик на более короткий путь.

Рис. 7.8 . Коррекция маршрутизации на хосте посредством сообщения Redirect

Сообщение Redirect используется и для выключения маршрутизатора системным администратором. Хост может быть сконфигурирован с единственным маршрутизатором по умолчанию; при этом он будет динамически определять возможности пересылки через другие маршрутизаторы.

Рис. 7.9. Формат ICMP-сообщения Redirect

Формат сообщения о перенаправлении показан на рис. 7.9. Коды этого сообщения перечислены в таблице 7.5. Некоторые протоколы маршрутизации способны выбирать путь доставки на основе содержимого поля типа обслуживания (TOS) датаграммы. Коды 2 и 3 предоставляют некоторые сведения да такого выбора.

Таблица 7.5 Коды перенаправления

7.4.7 Управление поступающими сообщениями ICMP

Что должен делать хост, получивший сообщение ICMP? Реализации различных разработчиков по-разному отвечают на этот вопрос. В некоторых из них хосты игнорируют все или многие такие сообщения. Стандарты TCP/IP оставляют большую свободу выбора в решении этого вопроса. Для различных типов сообщений ICMP предлагаются следующие рекомендации:

Destination Unreachable	Доставить ICMP-сообщение на транспортный уровень. Выполняемые действия должны зависеть от того, является ли причина вывода сообщения временной или постоянной (например, административный запрет на пересылку).
Redirect	Хост обязан обновить таблицу маршрутизации.
Source Quench	Доставить ICMP-сообщение на транспортный уровень или в модуль обработки ICMP.
Time Exceeded	Доставить на транспортный уровень.
Parameter Problem	Доставить ICMP-сообщение на транспортный уровень с необязательным уведомлением пользователя.

Иногда ошибки должны обрабатываться совместно операционной системой, коммуникационным программным обеспечением и сетевым приложением.

7.5 Исследование MTU по пути

При пересылке большого объема данных (например, при копировании файлов по сети) с одного хоста на другой размер датаграмм существенно влияет на производительность. Заголовки IP и TCP требуют не менее 40 дополнительных байт.

■ Если данные пересылаются в 80-байтовых датаграммах, дополнительная нагрузка составит 50%.

■ Если данные пересылаются в 400-байтовых датаграммах, дополнительная нагрузка составит 10%.

■ Если данные пересылаются в 4000-байтовых датаграммах, дополнительная нагрузка составит 1%.

Для минимизации дополнительной нагрузки лучше отсылать датаграммы наибольшего размера. Однако этот размер ограничивается значением максимального элемента пересылки (Maximum Transmission Unit - MTU) для каждого из носителей. Если датаграмма будет слишком большой, то она будет фрагментирована, а этот процесс снижает производительность. (С точки зрения пользователя, качество сети определяется двумя параметрами: интервалом пересылки (от начала пересылки до ее завершения) и временем ожидания (задержкой доступа к сети, занятой другими пользователями). Увеличение размера датаграммы приводит к снижению интервала пересылки, но увеличению ожидания для других пользователей. Грубо говоря, нагрузка на сеть будет выглядеть как пиковые импульсы с очень небольшой нагрузкой между ними, что считается самым неудачным вариантом загрузки сети. Гораздо лучше, когда сеть нагружается равномерно. - Прим. пер .)

Многие годы хосты избегали фрагментации, устанавливая эффективное значение MTU для пересылки в 576 октетов для всех нелокальных хостов. Это часто приводило к ненужному снижению производительности.

Гораздо полезнее заранее знать наибольший допустимый размер датаграммы, которую можно переслать по заданному пути. Существует очень простой механизм исследования MTU по пути (Path MTU discovery), позволяющий узнать это значение. Для такого исследования:

■ Флаг "Не фрагментировать" заголовка IP устанавливают в 1.

■ Размер MTU по пути первоначально устанавливают в значение MTU для локального интерфейса.

■ Если датаграмма будет слишком велика для одного из маршрутизаторов, то он пошлет обратно ICMP-сообщение Destination Unreachable с кодом 4.

■ Хост источника уменьшит размер датаграммы и повторит попытку.

Какое же значение нужно выбрать для следующей попытки? Спецификация IP предполагает сохранение значения MTU и его доступность для протоколов транспортного уровня. Если маршрутизатор имеет современное программное обеспечение, то он будет включать в пересылаемое дальше по сети сообщение Destination Unreachable размер MTU (см. рис. 7.10). Иногда средства защиты конфигурируются на полное исключение всех входящих сообщений ICMP, что не позволяет использовать механизм определения MTU по пути следования датаграммы.

Рис. 7.10. Сообщение Destination Unreachable приносит результат исследования размера

Поскольку пути пересылки могут меняться динамически, флажок "Не фрагментировать" нужно устанавливать во всех коммуникационных датаграммах. При необходимости маршрутизатор будут посылать сведения об обновлениях.

Если маршрутизатор использует устаревшее программное обеспечение, он не сможет предоставить значение MTU для следующего попадания. В этом случае значение для следующей попытки будет выбираться из списка стандартных размеров MTU (см. главу 4) с постепенным уменьшением для каждой новой попытки до достижения значения, нужного для коммуникации с удаленным хостом.

Разумеется, изменение пути следования может создать предпосылки для использования большего размера MTU. В этом случае система, согласовавшая небольшой размер MTU, будет пытаться его увеличить, если такое улучшение будет возможно.

7.6 Сообщения запросов ICMP

Не все сообщения ICMP сигнализируют об ошибках. Некоторые из них извлекают из сети полезные сведения. Работает ли хост X? Не выключен ли хост Y? Как долго движется датаграмма до хоста Z и обратно? Какова маска подсети хоста источника?

Ответы на эти вопросы дают следующие сообщения ICMP:

■ Эхо-запросы и эхо-ответы обеспечивают обмен информацией между хостами и маршрутизаторами.

■ Запросы и ответы о маске адреса позволяют системе исследовать присвоенную интерфейсу маску адреса.

■ Запросы и ответы временной метки служат для извлечения сведений об установке времени на целевой системе. Ответы на такие запросы дают информацию, необходимую для оценки времени обработки датаграмм на хосте.

На рис. 7.11 представлено обслуживание запросов ICMP. Программа Ping посылает эхо-сообщение "Вы в рабочем состоянии?", которое используется в ежедневной работе сетевого администратора. Запросы о маске адреса применяются от случая к случаю, а запросы о временной метке вообще редко.

Рис. 7.11. Сообщение запроса ICMP

7.6.1 Эхо-запросы и эхо-ответы

Эхо-запросы (Echo Request) и эхо-ответы (Echo Reply) применяются для проверки активности системы. Код типа 8 применяется в запросах, а код 0 - в ответах. Количество октетов в поле данных переменно и может выбираться отправителем.

Отвечающая сторона должна послать обратно те же самые данные, которые были получены. Поле идентификатора служит для сравнения ответа с исходным запросом. Последовательный номер эхо-сообщения может применяться для тестирования, на каком участке произошел обрыв сети, и для вычисления приблизительного времени на путь туда и обратно. При этом идентификатор не меняется, а последовательный номер (начиная от 0) увеличивается на единицу для каждого сообщения. Формат эхо-сообщения показан на рис. 7.12.

Рис. 7.12. Формат ICMP-сообщений Echo Request и Echo Reply

Широко известная команда ping доступна почти во всех системах TCP/IP, а ее работа основана на ICMP-сообщениях для эхо-запросов и эхо-ответов. В приведенном ниже диалоге сначала тестируется хост ring.bell.com . Затем отсылается последовательность из 14 сообщений, содержащих по 64 октета каждое. Отметим, что сообщения 0, 1 и 2 были потеряны. Справа приводятся сведения о пути туда и обратно.

> ping -s ring.bell.com 64 14

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=3. time = 21. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=4. time = 18. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=5. time = 17. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=6. time = 19. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=7. time = 17. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=8. time = 17. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=9. time = 17. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=10. time = 18. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=11. time = 17. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=12. time = 17. ms

64 bytes from ring.bell.com: icmp_seq=13. time = 17. ms

-ring.bell.com PING Statistics-

14 packets transmitted, 11 packets received, 21% packet loss

round-trip (ms) min/avg/max = 17/17/21

7.6.2 Маска адреса

Напомним, что организация может разделить поле своего локального адреса на часть подсети и часть хоста. Когда включается система, она может быть сконфигурирована так, что не будет заранее знать, сколько бит было присвоено полю адреса подсети. Чтобы выяснить этот вопрос, система посылает широковещательный запрос на определение маски адреса (Address Mask Request).

Ответ должен быть получен от сервера, авторизованного для управления маской адреса сервера. Обычно в качестве такого сервера применяется маршрутизатор, но может использоваться и хост. В ответе в полях сети и подсети установлены единицы, определяя 32-разрядное поле маски адреса.

Сервер маски адреса может быть сконфигурирован так, что, даже при отключении от сети на какое-то время, он будет далее передавать широковещательные сообщения Address Mask Reply, как только станет активным. Это предоставляет шанс на получение нужной информации системам, которые были запущены в то время, когда сервер был неактивен.

На рис. 7.13 показан формат запроса маски адреса и ответа на него. Тип 17 применяется для запроса, а тип 18 - для ответа. В общем случае можно игнорировать идентификатор и последовательный номер.

Рис. 7.13. Формат ICMP-сообщений Address Mask

На практике более предпочтительный метод определения маски адреса предоставляют протоколы загрузки, например Dynamic Host Configuration Protocol или BOOTP . Эти протоколы более эффективны, поскольку обеспечивают полный набор конфигурационных параметров. Кроме того, операции выполняются более точно, в том числе и некорректные.

7.6.3 Временная метка и ответ на Timestamp

Сообщение с ответом на Timestamp предоставляет сведения о времени в системе. Оно предназначено для оценки буферизации и обработки датаграммы на удаленной системе. Отметим следующие поля:

По возможности, возвращаемое время должно измеряться в миллисекундах относительно полуночи по универсальному времени (Universal Time), которое ранее называлось временем по Гринвичу (Greenwich Mean Time). Большинство реализаций реально возвращает одно и то же время в полях Receive timestamp и Transmit timestamp .

Протокол ICMP обеспечивает очень простой способ синхронизации систем по времени. Однако это несколько грубая синхронизация, поскольку на нее влияют задержки в сети. Существует более совершенный протокол сетевого времени (Network Time Protocol), который был разработан для синхронизации по времени в Интернете.

Тип 13 используется для запросов, а 14 - для ответов. Формат сообщения представлен на рис. 7.14.

Рис. 7.14. Формат сообщений запросов и ответов о временной метке

7.7 Просмотр действий в ICMP

Ниже показана часть отчета о статистике протоколов команды netstat. Приведенный фрагмент посвящен протоколу ICMP. В отчете отражены операции ICMP, выполненные после последней инициализации.

destination unreachable: 1075

2 messages with bad code fields

destination unreachable: 1269

231 message responses generated

Система отправила 1075 сообщений Destination Unreachable . Был получен 231 запрос Echo Requests , на каждый из которых был отправлен ответ. Было получено 26 ответов Echo Replies .

Локальная система зафиксировала 21 сообщение ICMP, полученное с неверной контрольной суммой ICMP.

Системой было получено 1269 сообщений Destination Unreachable и 2 сообщения Source Quenches .

Следующий далее отчет команды netstat содержит сведения о маршрутизации. Видно, что через сообщения Redirect были динамически обнаружены новые маршрутизаторы. Было 12 отчетов о недостижимости точки назначения (Destination Unreachable). Для выбора маршрута по умолчанию было использовано около 349 подстановочных символов (wildcard).

2 new routers due to redirects

2 destinations found unreachable

7.8 Обнаружение маршрутов

Хотя многие локальные сети имеют единственный маршрутизатор по умолчанию, существует достаточное количество сетей, имеющих два или более маршрутизаторов.

Что происходит при подключении маршрутизатора к локальной сети? Сообщения о перенаправлении укажут системам на новые маршрутизаторы. Предположим, что произошел крах маршрутизатора по умолчанию.

Протокол исследования маршрутов (Router Discovery) предоставляет надежный метод, основанный на сообщениях ICMP, для отслеживания маршрутизаторов локальной сети. Основная идея состоит в периодическом объявлении маршрутизаторами о своем присутствии. Хостам нужно прослушивать такие сообщения.

Предпочтительным способом для объявления маршрутизатора о своем присутствии является отправка многоадресной рассылки по адресу для всех систем (224.0.0.1). Однако не все хосты поддерживают прием многоадресных рассылок, поэтому иногда применяется широковещательный адрес (255.255.255.255).

Подключающийся к сети хост может быть не способен к ожиданию при поиске маршрутизаторов локальной сети. Такой хост самостоятельно запрашивает маршрутизаторы об отправке их объявлений о присутствии на собственный адрес. Для этого лучше всего использовать сообщение Router Solicitation (настоятельная просьба к маршрутизаторам) в многоадресной рассылке по адресу "все маршрутизаторы" (224.0.0.2). Поскольку не все системы поддерживают многоадресные рассылки, иногда применяется широковещательная рассылка (255.255.255.255).

Типичный сценарий для маршрутизатора:

■ Каждый интерфейс маршрутизатора конфигурируется с адресом объявления (advertisement address) - 224.0.0.1 или 255.255.255.255 - для локальной сети, подключенной к данному интерфейсу.

■ При инициализации маршрутизатора и использовании многоадресной рассылки маршрутизатор начинает прослушивание адреса многоадресной рассылки для всех маршрутизаторов (224.0.0.2). Кроме того, прослушиваются и широковещательные рассылки.

■ Маршрутизатор объявляет о своем присутствии всем подключенным к локальной сети хостам посредством трансляции сообщения Router Advertisement на адрес объявления такой локальной сети. В объявлении о присутствии перечисляются все IP-адреса маршрутизатора для данного интерфейса.

■ Маршрутизатор напоминает о себе различными периодическими сообщениями Router Advertisement (рекомендуемый период 7–10 мин.).

■ Маршрутизатор посылает объявление о присутствии при запросе об этом от хоста.

Для хоста сценарий выглядит так:

■ Каждый интерфейс хоста конфигурируется с Solicitation Address - 224.0.0.2 или 255.255.255.255.

■ При инициализации хоста начинается прослушивание Router Advertisement .

■ При запуске хост может послать необязательное сообщение Router Solicitation по адресу настоятельных просьб (solicitation address). Маршрутизаторы ответят как по IP-адресу хоста, так и по адресу объявления.

■ Когда хост услышит о новом маршрутизаторе, он добавит маршрут по умолчанию в свою таблицу маршрутизации. Этому элементу таблицы присваивается значение тайм-аута на время жизни (обычно 30 мин), которое указано в Router Advertisement .

■ Тайм-аут на время жизни сбрасывается при получении нового объявления от маршрутизатора. Если время жизни завершается по тайм-ауту, элемент для маршрутизатора удаляется из таблицы маршрутизации хоста.

■ Для объявления всем о корректном отключении от сети маршрутизатор может послать объявления с нулевым значением для времени жизни.

Если имеется более одного маршрутизатора, то как хост определяет тот, которому следует направить данную датаграмму? Каждое объявление маршрутизатора содержит номер предпочтительного уровня (preference level). Если таблица маршрутизации не содержит специальных указаний, выбирается маршрутизатор с наибольшим предпочтительным уровнем. Если он не сможет обеспечить наилучший маршрут, то ответит хосту ICMP-сообщением о перенаправлении.

В ICMP-сообщении Router Advertisement имеет значение типа 9, a Router Solicitation - 10.

7.8.1 Неисправные маршрутизаторы

Исследование маршрутов (маршрутизаторов) помогает хостам определить крах локального маршрутизатора, однако после достаточно длительного периода времени - возможно, через 30 мин. Реализация TCP/IP для хостов предполагает использование встроенного алгоритма для определения неисправности маршрутизатора. Его достоинства очевидны, например:

■ Существование активного сеанса TCP/IP через маршрутизатор

■ Фиксирование получения от маршрутизатора ICMP-сообщений о перенаправлении.

К числу недостатков можно отнести:

■ Невозможность ответа на запросы ARP

■ Множество последовательных тайм-аутов при повторной пересылке в TCP

IP версии 6 обеспечивает наилучший способ исследования причин приостановки работы локальных хостов или маршрутизаторов.

7.9 Дополнительная литература

ICMP определен в RFC 792. RFC 1122 (требования к хостам) и RFC 1812 (требования к маршрутизаторам) содержат несколько очень полезных разъяснений. Исследованию маршрутов посвящен RFC 1256.

Исследование MTU по пути рассмотрено в RFC 1191, а дополнительные рекомендации представлены в RFC 1435.

Основные понятия, стандарты и организации, действующие в области ИС.

Взаимодействие открытых систем(Open Systems Interconnection (OSI ))

Взаимодействие открытых систем - правила сопряжения систем с открытой архитектурой от различных производителей.

Архитектура безопасности(Security architecture)

Архитектура безопасности - официальное дополнение ISO к модели OSI, определяющее меры безопасности в информационной сети.

Архитектура безопасности предполагает:

Предотвращение чтения сообщений любыми лицами;

Защиту трафика от его анализа посторонними;

Обнаружение изменений потоков сообщений;

Определение искажений блоков данных.

В зависимости от используемых методов различают:

Сети со слабой защитой, в которых усилия нарушителя пропорциональны затратам отправителя;

Сети с сильной защитой, требующие резкого увеличения затрат нарушителя.

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (Модель OSI)

(Стандарт ISO 7498 (Open systems interconnection basic reference model))

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем - стандарт ISO, определяющий процесс информационного взаимодействия двух или более систем, в виде совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем.

Система обработки сообщений (Message Handling System (MHS ))

Система обработки сообщений - в модели OSI - система агентов сообщений пользователя, агентов передачи сообщений, хранения сообщений и устройств доступа, обеспечивающая работу электронной почты.

Уровень (Layer)

Уровень - в модели OSI - набор структур и программ, обеспечивающих обработку определенного класса событий.

Уровень выступает единицей декомпозиции совокупности функций, обеспечивающих информационное взаимодействие прикладных процессов.

В модели OSI выделяют семь уровней информационного взаимодействия:

7- прикладной уровень: передача информации между программами;

6- уровень представления: шифрование, кодирование и сжатие данных;

5- сеансовый уровень: установка, поддержка и разрыв соединения;

4- транспортный уровень: точность доставки, уровень качества услуг;

3- сетевой уровень: маршруты передачи, обработка и передача сообщений;

2- канальный уровень: управление каналом связи, доступ к среде передачи и адресация;

1- физический уровень: cвязь на уровне аппаратуры.

Уровни не зависят друг от друга и состоят из активных объектов, которые:

Взаимодействуют с другими объектами того же уровня;

Предоставляют сервис смежному с ним верхнему уровню;

Получают сервис от смежного с ним нижнего уровня;

Обмениваются блоками данных с целью выполнения возложенных на них задач.

Семиуровневая модель ВОС.

Модель Взаимодействия Открытых Систем (OSI).

Эталонная модель OSI, иногда называемая стеком OSI представляет собой 7-уровневую сетевую иерархию, разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization - ISO). Эта модель содержит в себе по сути 2 различных модели:

Горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах

Вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине

В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной - соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.

Уровень 7, прикладной

Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью. (FTP, Telnet,…)

Уровень 6, представления

Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и т.п.). Обеспечивает независимость прикладных процессов от различных форм представления данных.

Уровень 5, сеансовый

Обеспечивает механизм организации и формирования структуры взаимодействия между прикладными процессами.

Уровень 4, транспортный

Транспортный уровень делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень. В стеке TCP/IP происзодит контроль целостности передачи данных. (TCP).

Уровень 3, сетевой

На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень. (IP).

Уровень 2, канальный

Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде. (Ethernet).

Уровень 1, физический

Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают:

· Тип кабелей и разъемов

· Разводку контактов в разъемах

· Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1

На сетевом уровне формируется IP-пакет: DATA|IP-заголовок

На канальном уровне формируется кадр: DATA|IP-заголовок|Ethernet-заголовок:

· 1 IP-паке в один кадр

· 1 IP-пакет разбивается на несколько кадров

· Несколько IP-пакетов помещаются в 1 кадр

3. TCP/IP, распределение протоколов по уровням ВОС.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения.

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке 2.1. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Рис. 2.1. Стек TCP/IP

(уровень IV ) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, PPP и т.д..

(уровень III ) - уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP . Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения. Также протоколы RIP, OSPF, ICMP и др.

(уровень II ) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачейTCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

(уровень I ) называется прикладным. WWW, Telnet, SMTP и т.д..

Протоколы IP, ARP, RARP.

Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия - Internet Protocol (IP). Документ – RFC 791. К основным функциям протокола IP относятся:

· перенос между сетями различных типов адресной информации в унифицированной форме,

· сборка и разборка пакетов при передаче их между сетями с различным максимальным значением длины пакета.

Состав IP-кадра:

· Заголовок 20байт

· внутри заголовка 2 блока по 32бита для IP-адресов источника и назначения

· Поле данных

В большинстве типов локальных и глобальных сетей определяется такое понятие как максимальный размер поля данных кадра или пакета, в которые должен инкапсулировать свой пакет протокол IP. Эту величину обычно называют максимальной единицей транспортировки - Maximum Transfer Unit, MTU. Сети Ethernet имеют значение MTU, равное 1500 байт

ARP (Address Resolution Protocol) протокол служит для установления соответствия между IP и MAC адресом (ARP – когда изв. IP, RARP – когда изв. MAC). MAC-адрес – 48бит, прошит в каждой железке (байта – производитель, ещё 3 байта – уникальный номер железки).

В сетях используется IP-адресация, как более гибкая. IP-адрес не привязан к железу.

С помощью ARP заполняется специальная таблица – ARP-кэш, с динамическими записями.

2 узла – А и Б, А знает IP Б и хочет отправить ему данные:

1) А посылает широковещательный ARP запрос с IP адресом Б

2) Б видит свой IP и посылает широковещательный ответ со своим MACом

3) A получает MAC Б, помещает его в ARP-кэш и формиреут Ethernet-кадр (данные|IP-заголовок(IP-адреса)|Ethernet-заголовок(MAC адреса))

Для дальнейшей передачи ARP-запросы не нужны.

RARP – Reverse ARP. Одно из применений – старт бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса.

Протоколы TCP , ICMP , UDP.

Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей) - один из основных сетевых протоколов Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP.

Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI.

TCP - это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета.

Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.

Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер порта (FTP – 21, HTTP – 80 и т.д.). Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.

Установление соединения выполняется в следующей последовательности:

· При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active open).

· После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.

· Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных (passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.

· Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также передает запрос к противоположной стороне.

· Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.

Используется квитирование (подтверждение передачи данных)

ICMP (Internet Control Message Protocol - межсетевой протокол управляющих сообщений) - сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, например, запрашиваемая услуга недоступна, или хост, или маршрутизатор не отвечают. Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.

Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку.

UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм) - это транспортный протокол для передачи данных в сетях IP без установления соединения. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI. В отличие от TCP, UDP не гарантирует доставку пакета. Это позволяет ему гораздо быстрее и эффективнее доставлять данные для приложений, которым требуется большая пропускная способность линий связи, либо требуется малое время доставки данных.

Маршрутизаторы. Принцип работы маршрутизатора. Протоколы маршрутизации.

Протоколы маршрутизации. Изучение статических маршрутов и протокола RIP в сети, использующей маршрутизаторы Cisco