Основные принципы IP-маршрутизации
Как уже было сказано раньше, протокол IP не является протоколом ориентированным на соединение. Следовательно, решение о направлении IP-пакета на тот или иной сетевой интерфейс принимается шлюзом в момент прохождения через него пакета. Данное решение принимается на основании таблицы маршрутов, имеющаяся на каждом компьютере, который поддерживает стек протоколов TCP/IP.
Прежде чем перейти к описанию самой процедуры, введем пример сети, на которой будем рассматривать маршрутизацию пакетов (рисунок 2.21).
Рис. 2.21. Пример фрагмента локальной сети
На рисунке 2.21 изображены два фрагмента подсетей (144.206.160.0 и 144.206.128.0) сети класса B (144.206.0.0). Машина с интерфейсами, которые имеют адреса 144.206.160.32 и 144.206.130.137 - это шлюз между двумя подсетями, а машина с адресом сетевого интерфейса 144.206.130.3 - это шлюз сети с другой сетью, которая подключена к Internet.
Рассмотрим сначала путь пакета от машины с адресом 144.206.160.40 к машине с адресом 144.206.160.33. Предположим, что к этой машине пользователь 144.206.160.40 еще не обращался. В рамках такого обмена машине достаточно знать только свой IP-адрес. Прежде чем отправить пакет, модуль ARP проверит, существует ли соответствие между IP-адресом получателя и физическим адресом какого-либо интерфейса включенного в локальную сеть. В нашем случае такого соответствия еще нет, поэтому в сеть будет отправлен широковещательный запрос на получение физического адреса по заданному IP-адресу. В ответ машина 144.206.160.33 сообщит свой адрес, после чего пакет будет отправлен в сеть. В поле физического адреса в фрейме протокола канального уровня будет указан адрес машины 144.206.160.33. Вообще говоря, такая процедура была разработана для Ethernet, но в последнее время ARP стали применять и для других физических сред, в частности, для FrameRelay.
Теперь отправим пакет машине из другой подсети 144.206.130.138. В этом случае на широковещательный запрос мы ответа не получим. Но пакет отправлять как-то надо. Для этой цели в описании маршрутов пакетов всегда есть IP-адрес, на который следует отправлять пакеты по умолчанию, если нет другого способа их рассылки. Естественно, что это адрес шлюза. Для машины 144.206.160.40 таким адресом является адрес 144.206.160.32. Физический адрес этого интерфейса получают точно также, как мы до этого получили физический адрес интерфейса 144.206.160.33. Принципиальное различие здесь заключается в том, что в первом случае адреса получателя и отправителя во фрейме физического протокола совпадали с адресами, которые указаны для IP-адресов из IP-пакета в таблице ARP. В случае шлюза здесь можно обнаружить несоответствие. Во фрейме в качестве получателя будет указан адрес интерфеса 144.206.160.32, в то время как в IP-пакете будет указан IP-адрес 144.206.130.138. Но ведь этому IP-адресу соответствует совсем другой физический адрес. Если быть более точным, то другой адрес будет соответствовать в сети Ethernet, если же речь идет о FrameRelay, то там может применяться относительная система адресации, что может приводить к равенству физических адресов.
Получив таким образом пакет модуль IP машины шлюза определяет, что это не его адрес указан в IP-пакете. После такого открытия IP-модуль шлюза принимает решение о дальнейшей отправке пакета. Отправлять пакет в тот же интерфейс, из которого он получен - бессмысленно, поэтому модуль IP никогда не отправляет пакеты назад. Следовательно, происходит поиск нужного интерфейса и через него снова рассылается широковещательный запрос ARP. В нашем случае такой запрос вернет для IP-адреса 144.206.130.138 физический адрес машины и пакет будет отправлен по этому адресу.
Если пакет отправляется в Internet, то шлюз не найдет физического адреса машины, и будет вынужден воспользоваться адресом рассылки по умолчанию. Таким образом, пакет попадет на шлюз через 144.206.130.3 и там будет решаться его судьба.
При рассмотрении стека протоколов TCP/IP на компьютере с одним сетевым интерфейсом было не очень понятно, зачем IP дублирует физический адрес, например, Ethernet, ведь каждому адресу Ethernet ставился в соответствие один IP-адрес. При рассмотрении архитектуры стека протоколов шлюза этот вопрос становится более понятным.
Из рисунка 2.22 видно, что таблица ARP создается для каждого интерфейса. Для получения таких таблиц можно использовать команду arp, где в качестве аргумента надо указать имя интерфейса. Модуль IP для шлюза общий и таблица маршрутов, а именно, она и используется модулем для перенаправления пакетов на интерфейсы, также общая.
Прежде чем перейти к описанию таблицы маршрутов и способам управления ею, обратим свое внимание на способы настройки сетевых интерфейсов, т.к. без них никакой стек протоколов работать с сетью не будет.
Рис. 2.22. Архитектура шлюза 144.206.130.137-144.206.160.32
