ПР6 / Мет_указание_к_работе_ПР_6(2 вариант - маска_var)_

Методические указания к самостоятельной работе №6(2 вариант) Применение масок переменной длины для структуризации сетей

Цель работы: изучить принципы структуризации сетей с применением масок переменной длины.

Требования к срокам сдачи СР6(2 вариант):

В качестве отчета предоставить (загрузить в соответствующую папку в Moodle) файл

(.pdf) в срок до 9 декабря (включительно)

Оценка за СР6(2 вариант):

Диапазон оценок: 6-11 баллов – если работа выслана позже 9 декабря – максимум (если все полностью и правильно выполнено) 6 баллов.

Содержание методических указаний

Используемая литература: В. Олифер, Н. Олифер. Учебник: «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы»

1

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАСКИ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛИНЫ ДЛЯ СТРУКТУРИЗАЦИИ СЕТИ

В рассмотренном в предыдущей работе случае (случай структуризации сети с использованием маски постоянной длины), получившиеся в результате использования маски, подсети имеют одинаковый размер (максимально возможное число узлов в подобной сети – 62). Что часто приводит к неэффективному использованию адресного пространства. Так, для организации связи между внешним и внутренним маршрутизаторами (R1 и R2), использовали подсеть с адресом 195.44.56.192. Реально в этой подсети используется только два номера узла (195.44.56.193 и 195.44.56.196), оставшиеся 60 – не используются. Во многих случаях более эффективным является разбиение сети на подсети разного размера. Использование масок переменной длины позволяет это сделать.

Маска подсети переменной длины VLSM (Variable Length Subnet Mask) Рассмотрим случай использования расширенного префикса сети переменной длины.

1987 году принят документ RFC 1009, в котором было определено, каким образом сети, состоящие из нескольких подсетей, могут использовать более одной маски подсети.

В этом случае расширенные сетевые префиксы в различных подсетях имеют разную длину. Так, для того чтобы разбить сеть класса С на подсети разного размера можно воспользоваться масками следующего вида:

255.255.255.128 (11111111.11111111.11111111.10000000) число узлов 126 255.255.255.192 (11111111.11111111.11111111.11000000) число узлов 62 255.255.255.224 (11111111.11111111.11111111.11100000) число узлов 30 255.255.255.240 (11111111.11111111.11111111.11110000) число узлов 14 255.255.255.248 (11111111.11111111.11111111.11111000) число узлов 6 255.255.255.252 (11111111.11111111.11111111.11111100) число узлов 4

Рис.1 Пусть необходимо разбить сеть на 4 подсети следующих размеров: 120 узлов, 50 узлов, 25 узлов

и одна сеть для связи внутреннего и внешнего маршрутизаторов.

В этом случае сеть с адресом 195.44.56.0 можно, разделить на 4 подсети с адресами и масками соответственно:

195.44.56.128 (11000011.00101100.00111000.10000000) маска 255.255.255.128 (10000000)* – 126 узлов 195.44.56.64 (11000011.00101100.00111000.01000000) маска 255.255.255.192 (11000000)* – 62 узла 195.44.56.32 (11000011.00101100.00111000.00100000) маска 255.255.255.224 (11100000)* – 30 узлов

2

195.44.56.8 (11000011.00101100.00111000.00001000) маска 255.255.255.248 (11111000)* – 6 узлов

* - в скобках показан последний байт маски в двоичном виде

В таблице 1 приведен вариант разбивки адресного пространства для данного случая

Таблица 1

IP-адрес

Сеть 195.44.56.0 показана на рис.1 до(а) и после(б) разбивки на подсети. Все узлы сети разбиты по трем подсетям с адресами узлов соответственно:

1 подсеть:

195.44.56.128 (максимальное число узлов в подсети 126)

адреса узлов при этом будут: от 195.44.56.129 – до 195.44.56.254

2 подсеть:

195.44.56.64 (максимальное число узлов в подсети 62)

адреса узлов при этом будут: от 195.44.56.65 – до 195.44.56.126

3подсеть:

195.44.56.32(максимальное число узлов в подсети 30)

адреса узлов при этом будут: от 195.44.56.33 – до 195.44.56.63

4 подсеть:

195.44.56.8 (максимальное число узлов в подсети 8)

адреса узлов при этом будут: от 195.44.56.9 – до 195.44.56.17

и еще остался резерв адресного пространства (14 адресов) адреса от 195.44.56.18 – до 195.44.56.32 Ниже представлена таблица маршрутизатора R2 в сети с масками переменной длины

3

Таблица 2

В стандартах, описывающих современные протоколы маршрутизации, часто дается ссылка на длину расширенного сетевого префикса, а не на маску подсети. Такая запись более компактна и легка для понимания, нежели маска подсети в ее традиционной точечно-десятичной нотации.

Данная длина эквивалентна числу заданных равными единице бит в традиционной маске подсети. Например:

-сетевой адрес 195.44.56.64 с маской подсети 255.255.255.192 так же может быть записан, как 195.44.56.64/26. Число 26 указывает, что в маске подсети 255.255.255.192 число единичных бит равно 26. т.е. 26 бит – длина расширенного сетевого префикса.

-сетевой адрес 195.44.56.32 с маской подсети 255.255.255.224 так же может быть записан, как 195.44.56.32/27. Т.е длина расширенного сетевого префикса будет равна 26.

Успех и эффективность внедрения маски подсети переменной длины зависит от выполнения трех основных условий:

1)протокол маршрутизации должен переносить информацию о маске подсети в каждом сообщении,

2)все маршрутизаторы должны поддерживать алгоритм передачи, основанный на технологии "наибольшего совпадения" (longest match),

3)адреса присваивают в соответствии с топологией сети.

Рассмотрим подробнее эти условия:

1)IP-пакет, переносящий данные, содержит только IP-адрес назначения, а информация о масках не передается. И из IP-адреса пакета нельзя выяснить, какая часть адреса относится к номеру сети, а какая -

кномеру узла. Если используется маска постоянной длины для всех подсетей, то это не создает проблем.

Если же применяют маски переменной длины, то маршрутизатор как-то узнавать, каким адресам сетей какие маски соответствуют. Для этого используются протоколы маршрутизации, которые переносят между маршрутизаторами информацию:

адреса сетей + маски сетей. Это, например, протоколы RIPv2 и OSPF, IS-IS. А протокол RIP маски не распространяет.

Если протокол маршрутизации не рассчитан на передачу масок, то маршрутизатор будет либо предполагать, что ему следует использовать маску подсети своего локального порта, либо произведет поиск в статически настроенной таблице, содержащей всю информацию о масках подсетей. Первое решение не может гарантировать выбора корректной маски подсети, а статическая таблица плохо масштабируется, кроме того, она сложна в управлении и выполнении коррекции ошибок.

2)Технология наибольшего совпадения. Рассмотрим необходимость её использования на примере работы маршрутизатора R1 (см.рис.1.б).

Пусть в таблице маршрутизации R1 есть перекрытия. Под перекрытием понимается наличие нескольких маршрутов к одной и той же сети или одному и тому же узлу. В этом случае адрес сети в пришедшем пакете может совпасть с адресами сетей, содержащихся сразу в нескольких записях таблицы маршрутизации.

Пример, когда это возможно: между маршрутизаторами R1 и R2 не глобальная связь типа точкаточка, а какая-то локальная сеть, к которой подключен ПК1 с адресом 195.44.56.11. Тогда рассмотрим ситуацию, когда на маршрутизатор R1 поступает пакет с IP адресом назначения 195.44.56.11 (это пакет для ПК1) в таблице маршрутизации R1 могут быть следующие две записи

4

Тогда по стандартному алгоритму поиска маршрута по таблице маршрутизации R1 при наложении маски 255.255.255.0 на IP-адрес 195.44.56.11 получим 195.44.56.0 - номер сети, что совпадет со значением в первом столбце и данный пакет будет передан маршрутизатору R2, который в соответствии уже со своей таблицей маршрутизации передаст данный пакет на ПК1. т.е. получилось, что данный пакет был маршрутизирован не оптимально.

Для того чтобы в подобных ситуациях выбирался оптимальный маршрут необходимо использовать технологию наибольшего совпадения. Применяется следующее правило:

Если адрес принадлежит нескольким подсетям в базе данных маршрутов, то продвигающий пакет маршрутизатор использует наиболее специфический маршрут, то есть выбирается адрес подсети, дающий большее совпадение разрядов.

Т.е маршрутизатор должен выбирать при передаче трафика маршрут с самым длинным расширенным сетевым префиксом.

Для нашего примера если бы R1 (см.рис.1.б) поддерживал эту технологию, то из двух данных записей для маршрутизации пакета с адресом 195.44.56.11 была бы выбрана запись с более длинной маской. И эта бы запись указала бы оптимальный маршрут.

Для записи маршрута по умолчанию 0.0.0.0 маска 0.0.0.0 имеет нулевую длину, то этот маршрут считается самым неспецифическим и используется только при отсутствии совпадений со всеми остальными записями из таблицы маршрутизации, т.е. самым последним.

3) Адреса подсетям необходимо присваивать с учетом особенностей топологии сети. Общая схема разбиения сети на подсети с масками переменной длины следующая:

-определяется общее количество необходимых на сегодня подсетей, а также определяется число подсетей, которые могут потребоваться в будущем. Полученное число округляется до ближайшей степени двойки.

-определяется количество необходимых адресов узлов в самой большой подсети (прибавляется еще некоторое кол-во адресов под развитие сети – например 10%)

-сеть делится на подсети максимально необходимого размера.

-затем некоторые подсети делятся на более мелкие, и рекурсивно далее, до тех пор, пока это необходимо.

Рассмотрим пример рекурсии адресов для сети класса А – рис.2, для сети класса С (для примера с рис.1) – рис.3

5

Рис.2

Рис.3

Таблица маршрутизации

Протоколы маршрутизации определяют топологию сети и сохраняют информацию о ней в таблице маршрутизации.

Таблица маршрутизации, иногда называемая базой данных маршрутизации, — это набор маршрутов, используемых маршрутизатором в данный момент. Строки таблицы маршрутизации содержат, по крайней мере, следующую информацию:

-действительный адрес или множество действительных адресов в сети;

-информацию, вычисленную протоколом маршрутизации или необходимую ему;

Информация о маршрутизации содержит, как правило, метрику, то есть меру времени или

расстояния, и несколько отметок о времени.

- информацию, необходимую для того, чтобы переслать сообщение на один маршрутизатор ближе к получателю.

Информация о пересылке включает в себя данные о выходном интерфейсе и адрес следующей системы по пути. Обычно маршрутизаторы хранят данные о нескольких возможных следующих транзитных маршрутизаторах в одной строке таблицы.

Одной из функций протоколов маршрутизации является передача пакетов по сети. Получая очередной пакет, маршрутизатор считывает адрес назначения из заголовка пакета и определяет, в каком направлении (через какой узел) следует осуществить дальнейшую передачу пакета. Для принятия такого решения используется информация из таблицы маршрутизации. Таблицы маршрутизации составляются для одношаговых алгоритмов маршрутизации – т.е. тех, для которых в каждом узле определяется (задается) лишь один следующий шаг маршрутизации пакета.

Задачу маршрутизации решают не только промежуточные узлы - маршрутизаторы, но и конечные узлы - компьютеры. Средства сетевого уровня, установленные на конечном узле, при обработке пакета должны, прежде всего, определить, направляется ли он в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети. Если номер сети назначения совпадает с номером данной сети, то для данного пакета не требуется решать задачу маршрутизации. Если же номера сетей отправления и назначения не совпадают, то маршрутизация нужна. Таблицы маршрутизации конечных узлов полностью аналогичны таблицам маршрутизации, хранящимся на маршрутизаторах.

В таблице 4. приведен вариант структуры таблицы маршрутизации для 1 маршрутизатора сети, приведенной на рис. 4.

6

Сеть 129.13.0.0

Примечание: Вышеупомянутые в таблице поля являются ориентировочным списком полей в таблицах маршрутизации, используемых маршрутизаторами. Реально поля в таблицах маршрутизации могут быть другими.

Каждая запись в таблице маршрутизации (таблица 4) состоит из следующих информационных полей

•Адрес сети назначения. В это поле заносятся адреса известных сетей, а также специальные адреса. (см. ниже в п. Источники записей в таблице маршрутизации)

•Маска сети - это двоичное 32 битное число, которое используется в паре с IP-адресом. Двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые в IP-адресе соответствуют номеру сети. Для стандартных классов сетей маски имеют следующее значение:

для сети класса А – 255.0.0.0 (11111111.00000000.00000000.00000000) для сети класса В – 255.255.0.0 (11111111.11111111.00000000.00000000) для сети класса С – 255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000)

Поле маски не обязательное поле в таблице маршрутизации. Если оно есть, то алгоритм

определения маршрута по таблице маршрутизации следующий: Из пересылаемого пакета извлекается IP-адрес назначения.

7

Последовательно просматриваются все записи в таблице маршрутизации и с каждой записью производятся следующие действия:

-Маска, содержащаяся в записи, накладывается на IP-адрес узла назначения, извлеченный из

пакета.

-Полученное в результате число является номером сети назначения обрабатываемого пакета. Оно сравнивается с номером сети, который помещен в данной записи таблицы маршрутизации.

-Если номера сетей совпадают, то пакет передается маршрутизатору, адрес которого помещен в соответствующем поле данной записи (поле: Адрес следующего маршрутизатора).

• Адрес следующего маршрутизатора, которому необходимо переслать пакет

• Адрес порта, на который необходимо направить пакет. Маршрутизатор 1 (М1) в данном случае

имеет 2 порта, к которым присоединяются сети: 198.21.17.0 и 213.34.12.0. Каждый порт маршрутизатора можно рассматривать как отдельный узел сети: он имеет свой собственный сетевой адрес в каждой сети. М1 имеет адрес 198.21.17.5(это адрес одного порта М1) в сети 198.21.17.0 и адрес 213.34.12.3(это адрес второго порта М1) в сети 213.34.12.0.

• Метрика маршрута – В это поле записывается

-либо 0 – в случае если сеть назначения непосредственно подключена к данному маршрутизатору,

-либо это поле заполняется администратором при внесении данной записи в таблицу маршрутизации,

-либо заполняется по результатам работы протокола маршрутизации.

Метрика – это мера предпочтения маршрута. Обычно, самая маленькая метрика соответствует наиболее предпочтительному маршруту. Если существует несколько маршрутов к заданной сети получателя, используется маршрут с самой низкой метрикой. Некоторые алгоритмы маршрутизации сохраняют только один маршрут для любого идентификатора сети в таблице маршрутизации, даже когда существует несколько маршрутов. В этом случае метрика используется маршрутизатором, чтобы определить то, какой маршрут необходимо сохранить в таблице маршрутизации

Если в таблице маршрутизации каждая сеть назначения (адрес сети назначения) упомянута только один раз, то поле метрики не будет приниматься во внимание при выборе маршрута, так как выбор отсутствует.

• Источник появления записи в таблице

В таблице маршрутизации может указываться источник записи в таблице (например, используется поле Source). В таблице 4 поле Source принимает следующие значения:

Connected – говорит о том, что запись создана программным обеспечением стека; Static – эту запись внес вручную администратор;

RIP (OSPF) – эта запись появилась в результате работы протокола маршрутизации RIP (OSPF); Такие записи, как правило, являются динамическими, то есть имеют ограниченный срок жизни, который указывается в поле времени жизни TTL(Time To Live)

• Время жизни записи TTL (Time To Live). В этом поле указывается время, которое данная запись существует в таблице маршрутизации. Это поле заполняется только для динамических записей.

Источники записей в таблице маршрутизации подробнее: 1) Программное обеспечение стека TCP/IP.

При инициализации маршрутизатора это программное обеспечение автоматически заносит в таблицу несколько записей, в результате чего создается так называемая минимальная таблица маршрутизации. Это,

-записи о непосредственно подключенных сетях и маршрутизаторах по умолчанию, информация о которых появляется в стеке при ручном конфигурировании интерфейсов компьютера или маршрутизатора. К таким записям в таблице 4 относятся

3 запись – запись о сети 213.34.12.0,

2 запись – запись о сети 198.21.17.0,

7 запись – запись о маршрутизаторе по умолчанию – default

Если в таблице маршрутизации маршрутизатор по умолчанию не используется, следовательно, при поступлении пакета с адресом назначения, отсутствующим в таблице маршрутизации, этот пакет будет отброшен.

-программное обеспечение автоматически заносит в таблицу маршрутизации записи об адресах особого назначения:

8

8 запись – запись, связанная с особым адресом 127.0.0.0 (loopback), который используется для локального тестирования стека TCP/IP. Пакеты, направленные в сеть с номером 127.0.0.0, не передаются протоколом IP на канальный уровень для последующей передачи в сеть, а возвращаются в источник – локальный модуль IP.

9 запись – запись с адресом 224.0.0.0 требуются для обработки групповых адресов (multicast address).

Кроме того, в таблицу могут быть занесены адреса, предназначенные для обработки широковещательных рассылок:

10 запись содержит адрес отправки широковещательного сообщения в сети 198.21.17.0, 11 запись содержит адрес отправки широковещательного сообщения в сети 213.34.12.0, В некоторых таблицах записи об особых адресах могут отсутствовать.

2)Еще одним источником появления записи в таблице является администратор, непосредственно формирующий запись с помощью некоторой системной утилиты, например, программы route, имеющейся в операционных системах Unix и Windows NT.

В аппаратных маршрутизаторах также всегда имеется команда для ручного задания записей таблицы маршрутизации. Заданные вручную записи всегда являются статическими, то есть не имеют срока истечения жизни. Эти записи могут быть как постоянными, то есть сохраняющимися при перезагрузке маршрутизатора, так и временными, хранящимися в таблице только до выключения устройства. Часто администратор вручную заносит запись default о маршрутизаторе по умолчанию. Таким же образом в таблицу маршрутизации может быть внесена запись о специфичном для узла маршруте. Специфичный для узла маршрут содержит вместо номера сети полный IP-адрес, то есть адрес, имеющий ненулевую информацию не только в поле номера сети, но и в поле номера узла. Предполагается, что для такого конечного узла маршрут должен выбираться не так, как для всех остальных узлов сети, к которой он относится. В случае, когда в таблице есть разные записи о продвижении пакетов для всей сети и ее отдельного узла, при поступлении пакета, адресованного узлу, маршрутизатор отдаст предпочтение записи с полным адресом узла.

3)Третьим источником записей являются протоколы маршрутизации (RIP, OSPF).

9