Сеть Internet с ее протоколами изначально задумывалась как протяженная (WAN - Wide Area Network), состоящая из большого количества машин, соединенных с помощью разных сред обмена данными (как локальных сетей, так и глобальных соединений). Теоретически в Internet могут напрямую работать друг с другом около четырех миллиардов машин (2^32 за вычетом некоторых специальных номеров), а через Proxy-серверы и того больше.
В силу этих причин Internet - сегментированная сеть. Сегментом является либо прозрачный участок широковещательной (Ethernet) или маркерной (Arcnet, TokenRing) сетИ, либо соединение точка-точка (модемное).
Теперь - обозначения. IP-номер - четырехбайтное число, записываемое либо в шестнадцатеричном виде типа 0xC0A80E05, либо в десятичном виде, где байты разделены точками типа 192.168.14.5 (в качестве примера в обоих случаях использовался один и тот же номер).
Маска - тоже четырехбайтное число, но все старшие биты, начиная с некоторого, всегда установлены в единицу, а все младшие - в ноль. Примеры: 255.255.255.0 - маска сетИ класса C на 256 номеров; 255.255.255.192 - маска маленькой сетИ на 64 номера (192=256-64). Если мне надо указать сочетание номера и маски, я буду использовать запись номер/число_установленных_битов_в_маске - так сочетание номера 192.168.14.5 и маски 255.255.255.0 будет записано в виде 192.168.14.5/24.
Номером сетИ называют число, получаемое из номера интерфейса применением побитовой операции AND с маской, т.е. в номере интерфейса обнуляются биты на тех местах, на которых стоят нулевые биты в маске.
Следует помнить, что IP-номер присваивается не компьютеру, а интерфейсу (сетевому выходу либо последовательному порту). В принципе можно дать нескольким интерфейсам один номер, но это может вызвать сложности. Можно также присвоить несколько адресов одному интерфейсу.
В сегменте сетИ все машины имеют IP-номера с одинаковым номером сетИ и одинаковой маской. В одной локальной сетИ можно совместить две и больше разных IP-сетей, они даже могут знать друг о друге и нормально общаться, но это все-таки будут две разные сЕти.
Принято следующее деление в зависимости от значения старшего байта IP-адреса:
0..127 - сЕти класса A по 2^24 адресов с маской 0xFF000000;
128..191 - сЕти класса B по 2^16 адресов с маской 0xFFFF0000;
192..223 - сЕти класса C по 2^8 адресов с маской 0xFFFFFF00;
224..239 - сЕти класса D для multicast (групповой) рассылки;
остальные пока зарезервированы.
Многие программы по адресу автоматически определяют класс сетИ, хотя это можно поправить вручную. В принципе никто не мешает разбить сеть на две или больше подсетей с любыми масками, но организациям как правило выделяют адреса блоками, соответствующими классам A, B и C - это связано с системой DNS, позволяющей узнать доменное имя машины по ее IP-адресу.
Сеть класса A с номером 127 - loopback, т.е. предназначена для общения компьютера с собой. В любой сетИ номер (IP-номер AND маска) является номером всей сетИ и не может быть присвоен никому конкретно. Номер (IP-номер OR NOT маска), являющийся последним номером в сетИ, предназначен для broadcasting (широковещательных) сообщений, которые доставляются всем машинам сегмента сетИ. Соответственно, при выделении группы адресов в сеть два адреса становятся недоступны.
Рассмотрим маршрутизацию в терминах FreeBSD (будет также дан перевод в нотацию SystemV (Linux, SCO) и Windows3.x/9x/NT). В Unix команды настройки сетевых интерфейсов, как правило, запускаются из файла /etc/rc или запускаемых из него файлах, а в MSWindows - загрузчиком операционной системы в соответствие с system.ini или registry.
Главному шлюзу я всегда присваиваю первый (наименьший) номер в сетИ (нулевой, как я уже говорил, недоступен). Если в сетИ присутствует второй шлюз, через который подсоединен другой сегмент, то этому шлюзу (промежуточному маршрутизатору) будет присваиваться последний (наибольший) номер в сетИ. Для этого нет никаких разумных причин - так мне хочется. Построим первый сегмент сетИ:
присвоила интерфейсу ep0 номер 192.168.1.5, а также создала в таблице маршрутизации запись о том, что все пакеты с номером сетИ 192.168.1.0/24 будут направляться прямо через этот интерфейс с использованием протокола ARP.
ifconfig lo0 localhost
конфигурирует интерфейс loopback, т.е. "петлю". Этот интерфейс должен иметь адрес 127.0.0.1 и маску 255.0.0.0 на любой машине, имеющей IP, поэтому некоторые системы (например, MS Windows) делают это автоматически, не требуя от администратора (или пользователя, если он сам настраивает систему) задавать параметры loopback. Так как этот интерфейс настраивается на каждой машине одинаково, я не буду писать эту строчку каждый раз. localhost определяется по файлу /etc/hosts, в котором содержится
127.0.0.1 localhost.домен localhost
а маска берется по умолчанию - 255.0.0.0.
route add default 192.168.1.1
замечу, что маршрутизация "default" на самом деле есть "inet 0x0 netmask 0x0" и это надо прописывать, если старая версия команды route не понимает слова "default". Эта команда создала запись, в соответствии с которой все пакеты (все, потому что любой адрес подходит под 0.0.0.0/0) будут отправляться на машину, имеющую интерфейс 192.168.1.1. Информация о том, как можно добраться до интерфейса 192.168.1.1 содержится в предыдущей команде, которая определила способ доступа ко всем машинам 192.168.1.* через интерфейс ep0. Таким образом, у нас сложилась примерно такая ситуация:
Вообще система маршрутизации (за исключением предельно примитивных случаев) древовидна, т.е. одни записи включают в себя другие. Частичное пересечение невозможно, ибо границы адресного пространства, на которое действует каждая запись, выровнены на размер этого пространства. Порядок хранения и просмотра таблицы может быть разный, но должен обеспечивать приоритет записей с маленьким пространством перед записями с большим пространством. В данном случае обращение к машине 192.168.1.9 попадает под юрисдикцию обеих записей, но обращаться к ней наша рабочая станция будет в соответствии с 192.168.1.0/24->ep0.
На самом деле у нашего шлюза много интерфейсов и они будут конфигурироваться по мере надобности. Еще раз обращаю внимание на то, что номер и маска сетИ совпадают для всех машин этого сегмента.
Второй сегмент содержит в себе машину, к которой по последовательной линии с помощью протокола SLIP подсоединен еще один компьютер.
В такой конфигурации ws.3.1 отлично сможет общаться с машинами из сетИ 192.168.3.0/24 и с машинами вне сегмента локальной сетИ. При попытке же обратиться к машине того же сегмента, но другой IP-сетИ, пакет будет послан на шлюз. Шлюз знает, что пакеты с этим адресом надо послать в ту локальную сеть; но некоторые операционные системы работают по алгоритму маршрутизации, в котором запрещено посылать пакет туда, откуда он пришел - это делается для того, чтобы избежать зацикливания пакетов.
Во избежание этого ws.3.2 мы настроим с учетом того, что в локальной сетИ работают машины с адресами из другой IP-сетИ:
Здесь мы присвоили интерфейсу номер из сетИ 172.16.*.*, а затем обьявили, что пакеты для сетИ 192.168.3.* надо отправлять в ту же локальную сеть.
Маршрутизация по умолчанию могла быть направлена и на адрес 192.168.3.1, но приведенная конструкция проще в том смысле, что обе маршрутизации опираются на интерфейс и не зависят друг от друга. Я не знаю, различаются ли эти варианты по эффективности, а если различаются, то насколько; но чем меньше зависимостей в конфигурации, тем проще ее настраивать и диагностировать при сбоях.
И наконец, любой машине можно присвоить два адреса - по одному из каждой IP-сетИ. Как правило, это делается в случае, когда часть машин имеет IP-адреса, выделенные провайдером, а остальные работают с Intranet'овскими номерами - их всегда в избытке.
Следующую сеть класса C сегментируем маршрутизатором, который отделит подсеть на 16 IP-номеров (14 машин, включая маршрутизатор).
Ее можно не указывать и для маршрутизатора. Но! Если какая-нибудь из машин сегмента 192.168.4.128/28, например, 192.168.4.137, обратится к машине из основного (примыкающего к шлюзу) сегмента (в том числе к шлюзу), то протокол ARP зафиксирует приход пакета с сетевой карты, маршрутизатора, выходящей в основной сегмент (IP-номер 192.168.4.127) и далее будет посылать пакеты на эту сетевую карту, и это будет правильно.
Отдельную проблему представляет обращение машины из основного сегмента в 192.168.4.128/28. В отсутствие у ARP сведений об этом номере будет разослан широковещательный запрос и тут все зависит от сообразительности промежуточного маршрутизатора router.4 - если он догадается, что пакет предназначен в подсеть и протранслирует его туда, то ответ приведет к появлению записи в таблицах ARP, не догадается - придется прописывать маршрутизацию.
Разница с предыдущим случаем в том, что сеть разделена на сегменты, содержащие только "круглое" число IP-номеров (два в целой степени). Это особый случай, когда логичнее оформить каждую сеть отдельно.
Теперь сделаем две сетИ, соединенные с основной подсетью последовательной линией по протоколу PPP.
Рабочие станции ws.6.2.1 и ws.6.2.2 конфигурируются так же примитивно, как в сАмом первом рассмотренном сегменте, так что нет смысла их рассматривать. Но самое интересное здесь то, что никто, кроме подсоединенных к сегментам ws.6.2.1 и ws.6.2.2 машин (т.е. никто, кроме имеющих номера из диапазона 192.168.6.128/224), не знает, что это - две разные сетИ! Именно в этом проявляется вся мощь IP-маршрутизации - после того, как кому-то поручили маршрутизировать некоторый диапазон адресов, он имеет право распределять эти адреса между сегментами, причем никто вне этих сегментов не будет нуждаться в информации об этом распределении. Таким образом здесь наглядно проявляется масштабируемость IP-сетИ и ее способность к распределенному администрированию, а также возможность организовать эффективную работу в условиях сильной сегментированности. Вообще-то мы уже не раз сталкивались с этим явлением - каждый раз, когда использовалось `routeadddefault[...]`, было понятно, что нас не интересуют подробности устройства внешнего мира, скрытого за обозначением "0.0.0.0/0"; просто здесь подчеркивается тот факт, что сокрытие структуры может производиться не только вверх по иерархии сетИ, но и вниз.
Как видите, самая простая конфигурация - у машин в сегменте с единственной IP-сетью и с единственным шлюзом (он же шлюз по умолчанию). Чем больше шлюзов в сегменте сетИ и чем сложнее их конфигурация, тем сложнее корректно настроить рабочие станции, а настраивать надо каждую. Немного выручает протокол DHCP, но:
сервер DHCP должен находиться в том же сегменте локальной сетИ, что и его клиенты;
сервер DHCP должен корректно конфигурировать клиентов, что опять же непросто в сложной сегментированной сетИ.
Таким образом, я рекомендую выводить все сегменты на один маршрутизатор (если он справляется с нагрузкой) либо пользоваться возможностями, предоставляемыми динамической маршрутизацией.
В дополнение я хотел бы рассмотреть взаимодействие Internet и Intranet в случае, когда имея один выделенный провайдером IP-номер, клиент подключает всю сеть через Proxy-сервер; причем его сеть вдобавок сама сегментирована маршрутизатором.
Я не просто так отделил чертой ppp0: от ep0: - форвардинг на proxy запрещен, ибо извне (от провайдера) никому, кроме 172.16.3.19/30 пакетов не придет, а значит, машины из нашей сети не должны посылать пакеты наружу в связи с полной бесполезностью этого дела.
Раб.станции в сегментах ws.1 и ws.2 конфигурируются без проблем, это уже не раз рассматривалось: номер/маска и default->router. Раб.станции в сегменте ws.0, как это ни покажется странным некоторым читателям, конфигурируются точно также: proxy - не маршрутизатор, для ws.0 есть единственный маршрутизатор, значит, он и будет default.
Конфигурируем router:
ifconfig ep0 inet 192.168.0.1 netmask 255.255.255.0 ifconfig ep1 inet 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0 и так далее (обратите внимание на подчеркнутые цифры)
А вот `routeadddefault[...]` у него нет и не должно быть - маршрутизатор в сети единственный, никому доверить маршрутизацию неизвестных ему номеров он не может.
Интерфейсы конфигурируются просто, мы это уже проходили. Очевидно, что default должен указывать на провайдера, который для нас представляет весь гигантский Internet. Но в этом случае пакеты, предназначенные для машин из других сегментов нашей локальной сетИ, будут отправлены провайдеру, что не есть хорошо. И тогда мы добавляем еще одну строку, которая указывает, что все Intranet'овские адреса, кроме находящихся в сегменте ws.0, доступны через маршрутизатор.
Вместо того, чтобы прописывать маршрутизацию, можно выставить на ep0 маску 255.255.0.0, расчитывая на ARP-proxy router'а. Если router не имеет ARP-proxy, это будет нормально работать при обращении машин в Internet (все такие обращения делаются по их инициативе), но будут проблемы при обращении proxy как раб.станции к серверу из другого сегмента нашей сети (например, за доступом к файлам или принтерам).
Примечания:
Прозрачный - Сегмент Internet сам может быть сегментирован на уровне MAC, например, коммутатором. Прозрачность проявляется в том, что маршрутизатор, работающий на уровне IP, не должен заботиться об этом; в частности, IP-маршрутизация не предусматривает прохождения broadcast-сообщения (в отличие от multicast), но broadcast сообщения должны свободно распространяться по всей локальной сетИ - это нужно, в частности, для протокола ARP. Последовательным портом в данном случае называется любой порт, выдающий данные побайтно (асинхронный COM, синхронный RS-232, принтерный LPT) в отличие от сетевого интерфейса, выдающего данные пакетами. Отличается от сетевого тем, что с помощью последовательных интерфейсов можно связывать напрямую ровно два компьютера, а значит, такой способ не нуждается в адресации пакетов на MAC-уровне. DNS - Domain Name Service, позволяющий узнать IP-номер и некоторую другую информацию о машине по доменному имени, а также доменное имя по IP-номеру. В частности, зона определения имени по номеру может быть делегирована только на сеть класса A, B или C и никак иначе. :-( Подробнее о DNS:
# Set up all the network interfaces, calling startup scripts if needed for ifn in ${network_interfaces}; do eval ifconfig_args=\$ifconfig_${ifn} ifconfig ${ifn} ${ifconfig_args} ifconfig ${ifn} done if [ -n "$defaultrouter" -a "x$defaultrouter" != "xNO" ] ; then static_routes="default ${static_routes}" route_default="default ${defaultrouter}" fi # Set up any static routes. This should be done before router discovery. if [ "x${static_routes}" != "x" ]; then for i in ${static_routes}; do eval route_args=\$route_${i} route add ${route_args} done fi
а localhost определяется по файлу /etc/hosts, в котором содержится
127.0.0.1 localhost.домен localhost
и некоторые другие адреса/имена, которые машина должна знать даже в случае недоступности DNS-сервера; как минимум, там кроме loopback содержатся адреса остальных интерфейсов данной машины, ассоциированные с ее доменным именем в полной и короткой форме. Протокол ARP используется в локальных сетях, имеющих свою собственную нумерацию (Ethernet, TokenRing, X.25) и нужен для того, чтобы не прописывать вручную соответствие IP-адресов номерам сетевых адаптеров. После старта системы таблицы ARP пусты; если приходит IP-пакет от какой-либо станции, фиксируется соответствие ее IP-номера номеру ее сетевой карты. Если надо послать пакет по IP-номеру, для которого неизвестен номер сетевой карты, посылается широковещательное (в понимании локальной сетИ) сообщение. Зацикливание пакета в некоторых алгоритмах рассматривается как результат неправильной маршрутизации. Каждый пакет имеет конечное время жизни, задаваемое отправителем и не превышающее 255 секунд, причем каждый маршрутизатор, через который проходил пакет, уменьшает это число как минимум на единицу, а значит пакет не может бесконечно метаться между маршрутизаторами - он умрет и о его смерти известят отправителя отдельным пакетом (на этом основана работа traceroute). Тем не менее некоторые маршрутизаторы во избежание засорения полосы пропускания сами убивают пакеты, которые, судя по их таблицам маршрутизации, следует отправлять через тот интерфейс, через который они пришли.
Протокол DHCP (Dynamic Host Configure Protocol) является подмножеством протокола BootP, который по запросу машины выдает ей IP-адрес, маску, номер DNS-сервера и т.д. вплоть до загружаемой через сеть операционной системы. Как правило, DHCP применяется в случае, когда запрашивающая машина не знает ни своего адреса, ни адреса DHCP-сервера; в этом случае она находит сервер, посылая широковещательный запрос, а значит, они должны быть в одном сегменте локальной сетИ.
