Дмитрий Карпов, МИСиС
Сеть Internet с ее протоколами изначально задумывалась как протяженная (WAN - Wide Area Network), состоящая из большого количества машин, соединенных с помощью разных сред обмена данными (как локальных сетей, так и глобальных соединений). Теоретически в Internet могут напрямую работать друг с другом около четырех миллиардов машин (2^32 за вычетом некоторых специальных номеров), а через proxy и того больше.
В силу этих причин Internet - сегментированная сеть. Сегментом является либо прозрачный участок широковещательной (Ethernet) или маркерной (TokenRing) сети, либо соединение точка-точка (модемное).
Теперь - обозначения. IP-номер - четырехбайтное число, записываемое либо в шестнадцатеричном виде типа 0xC0A80E05, либо в десятичном виде, где байты разделены точками типа 192.168.14.5 (в качестве примера в обоих случаях использовался один и тот же номер).
Маска - тоже четырехбайтное число, но все старшие биты, начиная с некоторого, всегда установлены в единицу, а все младшие - в ноль. Примеры: 255.255.255.0 - маска сети класса C на 256 номеров; 255.255.255.192 - маска маленькой сети на 64 номера (192=256-64). Если мне надо указать сочетание номера и маски, я буду использовать запись номер/число_установленных_битов_в_маске - так сочетание номера 192.168.14.5 и маски 255.255.255.0 будет записано в виде 192.168.14.5/24.
Номером сети называют число, получаемое из номера интерфейса применением побитовой операции AND с маской, т.е. в номере интерфейса обнуляются биты на тех местах, на которых стоят нулевые биты в маске.
Следует помнить, что IP-номер присваивается не компьютеру, а интерфейсу (сетевому выходу либо последовательному порту). В принципе можно дать нескольким интерфейсам один номер, но это может вызвать сложности. Можно также присвоить несколько адресов одному интерфейсу.
В сегменте сети все машины имеют IP-номера с одинаковым номером сети и одинаковой маской. В одной локальной сети можно совместить две и больше разных IP-сетей, они даже могут знать друг о друге и нормально общаться, но это все-таки будут две разные сети.
Принято следующее деление в зависимости от значения старшего байта IP-адреса:
0..127 - сети класса A по 2^24 адресов с маской 0xFF000000;
128..191 - сети класса B по 2^16 адресов с маской 0xFFFF0000;
192..223 - сети класса C по 2^8 адресов с маской 0xFFFFFF00;
224..239 - сети класса D для multicast (групповой) рассылки;
остальные пока зарезервированы.
Многие программы по адресу автоматически определяют класс сети, хотя это можно поправить вручную. В принципе никто не мешает разбить сеть на две или больше подсетей с любыми масками, но организациям как правило выделяют адреса блоками, соответствующими классам A, B и C - это связано с системой DNS, позволяющей узнать доменное имя машины по ее IP-адресу.
Сеть класса A с номером 127 - loopback, т.е. предназначена для общения компьютера с собой. В любой сети номер (IP-номер AND маска) является номером всей сети и не может быть присвоен никому конкретно. Номер (IP-номер OR NOT маска), являющийся последним номером в сети, предназначен для broadcasting (широковещательных) сообщений, которые доставляются всем машинам сегмента сети. Соответственно, при выделении группы адресов в сеть два адреса становятся недоступны.
Рассмотрим маршрутизацию в терминах FreeBSD (будет также дан перевод в нотацию System V (Linux, SCO) и Windows3.11). В Unix команды настройки сети, как правило, заюпускаются из файла /etc/rc или запускаемых из него файлах, а в MS Windows - загрузчиком операционной системы в соответствие с system.ini или registry.
Главному шлюзу я всегда присваиваю первый (наименьший) номер в сети (нулевой, как я уже говорил, недоступен). Если в сети присутствует второй шлюз, через который подсоединен другой сегмент, то этому шлюзу (промежуточному маршрутизатору) будет присваиваться последний (наибольший) номер в сети. Для этого нет никаких разумных причин - так мне хочется.
Построим первый сегмент сети:
Сконфигурируем рабочую станцию:
ifconfig ep0 inet 192.168.1.5 netmask 255.255.255.0
ifconfig lo0 inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
route add default 192.168.1.1
На самом деле в современных (начиная с 2.1.*) версиях FreeBSD это оформляется немного совсем по другому. :-)
Рассмотрим внимательнее, что делают эти команды:
ifconfig ep0 inet 192.168.1.5 netmask 255.255.255.0
присвоила интерфейсу ep0 номер 192.168.1.5, а также создала в таблице маршрутизации запись о том, что все пакеты с номером сети 192.168.1.0/24 будут направляться прямо через этот интерфейс с использованием протокола ARP.
ifconfig lo0 localhost
конфигурирует интерфейс loopback, т.е. "петлю". Этот интерфейс должен иметь адрес 127.0.0.1 и маску 255.0.0.0 на любой машине, имеющей IP, поэтому некоторые системы (например, MS Windows) делают это автоматически, не требуя от администратора (или пользователя, если он сам настраивает систему) задавать параметры loopback. Так как этот интерфейс настраивается на каждой машине одинаково, я не буду писать эту строчку каждый раз. localhost определяется по файлу /etc/hosts, в котором содержится
127.0.0.1 localhost.домен localhost
а маска берется по умолчанию - 255.0.0.0.
route add default 192.168.1.1
замечу, что маршрутизация "default" на самом деле есть "inet 0x0 netmask 0x0" и это надо прописывать, если старая версия команды route не понимает слова "default". создала запись, в соответствии с которой все пакеты (все, потому что любой пакет подходит под 0.0.0.0/0) будут отправляться на машину, имеющую интерфейс 192.168.1.1. Информация о том, как можно добраться до интерфейса 192.168.1.1 содержится в предыдущей команде, которая определила способ доступа ко всем машинам 192.168.1.* через интерфейс ep0.
Таким образом, у нас сложилась примерно такая ситуация:
Вообще система маршрутизации (за исключением предельно примитивных случаев) древовидна, т.е. одни записи включают в себя другие. Частичное пересечение невозможно, ибо границы адресного пространства, на которое действует каждая запись, выровняны на размер этого пространства. Порядок хранения и просмотра таблицы может быть разный, но должен обеспечивать приоритет записей с маленьким пространством перед записями с большим пространством. В данном случае обращение к машине 192.168.1.9 попадает под юрисдикцию обеих записей, но обращаться к ней наша рабочая станция будет в соответствии с 192.168.1.0/24->ep0.
Интерфейс шлюза надо сконфигурировать так:
ifconfig ed1 inet 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0
На самом деле у нашего шлюза много интерфейсов и они будут конфигурироваться по мере надобности. Еще раз обращаю внимание на то, что номер и маска сети совпадают для всех машин этого сегмента.
Второй сегмент содержит в себе машину, к которой по последовательной линии с помощью протокола SLIP подсоединен еще один компьютер.
Сконфигурируем ws.2.1:
slattach -S 0 [...]
ifconfig sl0 192.168.1.81 192.168.1.82 up
ifconfig ep0 inet 192.168.2.7 netmask 255.255.255.0
route add default 192.168.2.1
Сконфигурируем ws.2.2:
slattach -S 0 [...]
ifconfig sl0 192.168.1.82 192.168.1.81 up
route add default 192.168.1.81
Сконфигурируем шлюз:
ifconfig ed2 inet 192.168.2.1 netmask 255.255.255.0
route add host 192.168.2.81 192.168.2.7
route add host 192.168.2.82 192.168.2.7
Третий сегмент будет сочетать в себе две сети - сеть класса C 192.168.2.*/24 и сеть класса B 172.16.*.*/16.
Начнем с шлюза. Ему присвоим два адреса, по одному из каждой сети:
ifconfig ed3 inet 192.168.3.1 netmask 255.255.255.0
ifconfig ed3 inet 172.16.0.1 netmask 255.255.0.0 alias...
Теперь ws.3.1 - ей дадим адрес только из первой сети:
ifconfig ep0 inet 192.168.3.7 netmask 255.255.255.0
route add default 192.168.3.1
В такой конфигурации ws.3.1 отлично сможет общаться с машинами из сети 192.168.3.0/24 и с машинами вне сегмента локальной сети. При попытке же обратиться к машине того же сегмента, но другой IP-сети, пакет будет послан на шлюз. Шлюз знает, что пакеты с этим адресом надо послать в ту локальную сеть; но некоторые операционные системы работают по алгоритму маршрутизации, в котором запрещено посылать пакет туда, откуда он пришел - это делается для того, чтобы избежать зацикливания пакетов.
Во избежание этого ws.3.2 мы настроим с учетом того, что в локальной сети работают машины с адресами из другой IP-сети:
ifconfig ep0 inet 172.16.8.14 netmask 255.255.0.0
route add -net 192.168.3.0 -netmask 255.255.255.0 172.16.8.14
route add default 172.16.0.1
Здесь мы присвоили интерфейсу номер из сети 172.16.*.*, а затем обьявили, что пакеты для сети 192.168.3.* надо отправлять в ту же локальную сеть.
Маршрутизация по умолчанию могла быть направлена и на адрес 192.168.3.1, но приведенная конструкция проще в том смысле, что обе маршрутизации опираются на интерфейс и не зависят друг от друга. Я не знаю, различаются ли эти варианты по эффективности, а если различаются, то насколько; но чем меньше зависимостей в конфигурации, тем проще ее настраивать и диагностировать при сбоях.
И наконец, любой машине можно присвоить два адреса - по одному из каждой IP-сети. Как правило, это делается в случае, когда часть машин имеет IP-адреса, выделенные провайдером, а остальные работают с Intranet'овскими номерами - их всегда в избытке.
Следующую сеть класса C сегментируем маршрутизатором, который отделит подсеть на 16 IP-номеров (14 машин, включая маршрутизатор).
Шлюз:
ifconfig ed3 inet 192.168.4.1 netmask 255.255.255.0
route add -net 192.168.4.128 -netmask 255.255.255.240 192.168.4.254
Рабочая станция ws.4.1:
ifconfig ep0 inet 192.168.4.7 netmask 255.255.255.0
route add default 192.168.4.1
Я не указал маршрутизацию
route add -net 192.168.4.128 -netmask 255.255.255.240 192.168.4.254
Ее можно не указывать и для маршрутизатора. Но! Если какая-нибудь из машин сегмента 192.168.4.128/28, например, 192.168.4.137, обратится к машине из основного (примыкающего к шлюзу) сегмента (в том числе к шлюзу), то протокол ARP зафиксирует приход пакета с сетевой карты, маршрутизатора, выходящей в основной сегмент (IP-номер 192.168.4.127) и далее будет посылать пакеты на эту сетевую карту, и это будет правильно. Отдельную проблему представляет обращение машины из основного сегмента в 192.168.4.128/28. В отсутствие у ARP сведений об этом номере будет разослан широковещательный запрос и тут все зависит от сообразительности промежуточного маршрутизатора router.4 - если он догадается, что пакет предназначен в подсеть и протранслирует его туда, то ответ приведет к появлению записи в таблицах ARP, не догадается - придется прописывать маршрутизацию.
Маршрутизатор router.4:
ifconfig ep0 inet 192.168.4.127 netmask 255.255.255.0
ifconfig ep1 inet 192.168.4.129 netmask 255.255.255.240
route add default 192.168.4.1