Кулябов Д.С., Королькова А.В. Архитектура и принципы построения современных сетей и систем телекоммуникаций
Подождите немного. Документ загружается.
5.2. Протокол IPv6 131
5.2.3.4. Адреса серверов и маршрутизаторов
Узел IPv4 с одним сетевым адаптером обычно имеет один адрес IPv4. Узел
же IPv6 обычно имеет несколько адресов IPv6, даже при наличии только одного
интерфейса.
Узлу IPv6 назначаются следующие Unicast-адреса:
–– адрес локальной связи для каждого интерфейса;
–– адреса для каждого интерфейса (это может быть адрес локальной подсети
и один или несколько глобальных адресов);
–– адрес замыкания на себя (Loopback Address).
Кроме того, каждый узел прослушивает трафик на следующих адресах мно-
гоадресной рассылки:
–– адрес всех узлов в области локального узла (FF01::1);
–– адрес всех узлов в области локальной связи (FF02::1);
–– адрес запроса узла для каждого Unicast-адреса на каждом интерфейсе;
–– адреса многоадресной рассылки для групп, присоединённых к каждому ин-
терфейсу.
Маршрутизатору IPv6 назначаются следующие Unicast-адреса:
–– адрес локальной связи для каждого интерфейса;
–– Unicast-адреса для каждого интерфейса (это может быть адрес локальной
подсети и один или несколько глобальных адресов);
–– адрес замыкания на себя (Loopback Address).
Маршрутизатору IPv6 назначаются следующие Anycast-адреса:
–– Anycast-адрес для каждой подсети;
–– дополнительные Anycast-адреса (необязательно).
Кроме того, каждый маршрутизатор прослушивает трафик на следующих ад-
ресах многоадресной рассылки:
–– адрес всех узлов в области локального узла (FF01::1);
–– адрес всех маршрутизаторов в области локального узла (FF01::2);
–– адрес всех узлов в области локальной связи (FF02::);
–– адрес всех маршрутизаторов в области локальной связи (FF02::2);
–– адрес всех маршрутизаторов в области локальной подсети (FF05::2);
–– адрес запроса узла для каждого Unicast-адреса на каждом интерфейсе;
–– адреса групп, присоединённых к каждому интерфейсу.
5.2.3.5. Идентификаторы интерфейса IPv6
Последние 64 бита адреса IPv6 представляют собой идентификатор интерфей-
са, уникальный для 64-битного префикса адреса IPv6. Идентификатор интерфей-
са может определяться одним из следующих способов:
–– согласно RFC-3513 [18] (ранее RFC-2373), все Unicast-адреса, имеющие пре-
фиксы с 001 по 111, должны также использовать 64-битный идентификатор
интерфейса, образованный из адреса EUI-64 (Extended Unique Identifier);
–– документ RFC-3041 [22] описывает генерируемый случайным образом иден-
тификатор интерфейса, изменяющийся со временем для обеспечения опре-
делённого уровня анонимности;
–– идентификатор интерфейса, назначаемый при автоматической настройке ад-
реса с ведением базы данных (например, по протоколу DHCPv6);
–– идентификатор интерфейса, настраиваемый вручную.
132 Глава 5. Сетевой уровень
5.2.3.5.1. Сопоставление адресов EUI-64 с идентификаторами интерфейсов
IPv6. Адреса IEEE EUI-64 представляют новый стандарт адресации сетевых
интерфейсов. Длина идентификатора компании по-прежнему составляет 24 би-
та, но идентификатор расширения имеет длину 40 бит, что создаёт гораздо боль-
шее пространство адресов для изготовителей сетевых адаптеров. Адрес EUI-64
использует биты U/L и I/G точно так же, как адрес IEEE 802.
Адрес EUI-64 из адреса IEEE 802 образуется путём вставки между идентифи-
катором компании и идентификатором расширения в адресе IEEE 802 следующих
16 бит: 11111111 11111110 (0xFF 0xFE).
64-битный идентификатор интерфейса для Unicast-адресов IPv6 создаётся пу-
тём инвертирования бита U/L в адресе EUI-64 (значение 1 обращается в 0; значе-
ние 0 обращается в 1). Для получения идентификатора интерфейса IPv6 из адреса
IEEE 802 необходимо сначала сопоставить этот адрес IEEE 802 с адресом EUI-64,
а затем инвертировать бит U/L.
Пример 1. Преобразование адреса IEEE 802.
Узел имеет MAC-адрес Ethernet 00:AA:00:3F:2A:1C. Сначала этот адрес пре-
образуется в формат EUI-64 путём вставки разрядов FF:FE между третьим и чет-
вёртым байтами:
00:AA:00:FF:FE:3F:2A:1C.
Затем инвертируется бит U/L (седьмой бит в первом байте). Первый байт в дво-
ичной форме имеет вид 00000000. При инвертировании седьмого бита он при-
нимает вид 00000010 (0x02). Конечный результат
02:AA:00:FF:FE:3F:2A:1C
после преобразования в двухточечно-шестнадцатеричную нотацию становится
идентификатором интерфейса:
2AA:FF:FE3F:2A1C.
Таким образом, сетевому адаптеру с MAC-адресом 00:AA:00:3F:2A:1C соответ-
ствует адрес локальной связи FE80::2AA:FF:FE3F:2A1C.
5.2.3.5.2. Идентификаторы интерфейса временного адреса. Пользователь Ин-
тернета при подключении к поставщику услуг Интернета получает адрес IPv4 с
использованием протоколов PPP (Point-to-Point Protocol) и IPCP (Internet Pro-
tocol Control Protocol). Адрес IPv4 может изменяться при каждом подключении
данного пользователя. В связи с этим сложно отследить трафик пользователя в
Интернете по IP-адресу.
При подключении удалённого доступа на базе протокола IPv6 после установ-
ки соединения пользователю назначается 64-битный префикс (путём обнаруже-
ния маршрутизатора и автонастройки адреса). Если идентификатор интерфей-
са всегда основан на адресе EUI-64 (полученном из статического адреса IEEE
802), то существует возможность определения трафика конкретного узла неза-
висимо от его префикса, что облегчает отслеживание конкретных пользователей.
Для обеспечения определённого уровня анонимности в документе RFC-3041 [22]
описан альтернативный идентификатор интерфейса IPv6, генерируемый случай-
ным образом и изменяемый с течением времени.
5.3. Другие протоколы межсетевого уровня стека TCP/IP 133
Исходный идентификатор интерфейса генерируется с использованием слу-
чайных чисел. Для систем IPv6, не способных хранить протокольные сведения
для создания будущих значений идентификатора интерфейса, при каждой ини-
циализации протокола IPv6 генерируется новый случайный идентификатор ин-
терфейса. Для систем IPv6, имеющих возможность хранения протокольных све-
дений, при инициализации протокола IPv6 новый идентификатор интерфейса со-
здаётся следующим образом:
1) загружается значение из хранилища протокольных сведений и добавляется
к идентификатору интерфейса, основанному на адресе EUI-64 адаптера;
2) для величины, полученной на шаге 1, вычисляется хеш-функция MD5;
3) последние 64 бита хеша MD5, вычисленного на шаге 2, сохраняются для
вычисления следующего идентификатора интерфейса;
4) для седьмого из первых 64 бит хеша MD5, вычисленного на шаге 2, задаёт-
ся значение 0 (седьмым является бит U/L, нулевое значение которого задаёт
локальное администрирование идентификатора интерфейса), результат ко-
торого представляет собой идентификатор интерфейса.
Итоговый адрес IPv6, основанный на таком случайном идентификаторе ин-
терфейса, называют временным адресом. Временные адреса создаются для пре-
фиксов общедоступных адресов, использующих автонастройку адресов без веде-
ния базы данных.
5.3. Другие протоколы межсетевого уровня стека TCP/IP
5.3.1. Протокол ICMP
Протокол передачи команд и сообщений об ошибках (Internet Control Message
Protocol, ICMP) используется программным обеспечением ЭВМ при взаимодей-
ствии друг с другом в рамках идеологии TCP/IP (см. RFC 792 [23]).
5.3.1.1. Функциональность протокола ICMP
ICMP-протокол осуществляет:
–– передачу отклика на пакет или эхо на отклик;
–– контроль времени жизни дейтаграмм в системе;
–– реализует переадресацию пакета;
–– выдаёт сообщения о недостижимости адресата или о некорректности пара-
метров;
–– формирует и пересылает временные метки;
–– выдаёт запросы и отклики для адресных масок и другой информации.
ICMP-сообщения об ошибках никогда не выдаются в ответ на:
–– ICMP-сообщение об ошибке;
–– при мультикастинге или широковещательной адресации;
–– для фрагмента дейтаграммы (кроме первого);
–– для дейтаграмм, чей адрес отправителя является нулевым, широковеща-
тельным или мультикастинговым.
Эти правила призваны блокировать потоки дейтаграмм, посылаемых в ответ на
мультикастинг или широковещательные ICMP-сообщения.
134 Глава 5. Сетевой уровень
5.3.1.2. Форматы пакетов ICMP
ICMP-сообщения могут быть нескольких типов. Поэтому все ICMP-пакеты
начинаются с 8-битного поля Тип ICMP и поля Код (15 значений).
Типы ICMP:
0 — эхо-ответ (ping-отклик);
3 — адресат не достижим;
4 — отключение источника при переполнении очереди;
5 — изменить маршрут;
8 — эхо-запрос (ping-запрос);
9 — объявление маршрутизатора;
10 — запрос маршрутизатора;
11 — для дейтаграмм время жизни истекло (TTL=0);
12 — проблема с параметрами дейтаграммы;
13 — запрос временной метки;
14 — временная метка-отклик;
15 — запрос информации;
16 — информационный отклик;
17 — запрос адресной маски;
18 — отклик на запрос адресной маски.
Код уточняет функцию ICMP-сообщения (например, код 1 в типе ICMP 3 ука-
зывает на недостижимость ЭВМ, а код 12 для того же типа — на недоступность
ЭВМ для данного вида сервиса).
На рис. 5.19 приведён формат эхо-запроса и отклика ICMP.
0 8 16 24 31
Тип (0 или 8)
Код (0)
Контрольная сумма
Идентификатор
Номер по порядку
Данные
..............
Рис. 5.19. Формат эхо-запроса и отклика ICMP
Поля Идентификатор (16 бит) и Номер по порядку (16 бит) служат для того,
чтобы отправитель мог связать в пары запросы и отклики.
Поле Тип определяет, является ли пакет запросом (Тип=8) или откликом (Тип=0).
Поле Контрольная сумма представляет собой 16-разрядное дополнение по
модулю 1 контрольной суммы всего ICMP-сообщения, начиная с поля Тип.
Поле Данные служит для записи информации, возвращаемой отправителю.
Размер данного поля не регламентирован и определяется предельным размером
IP-пакета.
Сообщение «адресат не достижим» посылается в случае, если маршрутизатор
не может доставить дейтаграмму по назначению. На рис. 5.20 приведён формат
ICMP-сообщения «адресат не достижим».
5.3. Другие протоколы межсетевого уровня стека TCP/IP 135
0 8 16 24 31
Тип (3)
Код
Контрольная сумма
Не используется (заполняется нулями)
MTU на следующем этапе
Internet-заголовок (включая опции) + первые 64 бита дейтаграммы
..............
Рис. 5.20. Формат ICMP-сообщения «адресат не достижим»
Поле MTU на следующем этапе характеризует максимальную длину пакетов
на очередном шаге пересылки.
По полю Internet-заголовок (включая опции) + первые 64 бита дейтаграммы
можно определить, какой адрес оказался недостижимым.
В ситуации, когда принимающая сторона не справляется с приёмом потока,
отправителю может быть послано сообщение с требованием снижения нагрузки.
На рис. 5.21 приведён формат ICMP-запроса снижения загрузки.
0 8 16 24 31
Тип (4)
Код (0)
Контрольная сумма
Не используется (заполняется нулями)
Internet-заголовок + первые 64 бита дейтаграммы
..............
Рис. 5.21. Формат ICMP-запроса снижения загрузки
Если маршрутизатор обнаружит, что станция использует неоптимальный марш-
рут, он может послать ей ICMP-запрос о переадресации. Команду переадресации
маршрутизатор посылает только станциям, но не маршрутизаторам. На рис. 5.22
приведён формат ICMP-запроса переадресации.
Поле Internet-адрес маршрутизатора содержит адрес маршрутизатора, ко-
торый станция должна использовать для отправки дейтаграммы по указанному в
заголовке месту назначения.
В поле Internet-заголовок (включая опции) + первые 64 бита дейтаграммы
кроме самого заголовка расположены первые 64 бита дейтаграммы, вызвавшей
это сообщение.
Маршрутные таблицы формируются в результате запросов и объявлений, по-
сылаемых маршрутизаторами. Когда в сети появляется новый маршрутизатор,
он посылает широковещательный запрос. В ответ другие маршрутизаторы сети
посылают сообщения об имеющихся маршрутах. На рис. 5.23 приведён формат
ICMP-запроса об имеющихся маршрутах.
136 Глава 5. Сетевой уровень
0 8 16 24 31
Тип (5)
Код (0)
Контрольная сумма
Internet-адрес маршрутизатора
Internet-заголовок + первые 64 бита дейтаграммы
..............
Рис. 5.22. Формат ICMP-запроса переадресации
0 8 16 24 31
Тип (9)
Код (0)
Контрольная сумма
Число адресов
Длина адреса (2)
Время жизни
Адрес маршрутизатора [1]
Уровень приоритета [1]
Адрес маршрутизатора [2]
Уровень приоритета [2]
..............
Рис. 5.23. Формат ICMP-запроса об имеющихся маршрутах
Поле Число адресов указывает число адресных записей в сообщении.
Поле Длина адреса содержит число 32-битных слов, необходимых для описа-
ния адреса маршрутизатора.
Поле Время жизни указывает продолжительность жизни объявленных марш-
рутов в секундах.
Поле Уровень приоритета указывает приоритет маршрута по отношению к
другим маршрутам данной подсети.
На рис. 5.24 приведён формат ICMP-запроса маршрутной информации.
0 8 16 24 31
Тип (10) Код (0)
Контрольная сумма
Не используется (заполняется нулями)
Рис. 5.24. Формат ICMP-запроса маршрутной информации
5.3. Другие протоколы межсетевого уровня стека TCP/IP 137
На рис. 5.25 приведён формат ICMP-запроса (отклика) маски подсети, в кото-
ром поле Адресная маска содержит 32-разрядную маску подсети.
0 8 16 24 31
Тип (17 или 18)
Код (0)
Контрольная сумма
Идентификатор
Номер по порядку
Адресная маска
Рис. 5.25. Формат ICMP-запроса (отклика) маски подсети
При ликвидации пакета по истечении TTL маршрутизатор посылает отправи-
телю сообщение «время истекло». На рис. 5.26 приведён формат ICMP-сообщения
«время (TTL) истекло».
0 8 16 24 31
Тип (11)
Код (0 или 1)
Контрольная сумма
Не используется (заполняется нулями)
Internet-заголовок + первые 64 бита дейтаграммы
..............
Рис. 5.26. Формат ICMP-сообщения «время (TTL) истекло»
На рис. 5.27 приведён формат ICMP-сообщения «конфликт параметров», по-
сылаемого маршрутизатором при выявление какой-либо ошибки (не из числа опи-
санных выше).
0 8 16 24 31
Тип (12)
Код (0 или 1)
Контрольная сумма
Указатель
Не используется (заполняется нулями)
Internet-заголовок + первые 64 бита дейтаграммы
..............
Рис. 5.27. Формат ICMP-сообщения типа «конфликт параметров»
Поле Указатель отмечает октет дейтаграммы, из-за которого возникла ошиб-
ка.
138 Глава 5. Сетевой уровень
В процессе трассировки маршрутов может возникнуть проблема синхрониза-
ции времени на различных станциях. В этом случае делается запрос временно́й
метки. На рис. 5.28 приведён формат ICMP-запроса временно́й метки.
0 8 16 24 31
Тип (13 или 14)
Код (0)
Контрольная сумма
Идентификатор
Номер по порядку
Исходная временная метка
Временная метка на входе
Временная метка на выходе
Рис. 5.28. Формат ICMP-запроса временной метки
Поле Тип со значением 13 указывает, что это запрос, а тип 14 — на то, что это
отклик.
Поля Идентификатор (16 бит) и Номер по порядку (16 бит) служат для того,
чтобы отправитель мог связать в пары запросы и отклики.
Поле Исходная временна́я метка заполняется отправителем непосредственно
перед отправкой пакета.
Поле Временна́я метка на входе заполняется маршрутизатором при получе-
нии данного пакета.
Поле Временна́я метка на выходе заполняется маршрутизатором непосред-
ственно перед отправкой данного пакета.
5.3.2. Протокол ARP
Преобразование IPv4-адресов (4 байта), задаваемых с учётом положения узла
в сети, в MAC-адреса (6 байт для Ethernet), заданные аппаратным образом, вы-
полняется с помощью так называемой ARP-таблицы (см. RFC 826 [24]). Каждый
узел сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера.
Протокол ARP (Address Resolution Protocol) преобразует ARP-адреса в Ethernet-
адреса.
5.3.2.1. Процедура преобразования адресов
При обмене сообщениями между двумя прикладными программами для опре-
деления Ethernet-адреса просматривается ARP-таблица. Если для требуемого IP-
адреса в ARP-таблице присутствует Ethernet-адрес, то формируется и посылается
соответствующий пакет. В противном случае выполняются следующие действия:
1) всем узлам в сети посылается пакет с ARP-запросом (с широковещатель-
ным Ethernet-адресом места назначения), а исходящий IP-пакет ставится в
очередь;
5.3. Другие протоколы межсетевого уровня стека TCP/IP 139
2) каждый узел, принявший ARP-запрос, в своём ARP-модуле сравнивает соб-
ственный IP-адрес с IP-адресом в запросе:
–– если IP-адрес совпал, то по Ethernet-адресу отправителя запроса по-
сылается ответ, содержащий как IP-адрес ответившего узла, так и его
Ethernet-адрес, а в ARP-таблице узла-отправителя формируется соот-
ветствующий элемент и отправляется IP-пакет, ранее поставленный в
очередь;
–– если же в сети нет узла с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет
и не будет записи в ARP-таблице, а протокол IP уничтожит IP-пакеты,
предназначенные этому адресу.
5.3.2.2. Формат пакета ARP
Формат пакета ARP представлен на рис. 5.29.
0 8 16 24 31
Тип оборудования
Тип протокола
HA-Len PA-Len
Код операции
Аппаратный адрес отправителя (октеты 0–3)
Аппаратный адрес отправителя (октеты 4,5) IP-адрес отправителя (октеты 0,1)
IP-адрес отправителя (октеты 2,3) Аппаратный адрес адресата (октеты 0,1)
Аппаратный адрес адресата (октеты 2–5)
IP-адрес адресата (октеты 0–3)
28 байт
Рис. 5.29. Формат заголовка пакета ARP
Поле Тип оборудования (16 бит) указывает код типа интерфейса, для которого
отправитель ищет адрес.
Поле Тип протокола (16 бит) содержит код типа протокола (например, код
IP-протокола имеет значение 0800H, код ARP-протокола — 0806H, код RARP-
протокола — 8035H, код SNMP-протокола — 814CH).
Поле HA-Len (8 бит) указывает длину аппаратного адреса.
Поле PA-Len (8 бит) указывает длину протокольного адреса в байтах (напри-
мер, для IP-адреса PA-Len=4).
Поле Код операции (16 бит) определяет, является ли данный пакет ARP-запросом
(код = 1), ARP-откликом (код = 2), RARP-запросом (код = 3) или RARP-откликом
(код = 4).
Остальные поля определяют соответственно аппаратный адрес отправителя,
IP-адрес отправителя, аппаратный адрес адресата, IP-адрес адресата.
140 Глава 5. Сетевой уровень
5.3.3. Протокол RARP
Протокол RARP (Reverse Address Resolution Protocol) предназначен для обрат-
ной трансляции адресов, т.е. для преобразования MAC-адресов в IP-адреса (см.
RFC 903 [25]).
Протокол RARP предполагает наличие специального сервера, обслуживаю-
щего RARP-запросы и хранящего базу данных о соответствии аппаратных адре-
сов протокольным адресам.
5.3.3.1. Формат пакета RARP
Протокол RARP имеет сходный с ARP формат сообщения (рис. 5.30).
0 8 16 24 31
Тип оборудования
Тип протокола
HA-Len PA-Len
Код операции
Аппаратный адрес отправителя (n октетов)
Протокольный адрес отправителя (m октетов)
Аппаратный адрес получателя (n октетов)
Протокольный адрес получателя (m октетов)
IP-адрес адресата (октеты 0–3)
28 байт
Рис. 5.30. Формат RARP-сообщения
Поле Тип оборудования (16 бит) указывает тип интерфейса, для которого от-
правитель ищет адрес (например, для Ethernet код содержит 1).
Поле Тип протокола (16 бит) содержит код типа протокола (например, код
IP-протокола имеет значение 0800H, код ARP-протокола — 0806H, код RARP-
протокола — 8035H, код SNMP-протокола — 814CH).
Поле HA-Len (8 бит) указывает длину аппаратного адреса (задаёт значение n).
Поле PA-Len (8 бит) указывает длину протокольного адреса в байтах (задаёт
значение m; например, для IP-адреса PA-Len=4).
Поле Код операции (16 бит) определяет, является ли данный пакет ARP-за-
просом (код = 1), ARP-откликом (код = 2), RARP-запросом (код = 3) или RARP-
откликом (код = 4).
5.3.3.2. Применение протокола RARP
Протокол RARP применяется, например, когда необходимо инициализировать
бездисковую рабочую станцию (так как нет возможности сохранять IP-адрес на
жёстком диске): для переноса из сервера в память образа операционной систе-
мы может использоваться протокол TFTP, при этом IP-адреса сервера и станции-
клиента должны быть известны.