Nivelul retea

1. Inter-retele, rutare, adrese IP

Nivelul retea este responsabil de transmiterea datelor printr-o multime de retele (inter-retea). Schema de adresare a nivelului retea este folosita de catre unitati pentru a determina destinatia datelor transmise. Protocoalele care nu contin nivelul retea, pot fi folosite numai pentru retele mici. Pentru a identifica calculatoarele din retea, ele utilizeaza numai adresa MAC. Daca se pune problema adaugarii de noi unitati, problema gestionarii numelor lor poate deveni dificila. Protocoalele care contin nivelul retea, folosesc o schema de adresare ierarhica, ce permite definirea unei adrese unice atat in interiorul cat si in exteriorul retelei; de asemenea, pe baza acestui mod de adresare se poate determina drumul optim pe care datele trebuie sa-l parcurga de la o gazda dintr-o retea, catre o gazda dintr-o alta retea. Acest mod de adresare este analog sistemului numerelor de telefon. Inter-reteaua este o multime de retele sau segmente care folosesc acelasi tip de adrese. Exista mai multe protocoale ale nivelului 3, care folosesc diverse scheme de adresare, care permit transmiterea datelor prin retea.

Exista doua motive principale pentru care retelele multiple sunt necesare: cresterea numarului de retele si cresterea numarului de unitati in fiecare retea. Cand o retea LAN, MAN sau WAN creste, este necesar controlul traficului sa fie divizat controlul traficului in mai multe bucati, numite segmente de retea sau pe scurt segmente. Aceasta are ca rezultat, faptul ca reteaua devine un grup de retele, fiecare necesitand o adresa separata. Exista deja un numar mare de retele, in birouri, scoli etc. Este convenabil sa existe aceste retele distinct (sau sisteme autonome, daca fiecare este administrat de catre un singur administrator), care sa comunice prin Internet. Ele trebuie sa foloseasca aceasi schema de adresare si unitati de interconectare potrivite. Internet-ul este o colectie de segmente de retea, ce sunt legate impreuna pentru a facilita utilizarea in comun a informatiilor. Retelele opereaza in mare in acelasi mod, folosind servicii ale unor firme specializate (ISP- Internet Service Providers).

Router-ele sunt unitati de lucru intre retele care opereaza la nivelul retea . Ele interconecteaza segmente de retea sau chiar retele intregi. Ele transmit pachetele de date intre retele, pe baza informatiilor nivelului 3. Router-le iau decizia logica cu privire la drumul cel mai bun pentru furnizarea datelor pe o inter-retea si astfel directioneaza pachetele portului de iesire corespunzator. Rutarea mai este numita si comutare a nivelului 3.

Determinarea drumului apare la nivelul retea. Ea permite router-ului sa evalueze drumurile disponibile pana la destinatie si sa administreze ruta pentru pachetul respectiv.  Serviciile de rutare folosesc informatiile cu privire la topologia retelei, atunci cand evalueaza drumurile din retea. Determinarea drumului este procesul pe care router-ul il foloseste pentru a alege urmatorul nod din drumul pe care pachetul il traverseaza de la sursa la destinatie. Acest proces este numit rutarea pachetului. De asemenea, router-le pot lua decizii pe baza densitatii de trafic si vitezei de legatura (largimii de banda).

Adresa de retea ajuta router-ul sa identifice un drum in interiorul unei inter-retele, precum si reteaua destinatie a pachetului transmis. Atat gazdele cat si nodurile folosesc aceeasi schema de adresare a nivelului retea.  Aceste adrese sunt stabilite de catre administratorul de retea dupa o schema bine stabilita.

O adresa MAC poate fi comparta cu numele unei persoane iar o adresa de retea cu adresa postala a persoanei respective. De exemplu, daca persoana respectiva doreste sa se mute in alt oras, numele ei ramane acelasi, dar se schimba adresa de domiciliu. Asa si aici daca un calculator este mutat pe o alta retea, adresa sa MAC ramane aceeasi, dar se schimba adresa de retea. Router-ul poate fi asimilat cu un oficiu postal care cunoaste adresele MAC de pe segmentul respectiv.

Protocolul Internet (IP) este cea mai populara implementare a schemei de adresare ierarhice. IP este protocolul nivelului retea utilizat in Internet. In cadrul procesului de incapsulare a datelor, corespunzator modelului OSI, la nivelul retea datele sunt incapsulate in pachete (datagrame). Orice pachet are doua zone: header-ul si datele care sunt transmise. IP determina forma header-ului pachetului IP, care include informatii de adresare si alte informatii de control.

Fragmentare si reasamblare

In interconectarea unor retele de diverse tehnologii, una dintre probleme este dimensiunea diferita a pachetului care poate fi transformat prin mediul de comunicatie al unei anumite retele. De exemplu, o retea Ethernet poate accepta pachete cu o lungime de cel mult 1500 de octeti, pe cand pachetele intr-o retea FDDi pot avea cel mult 4500 de octeti. Fiecare retea are o dimensiune maxima a unitatii transmisie(MTU-Maximum Tranmision Unit), care este dimensiunea maxima a pachetelui ce poate fi incapsulat intr-un cadru de date.

Fragmentarea apare la un router atunci cand vrea sa transmita un pachet peste o retea care are un MTU mai mic decat cel al pachetului primit de router. Pentru a se putea realiza reasamblarea la gazda destinatie, elementele de identificare ale fragmentelor trebuie sa contina aceeasi valoare. Daca nu sunt primite toate fragmentele, gazda destinatie nu relizeaza reasamblarea si fragmentele primite sunt distruse.

Sunt valabile urmatoarele observatii:

1. Fiecare fragment este el insusi un pachet IP care este transmis independent de celelalte fragmente.
2. Fiecare pachet IP este reincapsulat pentru fiecare retea fizica pe care o traverseaza.

Header-ul IP contine urmatoarele informatii:

• versiune - indica versiunea protocolului IP folosit; prin includerea acestui camp, este posibil ca doua gazde pe care ruleaza versiuni diferite ale unui protocol sa poata comunica intre ele (4 biti)
• hlen - indica lungimea efectiva a header-lui, care nu poate depasi 32 de biti (4 biti)

tip-de-serviciu - permite gazdei sa comunice subretelei ce tip de serviciu doreste. Sunt posibile diferite combinatii de fiabilitate si viteza. Pentru vocea digitizata, livrarea rapida are prioritate fata de transmisia corecta. Pentru transferul de fisiere, transmisia fara erori este mult mai importanta decat transmisia rapida. Campul este format dintr-un subcamp de trei biti Precedenta, din trei fanioane (indicatori) D, T si R, plus doi biti nefolositi. Precedenta indica prioritatea, de la 0 (obisnuit) la 7 ( pachet de control al retelei). Cei trei indicatori, permit gazdei sa specifice ce este mai important din multimea . Teoretic, aceste campuri permit router-ului sa ia decizii privind caile pe care sa fie transmis pachetul respectiv (8 biti).

• Lungime totala - specifica lungimea totala a pachetului, incluzand datele si header-ul (16 biti)
• identificare - contine un intreg ce identifica datagrama curenta (16 biti)
• DF si MF - sunt doua campuri de un bit; DF(Don't Fragment) indica router-ului sa nu fragmentize datagrama pentru ca destinatia nu este capabila sa asambleze bucatile la loc; MF (More Fragments) este activat pentru toate fragmentele cu exceptia ultimului; el este necesar pentru a sti cand au ajuns toate pachetele la destinatie. Urmatorul bit este gol. (3 biti)
• deplasament de fragment - daca o datagrama a fost fragmentata, acest camp specifica deplasamentul fata de datagrama initiala a datelor care se transfera (pozitia fragmentului in cadrul mesajului transmis). Toate fragmentele dintr-o datagrama, cu exceptia ultimului, trebuie sa fie un multiplu de 8 octeti - unitatea de fragmentare elementara. Din moment ce sunt prevazuti 13 biti, exista un maxim de 8192 de fragmente pe datagrama, obtinandu-se lungimea maxima a datagramei de 65536 octeti, cu unul mai mult decat lungimea totala. (13 biti)
• timp de viata - contine un contor ce descreste gradual, prin incrementare, pana la zero, punct la care datagrama este distrsusa, keeping the packets from looping endlessly (8 bits)
• protocol - indica protocolul de nivel superior utilizat in crearea mesajelor transportate de datagrama; de exemplu, daca acest camp are valoarea 6, el specifica protocolul TCP, in timp ce valoarea 12 va indica protocolul UDP (8 biti)
• suma de control - camp prin care se verifica transmiterea corecta a header-ului (16 biti)
• adresa soursa - specifica adresa IP a expeditorului (32 biti)
• adresa de destinatie - specifica adresa IP a destinatarului (32 biti)
• optiuni - permite IP sa suporte diverse optiuni, cum ar fi cele de securitate (lungime variabila)

camp adaugat - biti care contin cifre binare zero, adaugati pentru ca header-ul IP sa fie totdeauna un multiplu de 32 de biti.

Zona de date contine informatia primita de la nivelul superior (lungime variabila, maxim 64 Ko)

Adresa IP contine informatia ce este necesara pentru a transmite pachetul prin retea. Fiecare camp adresa sursa, respectiv destinatie contine o adresa memorata pe 32 de biti. Campul adresa sursa contine adresa IP a unitatii care transmite pachetul iar campul destinatie contne adresa IP a unitatii care primeste pachetul. Adresa IP poate fi reprezentata si in zecimal; numerele care corespund continutului celor patru octeti ai adresei reprezinta echivalentul zecimal al acestora si sunt separate prin virgula. Adresa IP este formata din doua campuri: retea si gazda. Numarul de retea specifica reteaua la care gazda respectiva este atasata, iar partea de gazda identifica unitatea din cadrul retelei respective. Deoarece adresa IP contine patru octeti, unul, doi sau trei dintre acesti octeti pot fi folositi pentru a identifica numarul de retea, iar restul pentru a identifica numarul de gazda din cadrul retelei respective.

Exista trei clase de adrese IP, clasa A, clasa B respectiv clasa C, in conformitate cu dimensiunea companiei pe care reteaua respectiva o deserveste. Astfel, clasa A de adrese este rezervata pentru companii mari care au multe gazde in retea, clasa B pentru cele de dimensiune medie iar clasa C pentru celelalte. Aceasta clasificare este realizata in conformitate cu ARIN (American Registry for Internet Numbers).

Clasa A. Cand este scrisa in format binar, primul (cel mai din stanga) bit este totdeauna 0. Un exemplu de adresa de tip A este 124.95.44.15. Primul octet, 124, identifica numarul de retea asignat de catre ARIN. Administratorul retelei manipuleaza ceilalti 24 de biti ramasi. Un mod usor de a recunoaste o adresa de clasa A, este de a observa ca numarul memorat in primul octet este intre 0 si 126. (127 a fost rezervat pentru alte scopuri speciale). Toate adresele clasei A, folosesc ceilalti trei octeti (24 de biti) pentru a identifica numarul de gazda. Fiecare retea, care are o adresa din clasa A, poate avea asignate cel mult 2²⁴- 2, sau 16777214 adrese IP posibile, pentru unitatile atasate ei, deoarece adresa IP de forma x.0.0.0, in care x este numarul de retea este asociata retelei, iar x.255.255.255 este o adresa de difuzare (broadcast). Adresa de difuzare este folosita pentru a transmite date tuturor calculatoarelor din retea. Un exemplu de adresa de retea este 176.0.0.0, respectiv una de difuzare este 176.255.255.255.

Clasa B. Primii 2 biti ai unei adrese de clasa B sunt totdeauna 10. Un exemplu de adresa de clasa B este 151.10.13.28. Primii doi octeti identifica numarul de retea, asignat de catre ARIN. Administratorul retelei asigneaza ceilalti 16 biti ramasi. Un mod usor de a recunoaste daca o unitate este atasata unei adrese de tip B, este de a verifica daca numarul memorat in primul octet este cuprins intre 128 si 191. Ceilalti 16 biti sunt alocati pentru numarul de gazda. Dintr-un motiv similar celui anterior, fiecare retea ce foloseste adrese IP din clasa B poate asigna 2¹⁶ -2 , sau 65534 adrese IP posible unitatilor retelei.

Clasa C. Primii 3 biti ai unei adrese de clasa C sunt totdeauna 110. Un exemplu de adresa de clasa C este 201.110.213.28. Primii trei octeti identifica numarul de retea, asignat de catre ARIN. Administratorul retelei asigneaza ceilalti 8 biti ramasi. Un mod usor de a recunoaste daca o unitate este atasata unei adrese de tip B, este de a verifica daca numarul memorat in primul octet este cuprins intre 192 si 223. Dintr-un motiv similar celui anterior, fiecare retea ce foloseste adrese IP din clasa A poate asigna 2⁸ -2, sau 254 adrese IP posible unitatilor retelei.

Este important sa intelegem semnificatia partii de retea a adresei IP- identificatorul retelei. Gazdele dintr-o retea pot comunica numai cu unitatile care au acelasi identificator de retea. Ele pot folosi in comun acelasi segment fizic, dar daca ele au numere de retea diferite, ele nu pot comunica decat daca exista o alta unitate ce poate face o conexiune intre retele.

In cazul retelelor cu un numar mare de unitati, administratorul de retea adesea simte nevoia sa imparta gazdele in grupuri cu mai putine unitati, numite subretele. Ca si campul de gazda, campul de subretea este asignat local, de catre administrator si este unic. Pentru a-l crea, administratorul imprumuta biti de la campul de gazda. Numarul minim de biti ce poate fi imprumutat este de 2. Daca se imprumuta un singur bit pentru a crea o subretea, atunci daca acesta are valoarea 0, va corespunde adresei de retea iar daca are valoarea 1 va corespunde adresei de broadcast. Numarul maxim de biti ce pot fi imprumutati este numarul de biti alocati campului de gazda din care scadem doi, deoarece trebuie sa ramana cel putin doi biti pentru campul de gazda, din aceleasi motive ca mai sus.

Motivul principal pentru a folosi subretele este reducerea dimensiunea domeniului de "broadcast", cu consecinte benefice in reducerea traficului in retea.

Masca de subretea are o lungime de 32 de biti, ca si adresa IP si este folosita pentu a determina care camp este destinat numarului de retea si care celui de gazda. Pentru a determina masca de subretea, pentru o subretea oarecare, executam:

Exprimam adresa IP a subretelei in forma binara.

Inlocuim portiunea de retea si cea de subretea cu cifre binare egale cu 1.

Inlocuim portiunea de gazda cu cifre binare egale cu 0.

Forma binara de la pasul (3) se exprima cu notatia zecimala, utilizata in cazul adreselor IP.

Cel mai mic numar de adresa IP intr-o retea este adresa retelei (numarul de retea plus 0 in campul de gazda). Aceasta se aplica si la subretea: cel mai mic numar de adresa este cel al subretelei. Pentru a face rutarea pachetului de date, router-ul trebuie sa determine, in primul rand adresa retelei (subretelei) de destinatie. Pentru aceasta, executa o operatie "si" logic intre adresa IP a gazdei destinatie si masca de subretea. Rezultatul va fi adresa IP a retelei(subretelei). De exemplu, daca router-ul a primit un pachet pentru gazda cu adresa 131.108.2.2 , si masca de subretea este 255.255.255.0, atunci pachetul va fi rutat catre subreteaua 131.108.2.0. 

Pentru a crea subretele, trebuie sa extindem portiunea de rutare a adresei. Internet-ul cunoaste reteaua ca un intreg, identificat prin adresa de tip A, B sau C, care definesc 8, 16 sau 24 de biti pentru a efectua rutarea (numarul de retea). Campul de subretea, va deveni elemenul suplimentar de rutare, astfel incat routere-le pot recunoaste diferite subretele ale unei retele.

Exemple

In cadrul adresei 131.108.0.0, bitii de rutare sunt 131.108 (deoarece aceasta este o adresa de clasa B), daca masca de subretea este 255.255.0.0.

Daca adresa IP de clasa B este 130.5.2.144 si daca masca de subretea este 255.255.255.0, adica 8 biti au fost imprumutati pentru a crea subretele), router-ul va sti sa transmita acest pachet subretelei 130.5.2.0.

Consideram adresa de clasa C 197.15.22.131, cu masca de subretea 255.255.255.224. Numarul 224 din ultimul octet (11100000 in binar), specifica faptul ca la cei 24 de biti ai campului de retea, s-au mai adaugat 3 biti, deci in total 27. Numarul 131 din ultimul octet ne spune ca gazda care corespunde adresei specificate, va fi a treia din subreteaua care are adresa 197.15.22.128. Router-ele din Internet (care nu cunosc masca de subretea) vor efectua rutarea numai catre reseaua de adresa 197.15.22.0, iar router-le din interiorul acestei retele, cunoscand masca de subretea, vor lua decizia finala de rutare.

Daca masca de subretea este 255.255.240.0, iar reteaua este de clasa B, deoarece reprezentarea in binar a numarului 240 este 11110000, vom avea 4 biti pentru campul de subretea. Daca campul de subretea are o lungime de 4 biti, deoarece numaru zecimal 15 are reprezentarea binara 1111, atunci numarul posibil de subretele este 15-2=13, deoarece din cele 15 posibilitati le scadem pe cele extreme, 0000 si 1111 care fac parte din adresa intregii retele, respectiv a celei de "broadcast".

Daca consideram adresa de retea de clasa C 199.5.12.0 care are masca de subretea 255.255.255.224, atunci gazda care are adresa 199.5.12.97 va apartine celei de-a treia subretele; intr-adevar 97 are reprezentarea binara 01100001 si cum 224 in binar este 11100000, va rezulta ca pentru campul de subretea au fost imprumutati 3 biti si cum 3 are reprezentarea binara 011, va rezulta concluzia exprimata.

Exista anumite adrese, in fiecare clasa de retele IP care nu sunt asignate. Aceste adrese sunt numite adrese private. Adresele private pot fi folosite de catre gazde ce folosesc translatarea adreselor de retea (NAT- Network Address Translation) sau proxy server pentru a se conecta la o retea publica sau de catre gazde care nu se conecteaza la Internet. Multe aplicatii necesita conectivitate numai in interiorul unei retele. In retele mari, este folosit adesea TCP/IP, chiar daca nivelul retea pentru conectare in exterior nu este necesar. Bancile sunt un astfel de exemplu. Ele pot folosi TCP/IP pentru a conecta asa zisele masini automate de contabilizat (ATM- Automatic Teller Machines). Aceste masini nu sunt conectate la reteaua publica, deci adresele private sunt ideale pentru ele. De asemenea, adresele private pot fi folosite intr-o retea unde nu exista suficiente adrese publice disponibile. Adresele private pot fi folosite impreuna cu un server NAT sau proxy. Prin conventie, orice pachet cu o adresa de destinatie din interiorul unui domeniu de adrese privat nu va fi rutat.

2. Protocoale ale nivelui retea

Lucrul in retea presupune doua scheme de adresare: una foloseste adresele MAC, adica o adresa a nivelului 2. iar alta foloseste o adresa a nivelului retea, cum este adresa IP. Router-ul este o unitate inter-retea care transmite pachete de date intre retele, pe baza adresei nivelului 3, spre deosebire de punti sau switch-uri care folosesc adresa MAC pentru a transmite mai departe cadrele de date primite. Spre deosebire de adresele MAC care sunt asignate de catre producatorul de placi de retea, adresele IP sunt asignate de catre administratorul de retea, deoarece ele sunt implementate prin software. Router-ele conecteaza doua sau mai multe retele, fiecare avand un numar unic de retea, incorporat in adresa IP. Astfel, este posibil ca doua sisteme terminale aflate pe retele diferite sa poata fi conectate intre ele; de asemenea, este posibil ca acestea sa poata avea acces la multitudinea de informatii de pe reteaua Internet. Pentru a ne face o imagine asupra modului de lucru al router-ului, vom considera cateva exemple.

1. O retea are un unic numar de retea - A. Ea este compusa din patru unitati.Adresele IP ale unitatilor sunt A2, A3, A4, si A5. Deoarece interfata unde router-ul conecteaza reteaua este considerata parte a retelei, si aceasta va avea o adresa IP - A1.

2. O alta retea, cu un alt numar de identificare - B, are patru unitati. Aceasta retea este la randul ei atasata aceluiasi router, dar printr-o alta interfata. Adresele IP ale unitatilor sunt B1, B2, B3 si B4, iar adresa IP a celei de-a doua interfete a router-ului este B5.

3. Daca vreau sa transmit date de la reteaua A la reteaua B, cand cadrele de date care vin de la reteaua A ating router-ul, acesta executa urmatoarele actiuni:

Scoate header-ul cadrului, care contine adresele MAC ale sursei si destinatiei.

Examineaza adresa nivelului retea, pentru a determina reteaua de destinatie.

Consulta tabelele lui de rutare, pentru a vedea care dintre interfetele lui vor fi folosite pentru a transmite datele mai departe catre reteaua de destinatie; in exemplul nostru, router-ul va folosi interfata cu adresa B5 pentru a transmite date catre reteaua B. Inainte ca router-ul sa transmita datele, el le va incapsula intr-un cadru de date corespunzator.

O interfata a router-ului, mai este numita si port. In rutarea IP, fiecare interfata trebuie sa aiba o adresa unica de retea (sau subretea).

Activitatea la nivelul unui router se bazeaza pe doua concepte fundamentale:

transmiterea mai departe ("forwarding") a pachetelor IP;

dirijarea sau routarea pachetelor("routing").

"Forwarding" este procesul prin care un pachet este preluat de la o intrare a router-ului si transmis catre iesirea corespunzatoare, pe cand dirijarea este procesul de construire si intretinere a tabelelor pe baza carora se desfasoara procesul de transmitere mai departe a datelor.

Cand ne referim la transmiterea mai departe a pachetelor, trebuie sa luam in discutie urmatoarele aspecte:

fiecare pachet contine adresa IP a gazdei destinatie;

campul de retea al unei adrese IP identifica in mod unic o singura legatura fizica catre o anumita retea ce face parte dintr-o inter-retea;

toate gazdele si router-ele care au aceeasi valoare a campului de retea in adresle lor IP sunt conectate la aceeasi retea locala si astfel fiecare poate transmite cadre de date peste peste acea retea;

fiecare retea fizica ce face parte dintr-o inter-retea este conectata la o interfata a unui router.

Cand o gazda sursa doreste sa transmita un pachet unei gazde destinatie, mai intai compara valoarea campului retea al propriei adrese cu cea al destinatiei; daca cele doua valori sunt egale, atunci pachetul de date se transmite in reteaua locala din care fac parte cele doua gazed, deci el este incapsulat intr-un pachet si transmis pe mediul de comunicatie; in caz contrar, pachetul este transmis router-ului prin interfata corespunzatoare retelei locale, roter-ul fiind responsabil cu transmiterea mai departe a pachetului.

Protocolul de rezolutie a adresei (ARP). Desi fiecare unitate din Internet are una sau mai multe adrese IP, acestea nu pot fi folosite pentru trimitere pachetelor, deoarece hardware-ul nivelului legatura de date nu intelege adresele IP. Placile de retea atasate gazdelor recunosc numai adresele MAC, care coincid cu propriile lor adrese.

Sa presupunem ca un utilizator de pe o gazda (cu A adresa IP), de pe o retea vrea sa transmita un pachet unui alt utilizator, conectat la o alta gazda, aflata pe aceeasi retea (cu B adresa IP). Prin intermediul protocolului DNS, pe care il vom studia mai tarziu, expeditorul poate afla adresa IP a destinatarului. Programele de la nivelele superioare ale expeditorului construiesc un pachet IP cu adresa destinatarului. Programele IP vad adresa destinatarului si constata ca acestea se afla pe aceeasi retea, dar au nevoie de un mecanism prin care sa determine adresa MAC a destinatarului.

La nivelul fiecarei gazde exista in memoria cache o tabela numita tabela ARP care realizeaza o corespondenta intre adresele IP ale gazdelor si adresele MAC corespunzatoare. Daca adresa IP a gazdei destinatie se gaseste in tabela ARP a gazdei sursa, se ia de aici adresa MAC corespunzatoare, si se formeaza cadrul de date corespunzator.

In caz contrar, expeditorul sa trimita un pachet de difuzare in reteaua locala cu adresa IP a destinatarului (de genul "Cine este proprietarul adresei B?"). Pachetul de difuzare va ajunge la toate masinile din reteaua locala si fiecare isi va verifica adresa IP. Numai gazda cu adresa B va raspunde cu adresa placii sale de retea, care va ajunge la gazda expeditor care a initiat cererea. Protocolul folosit pentru a pune astfel de intrebari si a primi raspunsul se numeste ARP (Adress Resolution Protocol - Protocolul de rezolutie a adresei). Dupa ce a obtinut adresa MAC a destinatarului (notata B1), programele IP ale gazdei incapsuleaza intr-un cadru de date care contine B1 si-l transmit pe cablu; placa de retea a gazdei destinatar va recunoaste acest pachet, il va prelua si-l va prelucra. De asemenea, tabela ARP a sursei va fi actualizata, prin introducerea acestei noi corespondente ca intrarea.

Este util ca fiecare gazda sa furnizeze corespondenta sa de adrese la pornirea masinii. Aceasta difuzare este realizata in general printr-un pachet ARP de cautare a propriei adrese IP. Fiecare gazda din reteaua locala va introduce o inregistrare in memoria locala ARP si va raspunde acestui mesaj numai daca doua masini au aceeasi adresa IP, situatie in care masina respectiva ar trebui sa-l informeze pe administratorul de retea si sa nu porneasca. Pentru a permite schimbarea corespondentei dintre adresa IP si adresa MAC, de exemplu atunci cand placa de retea se defecteaza, inregistrarile din memoria locala ARP trebuie sterse.

Protocolul de rezolutie inversa a adresei (RARP - Reverse Address Resolution Protocol) rezolva problema inversa, adica a aflarii adresei IP corespunzatoare unei adrese fizice. Aceasta problema apare, de exemplu atunci cand se porneste o gazda fara disc. O astfel de masina primeste imaginea binara a sistemului sau de operare de la un server de fisiere aflat la distanta. Pentru a se realiza acest lucru, este necesar sa-si cunoasca propria adresa IP. Pentru aceasta, se foloseste protocolul RARP, care permite unei statii de lucru de-abia pornite sa difuzeze adresa sa fizica, pentru a-si obtine propria adresa IP. Server-ul RARP vede aceasta cerere, cauta adresa fizica in fisierele sale de configurare si trimite inapoi adresa sa de configurare.

Proxy ARP este folosit atunci cand o gazda cunoaste adresa IP a altei gazde de pe o alta retea si doreste adresa fizica a acesteia. In acest scop, gazda expeditor transmite o cerere ARP care ajunge la router. Acesta raspunde cu adresa MAC a interfetei asociata retelei locale, unde se afla gazda care a initiat cererea, pentru acele cereri in care adresa IP nu este in domeniul adreselor de pe reteaua locala respectiva.

Router-ele contin si ele tabele ARP, adica tabele care fac corespondenta intre adresa IP si adresa MAC, dar care descriu toate retelele conectate la el. Tabelele ARP pastrate de router pot contine adrese IP si MAC ale unor unitati aflate pe retele diferite. In plus, tabelele router-elor pun in corespondenta port-uri. Fata de adresele IP si MAC ale unitatilor aflate in reteaua locala conectata la router, acesta contine adresele IP si MAC ale altor routere. El foloseste aceste adrese pentru a directiona datele spre destinatia lor finala. Daca router-ul primeste un pachet a carui adresa de destinatie nu este in tabela lui de rutare, el o inainteaza altui router care trebuia sa contina informatii despre gazda de destinatie in tabela ei de rutare.

Cand router-ul nu cunoaste adresa MAC a urmatorului router-nod, router-ul sursa(care vrea sa transmita datele) initiaza o cerere ARP. Router-ul ce este conectat la acelasi segment cu router-ul sursa primeste cererea ARP. Acest router transmite un raspuns ARP, care contine adresa sa MAC pentru router-ul care a facut cererea. Acest lucru este realizat cu ajutorul protocolului Proxy ARP. Acesta permite router-ului sa actioneze ca o poarta implicita. Pentru a obtine serviciile unei porti implicite, sursa incapsuleaza datele folosind adresa MAC a router-ului. Sursa foloseste adresa IP a gazdei destinatar si nu a router-ului, in header-ul IP deoarece doreste ca datele sa fie transmise gazdei destinatar si nu router-ului. Cu ajutorul router-ului, datele sursei pot atinge destinatia lor. Un router ce este folosit in aceste scopuri este numit poarta implicita. Cand router-ul primeste datele, el scoate informatiile nivelului legatura de date folosite pentru incapsulare. El transmite datele nivelului retea unde examineaza adresele IP. El compara adresa IP de destinatie cu informatiile continute in tabelele lui de rutare. Daca router-ul localizeaza adresa IP de destinatie si adresa MAC corespondenta acesteia si trage concluzia ca locatia retelei de destinatie este atasata unuia dintre porturile sale, el va incapsula datele cu noile informatii care contin adresa MAC, si le va transmite mai departe destinatiei corecte. Daca router-ul nu poate localiza adresa de destinatie in tabelele lui de rutare, el va localiza adresa MAC a altui router ce poate executa aceasta functie si transmite datele acestuia.

Fiecare gazda trebuie sa primeasca o adresa IP atunci cand este conectata la o retea, care face parte dintr-o inter-retea. Acest lucru se poate face static sau dinamic.

Alocarea statica este realizata de catre administratorul de retea, care atribuie in mod individual, adrese IP fiecarei gazde din reteaua respectiva. Exista pericolul ca doua gazde sa primeasca aceeasi adresa IP. Sistemele de operare moderne, cum este Windows NT, semnaleaza acest lucru si nu atribuie adresa dubla respectiva.

Alocarea dinamica se poate realiza in mai multe moduri. O prima metoda este utilizarea protocolului RARP, pe care l-am descries anterior.

O a doua metoda foloseste protocolul BOOTP (BOOTstrap Protocol). Atunci cand este pornita, o unitate foloseste protocolul BOOTP pentru a obtine o adresa IP. BOOTP foloseste UDP pentru a tine mesajele. Mesajul UDP este incapsulat intr-o datagrama IP. Un calculator foloseste BOOTP pentru a transmite datagrame IP de difuzare. Un server de BOOTP primeste mesajul de difuzare si apoi la randul lui transmite un mesaj de difuzare. Clientul primeste datagrama, si verifica adresa MAC continuta in ea. Daca gaseste propria adresa fizica in campul de adresa de destinatie, atunci ia adresa IP din aceasta datagrama. Asemanator cu RARP, si BOOTP opereaza in modul de lucru client-server si necesita transmiterea unui singur pachet. Spre deosebire de RARP, datagramele BOOTP pot include alaturi de adresa IP alocata unitatii client, adresa IP a interfetei router-ului (poarta implicita), adresa server-ului si un camp specific producatorului. Una dintre problemele legate de BOOTP, este ca el nu a fost proiectat sa asigneze adrese IP dinamic. Cu BOOTP se poate crea un fisier de configurare ce contine parametrii fiecarei unitati.

Protocolul de configurare dinamica a gazdelor (DHCP- Dynamic Host Configuration Protocol) a fost propus ca un successor al lui BOOTP. Spre deosebire de BOOTP, DHCP permite unei gazde sa obtina o adresa IP usor si dinamic. Cand gazdele sunt pornite, ele contacteaza server-ul DHCP si cer o adresa. Acesta alege o adresa si o aloca gazdei care a efectuat cererea. Cu DHCP, intreaga configuratie de calculatoare poate fi obtinuta iintr-un mesaj (de exemplu, impreuna cu adresa IP, se poate transmite si masca de subretea). Cind un client DHCP isi lanseaza propriul sistem de operare, el intra in starea de initializare. El transmite un mesaj de difuzare DHCP prin care isi comunica prezenta, care este o datagrama UDP pentru care numarul de port este setat cu valoarea portului BOOTP. Dupa transmiterea unui astfel de pachet, clientul trece in starea de selectare si preia raspunsurile de la server-ul DHCP. Dupa ce selecteaza o adresa IP, clientul poate negocia si durata cat aceasta adresa este pastrata. Server-ul DHCP comunica aceste informatii clientului printr-un pachet DHCP. In acest moment, clientul intra in starea finala a procesului si poate sa inceapa sa foloseasca adresa.

O alta componenta principala a IP este protocolul mesajelor de control din Internet (ICMP - Internet Control Message Protocol). Acest protocol este folosit de catre o unitate pentru a raporta o problema celui care a transmis un mesaj.

Protocoalele care fac rutarea determina drumul pe care protocoalele router-ului il urmeaza pina la destinatie. Exemple de astfel de protocoale sunt: Routing Information Protocol (RIP), Interior Gateway Routing Protocol (IGRP), Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) si Open Shortest Path First (OSPF). Aceste protocoale permit router-ului la care sunt conectate sa creeze o harta interna a altor routere din retea sau de pe Intrnet. Aceasta permite rutarea, adica selectarea celui mai bun drum si comutarea intre diverse cai. Aceste harti devin parte componenta a fiecarei tabele de rutare a router-ului.

Router-ele folosesc aceste protocoale pentru a schimba tabelele de rutare si pentru a folosi impreuna informatiile de rutare. In interiorul unei retele, cel mai utilizat protocol pentru transferul de informatii de rutare intre routere, localizate pe aceeasi retea este RIP

IGP calculeaza distantele pina la o gazda destinatie, in termeni de cit de multe noduri (routere) prin care un pachet trebuie sa treaca pentru a ajunge la reteaua careia ii apartine destinatarul. RIP permite router-elor sa prelucreze tabelele lor de rutare la intervale programabile de timp, de obicei de 30 de secunde. Un dezavantaj al router-elor ce folosesc RIP este ca ele sunt in conexiune cu router-ele vecine in vederea prelucrarii tabelelor lor de rutare, ceea ce are drept consecinta cresterea traficului in retea. RIP permite router-elor sa determine care drum il va folosi pentru a transmite date. Acest lucru este realizat folosind conceptul de vector de distante. Oricind datele trec printr-un router, si astfel printr-un nou numar de retea, acesta este considerat a fi un nod. Fiecare drum pina la destinatie are un numar de noduri memorat in vectorul de distante. Daca exista mai multe drumuri pina la o destinatie, drumul cu cel mai mic numar de noduri va fi cel ales de catre router. Numarul maxim de noduri ale unui drum admis de catre RIP este de 15.

Exista doua tipuri de protocoale care fac rutarea: Exterior Gateway Protocols (EGPs) si Interior Gateway Protocols (IGPs). Exterior Gateway Protocols executa rutarea datelor intre sisteme autonome. Un exemplu de EGP este BGP (Border Gateway Protocol), primul protocol de rutare in exterior folosit in Internet.

Interior Gateway Protocol fac rutarea datelo in interiorul unui sistem autonom. Exemple de IGP-uri sunt:RIP , IGRP , EIGRP , OSPF

Spre deosebire de RIP,IGRP ia in calcul atunci cind datele trebuie sa parcurga un anumit drum, mai multe informatii printre care: largimea de banda, incarcarea, intirzierea si fiabilitatea. EIGRP este o versiune avansata a lui IGRP. EIGRP furnizeaza in plus mai multe facilitati de operareOSPF ('open shortest path first') . ia in considerare costul conexiunilor dintre doua routere. Acestea pot fi: viteza de rutare, traficul, fiabilitatea si securitatea.

Tabelele de rutare pot fi modificate manual, de catre administratorul de retea (rutare statica) sau automat (rutare dinamica). Modificarea manuala a tabelelor de rutare se face manual atunci cind adminuistratorul de retea vrea sa controleze care drum este ales de catre router, atunci cind vrea sa testeze o anumita legatura, sa conserve largimea de banda, sau sa conecteze o retea LAN cu o singura posibilitate de conexiune in exterior.