Тема курсовой работы: взаимодействие протоколов IP, ARP, Ethernet и DNS.
Протокол IP – это основной протокол сетевого уровня, который определяет способ адресации на сетевом уровне [1].
Протокол ARP (Address Resolution Protocol) – это протокол TCP/IP, помогающий определить IP – адрес, но для этого необходимо знать MAC – адрес локальной сети [2, 213с.].
Ethernet – это пакетная технология передачи данных в локальных вычислительных сетях. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3 [3].
DNS (Domain Name System – система доменных имен) – это служба, которая основана на распределенной базе отображений «доменное имя – IP – адрес». Данная служба применяет при работе протокол типа «клиент - сервер» [4, 92с.].
Целью работы является изучение взаимодействия протоколов IP, ARP, Ethernet и DNS.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- рассмотреть процесс формирования IP – пакета с инкапсулированным в него DNS – запросом;
- рассмотреть передачу кадра Ethernet с IP – пакетом маршрутизатору;
- определить IP – адрес и MAC – адрес следующего маршрутизатора;
- рассмотреть процесс доставки пакета маршрутизатором R2 DNS – серверу;
- рассмотреть процесс обработки кадра Ethernet сетевым адаптером DNS – сервера;
- рассмотреть процесс доставки DNS – ответа DNS – клиенту.
Исходные данные представлены в таблице ниже:
| Устройство | IP – адрес | MAC – адрес | Символьный адрес |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Клиент | 204.32.14.21 | 008048A23521 | |
| FTP – сервер | 192.11.18.19 | 001C00016716 | miu.by |
| DNS – сервер | 100.15.18.19 | 00EF77278413 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Маршрутизатор R2 | 192.0.57.79 100.15.19.22 | 004FB2566602 004FB2H95411 | |
| Маршрутизатор R3 | 204.32.74.2 199.18.31.14 | 003B00178784 003B00118991 | |
1 Формирование IP – пакета с инкапсулированным в него DNS – запросом
Рассмотрим процесс продвижения пакета в составной сети на примере IP-сети, показанной на рисунке 1.1. Будем считать, что все узлы сети, рассматриваемой в примере, имеют адреса, которые основаны на классах. Особое внимание уделим взаимодействию протокола IP с протоколами разрешения адресов ARP и DNS.
Пусть пользователю компьютера cit.miu.by, находящегося в сети 204.32.0.0, нужно установить связь с FTP-сервером. Пользователю известно имя сервера miu.by. Поэтому он набирает на клавиатуре команду обращения к FTP-серверу по имени:
> ftp miu.by
Эта команда включает три последовательные операции:
1. передача от клиента DNS-запроса для определения IP-адреса узла назначения;
2. передача от сервера DNS-ответа о найденном IP-адресе FTP-сервера;
3. передача пакета от FTP-клиента к FTP-серверу.
Рассмотрим, как взаимодействуют между собой протоколы DNS, IP, ARP и Ethernet и что происходит с кадрами и пакетами при решении этих задач.
Программный модуль FTP-клиента, получив команду > ftp miu.by, передает запрос к работающей на этом же компьютере клиентской части протокола DNS, которая, в свою очередь, формирует к DNS- серверу запрос, интерпретируемый примерно так: «Какой IP-адрес соответствует символьному имени miu.by?» Запрос упаковывается в UDP-дейтаграмму, затем в IP-пакет.
UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — это один из ключевых элементов TCP/IP, набора сетевых протоколов для Интернета. С UDP компьютерные приложения могут посылать сообщения, которые называются датаграммами, другим хостам по IP-сети без необходимости предварительного сообщения для установки специальных каналов передачи или путей данных. Данный протокол был разработан в 1980 году Дэвидом П. Ридом и официально определён в RFC 768.
2 Передача кадра Ethernet с IP – пакетом маршрутизатору R3
Маршрутизатор — это сетевое устройство, которое необходимо для перенаправления пакетов данных в одной или нескольких подсетях с помощью того или иного принципа. Маршрутизатор имеет возможность анализировать данные, определять адресата и выбирать маршрут уже исходя из полученной информации.
Для передачи этого IP-пакета необходимо его упаковать в кадр Ethernet, указав в заголовке МАС-адрес получателя. Технология Ethernet способна доставлять кадры только тем адресатам, которые находятся в пределах одной подсети с отправителем. Если же адресат расположен вне этой подсети, то кадр надо передать ближайшему маршрутизатору, чтобы тот взял на себя заботу о дальнейшем перемещении пакета. Для этого модуль IP, сравнив номера сетей в адресах отправителя и получателя, то есть 204.32.14.21 и 100.15.18.21, выясняет, что пакет направляется в другую сеть, следовательно, его необходимо передать маршрутизатору, в данном случае маршрутизатору по умолчанию.
IP-адрес маршрутизатора по умолчанию также известен клиентскому узлу, поскольку он входит в число конфигурационных параметров. Однако для кадра Ethernet необходимо указать не IP-адрес, а МАС-адрес получателя.
Эта проблема решается с помощью протокола ARP, который для ответа на вопрос: «Какой МАС-адрес соответствует IP-адресу 204.32.74.2?» — делает поиск в своей ARP-таблице.
Поскольку обращения к маршрутизатору происходят часто, будем считать, что нужный МАС-адрес обнаруживается в таблице и имеет значение 003В00178784. После получения этой информации клиентский компьютер cit.miu.by отправляет маршрутизатору R3 пакет, упакованный в кадр Ethernet (рисунок 2.1).
3 Определение IP – адреса и MAC – адреса следующего маршрутизатора R2
Кадр принимается интерфейсом 204.32.74.2 маршрутизатора R3. Протокол Ethernet, работающий на этом интерфейсе, извлекает из этого кадра IP-пакет и передает его протоколу IP. Протокол IP находит в заголовке пакета адрес назначения 100.15.18.21 и просматривает записи своей таблицы маршрутизации. Пусть маршрутизатор R3 не обнаруживает специфического маршрута для адреса назначения 100.15.18.21, но находит в своей таблице следующую запись:
100.15.0.0 192.0.57.79 192.18.31.14
Эта запись говорит о том, что пакеты для сети 100.15.0.0 маршрутизатор R3 должен передавать на свой выходной интерфейс 192.18.31.14, с которого они поступят на интерфейс следующего маршрутизатора R2, имеющего IP-адрес 192.0.57.79. Однако знания IP-адреса недостаточно, чтобы передать пакет по сети Ethernet. Необходимо определить МАС-адрес маршрутизатора R2. Как известно, такой работой занимается протокол ARP. Пусть на этот раз в ARP-таблице нет записи об адресе маршрутизатора R2. Тогда в сеть отправляется широковещательный ARP-запрос, который поступает на все интерфейсы сети 192.0.0.0. Ответ приходит только от интерфейса маршрутизатора R2: «Я имею IP-адрес 192.0.57.79 и мой МАС-адрес 00E0F77F5A02» (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Кадры Ethernet с инкапсулированным ARP-запросом и ARP-ответом
Теперь, зная МАС-адрес маршрутизатора R2 (004FB2566602), маршрутизатор R3 отсылает ему IP-пакет с DNS-запросом (рисунок 3.2).
Модуль IP на маршрутизаторе R2 действует в соответствии с уже не раз описанной нами процедурой: отбросив заголовок кадра Ethernet, он извлекает из пакета IP-адрес назначения и просматривает свою таблицу маршрутизации. Там он обнаруживает, что сеть назначения 100.15.0.0 является непосредственно присоединенной к его второму интерфейсу. Следовательно, пакет не нужно маршрутизировать, однако требуется определить МАС-адрес узла назначения. Протокол ARP «по просьбе» протокола IP находит (либо из ARP-таблицы, либо по запросу) требуемый МАС-адрес 00EF77278413 DNS-сервера. Получив ответ о МАС-адресе, маршрутизатор R2 отправляет в сеть назначения кадр Ethernet с DNS-запросом (рисунок 4.1).
5 Обработка кадра Ethernet сетевым адаптером DNS – сервера
Сетевой адаптер DNS-сервера захватывает кадр Ethernet, обнаруживает совпадение МАС-адреса назначения, содержащегося в заголовке, со своим собственным адресом и направляет его модулю IP. После анализа полей заголовка IP из пакета извлекаются данные вышележащих протоколов. DNS- запрос передается программному модулю DNS-сервера. DNS-сервер просматривает свои таблицы, возможно, обращается к другим DNS-серверам, и в результате формирует ответ, смысл которого состоит в следующем: «Символьному имени miu.by соответствует IP-адрес 192.11.18.19».
Однако следует заметить, что во время всего путешествия пакета по составной сети от клиентского компьютера до DNS-сервера адреса получателя и отправителя в полях заголовка IP-пакета не изменились. Зато в заголовке каждого нового кадра, который переносил пакет от одного маршрутизатора к другому, МАС - адреса отправителя и получателя изменялись на каждом отрезке пути.
6 Доставка DNS – ответа DNS – клиенту
Процесс доставки DNS-ответа совершенно аналогичен процессу передачи DNS-запроса, который мы только что так подробно описали. Работая в тесной кооперации, протоколы IP, ARP и Ethernet передают FTP-клиенту DNS – ответ через всю составную сеть (рисунок 6.1).
В результате проделанной работы было рассмотрено взаимодействие между собой протоколов IP, ARP, Ethernet и DNS на примере составной сети. Цель курсовой работы считается достигнутой, поскольку решены следующие задачи:
- рассмотрен процесс формирования IP – пакета с инкапсулированным в него DNS – запросом;
- рассмотрена передача кадра Ethernet с IP – пакетом маршрутизатору;
- определен IP – адрес и MAC – адрес следующего маршрутизатора;
- рассмотрен процесс доставки пакета маршрутизатором R2 DNS – серверу;
- рассмотрен процесс обработки кадра Ethernet сетевым адаптером DNS – сервера;
- рассмотрен процесс доставки DNS – ответа DNS – клиенту.
Из проделанной работы, можно сделать вывод, что протоколы IP, ARP и Ethernet работая в тесной связи друг с другом, осуществляют доставку пакетов данных через всю составную сеть.
