Протокол міжмережевої взаємодії IP

Основу транспортних засобів стека протоколів TCP / IP складає протокол міжмережевої взаємодії - Internet Protocol (IP). До основних функцій протоколу IP відносяться:

перенесення між мережами різних типів адресної інформації в уніфікованій формі

складання та розбирання пакетів при передачі їх між мережами з різним максимальним значенням довжини пакету

Формат пакета IP

Пакет IP складається із заголовка і поля даних. Заголовок пакета має такі поля:

Поле Номер версії (VERS) вказує версію протоколу IP. Зараз повсюдно використовується версія 4 і готується перехід на версію 6, яка також називається IPng (IP next generation).

Поле Довжина заголовка (HLEN) пакета IP займає 4 біта і вказує значення довжини заголовка, виміряний у 32-бітових словах. Зазвичай заголовок має довжину в 20 байт (п'ять 32-бітових слів), але при збільшенні обсягу службової інформації ця довжина може бути збільшена за рахунок використання додаткових байт в полі Резерв (IP OPTIONS).

Поле Тип сервісу (SERVICE TYPE) займає 1 байт і задає пріоритетність пакету і вид критерію вибору маршруту. Перші три біти цього поля утворюють підполе пріоритету пакета (PRECEDENCE). Пріоритет може мати значення від 0 (нормальний пакет) до 7 (пакет керуючої інформації). Маршрутизатори та комп'ютери можуть брати до уваги пріоритет пакету і обробляти більш важливі пакети в першу чергу. Поле Тип сервісу містить також три біта, що визначають критерій вибору маршруту. Встановлений біт D (delay) говорить про те, що маршрут повинен вибиратися для мінімізації затримки доставки даного пакету, біт T - для максимізації пропускної здатності, а біт R - для максимізації надійності доставки.

Поле Загальна довжина (TOTAL LENGTH) займає 2 байти і зазначає загальну довжину пакета з урахуванням заголовка і поля даних.

Поле Ідентифікатор пакету (IDENTIFICATION) займає 2 байти і використовується для розпізнавання пакетів, що утворилися шляхом фрагментації вихідного пакету. Всі фрагменти повинні мати однакове значення цього поля.

Поле Прапори (FLAGS) займає 3 біти, воно вказує на можливість фрагментації пакета (встановлений біт Do not Fragment - DF - забороняє маршрутизатора фрагментувати даний пакет), а також на те, чи є даний пакет проміжним чи останнім фрагментом вихідного пакету (встановлений біт More Fragments - MF - говорить про те пакет переносить проміжний фрагмент).

Поле Зсув фрагмента (FRAGMENT OFFSET) займає 13 біт, воно використовується для зазначення в байтах усунення поля даних цього пакета від початку загального поля даних вихідного пакету, підданого фрагментації. Використовується при складанні / розбиранні фрагментів пакетів при передачах їх між мережами з різними величинами максимальної довжини пакета.

Поле Час життя (TIME TO LIVE) займає 1 байт і вказує граничний термін, протягом якого пакет може переміщатися по мережі. Час життя даного пакета вимірюється в секундах і задається джерелом передачі засобами протоколу IP. На шлюзах і в інших вузлах мережі після закінчення кожної секунди з поточного часу життя віднімається одиниця; одиниця віднімається також при кожному транзитної передачі (навіть якщо не пройшла секунда). У разі закінчення часу життя пакет анулюється.

Ідентифікатор Протоколу верхнього рівня (PROOL) займає 1 байт і вказує, якому протоколу верхнього рівня належить пакет (наприклад, це можуть бути протоколи TCP, UDP або RIP).

Контрольна сума (HEADER CHECKSUM) займає 2 байти, вона розраховується по всьому заголовку.

Поля Адреса джерела (SOURCE IP ADDRESS) та Адреса призначення (DESTINATION IP ADDRESS) мають однакову довжину - 32 біта, і однакову структуру.

Поле Резерв (IP OPTIONS) є необов'язковим і використовується зазвичай лише при налагодженні мережі. Це поле складається з декількох підполів, кожне з яких може бути одного з восьми визначених типів. У цих підполях можна вказувати точний маршрут проходження маршрутизаторів, реєструвати прохідні пакетом маршрутизатори, поміщати дані системи безпеки, а також тимчасові позначки. Так як число підполів може бути довільним, то в кінці поля Резерв має бути додано кілька байт для вирівнювання заголовка пакету по 32-бітної кордоні.

Максимальна довжина поля даних пакету обмежена розрядністю поля, що визначає цю величину, і становить 65535 байтів, однак при передачі по мережах різного типу довжина пакету вибирається з урахуванням максимальної довжини пакета протоколу нижнього рівня, що несе IP-пакети. Якщо це кадри Ethernet, то вибираються пакети з максимальною довжиною в 1500 байтів, що уміщаються в поле даних кадру Ethernet.

Управління фрагментацією

Протоколи транспортного рівня (протоколи TCP або UDP), що користуються мережевим рівнем для відправки пакетів, вважають, що максимальний розмір поля даних IP-пакета дорівнює 65535, і тому можуть передати йому повідомлення такої довжини для транспортування через интерсеть. У функції рівня IP входить розбиття занадто довгого для конкретного типу складової мережі повідомлення на більш короткі пакети зі створенням відповідних службових полів, потрібних для подальшого складання фрагментів у вихідне повідомлення.

У більшості типів локальних і глобальних мереж визначається таке поняття як максимальний розмір поля даних кадру або пакета, в які повинен інкапсулювати свій пакет протокол IP. Цю величину зазвичай називають максимальною одиницею транспортування - Maximum Transfer Unit, MTU. Мережі Ethernet мають значення MTU, рівне 1500 байт, мережі FDDI - 4096 байт, а мережі Х.25 найчастіше працюють з MTU в 128 байт.

Робота протоколу IP по фрагментації пакетів в хостах і маршрутизаторах ілюструється малюнком 4.1.

Пусть компьютер 1 пов'язаний з мережею, що має значення MTU в 4096 байтів, наприклад, з мережею FDDI. При вступі на IP-рівень ПК 1 повідомлення від транспортногоуровня розміром в 5600 байтів, протокол IP ділить його на дві IP-пакета, встановлюючи в першому пакеті ознака фрагментації і привласнюючи пакету унікальний ідентифікатор, наприклад, 486. У першому пакеті величина поля зсуву дорівнює 0, а в другому - 2800. Ознака фрагментації в другому пакеті дорівнює нулю, що показує, що це останній фрагмент пакета. Загальна величина IP-пакета становить 2800 +20 (розмір заголовка IP), тобто 2820 байтів, що вміщується в поле даних кадру FDDI.

Рис. 1. Фрагментація IP-пакетів при передачі між мережами з різними максимальними розмірами пакетів. К1 і Ф1 канальний і фізичний рівень мережі 1, К2 і Ф2 канальний і фізичний рівень мережі 2

Далі комп'ютер 1 передає ці пакети на канальний рівень К1, а потім і на фізичний рівень Ф1, який відправляє їх маршрутизатора, пов'язаному з даною мережею.

Маршрутизатор бачить по мережевою адресою, що прибулі два пакети потрібно передати в мережу 2, яка має менше значення MTU, рівне 1500. Ймовірно, це мережа Ethernet. Маршрутизатор витягує фрагмент транспортного сполучення з кожного пакету FDDI і ділить його ще навпіл, щоб кожна частина вмістилася в поле даних кадру Ethernet. Потім він формує нові пакети IP, кожен з яких має довжину 1400 + 20 = 1420 байтів, що менше 1500 байтів, тому вони нормально поміщаються в поле даних кадрів Ethernet.

У результаті в комп'ютер 2 по мережі Ethernet приходить чотири IP-пакету з загальним ідентифікатором 486, що дозволяє протоколу IP, що працює в комп'ютері 2, правильно зібрати вихідне повідомлення. Якщо пакети прийшли не в тому порядку, в якому були послані, то усунення вкаже правильний порядок їх об'єднання.

Відзначимо, що IP-маршрутизатори не збирають фрагменти пакетів у більш великі пакети, навіть якщо на шляху зустрічається мережу, що допускає таке укрупнення. Це пов'язано з тим, що окремі фрагменти повідомлення можуть переміщатися по інтермережі за різними маршрутами, тому немає гарантії, що всі фрагменти проходять через який-небудь проміжний маршрутизатор на їхньому шляху.

При парафії першого фрагмента пакету вузол призначення запускає таймер, який визначає максимально допустимий час очікування приходу інших фрагментів цього пакета. Якщо таймер закінчується раніше прибуття останнього фрагмента, то всі отримані до цього моменту фрагменти пакету відкидаються, а у вузол, що послав вихідний пакет, направляється повідомлення про помилку за допомогою протоколу ICMP.

Маршрутизація за допомогою IP-адрес

Розглянемо тепер принципи, на підставі яких в мережах IP відбувається вибір маршруту передачі пакета між мережами.

Спочатку необхідно звернути увагу на той факт, що не тільки маршрутизатори, а й кінцеві вузли - комп'ютери - повинні брати участь у виборі маршруту. Приклад, наведений на малюнку 4.2, демонструє цю необхідність. Тут в локальній мережі є кілька маршрутизаторів, і комп'ютер повинен вибирати, якому з них слід відправити пакет.

Рис. 2. Вибір маршрутизатора кінцевим вузлом

Довжина маршруту може істотно змінитися в залежності від того, який маршрутизатор вибере комп'ютер для передачі свого пакету на сервер, розташований, наприклад, у Німеччині, якщо маршрутизатор 1 з'єднаний виділеною лінією з маршрутизатором в Копенгагені, а маршрутизатор 2 має супутниковий канал, який з'єднує його з Токіо .

У стеці TCP / IP маршрутизатори і кінцеві вузли приймають рішення про те, кому передавати пакет для його успішної доставки вузлу призначення, на підставі так званих таблиць маршрутизації (routing tables).

Наступна таблиця представляє собою типовий приклад таблиці маршрутів, що використовує IP-адреси мереж:

У цій таблиці у стовпці "Адреса мережі призначення" вказуються адреси всіх мереж, яким даний маршрутизатор може передавати пакети. У стеці TCP / IP прийнятий так званий однокроковий підхід до оптимізації маршруту просування пакету (next-hop routing) - кожен маршрутизатор і кінцевий вузол приймає участь у виборі тільки одного кроку передачі пакета. Тому в кожному рядку таблиці маршрутизації вказується не весь маршрут у вигляді послідовності IP-адрес маршрутизаторів, через які повинен пройти пакет, а тільки один IP-адреса - адреса наступного маршрутизатора, якому потрібно передати пакет. Разом з пакетом наступного маршрутизатора передається відповідальність за вибір наступного кроку маршрутизації. Однокроковий підхід до маршрутизації означає розподілене рішення задачі вибору маршруту. Це знімає обмеження на максимальну кількість транзитних маршрутизаторів на шляху пакета.

(Альтернативою однокроковим підходу є зазначення в пакеті всієї послідовності маршрутизаторів, які пакет повинен пройти на своєму шляху. Такий підхід називається маршрутизацією від джерела - Source Routing. У цьому випадку вибір маршруту проводиться кінцевим вузлом або першим маршрутизатором на шляху пакету, а всі інші маршрутизатори тільки відпрацьовують обраний маршрут, здійснюючи комутацію пакетів, тобто передачу їх з одного порту на інший. Алгоритм Source Routing застосовується в мережах IP лише для налагодження, коли маршрут задається в полі Резерв (IP OPTIONS) пакета.)

У випадку, якщо в таблиці маршрутів є більше одного рядка, що відповідає одному і тому ж адресою мережі призначення, то при прийнятті рішення про передачу пакета використовується той рядок, в якій зазначено найменше значення в полі "Відстань до мережі призначення".

При цьому під відстанню розуміється будь-яка метрика, яка у відповідності із заданим у мережевому пакеті класом сервісу. Це може бути кількість транзитних маршрутизаторів в даному маршруті (кількість хопов від hop - стрибок), час проходження пакета по лініях зв'язку, надійність ліній зв'язку, або інша величина, що відображає якість даного маршруту по відношенню до конкретного класу сервісу. Якщо маршрутизатор підтримує кілька класів сервісу пакетів, то таблиця маршрутів складається і застосовується окремо для кожного виду сервісу (критерію вибору маршруту).

Для відправки пакета наступного маршрутизатора потрібне знання його локальної адреси, але в стеку TCP / IP в таблицях маршрутизації прийнято використання тільки IP-адрес для збереження їх універсального формату, що не залежить від типу мереж, що входять до интерсеть. Для знаходження локальної адреси за відомим IP-адресою, потрібно скористатися протоколом ARP.

Кінцевий вузол, як і маршрутизатор, має у своєму розпорядженні таблицю маршрутів уніфікованого формату й на підставі її даних приймає рішення, якому маршрутизатора потрібно передавати пакет для мережі N. Рішення про те, що цей пакет потрібно взагалі маршрутизувати, комп'ютер приймає в тому випадку, коли він бачить, що адреса мережі призначення пакета відрізняється від адреси його власної мережі (кожному комп'ютеру при конфігуруванні адміністратор привласнює його IP-адреса або кілька IP-адрес, якщо комп'ютер одночасно підключений до декількох мереж). Коли комп'ютер вибрав наступний маршрутизатор, то він переглядають кеш-таблицю адрес свого протоколу ARP і, може бути, знаходить там відповідність IP-адреси наступного маршрутизатора його MAC-адресою. Якщо ж ні, то по локальній мережі передається широкомовний ARP-запит і локальний адресу витягується з ARP-відповіді.

Після цього комп'ютер формує кадр протоколу, використовуваного на вибраному порту, наприклад, кадр Ethernet, в який поміщає МАС-адресу маршрутизатора. Маршрутизатор приймає кадр Ethernet, витягує з нього пакет IP і переглядає свою таблицю маршрутизації для знаходження наступного маршрутизатора. При цьому він виконує ті ж дії, що і кінцевий вузол.

Однокрокову маршрутизація володіє ще однією перевагою - вона дозволяє скоротити обсяг таблиць маршрутизації в кінцевих вузлах і маршрутизаторах за рахунок використання в якості номера мережі призначення так званого маршруту за замовчуванням - default, який зазвичай займає в таблиці маршрутизації останній рядок. Якщо в таблиці маршрутизації є такий запис, то всі пакети з номерами мереж, які відсутні в таблиці маршрутизації, передаються маршрутизатора, зазначеному в рядку default. Тому маршрутизатори часто зберігають у своїх таблицях обмежену інформацію про мережі інтермережі, пересилаючи пакети для інших мереж в порт і маршрутизатор, використовувані за замовчуванням. Мається на увазі, що маршрутизатор, який використовується за умовчанням, передасть пакет на магістральну мережу, а маршрутизатори, підключені до магістралі, мають повну інформацію про склад інтермережі.

Особливо часто прийомом маршрутизації за замовчуванням користуються кінцеві вузли. Хоча вони також в загальному випадку мають у своєму розпорядженні таблицю маршрутизації, її об'єм зазвичай незначний, так як маршрутизація для комп'ютера - не основне заняття. Головна роль у маршрутизації пакетів в концепції протоколу IP відводиться, природно, маршрутизаторів, які повинні мати набагато більш повними таблицями маршрутизації, ніж кінцеві вузли. Кінцевий вузол часто взагалі працює без таблиці маршрутизації, маючи тільки відомості про IP-адресу маршрутизатора за замовчуванням. При наявності одного маршрутизатора в локальній мережі цей варіант - єдино можливий для всіх кінцевих вузлів. Але навіть за наявності декількох маршрутизаторів в локальній мережі, коли проблема їх вибору стоїть перед кінцевим вузлом, завдання маршруту за замовчуванням часто використовується в комп'ютерах для скорочення обсягу їх маршрутної таблиці.

Іншим способом розвантаження комп'ютера від необхідності ведення великих таблиць маршрутизації є отримання від маршрутизатора відомостей про раціональне маршруті для якої-небудь конкретної мережі за допомогою протоколу ICMP.

Крім маршруту default, в таблиці маршрутизації можуть зустрітися два типи спеціальних записів - запис про специфічному для вузла маршруті і запис про адреси мереж, безпосередньо підключених до портів маршрутизатора.

Специфічний для вузла маршрут містить замість номера мережі повний IP-адресу, тобто адресу, що має ненульову інформацію не тільки в поле номера мережі, але і в полі номера вузла. Передбачається, що для такого кінцевого вузла маршрут повинен вибиратися не так, як для всіх інших вузлів мережі, до якої він відноситься. У випадку, коли в таблиці є різні записи про просування пакетів для всієї мережі N та її окремого вузла, що має адресу N, D, при вступі пакета, адресованого вузлу N, D, маршрутизатор віддасть перевагу запису для N, D.

Записи в таблиці маршрутизації, пов'язані з мереж, безпосередньо підключеним до маршрутизатора, в полі "Відстань до мережі призначення" містять нулі.

Ще однією відмінністю роботи маршрутизатора і кінцевого вузла при виборі маршруту є спосіб побудови таблиці маршрутизації. Якщо маршрутизатори зазвичай автоматично створюють таблиці маршрутизації, обмінюючись службовою інформацією, то для кінцевих вузлів таблиці маршрутизації створюються, як правило, вручну адміністраторами, і зберігаються у вигляді постійних файлів на дисках.

Існують різні алгоритми побудови таблиць для однокрокової маршрутизації. Їх можна розділити на три класи:

алгоритми фіксованої маршрутизації

алгоритми простий маршрутизації

алгоритми адаптивної маршрутизації

Незалежно від алгоритму, що використовується для побудови таблиці маршрутизації, результат їх роботи має єдиний формат. За рахунок цього в одній і тій же мережі різні вузли можуть будувати таблиці маршрутизації по своїх алгоритмах, а потім обмінюватися між собою відсутніми даними, так як формати цих таблиць фіксовані. Тому маршрутизатор, що працює за алгоритмом адаптивної маршрутизації, може забезпечити кінцевий вузол, що застосовує алгоритм фіксованої маршрутизації, відомостями про шлях до мережі, про яку кінцевий вузол нічого не знає.

Фіксована маршрутизація

Цей алгоритм застосовується в мережах з простою топологією зв'язків і заснований на ручному складанні таблиці маршрутизації адміністратором мережі. Алгоритм часто ефективно працює також для магістралей великих мереж, так як сама магістраль може мати просту структуру з очевидними найкращими шляхами проходження пакетів у підмережі, приєднані до магістралі.

Розрізняють одномаршрутние таблиці, в яких для кожного адресата заданий один шлях, і многомаршрутние таблиці, що визначають кілька альтернативних шляхів для кожного адресата. При використанні многомаршрутних таблиць повинно бути задано правило вибору одного з них. Найчастіше один шлях є основним, а інші - резервними.

Проста маршрутизація

Алгоритми простий маршрутизації поділяються на три підкласи:

Випадкова маршрутизація - пакети передаються в будь-якому, випадковому напрямку, крім вихідного.

Лавинна маршрутизація - пакети передаються у всіх напрямках, крім вихідного (застосовується в мостах для пакетів з невідомим адресою доставки).

Маршрутизація з попереднього досвіду - таблиці маршрутів складаються на підставі даних, що містяться в проходять через маршрутизатор пакетах. Саме так працюють прозорі мости, збираючи відомості про адреси вузлів, що входять у сегменти мережі. Такий спосіб маршрутизації володіє повільній адаптованості до змін топології мережі.

Адаптивна маршрутизація

Це основний вид алгоритмів маршрутизації, що застосовуються маршрутизаторами в сучасних мережах зі складною топологією. Адаптивна маршрутизація заснована на тому, що маршрутизатори періодично обмінюються спеціальної топологічної інформацією про наявні в інтермережі мережах, а також про зв'язки між маршрутизаторами. Зазвичай враховується не тільки топологія зв'язків, але і їх пропускна здатність і стан.

Адаптивні протоколи дозволяють всім маршрутизаторам збирати інформацію про топологію зв'язків у мережі, оперативно відпрацьовуючи всі зміни конфігурації зв'язків. Ці протоколи мають розподілений характер, який виражається в тому, що в мережі відсутні які-небудь виділені маршрутизатори, які б збирали і узагальнювали топологічну інформацію: ця робота розподілена між всіма маршрутизаторами.

Приклад взаємодії вузлів з використанням протоколу IP

Розглянемо на прикладі інтермережі, наведеної на малюнку 4.3, яким чином відбувається взаємодія комп'ютерів через маршрутизатори і доставка пакетів комп'ютера призначення.

Рис. 3. Приклад взаємодії комп'ютерів через интерсеть

Нехай у наведеному прикладі користувач комп'ютера cit.dol.ru, що знаходиться в мережі Ethernet з IP-адресою 194.87.23.0 (адреса класу С), хоче взаємодіяти по протоколу FTP з комп'ютером s1.msk.su, що належить мережі Ethernet з IP-адресою 142.06 .0.0 (адреса класу В). Комп'ютер cit.dol.ru має IP-адресу 194.87.23.1.17, а комп'ютер s1.msk.su - IP-адреса 142.06.13.14.

1. Користувач комп'ютера cit.dol.ru знає символьне ім'я комп'ютера s1.msk.su, але не знає його IP-адреси, тому він набирає команду

> Ftp s1.msk.su

для організації ftp-сеансу.

У комп'ютері cit.dol.ru повинні бути задані деякі параметри для стека TCP / IP, щоб він міг виконати поставлене перед ним завдання.

У число цих параметрів повинні входити власну IP-адресу, IP-адресу DNS-сервера і IP-адресу маршрутизатора за замовчуванням. Так як до мережі Ethernet, до якої належить комп'ютер cit.dol.ru, підключений тільки один маршрутизатор, то таблиця маршрутизації кінцевим вузлам цієї мережі не потрібна, достатньо знати IP-адресу маршрутизатора за замовчуванням. У даному прикладі він дорівнює 194.87.23.1.

Так як користувач у команді ftp не поставив IP-адресу сайту, з яким він хоче взаємодіяти, то стек TCP / IP має визначити його самостійно. Він може зробити запит до DNS-сервера за наявним у нього IP-адресою, але зазвичай кожен комп'ютер спочатку переглядає свою власну таблицю відповідності символьних імен і IP-адрес. Така таблиця зберігається найчастіше у вигляді текстового файлу простий структури - кожна його рядок містить запис про одне символьному імені та його IP-адресу. В ОС Unix такий файл традиційно носить ім'я HOSTS.

2. Будемо вважати, що комп'ютер cit.dol.ru має файл HOSTS, а в ньому є рядок

142.06.13.14 s1.msk.su.

Тому дозвіл імені виконується локально, так що протокол IP може тепер формувати IP-пакети з адресою призначення 142.06.13.14 для взаємодії з комп'ютером s1.msk.su.

3. Протокол IP комп'ютера cit.dol.ru перевіряє, чи потрібно маршрутизувати пакети для адреси 142.06.13.14. Так як адреса мережі призначення дорівнює 142.06.0.0, а адреса мережі, до якої належить комп'ютер, дорівнює 194.87.23.0, то маршрутизація необхідна.

4. Комп'ютер cit.dol.ru починає формувати кадр Ethernet для відправки IP-пакета маршрутизатора за замовчуванням з IP-адресою 194.87.23.1. Для цього йому потрібен МАС-адреса порту маршрутизатора, підключеного до його мережі. Ця адреса швидше за все вже знаходиться в кеш-таблиці протоколу ARP комп'ютера, якщо він хоча б раз за останній включення обмінювався даними з комп'ютерами інших мереж. Нехай ця адреса в нашому прикладі був знайдений саме в кеш-пам'яті. Позначимо його МАС11, у відповідності з номером маршрутизатора і його порту.

5. У результаті комп'ютер cit.dol.ru відправляє по локальній мережі кадр Ethernet, який має такі поля:

6. Кадр приймається портом 1 маршрутизатора 1 відповідно до протоколу Ethernet, так як МАС-вузол цього порту розпізнає свою адресу МАС11. Протокол Ethernet витягує з цього кадру IP-пакет і передає його програмного забезпечення маршрутизатора, що реалізовує протокол IP. Протокол IP витягує з пакета адресу призначення і переглядає записи своєї таблиці маршрутизації. Нехай маршрутизатор 1 має у своїй таблиці маршрутизації запис

142.06.0.0 135.12.0.11 2 1,

яка говорить про те, що пакети для мережі 142.06. 0.0 потрібно передавати маршрутизатора 135.12.0.11, підключеного до тієї ж мережі, що і порт 2 маршрутизатора 1.

7. Маршрутизатор 1 переглядає параметри порту 2 і знаходить, що він підключений до мережі FDDI. Так як мережа FDDI має значення максимального транспортується блоку MTU більше, ніж мережа Ethernet, то фрагментація поля даних IP-пакета не потрібно. Тому маршрутизатор 1 формує кадр формату FDDI, в якому вказує MAC-адреса порту маршрутизатора 2, який він знаходить у своїй кеш-таблиці протоколу ARP:

8. Аналогічно діє маршрутизатор 2, формуючи кадр Ethernet для передачі пакета маршрутизатора 3 по мережі Ethernet c IP-адресою 203.21.4.0:

9. Нарешті, після того, як пакет вступив до маршрутизатор мережі призначення - маршрутизатор 3, з'являється можливість передачі цього пакету комп'ютера призначення. Маршрутизатор 3 бачить, що пакет потрібно передати в мережу 142.06.0.0, яка безпосередньо підключена до його першого порту. Тому він посилає ARP-запит по мережі Ethernet c IP-адресою комп'ютера s1.msk.su (вважаємо, що цієї інформації в його кеші немає), отримує відповідь, що містить адресу MACs1, і формує кадр Ethernet, який доставляє IP-пакет по локальній мережі адресату.

Структуризація мереж IP за допомогою масок

Часто адміністратори мереж відчувають незручності, через те, що кількість централізовано виділених їм номерів мереж недостатньо для того, щоб структурувати мережу належним чином, наприклад, розмістити всі слабо взаємодіючі комп'ютери з різних мереж.

У такій ситуації можливі два шляхи. Перший з них пов'язаний з отриманням від NIC додаткових номерів мереж. Другий спосіб, що вживається частіше, пов'язаний з використанням так званих масок, які дозволяють розділяти одну мережу на кілька мереж.

Маска - це число, двійковий запис якого містить одиниці у тих розрядах, які повинні інтерпретуватися як номер мережі.

Наприклад, для стандартних класів мереж маски мають таке значення:

255.0.0.0 - маска для мережі класу А,

255.255.0.0 - маска для мережі класу В,

255.255.255.0 - маска для мережі класу С.

У масках, які використовує адміністратор для збільшення числа мереж, кількість одиниць у послідовності, що визначає кордон номери мережі, не обов'язково має бути кратним 8, щоб повторювати поділ адреси на байти.

Нехай, наприклад, маска має значення 255.255.192.0 (11111111 11111111 11000000 00000000). І нехай мережа має номер 129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000), з якого видно, що вона належить до класу В. Після накладення маски на цю адресу число розрядів, що інтерпретуються як номер мережі, збільшилася з 16 до 18, тобто адміністратор отримав можливість використовувати замість одного, централізовано заданого йому номери мережі, чотири:

129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000)

129.44.64.0 (10000001 00101100 01000000 00000000)

129.44.128.0 (10000001 00101100 10000000 00000000)

129.44.192.0 (10000001 00101100 11000000 00000000)

Наприклад, IP-адреса 129.44.141.15 (10000001 00101100 10001101 00001111), який за стандартами IP задає номер мережі 129.44.0.0 і номер вузла 0.0.141.15, тепер, при використанні маски, буде інтерпретуватися як пара:

129.44.128.0 - номер мережі, 0.0. 13.15 - номер вузла.

Таким чином, встановивши нове значення маски, можна змусити маршрутизатор по-іншому інтерпретувати IP-адресу. При цьому два додаткових останніх біта номери мережі часто інтерпретуються як номери підмереж.

Ще один приклад. Нехай деяка мережу відноситься до класу В і має адресу 128.10.0.0 (рисунок 4.4). Ця адреса використовується маршрутизатором, що з'єднує мережу з іншою частиною інтермережі. І нехай серед всіх станцій мережі є станції, слабо взаємодіючі між собою. Їх бажано було б ізолювати в різних мережах. Для цього мережу можна розділити на дві мережі, підключивши їх до відповідних портів маршрутизатора, і задати для цих портів в якості маски, наприклад, число 255.255.255.0, тобто організувати всередині вихідної мережі з централізовано заданим номером два підмережі класу C (можна було б вибрати й інший розмір для поля адреси підмережі). Ззовні мережа як і раніше буде виглядати, як єдина мережа класу В, а на місцевому рівні це будуть дві окремі мережі класу С. приходить загальний трафік буде поділятися місцевим маршрутизатором між підмережами.

Рис. 4. Приклад використання масок для структурування мережі

Необхідно зауважити, що, якщо приймається рішення про використання механізму масок, то відповідним чином мають бути сконфігуровані і маршрутизатори, і комп'ютери мережі.