Протоколы ARP, RARP, ICMP, IGMP

1.     Протокол преобразования адресов ARP

1.1.      Назначение протокола ARP. ARP-таблицы. Статические и динамические записи ARP-таблиц, ARP-кэш

ARP-таблица для преобразования адресов

ARP Кэш

1.2.      Схема работы протокола ARP

Запросы и ответы протокола ARP

Продолжение преобразования адресов

Уполномоченный агент ARP

1.3.      Формат пакета ARP

1.4.      Протокол Proxy- ARP

2.     RARP.

2.1.      Назначение протокола RARP

2.2.      Формат RARP-сообщения

3.     Протокол ICMP.

3.1.      Назначение протокола ICMP

3.2.      Формат ICMP-пакета

3.3.      Утилита ping

3.4.      Утилита traceroute

4.     Протокол IGMP.

4.1.      Назначение протокола IGMP

4.2.      Формат IGMP-сообщений

 

1.    Протокол преобразования адресов ARP

1.1. Назначение протокола ARP. ARP-таблицы. Статические и динамические записи ARP-таблиц, ARP-кэш

Любое устройство, подключенное к локальной сети (Ethernet, FDDI и т.д.), имеет уникальный физический сетевой адрес, заданный аппаратным образом. 6-байтовый Ethernet-адрес выбирает изготовитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Если у машины меняется сетевой адаптер, то меняется и ее Ethernet-адрес.

4-байтовый IP-адрес задает менеджер сети с учетом положения машины в сети Интернет. Если машина перемещается в другую часть сети Интернет, то ее IP-адрес должен быть изменен. Преобразование IP-адресов в сетевые выполняется с помощью arp-таблицы. Каждая машина сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера. Не трудно видеть, что существует проблема отображения физического адреса (6 байт для Ethernet) в пространство сетевых IP-адресов (4 байта) и наоборот.

Протокол ARP (address resolution protocol, RFC-826) решает именно эту проблему - преобразует ARP- в Ethernet-адреса.

ARP-таблица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.

Табл.1. Пример ARP-таблицы

 

Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными числами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети internet. Если машину перемещают в другую часть сети internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

ARP Кэш

Эффективность функционирования ARP во многом зависит от ARP кэша (ARP cache), который присутствует на каждом хосте. В кэше содержатся Internet адреса и соответствующие им аппаратные адреса. Стандартное время жизни каждой записи в кэше составляет 20 минут с момента создания записи.

 

1.2. Схема работы протокола ARP

ARP предоставляет динамическое сопоставление IP адресов и соответствующих аппаратных адресов. Мы используем термин динамическое, так как это происходит автоматически и обычно не зависит от используемых прикладных программ или воли системного администратора. Порядок преобразования адресов

В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отправляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP. В результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-таблица.

Запросы и ответы протокола ARP

Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

1. По сети передается широковещательный ARP-запрос.
2. Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: "Если ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес". Пакет ARP-запроса выглядит примерно так:

Табл.2. Пример ARP-запроса

 

Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно интерпретировать так: "Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то Ethernet-адрес". Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:

 

Табл.3. Пример ARP-ответа

 

Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.

 

Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.

Обновленная таблица выглядит следующим образом:

Табл.4. ARP-таблица после обработки ответа

Продолжение преобразования адресов

Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните, ранее на шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с использованием обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IPадреса в Ethernet-адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети. Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:

1. По сети передается широковещательный ARP-запрос.
2. Исходящий IP-пакет ставится в очередь.
3. Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии IP- и Ethernet-адресов. Эта информация заносится в ARP-таблицу.
4. Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у IP-пакета, поставленного в очередь, используется ARP-таблица.
5. Ethernet-кадр передается по сети Ethernet.

Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осуществить преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходимая для преобразования информация получается с помощью запросов и ответов протокола ARP, после чего IP-пакет передается по назначению.

Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.

 Уполномоченный агент ARP

Уполномоченный агент ARP позволяет маршрутизатору отвечать на ARP запросы в одну сеть, в то время как запрашиваемый хост находится в другой сети. С помощью этого средства происходит обман отправителя, который отправил ARP запрос, после чего он думает, что маршрутизатор является хостом назначения, тогда как в действительности хост назначения находится "на другой стороне" маршрутизатора. Маршрутизатор выступает в роли уполномоченного агента хоста назначения, перекладывая пакеты от другого хоста.

Для того чтобы лучше описать работу уполномоченных агентов ARP, мы рассмотрим пример. Из рисунка 3.10 видно, что система sun подключена к двум сетям Ethernet. Однако в действительности это не так, в чем можно убедиться, если сравнить этот рисунок с рисунком, который приведен на внутренней стороне обложки. Между sun и подсетью 140.252.1 находится маршрутизатор, который выступает в роли уполномоченного агента ARP, при этом все выглядело так, как будто sun находится в подсети 140.252.1. На рисунке 4.6 показано, что Telebit NetBlazer, названный netb, находится между подсетью и хостом sun.

Рисунок 4.6 Пример уполномоченного ARP.

 

Когда какой-либо другой хост в подсети 140.252.1 (скажем, gemini) хочет послать IP датаграмму хосту sun на адрес 140.252.1.29, gemini сравнивает идентификатор сети (140.252) и идентификатор подсети (1), и если они идентичны, отправляет ARP запрос в верхний Ethernet (на рисунке 4.6) на IP адрес 140.252.1.29. Маршрутизатор netb распознает этот IP адрес как принадлежащий одному из dialup хостов и отвечает, отправив аппаратный адрес этого Ethernet интерфейса в кабель 140.252.1. Хост gemini посылает IP датаграмму в netb по Ethernet, а netb направляет датаграмму в sun по SLIP каналам с дозвоном (dialup). Это делает его прозрачным для всех хостов подсети 140.252.1, так как хост sun действительно находится "позади" маршрутизатора netb.

 

 

 

1.3. Формат пакета ARP

На рисунке показан формат ARP запроса и формат ARP отклика, в случае использования Ethernet и IP адресов. (ARP можно использовать в других сетей, при этом он способен устанавливать соответствие не только для IP адресов. Первые четыре поля, следующие за полем типа фрейма, указывают на типы и размеры заключительных четырех полей.)

Рисунок . Формат ARP запроса или отклика при работе с Ethernet.

 

Два первых поля в Ethernet заголовке - поля источника и назначения Ethernet. Специальный адрес назначения Ethernet, состоящий из всех единиц, означает широковещательный адрес. Фреймы с таким адресом будут получены всеми Ethernet интерфейсами на кабеле.

Двухбайтовый тип фрейма (frame type) Ethernet указывает, данные какого типа, пойдут следом. Для ARP запроса или ARP отклика это поле содержит 0x0806.

Выражения аппаратный (hardware) и протокол (protocol) используются для описания полей в пакетах ARP. Например, ARP запрос запрашивает аппаратный адрес (в данном случае Ethernet адрес) соответствующий адресу протокола (в данном случае IP адрес).

Поле hard type указывает на тип аппаратного адреса. Для Ethernet это значение равно единице. Prot type указывает тип адреса протокола, к которому будет приведено соответствие. Для IP адресов используется значение 0x0800. По своему целевому назначению это значение соответствует полю типа во фрейме Ethernet, который содержит IP датаграмму. (См. рисунок 2.1.)

Два следующих однобайтных поля, hard size и prot size, указывают на размеры в байтах аппаратного адреса и адреса протокола. В ARP запросах и откликах они составляют 6 для Ethernet и 4 для IP адреса.

Поле op указывает на тип операции: ARP запрос (значение устанавливается в 1), ARP отклик (2), RARP запрос (3) и RARP отклик (4). Это поле необходимо, так как поля типа фрейма (frame type) одинаковы для ARP запроса и ARP отклика.

Следующие четыре поля: аппаратный адрес отправителя (Ethernet адрес в данном примере), адрес протокола (IP адрес), аппаратный адрес назначения и адрес протокола назначения. Обратите внимание, что в данном случае происходит некоторое дублирование информации: аппаратный адрес отправителя может быть получен как из Ethernet заголовка, так и из ARP запроса.

Для ARP запроса все поля заполнены, за исключением аппаратного адреса назначения. Когда система получает ARP запрос, который предназначается ей, она вставляет свой аппаратный адрес, меняет местами адреса источника и назначения, устанавливает поле op в значение 2 и отправляет отклик.

 

1.4. Протокол Proxy- ARP

Еще одна разновидность протокола ARP служит для того, чтобы один и тот же сетевой префикс адреса можно было использовать для двух сетей. Этот протокол называется смешанным протоколом ARP (proxy). Предположим, мы имеем сеть из четырех ЭВМ (1-4; рис. 4.4.7.1), которую бы мы хотели соединить с другой сетью из четырех ЭВМ (5-8), причем так, чтобы машины взаимодействовали друг с другом так, будто они принадлежат одной сети. Решить эту проблему можно, соединив эти сети через маршрутизатор M, работающий в соответствии со смешанным протоколом ARP (функционально это IP-мост). Маршрутизатор знает, какая из машин принадлежит какой физической сети. Он перехватывает широковещательные ARP-запросы из сети 1, относящиеся к сети 2, и наоборот. Во всех случаях в качестве физического адреса маршрутизатор возвращает свой адрес. В дальнейшем, получая дейтограммы, он маршрутизирует их на физические адреса по их IP-адресам.

Рис. 4.4.7.1. Использование протокола proxy ARP

Не трудно видеть, что в смешанном протоколе ARP нескольким IP-адресам ставится в соответствие один и тот же физический адрес. Поэтому системы, где предусмотрен контроль за соответствием физических и IP-адресов, не могут работать со смешанным протоколом ARP. Главным преимуществом этого протокола является то, что он позволяет путем добавления одного маршрутизатора (Gateway) подключить к Интернет еще одну сеть, не изменяя таблиц маршрутизации в других узлах. Этот протокол удобен для сети, где есть ЭВМ, не способная работать с субсетями. Протокол используется при построении сетей Интранет.

2.    RARP.

2.1. Назначение протокола RARP

Когда загружается система с локальным диском, она обычно получает свой IP адрес из конфигурационного файла, который считывается с диска. Однако для систем, не имеющих диска, таких как X терминалы или бездисковые рабочие станции, требуются другой способ определения собственного IP адреса.

Каждая система в сети имеет уникальный аппаратный адрес, который назначается производителем сетевого интерфейса (сетевой платы). Принцип работы RARP заключается в том, что бездисковая система может считать свой уникальный аппаратный адрес с интерфейсной платы и послать RARP запрос (широковещательный фрейм в сеть), где потребует кого-нибудь откликнуться и сообщить IP адрес (с помощью RARP отклика).

Протокол (и сервер) RARP обеспечивает определение IP адреса по MAC адресу (например, при загрузке устройства, не имеющего возможности хранить свой собственный IP адрес), т.е. Выполняет функции обратные протоколу ARP. Уникальный MAC адрес обеспечивается изготовителем устройства.

Клиент RARP посылает широковещательный кадр Ethernet с запросом, содержащим MAC адрес целевого узла. В ответ от сервера ожидается RARP пакет (unicast), содержащий соответствующий ему IP адрес. Ответ может быть получен непосредственно от RARP сервера или от посредника (proxy). В качестве посредника обычно выступает маршрутизатор. В сегменте сети может быть несколько RARP серверов, так что можно ожидать несколько ответов.

RARP используется большинством бездисковых систем при загрузке, для получения свох IP адресов. Формат пакета RARP практически идентичен пакету ARP. Запрос RARP широковещательный, в нем содержится аппаратный адрес отправителя, при этом он спрашивает кого-либо послать ему его IP адрес. Отклик обычно персональный.

Проблемы с RARP заключаются в том, что он использует широковещательные запросы на канальном уровне, поэтому большинство маршрутизаторов не могут перенаправлять RARP запросы; а также в том, что передается минимум необходимой информации: только IP адрес системы. В главе 16 мы увидим, что BOOTP сообщает значительно больше информации необходимой при загрузке бездисковых систем: IP адрес, имя хоста, с которого происходит загрузка, и так далее.

Несмотря на то что концепция RARP довольно проста, реализация RARP сервера зависит от системы. Также надо отметить, что не все TCP/IP реализации предоставляют RARP сервер.

 

2.2. Формат RARP-сообщения

Формат пакета RARP практически идентичен пакету ARP .

Единственное отличие заключается в том, что поле тип фрейма (frame type) для запроса или отклика RARP установлено в 0x8035, а поле op имеет значение 3 для RARP запроса и значение 4 для RARP отклика.

RARP запрос является широковещательным, а RARP отклик обычно персональный.

 

3.    Протокол ICMP.

3.1. Назначение протокола ICMP

Протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol) является обязательным стандартом TCP/IP, описанным в документе RFC 792, «Internet Control Message Protocol (ICMP)». Используя ICMP, узлы и маршрутизаторы, связывающиеся по протоколу IP, могут сообщать об ошибках и обмениваться ограниченной управляющей информацией и сведениями о состоянии.

ICMP-сообщения обычно автоматически отправляются в следующих случаях.

•	IP-датаграмма не может попасть к узлу назначения.
•	IP-маршрутизатор (шлюз) не может перенаправлять датаграммы с текущей скоростью передачи.
•	IP-маршрутизатор перенаправляет узел-отправитель на другой, более выгодный маршрут к узлу назначения.

 

Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.

Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.

Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.

3.2. Формат ICMP-пакета

ICMP-сообщения инкапсулируются и передаются в IP-датаграммах, как показано на следующем рисунке.

Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.

Поле типа может иметь следующие значения:

Значение	Тип сообщения
0	Эхо-ответ (Echo Replay)
3	Узел назначения недостижим (Destination Unreachable)
4	Подавление источника (Source Quench)
5	Перенаправление маршрута (Redirect)
8	Эхо-запрос (Echo Request)
11	Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram)
12	Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)
13	Запрос отметки времени (Timestamp Request)
14	Ответ отметки времени (Timestamp Replay)
17	Запрос маски (Address Mask Request)
18	Ответ маски (Address Mask Replay)

Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.

3.3. Утилита ping

ping — это служебная компьютерная программа, предназначенная для проверки соединений в сетях на основе TCP/IP.

Она отправляет запросы Echo-Request протокола ICMP указанному узлу сети и фиксирует поступающие ответы (ICMP Echo-Reply). Время между отправкой запроса и получением ответа (RTT, от англ. Round Trip Time) позволяет определять двусторонние задержки (RTT) по маршруту и частоту потери пакетов, то есть косвенно определять загруженности каналов передачи данных и промежуточных устройств.

Также пингом называется время, затраченное на передачу пакета информации в компьютерных сетях от клиента к серверу и обратно от сервера к клиенту, измеряется в миллисекундах. Время пинга связано со скоростью соединения и загруженностью каналов на всём протяжении от клиента к серверу.

Полное отсутствие ICMP-ответов может также означать, что удалённый узел (или какой-либо из промежуточных маршрутизаторов) блокирует ICMP Echo-Reply или игнорирует ICMP Echo-Request.

Программа ping является одним из основных диагностических средств в сетях TCP/IP и входит в поставку всех современных сетевых операционных систем. Функциональность ping также реализована в некоторых встроенных ОС маршрутизаторов, доступ к результатам выполнения ping для таких устройств по протоколу SNMP определяется RFC 2925 (Definitions of Managed Objects for Remote Ping, Traceroute, and Lookup Operations).

Так как программа использует ICMP и создает raw-пакеты для её выполнения в unix-системах необходимы права суперпользователя. Чтобы обычные пользователи могли использовать ping на /bin/ping ставят SUID бит в права доступа.

3.4. Утилита traceroute

Traceroute — это служебная компьютерная программа, предназначенная для определения маршрутов следования данных в сетях TCP/IP. Traceroute основана на протоколе ICMP.

Программа traceroute выполняет отправку данных указанному узлу сети, при этом отображая сведения о всех промежуточных маршрутизаторах, через которые прошли данные на пути к целевому узлу. В случае проблем при доставке данных до какого-либо узла программа traceroute позволяет определить, на каком именно участке сети возникли неполадки.

Traceroute входит в поставку большинства современных сетевых операционных систем. В системах Microsoft Windows эта программа носит название tracert.

Принцип работы traceroute

Для определения промежуточных маршрутизаторов traceroute отправляет серию пакетов данных целевому узлу, при этом каждый раз увеличивая на 1 значение поля TTL («время жизни»). Это поле обычно указывает максимальное количество маршрутизаторов, которое может быть пройдено пакетом. Первый пакет отправляется с TTL, равным 1, и поэтому первый же маршрутизатор возвращает обратно сообщение ICMP, указывающее на невозможность доставки данных. Traceroute фиксирует адрес маршрутизатора, а также время между отправкой пакета и получением ответа (эти сведения выводятся на монитор компьютера). Затем traceroute повторяет отправку пакета, но уже с TTL, равным 2, что позволяет первому маршрутизатору пропустить пакет дальше.

Процесс повторяется до тех пор, пока при определённом значении TTL пакет не достигнет целевого узла. При получении ответа от этого узла процесс трассировки считается завершённым.

4.    Протокол IGMP.

4.1. Назначение протокола IGMP

Передача мультимедийных данных по сетям Интернет является одним из наиболее важных направлений. Этот вид информации передается обычно в режиме без установления соединения (протокол UDP-RTP). Наиболее типичной схемой в этом случае является наличие одного передатчика и большого числа приемников. Эта схема реализуется с использованием мультикастинг-адресации. Мультикастинг-адресация может осуществляться на IP- и MAC-уровнях. В Ethernet для этих целей зарезервирован блок адресов в диапазоне от 01:00:5E:00:00:00 до 01:00:5E:7F:FF:FF. Первый байт адреса, равный 01, указывает на то, что адрес является мультикастным. Данная схема резервирования адресного пространства позволяет использовать 23 бита Ethernet-адреса для идентификации группы рассылки при IP-мультикастинге (см. рис. 4.4.9.1.).

Рис. 4.4.9.1. Соотношение мультикастинговых MAC- и IP-адресов

Область из 5 бит в IP-адресе, отмеченная *****, не используется при формировании Ethernet-адреса. Так как соотношение IP и MAC-адресов не является однозначным, драйверы должны обеспечивать обработку адресов с тем, чтобы интерфейсы получали только те кадры, которые действительно им предназначены. Для того чтобы информировать маршрутизатор о наличии участников мультикастинг-обмена в субсети, связанной с тем или иным интерфейсом, используется протокол IGMP.

Протокол IGMP (internet group management protocol, RFC-1112) используется для видеоконференций, передачи звуковых сообщений, а также группового исполнения команд различными ЭВМ. Этот протокол использует групповую адресацию (мультикастинг).

Групповая форма адресации нужна тогда, когда какое-то сообщение или последовательность сообщений необходимо послать нескольким (но не всем) адресатам одновременно. При этой форме адресации ЭВМ имеет возможность выбрать, хочет ли она участвовать в этой процедуре. Когда группа ЭВМ хочет взаимодействовать друг с другом, используется один групповой (мультикастинг) адрес. Групповая адресация может рассматриваться как обобщение обычной системы адресов, а традиционный IP-адрес - частный случай группового обращения при числе ЭВМ, равном 1.

При групповой адресации один и тот же пакет может быть доставлен заданной группе ЭВМ. Членство в этой группе может динамично меняться со временем. Любая ЭВМ может войти в группу и выйти из группы в любое время по своей инициативе. В то же время ЭВМ может быть членом большого числа таких групп. ЭВМ может посылать пакеты членам группы, не являясь им сама. Каждая группа имеет свой адрес класса D (рис. 4.4.9.2, см. также рис. 4.4.9.1).

Рис. 4.4.9.2. Формат группового адреса

Адрес 224.0.0.1 предназначен для обращения ко всем группам (все узлы и серверы, вовлеченные в данный момент в мультикастинг-обмен, например, участвующие в видеоконференции). ЭВМ может участвовать в мультикастинг-процессе на одном из следующих уровней:

Таблица 4.4.9.1. Коды мультикастинг-процессов

Ряд мультикастинг-адресов зарезервировано строго для определенных целей.

Таблица 4.4.9.2. Зарезервированные мультикастинг-адреса

 

Для того чтобы участвовать в коллективных обменах в локальной сети ЭВМ должна быть снабжена программой, которая поддерживает этот режим. При этом сервер локальной сети (gateway) информируется о намерении использовать мультикастинг. Сервер передает эту информацию другим внешним серверам IP-сети. Следует иметь в виду, что мультикастинг также как и широковещательный режим, заметно загружает сеть. IGMP для передачи своих сообщений использует IP-дейтограммы (IGMP-пакеты инкапсулируются в них). Для подключения к группе сначала посылается IGMP-сообщение "всем ЭВМ" о включении в группу, при этом локальный мультикаст-сервер подготавливает маршрут. Локальный мультикаст-сервер время от времени проверяет ЭВМ и определяет, не покинули ли они группу (ЭВМ не подтверждает свое членство в группе). Все обмены между ЭВМ и мультикаст-сервером производятся в режиме ip-мультикастинга, те есть, любое сообщение адресуется всем ЭВМ группы. ЭВМ, не принадлежащая группе, IGMP-сообщений не получает, что сокращает загрузку сети.

Протокол IGMP используется при организации мультикастинг-туннелей для передачи звуковой и видеоинформации. Для решения проблем мультимедиа в сетях Интернет используется идея MBONE.

По умолчанию мультикаст-дейтограммы имеют значение поля TTL=1, что ограничивает их распространение одной субсетью. Приложения могут увеличивать значение TTL. Первая дейтограмма, тем не менее, всегда имеет TTL=1. Если получение этой дейтограммы не подтверждается сервером, посылается вторая - с TTL=2 и т.д. Таким образом попутно измеряется и число шагов между клиентом и сервером. Для случая, когда число шагов не более 1, зарезервирован блок адресов 224.0.0.0 - 224.0.0.255. Маршрутизатор не обрабатывает пакеты с такими адресами вне зависимости от кода поля TTL.

При использовании мультикастинга MAC-переключатели переадресуют пакеты через все имеющиеся интерфейсы, что заметно ухудшает эффективность сети. Чтобы решить эту проблему компания CISCO разработала протокол CGMP (Cisco Group Management Protocol), который позволяет взаимодействовать маршрутизаторам и переключателям, что позволяет передавать мультикаст-пакеты только на те интерфейсы, где имеются активные члены группы.

 

4.2. Формат IGMP-сообщений

Формат сообщений в протоколе IGMP имеет вид, показанный ниже на рис. 4.4.9.3.

Рис. 4.4.9.3. Формат IGMP-сообщений

Поле версия определяет используемую версию протокола, поле тип=1 говорит о том, что это запрос, отправленный мультикастинг-маршрутизатором, тип=2 указывает, что этот отклик послан ЭВМ. ЭВМ использует групповой адрес, чтобы сообщить о своем подключении к группе. Контрольная сумма вычисляется по тому же алгоритму, что и для ICMP. IGMP-сообщения используются мультикастинг-маршрутизаторами для того, чтобы отслеживать членство в группе каждой из сетей, подключенных к нему. В группе может участвовать несколько активных процессов в одной и той же ЭВМ, но при этом посылается только один запрос для регистрации. Когда какой-то процесс покидает группу, ЭВМ не шлет сообщения об этом, даже в случае, когда это последний из процессов - членов группы на данной ЭВМ. Просто при очередном запросе ЭВМ не подтвердит членство в группе. Мультикастинг-маршрутизатор регулярно посылает запросы с требованием подтвердить участие в группе. ЭВМ посылает отклик- подтверждение для каждой из групп, если у нее есть хотя бы один процесс - член группы. На основе этих запросов-откликов мультикастинг-маршрутизатор составляет и поддерживает таблицу интерфейсов, которые имеют одну или более ЭВМ, входящих в мультикастинг-группы.