Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

знать еще и Ethernet-адрес интерфейса маршрутизатора в сети CS. Поэтому он отправляет широковещательный ARP-пакет для 198.32.65.1 и узнает E3. После этого он отправляет фрейм. Аналогичным образом пакеты передаются от одного маршрутизатора к другому на всем пути до места назначения.

Когда сетевая карта Ethernet получает этот фрейм, она передает пакет на обработку программным средствам IP. По сетевым маскам маршрутизатор понимает, что пакет должен быть доставлен на хост 4 в сети EE. Если ему неизвестен Ethernet-адрес хоста 4, он снова использует ARP, чтобы узнать его. В таблице на илл. 5.62 приведен список Ethernet- и IP-адресов из фреймов сетей CS и EE. Обратите внимание на то, что для одного фрейма в разных сетях Ethernet-адреса меняются, а IP-адреса — нет (так как они указывают на конечную точку во всех объединенных сетях).

Существует способ передать пакет от хоста 1 хосту 4 так, чтобы отправитель не знал, что получатель находится в другой сети. Нужно, чтобы маршрутизатор отвечал на ARP-запросы сети CS для хоста 4, передавая при этом свой Ethernet-адрес E3. Хост 4 не ответит, так как не увидит широковещательного пакета (маршрутизаторы не переправляют широковещательные пакеты Ethernet-уровня). В результате маршрутизатор получит фреймы для 192.32.63.8 и передаст их в сеть EE. Этот метод называется ARP-прокси (ARP-proxy) и используется в особых случаях, когда хосту требуется сымитировать свое присутствие в сети. Например, когда портативный компьютер находится вне домашней сети и хочет, чтобы какой-то другой узел принимал для него пакеты.

DHCP — протокол динамической настройки хостов

ARP (как и другие интернет-протоколы) предполагает, что хосты обладают базовыми сведениями, например, знают свой IP-адрес. Но как хосты получают эту информацию? Можно настраивать их вручную, но это очень трудоемкий процесс, часто ведущий к ошибкам. Есть более удобный способ — протокол динамической настройки хостов (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP).

Каждая сеть должна иметь DHCP-сервер, отвечающий за настройки. При запуске у каждого компьютера есть Ethernet-адрес, встроенный в сетевую карту (или другой адрес канального уровня), но нет IP-адреса. В поисках своего IP-адреса компьютер широковещательным способом рассылает специальный пакет DHCP DISCOVER (Обнаружение DHCP). Он должен прийти на DHCP-сервер. Если сервер не подключен к сети напрямую, пакет будет ретранслирован на DHCP-сервер независимо от того, где он находится.

Когда DHCP-сервер получает пакет, он выделяет свободный IP-адрес и отправляет его обратно с помощью пакета DHCP OFFER (Предложение DHCP) (который также может ретранслироваться). Даже если у хоста нет IP-адреса, сервер определяет хост по его Ethernet-адресу (который содержится в пакете DHCP DISCOVER).

Возникает вопрос: на какое время можно выдавать в автоматическом режиме IP-адреса из пула? Если хост покинет сеть и не освободит захваченный адрес, этот адрес будет навсегда утерян. С течением времени будет исчезать все больше адресов. Чтобы это предотвратить, IP-адреса выдаются не навсегда, а на определенное время. Это называется арендой (leasing). Перед окончанием срока действия аренды хост отправляет на DHCP-сервер запрос о продлении срока пользования IP-адресом. Если запрос не был сделан или в просьбе было отказано, хост не имеет права продолжать использование выданного ранее адреса.

Протокол DHCP описан в стандартах RFC 2131 и 2132. Он широко применяется в интернете для настройки ряда параметров и приписывания IP-адресов. Помимо сетей предприятий и домашних сетей, DHCP используют провайдеры. С его помощью они настраивают устройства через интернет-соединение, чтобы абонентам не приходилось узнавать эту информацию у своего провайдера по телефону. Чаще всего с помощью DHCP передается маска сети, IP-адрес шлюза по умолчанию, а также IP-адреса DNS и серверов времени. DHCP во многом заменил более ранние протоколы RARP и BOOTP, функциональность которых оставляла желать лучшего.

5.7.5. Коммутация меток и MPLS

До сих пор, изучая сетевой уровень интернета, мы говорили в основном о пакетах и дейтаграммах, передаваемых IP-маршрутизаторами. Сейчас все чаще используется (особенно провайдерами) еще одна технология, позволяющая передавать интернет-трафик по сети, — мультипротокольная коммутация меток (MultiProtocol Label Switching, MPLS). Она находится в опасной близости к коммутации каналов. Хотя многие участники интернет-сообщества испытывают неприязнь к сетям, ориентированным на установление соединения, похоже, что эта идея снова становится популярной. Как сказал Йоги Берра (Yogi Berra)33, «и снова это дежавю». Но между созданием маршрутов в интернете и в сетях с установлением соединения есть существенная разница, так что этот метод все же отличается от коммутации каналов.

MPLS присваивает пакету специальную метку, и пересылка производится по ней, а не по адресу. Если добавить метки во внутреннюю таблицу в виде индексов, то чтобы найти нужный выходной канал, достаточно всего лишь ее просмотреть, что существенно ускоряет пересылку. Эта идея легла в основу MPLS. Изначально она разрабатывалась как патентованная технология, известная под разными именами, например, коммутация меток (tag switching). В конечном счете IETF начал стандартизировать эту идею. Она описана в RFC 3031 и многих других RFC. Ее главные преимущества, проверенные временем, — гибкая маршрутизация и быстрая передача пакетов, позволяющая обеспечить необходимый уровень QoS.

Первая проблема заключается в том, куда поставить метку. IP-пакеты не предназначены для виртуальных каналов, и в их заголовке не предусмотрено место для номеров таких каналов. Значит, нужно добавлять новый заголовок MPLS в начало IP-пакета. На линии между маршрутизаторами используется протокол, включающий заголовки PPP, MPLS, IP и TCP (илл. 5.63).

Илл. 5.63. Передача TCP-сегмента с использованием IP, MPLS и PPP

Обычно в заголовок MPLS входит четыре поля, наиболее важное из которых — поле Label (Метка), в котором содержится индекс. Поле QoS указывает на применяемый класс обслуживания. Поле S связано со стеком меток (речь об этом пойдет ниже). Поле TtL показывает, сколько еще раз пакет можно переслать. Его значение уменьшается на каждом маршрутизаторе; если оно равно 0, пакет игнорируется. Благодаря этому исключаются бесконечные циклы при сбое маршрутизации.

MPLS располагается между протоколом сетевого уровня IP и протоколом канального уровня PPP. Этот уровень нельзя назвать третьим, так как метки задаются на основе IP-адреса или другого адреса сетевого уровня. Но это и не второй уровень хотя бы потому, что MPLS контролирует передачу пакета на нескольких транзитных участках, а не на одном. Иногда его называют протоколом уровня 2.5. Это яркий пример того, что реальные протоколы не всегда вписываются в идеальную уровневую модель.

Заголовки MPLS не являются частью пакетов сетевого уровня и не имеют отношения к фреймам канального уровня. Поэтому MPLS — это метод, не зависящий от этих уровней. Помимо прочего, это свойство означает, что можно создать такие коммутаторы MPLS, которые