Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Существуют различные методы повышения эффективности протокола ARP. Во-первых, машина, на которой работает протокол ARP, может запоминать результат преобразования адреса на случай, если ей придется снова связываться с той же машиной. В следующий раз она найдет нужный адрес в своем кэше, сэкономив, таким образом, на рассылке широковещательного пакета. Скорее всего, хосту 2 понадобится отослать ответ на пакет, что также потребует от него обращения к ARP для определения адреса отправителя. Этого обращения можно избежать, если отправитель включит в ARP-пакет свои IP- и Ethernet-адреса. Когда широковещательный ARP-пакет прибудет на хост 2, пара (192.31.65.7, E1) будет сохранена хостом 2 в ARP-кэше для будущего использования. Более того, эту пару адресов могут сохранить у себя все машины сети Ethernet.

Чтобы разрешить изменение соответствий адресов, например, если хост использует новый IP-адрес (но Ethernet-адрес остается прежним), записи в ARP-кэше должны устаревать за несколько минут. Существует хороший способ поддержания актуальности информации об адресах в кэше, улучшая при этом производительность. Идея в том, что каждая машина может рассылать свою пару адресов во время настройки. Обычно эта широковещательная рассылка производится в виде ARP-пакета, запрашивающего свой собственный IP-адрес. Ответа на такой запрос быть не должно, но все машины могут запомнить эту пару адресов. Это называется добровольным ARP-сообщением ( gratuitous ARP). Если ответ все же (неожиданно) придет, это будет означать, что двум машинам назначен один и тот же IP-адрес. Эти машины не смогут пользоваться сетью, пока проблема не будет решена системным администратором.

Посмотрим снова на рис. 5.52. Пусть на этот раз хост 1 хочет послать пакет хосту 4 (192.31.63.8) в сети EE. Хост 1 увидит, что IP-адрес получателя не относится к сети CS. Он знает, что такие внешние пакеты нужно передавать на маршрутизатор, который иногда называют шлюзом по умолчанию( default gateway). По соглашению принято, что шлюз по умолчанию имеет наименьший адрес сети (198.31.65.1). Но чтобы отправить кадр на этот маршрутизатор, хост 1 должен знать еще и Ethernet-адрес интерфейса маршрутизатора в сети CS. Поэтому он отправляет широковещательный ARP-пакет для 198.31.65.1 и узнает E3. После этого он отправляет кадр. Аналогичным образом пакеты передаются от одного маршрутизатора к другому на всем пути до места назначения.

Когда сетевая карта Ethernet получает этот кадр, она передает пакет на обработку программным средствам IP. По сетевым маскам маршрутизатор понимает, что пакет должен быть доставлен на хост 4 в сети EE. Если ему неизвестен Ethernet-адрес хоста 4, он снова будет использовать ARP. В таблице на рис. 5.52 приведен список Ethernet- и IP-адресов из кадров сетей CS и EE. Обратите внимание на то, что для одного кадра в разных сетях Ethernet-адреса меняются, а IP-адреса — нет (так как они указывают на конечную точку во всех объединенных сетях).

Существует способ передать пакет от хоста 1 хосту 4 так, чтобы отправитель не знал, что получатель находится в другой сети. Для этого нужно, чтобы маршрутизатор отвечал на ARP-запросы сети CS для хоста 4, передавая при этом свой Ethernet-адрес E3. Хост 4 не ответит, так как не увидит широковещательного пакета (маршрутизаторы не переправляют широковещательные пакеты Ethernet-уровня). В результате маршрутизатор получит кадры для 192.32.63.8 и передаст их в сеть EE. Такой метод называется ARP-прокси( ARP-proxy). Он используется в особых случаях, когда хосту требуется сымитировать свое присутствие в какой-либо сети. Например, если портативному компьютеру нужен еще один узел, который принимал бы пакеты для него, когда компьютер находится вне домашней сети.

Протокол динамической конфигурации узла DHCP

Протокол ARP (как и другие интернет-протоколы) предполагает, что хосты обладают базовыми сведениями, например, знают свой IP-адрес. Но как хосты получают эту информацию? Можно настраивать их вручную, это очень трудоемкий процесс, к тому же часто приводящий к ошибкам. Есть более удобный способ: он называется DHCP ( Dynamic Host Configuration Protocol— протокол динамической настройки хостов).

Каждая сеть должна иметь DHCP-сервер, отвечающий за настройки. При запуске у каждого компьютера есть встроенный в сетевую карту Ethernet-адрес или другой адрес канального уровня, но нет IP-адреса. Для отыскания своего IP-адреса компьютер широковещательным способом распространяет специальный пакет DHCP DISCOVER. Он должен прибыть на DHCP-сервер. Если этот сервер не подключен к сети напрямую, пакет будет ретранслирован на DHCP-сервер независимо от того, где он находится.

Когда сервер получает пакет, он выделяет свободный IP-адрес и отправляет его обратно с помощью пакета DHCP OFFER (который также может ретранслироваться). Чтобы это было возможным, даже если у хоста нет IP-адреса, сервер определяет хост по его Ethernet-адресу (который содержится в пакете DHCP DISCOVER).

Встает вопрос: на какое время можно выдавать в автоматическом режиме IP-адреса из пула? Если хост покинет сеть и не освободит захваченный адрес, этот адрес будет навсегда утерян. С течением времени будет теряться все больше адресов. Для предотвращения этих неприятностей нужно выдавать IP-адреса не навсегда, а на определенное время. Такая технология называется лизингом( leasing). Перед окончанием срока действия лизинга хост должен послать на DHCP-сервер запрос о продлении срока пользования IP-адресом. Если такой запрос не был сделан или в просьбе было отказано, хост не имеет права продолжать использование выданного ранее адреса.

Протокол DHCP описан в RFC 2131 и 2132. Он широко используется в Интернете для настройки ряда параметров и приписывания IP-адресов. Помимо сетей предприятий и домашних сетей, DHCP используют интернет-провайдеры. С его помощью они настраивают устройства через интернет-соединение, чтобы абонентам не приходилось узнавать эту информацию у своего провайдера по телефону. Чаще всего с помощью

DHCP передается маска сети, IP-адрес шлюза по умолчанию, а также IP-адреса DNS и серверов времени. DHCP во многом заменил своих предшественников (RARP и BOOTP), функциональность которых оставляла желать лучшего.

5.6.5. Коммутация меток и MPLS

До сих пор, путешествуя по сетевому уровню Интернета, мы говорили в основном о пакетах и дейтаграммах, передаваемых IP-маршрутизаторами. Сейчас все более популярной (особенно у провайдеров) становится еще одна технология, позволяющая передавать интернет-трафик по сети. Она называется MPLS (Multiprotocol Label Switching — мультипротокольная коммутация меток) и находится в опасной близости к коммутации каналов. Хотя многие члены интернет-сообщества испытывают неприязнь к сетям, ориентированным на соединение, похоже, что эта идея снова становится популярной. Как однажды сказал Йоги Берра, и снова это дежавю. Но в том, как маршруты создаются в Интернете и в сетях, ориентированных на соединение, есть существенная разница. Так что этот метод — не то же самое, что коммутация каналов.