8.2. Передача данных в сетях с маршрутизаторами

Процесс функционирования протоколов рассмотрен на примере передачи данных по сети (рис.8.4) от узла Host X до узла Host Y через маршрутизаторы A, B, C. Маршрутизаторы соединены между собой через последовательные порты FastEthernet, номера которых также приведены на рисунке. Интерфейсы FastEthernet характеризуются физическими МАС-адресами и логическими IP-адресами. Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов, задействованных в процессе передачи, приведены в табл.8.1. Предположим, что сетевая маска во всех сетях одинакова и равна 255.255.255.0.

Рис.8.4. Передача данных по сети

Таблица 8.1

Адреса узлов и интерфейсов маршрутизаторов

Сообщение, сформированное протоколами верхних уровней компьютера Host X, поступает на сетевой уровень, где IP-протокол формирует пакет данных. Поскольку адрес назначения 200.40.40.7 не относится к сети 172.16.10.0, в которой находится Host X, то необходима маршрутизация.

На канальном уровне узел Host X инкапсулирует сформированный пакет в кадр соответствующей технологии, например, FastEthernet. В заголовке кадра, наряду с другой информацией, указываются МАС-адреса источника и назначения. МАС-адрес источника в данном примере будет 011ABC123456. Поскольку МАС-адрес узла-получателя Host Y компьютеру Host X неизвестен, то узел Host X обращается к таблице ARP. Узел не находит соответствующей записи в таблице ARP, поэтому он посылает в локальную сеть широковещательный ARP-запрос, в котором задает сетевой логический IP-адрес устройства назначения – 200.40.40.7. Адресат назначения находится за пределами локальной сети 172.16.10.0. Поскольку маршрутизаторы не транслируют широковещательные запросы в другие сегменты сети, то в этом случае маршрутизатор в ответ на запрос посылает ARP-ответ с MAC-адресом своего входного интерфейса, на который поступил запрос. Входной интерфейс играет роль основного шлюза по умолчанию. ARP-протокол обращается к соответствующей строке таблицы

и отвечает МАС-адресом 0001AAAA1111.

В соответствие с полученным МАС-адресом 0001AAAA1111 формируется кадр, который по физической среде передается в маршрутизатор Router_A:

В маршрутизаторе Router_A из кадра извлекается (декапсулируется) пакет данных. Производится логическое умножение адреса назначения на маску и определяется сеть назначения. Затем происходит обращение к таблице маршрутизации, в соответствие с которой определяется адрес входного порта следующего маршрутизатора Router_В (адрес следующего перехода) и выходной интерфейс маршрутизатора Router_A. При этом формируется новый пакет, который продвигается к выходному FastEthernet порту F0/2 маршрутизатора Router_A. В новом пакете изменяются некоторые поля заголовка, но IP-адреса источника и узла назначения остаются неизменными:

Затем пакет инкапсулируется в новый кадр, в качестве МАС-адреса узла источника будет использоваться физический адрес выходного интерфейса F0/2 – 0002AAAA2222. МАС-адрес узла назначения определяется с помощью ARP-протокола аналогично описанному выше. МАС-адресом узла назначения будет физический адрес входного интерфейса маршрутизатора Router_В – 0001BBBB1111.

Новый кадр передается на входной порт маршрутизатора Router_В:

Приняв кадр, маршрутизатор Router_В извлекает из него пакет данных и с использованием маски и таблицы маршрутизации определяет выходной интерфейс. Пакет инкапсулируется в новый кадр, который передается с новыми МАС-адресами источника и назначения в маршрутизатор Router_С:

В маршрутизаторе Router_С, также как в Router_А и Router_В формируются новый пакет и кадр. Поскольку адресат назначения находится в сети непосредственно присоединенной к интерфейсу F0/2 маршрутизатора Router_С, то кадр передается узлу назначения Host Y:

Протокол сетевого уровня узла Host Y извлекает из кадра пакет данных. Если пакет при передаче был фрагментирован, то из фрагментов формируется целый пакет и через соответствующий интерфейс направляется на транспортный уровень, где из пакетов извлекаются сегменты данных, а из сегментов формируется сообщение.

Всякий раз при формировании кадра вычисляется контрольная сумма, которая записывается в поле FCS трейлера кадра. При приеме кадра на каждом входном интерфейсе всех устройств на пути к адресату назначения вновь вычисляется контрольная сумма, которая сравнивается с принятой в трейлера. Это позволяет выявлять ошибки и исправлять некоторые из них.

При передаче данных через соединения «точка-точка» (см. например, схемы рис. 6.5, 6.11) заголовок кадра может быть существенно упрощен, т.к. интерфейсы непосредственно связаны между собой, поэтому отпадает необходимость задания МАС-адресов узла источника и узла назначения. Примером может служить протокол Point-to-Point Protocol.