1.8 Передача данных в сети

Сетевой (третий) и канальный (второй) уровни отвечают за доставку данных с устройства-источника на устройство назначения. Как показано на рисунке 7, протоколы на обоих уровнях содержат адреса источника и назначения, но эти адреса служат разным целям

Рисунок 7 – Виды адресов источника и назначения на разных уровнях TCP IP

1. Адреса источника и назначения сетевого уровня необходимы для доставки IP-пакета от источника к месту назначения в той же или в удаленной сети;

2. Адреса источника и назначения канального уровня необходимы для доставки кадра канала данных от одной сетевой карты к другой в той же сети.

IP-адрес – это логический адрес сетевого уровня (третьего уровня), необходимый для доставки IP-пакета от источника к месту назначения.

IP-пакет содержит два IP-адреса (рисунок 8):

1. IP-адрес источника – IP-адрес устройства-отправителя, изначального источника пакета;

2. IP-адрес назначения – IP-адрес устройства-получателя, конечного места назначения пакета.

Рисунок 8 – Расположение адресов источника и назначения в IP-пакете третьего уровня

IP-адрес состоит из двух частей:

1. Сетевая часть – левая часть адреса, которая показывает, к какой сети относится данный IP-адрес. Абсолютно все устройства из одной и той же сети будут иметь одинаковую сетевую часть. Определяется с помощью маски подсети – битовой маски для определения по IP-адреса сети и адреса узла этой подсети, которая не является частью IP-пакета;

2. Узловая часть – оставшаяся часть адреса, определяющее конкретное устройство в сети и является уникальной для каждого узла в сети.

MAC-адреса (или Физический адрес) – это уникальный адрес канального (второго) уровня сетевого интерфейса (обычно сетевой карты) для реализации коммуникации устройств в сети.

Назначение адреса канального уровня – доставить кадр с одного сетевого интерфейса на другой, когда они находятся в одной и той же сети.

Заголовок кадра канального уровня (рисунок 9) содержит следующие физические (MAC-адреса):

1. Адрес источника канального уровня – физический адрес (MAC-адрес) сетевой карты устройства, которое передает пакет;

2. Адрес назначения канального уровня – физический адрес (MAC-адрес) сетевой карты устройства, которое получает пакет. Это адрес ближайшего маршрутизатора или устройства назначения.

Рисунок 9 – Расположение адресов в кадре канального уровня

Рассмотрим обмен данными с помощью устройств в одной сети и с помощью устройств в разных сетях.

Посмотрим на рисунок 10. В сети находятся компьютер пользователя и FTP-сервер, с которым будет взаимодействовать компьютер. Компьютер пользователя – это устройство-отправитель, FTP-сервер – устройство-получатель. Получаем:

1. IP-адрес источника: 192.168.1.110;

2. IP-адрес получателя: 192.168.1.9.

Обратите внимание на левую выделенную часть каждого IP-адреса – это и есть сетевая часть адреса, которая остается неизменной (в том случае если маска подсети 255.255.255.0).

Рисунок 10 – Устройства находятся в одной сети

Так как и отправитель, и получатель находятся в одной сети, кадр отправляется напрямую принимающему устройству.

1. MAC-адрес источника (сетевой карты Компьютера пользователя): AA-AA-AA-AA-AA-AA в шестнадцатеричном представлении.

2. MAC-адресом получателя (FTP-сервера) является MAC-адрес FTP-сервера: CC-CC-CC-CC-CC-CC в шестнадцатеричном представлении.

Таким образом, кадр канального уровня будет выглядеть как на рисунке 11.

Рисунок 11 – Кадр с инкапсулированным IP-пакетом, передающийся напрямую с Компьютера пользователя на FTP-сервер

Теперь рассмотрим ситуацию, когда устройство-отправитель и устройство-получатель находятся в разных сетях. Пример топологии представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Устройства находятся в разных сетях

Отправитель и получатель пакета находятся в разных сетях, значит IP-адреса источника и назначения будут представлять узлы в разных сетях. На это будет указывать сетевая часть IP-адреса узла назначения.

1. IP-адрес источника: 192.168.1.110;

2. IP-адрес назначения: 172.16.1.99.

Если устройства находятся в разных сетях, то и сетевые части адресов устройств будут разными.

Из-за того, что отправитель и получатель IP-пакета находятся в разных сетях, кадр Ethernet не может быть отправлен напрямую к узлу назначения, поскольку он недоступен в сети отправителя. Кадр Ethernet нужно выслать на другое устройство: маршрутизатор или шлюз по умолчанию. В нашем примере шлюз по умолчанию – Маршрутизатор 1.

1. MAC-адрес источника (сетевой карты Компьютера пользователя): AA-AA-AA-AA-AA-AA в шестнадцатеричном представлении.

2. MAC-адрес назначения – устройство-отправитель использует MAC-адрес шлюза по умолчанию или маршрутизатора, если получающее и передающее устройства находятся в разных сетях. В этом примере MAC-адресом назначения является MAC-адрес интерфейса Ethernet Маршрутизатора 1 (11-11-11-11-11-11). Этот интерфейс прикреплен к той же сети, что и Компьютер пользователя.

Таким образом, кадр канального уровня будет выглядеть как на рисунке 13.

Рисунок 13 – Кадр с инкапсулированным IP-пакетом, передающийся на FTP-сервер, находящийся в другой сети