Физические сетевые адреса являются как низкоуровневыми, так и аппаратно зависимыми. При этом каждой машине, использующей TCP/IP, назначен один или несколько 32-битовых IP-адресов, которые независимы от аппаратных адресов машины. прикладные программы всегда используют IP-адрес при указании назначения. хосты и шлюзы должны использовать физические адреса для передачи дейтаграмм по базовым сетям; они полагаются на схемы разрешения адресов, такие как ARP, при выполнении связывания.
Обычно IP-адрес машины хранится во внешней памяти, откуда операционная система и берет его при начальной загрузке. Возникает вопрос: "Как бездисковая машина, не имея доступа к внешней памяти, определяет свой IP-адрес?" Эта проблема является критической для бездисковых станций, использующих IP-адрес для взаимодействия с файл-сервером. Более того, так как много бездисковых машин используют стандартные протоколы передачи файлов TCP/IP для получения начального образа при загрузке, они должны получать и использовать IP-адреса до начала работы операционной системы. Эта глава изучает вопрос о том, как получить IP-адреса, и описывает протокол, который используют бездисковые машины.
Чтобы одна программа могла использоваться на нескольких машинах, в состав ее исполняемого образа не должен входить IP-адрес машины. В частности, разработчики пытаются не включать конкретные IP-адреса как в код начальной загрузки, так и в операционную систему, чтобы один и тот же код мог работать на нескольких машинах. Когда такая программа начинает выполняться на бездисковой машине, она должна использовать сеть для взаимодействия с сервером, чтобы получить от него свой IP-адрес. Эта процедура кажется парадоксальной: машина взаимодействует с удаленным сервером для получения адреса, необходимого для взаимодействия.
Но парадокс здесь только кажущийся, так как машина знает, как взаимодействовать. Она может использовать свой физический адрес для взаимодействия в локальной сети. Поэтому машина должна временно применять физическую сетевую адресацию аналогично тому, как операционные системы применяют физическую адресацию памяти при установке таблиц для виртуальной адресации. Как только машина узнает свой межсетевой адрес, она может взаимодействовать со всем интернетом.
Идея, лежащая в основе нахождения IP-адреса, проста: бездисковая машина посылает запрос другой машине, называемой сервером, и ждет, пока сервер не пошлет ответ. Мы будем предполагать, что сервер имеет диск, на котором он хранит базу данных межсетевых адресов. В этом запросе машина, которой нужно узнать свой межсетевой адрес, должна идентифицировать себя уникальным образом, сервер мог найти ее межсетевой адрес и послать ответ. Как посылающая запрос машина, так и отвечающий ей сервер используют физические сетевые адреса в ходе своего короткого взаимодействия. Но откуда бездисковая машина знает физический адрес сервера? Обычно она его и не знает - она просто широковещательно передает запрос ко всем машинам в локальной сети. Ей отвечают один или более серверов.
Протокол обратного разрешения адресов(RARP)
Бездисковая машина использует протокол интернета TCP/IP, называемы RARP(протокол обратного разрешения адресов), для получения своего IP-адреса от сервера. RARP создан на основе протокола ARP из предыдущей главы и использует тот же самый формат сообщений. На практике сообщение RARP, посылаемое при запросе межсетевого адреса, является несколько более общим, чем то, что описано выше: оно позволяет машине запрашивать IP-адрес не только себе, но и другим машинам. Оно также допускает несколько типов физических сетей. Как и сообщение ARP, сообщение RARP пересылается с одной машины на другую в поле данных кадра Ethernet. Кадр Ethernet, несущий запрос RARP, имеет обычную преамбулу, адреса отправителя и получателя Ethernetа, и поле типа пакета в начале себя. Поле типа содержит значение 8035, что идентифицирует содержимое этого кадра как сообщение RARP. Поле данных кадра содержит 28-октетное сообщение RARP.
Рисунок 8 иллюстрирует, как хост использует RARP. Отправитель широковещательно передает запрос RARP, в котором указывает свой адрес в качестве как машины отправителя, так и машины получателя, заполняя поле аппаратного адреса назначения своим физическим сетевым адресом. Все машины в сети принимают запрос, но только те из них, кто отвечает за поддержку RARP, обрабатывают запрос и посылают ответ; такие машины называют серверами RARP. Для успешного использования RARP в сети должен быть по крайней мере один сервер RARP.
-<==-===============================================>--------
^ | | |
| V V V
+++++++ +++++++ +++++++ +++++++
+ А + + B + + C + + D +
+++++++ +++++++ +++++++ +++++++
(a)
-----=========================================---------------
| | ^ ^
V | | |
+++++++ +++++++ +++++++ +++++++
+ А + + B + + C + + D +
+++++++ +++++++ +++++++ +++++++
(b)
Рисунок 8 Пример обмена, используя протокол RARP. (a) Машина А посылает широковещательный запрос RARP, указывая себя как машину получателя, и (b) машины, ответственные за поддержку средства RARP(C и D), отвечают прямо А.
Серверы отвечают на запросы, заполняя поля протокольного адреса назначения, меняя тип сообщения на ответ, и посылая ответ прямо машине, выдавшей запрос. Эта исходная машина принимает ответы от всех серверов RARP, несмотря на то, что ей нужен только первый ответ.
Помните, что все взаимодействия между машиной, ищущей свой IP-адрес, и сервером, знающим его, должны осуществляться, используя только одну физическую сеть. Более того, этот протокол позволяет ГВМ запрашивать IP-адрес произвольной машины. Поэтому отправитель указывает свой аппаратный адрес помимо аппаратного адреса получателя, а сервер учитывает это при отправке ответа по аппаратному адресу отправителя. В Ethernet наличие поля для аппаратного адреса отправителя может показаться лишним, так как эта же информация содержится в заголовке кадра Ethernetа. Тем не менее, не все оборудование Ethernetа позволяет операционной системе получать доступ к заголовку физического кадра.
Повторение транзакций RARP
Как и любое взаимодействие в сети с негарантированной доставкой, запросы RARP могут потеряться или исказиться. Так как RARP использует физическую сеть напрямую, никакое другое протокольное программное обеспечение не будет измерять время до получения ответа или повторно передавать запрос; само программное обеспечение RARP должно решать эти задачи. Вообще RARP используется только для локальных сетей, таких как Ethernet, где вероятность сбоя мала. Тем не менее, если сеть имеет только один сервер RARP, то эта машина может не справиться с такой большой нагрузкой, и ряд пакетов может быть потерян.
Многие бездисковые машины рассчитывают на RARP при загрузке и могут повторять запрос до тех пор, пока они не получат ответа. Другие реализации сообщают, что обнаружена неисправность в сети после нескольких неудачных попыток, чтобы избежать переполнения сети ненужным широковещательным траффиком(т.е. в случае, когда сервер недоступен). В Ethernet сетевая ошибка менее вероятна, чем перегрузка сервера. Заставляя программное обеспечение RARP часто повторять запрос, можно добиться того, что сервер будет буквально захлестнут волной избыточного траффика. В то же время использование большого времени ожидания ответа гарантирует, что у серверов будет достаточно времени для приема запроса и выдачи ответа.