При использовании в сети TCP/IP существует вероятность, что в сети применяется DHCP для раздачи IP-адресов клиентским машинам и, возможно, некоторым принтерам. Нечего и говорить, что если TCP/IP является единственным протоколом в сети, то клиентская машина должна иметь допустимый IP-адрес, чтобы общаться с другими устройствами в сети, например компьютерами, маршрутизаторами, принтерами и серверами. Этот IP-адрес должен иметь подходящий сетевой адрес, адрес хоста и маску подсети, иначе коммуникация просто не будет происходить. Если имеется несколько сегментов, то требуется также используемый по умолчанию шлюз.
DHCP может управлять этими простыми задачами, и даже сделать больше. В действительности это четкий и эффективный протокол, которому требуются только четыре кадра для выдачи адреса и два кадра для обновления этого адреса позже. Рассмотрим это подробнее.
Процесс получения адреса Когда загружается клиент DHCP, первое что он должен сделать, это найти сервер DHCP, выдающий IP-адреса для подсети, к которой он присоединен. Для этого устройство пошлет сообщение поиска DHCP, указывающее, что оно хотело бы получить IP-адрес. Сервер DHCP, получив сообщение поиска, ответит предложением DHCP. Оно говорит: "Я получил ваш запрос и вот адрес, который у меня есть". Клиентская машина может получить несколько предложений DHCP от нескольких серверов, которые могут услышать сообщение поиска DHCP. Клиент выберет первое полученное им предложение DHCP и ответит серверу DHCP, что он хочет получить предложенный IP-адрес. Это называется запросом DHCP. Сервер DHCP при получении запроса ответит подтверждением (АСК): "Можете начинать использовать IP-адрес". Таблица резюмирует этот процесс.
Как можно видеть в таблице, DHCP использует широковещание в течение всего процесса. Это позволяет другим машинам в сети знать о том, что происходит. Рассмотрим этот процесс подробнее. В приведенной ниже распечатке заголовка Ethernet можно видеть, что адресом назначения является FFFFFFFFFFFF. Это широковещательный адрес для уровня доступа к среде передачи. Все устройства в сегменте Ethernet должны будут обрабатывать этот кадр, пока не дойдут до раздела UDP (порта дейтаграмм пользователя) и не обнаружат, что они не имеют указанного порта UDP. В распечатке также видно, что размер кадра Ethernet равен 342 байтам. Это размер данного кадра Ethernet, включая заголовок. Число остающихся байтов равно 328, что является полезной нагрузкой минус 14-байтовый заголовок Ethernet.
Выделенный IP-адрес должен обновляться до истечения срока своей службы. Как можно видеть в распечатке выше, когда выделенный адрес подтверждается, одновременно задается время обновления. Процесс обновления требует только двух кадров: запроса DHCP и последующего АСК.
Клиент DHCP будет запрашивать обновление дважды — при запуске и при истечение половины выделенного времени. В каждом из этих случаев, если запрос успешен, он будет использовать только два кадра. Эти два кадра выглядят точно так же, как кадры запроса и подтверждения, показанные в предыдущем разделе. Единственное различие состоит в том, что при запросе во время истечения половины выделенного времени это будет направленная дейтаграмма, а не широковещательное сообщение, как в случае обновления при запуске.
Эти два кадра имеют размер всего 684 байта и требуют только 100 миллисекунд для завершения. Если клиентской машине DHCP не удалось получить обновление после двух попыток, она будет ждать до следующего периода обновления. Если срок выделенного адреса истекает, то машина возвращается к описанному ранее процессу из четырех кадров, как если бы она пыталась получить адрес в первый раз.
Оптимизация трафика DHCP В действительности трафик DHCP имеет минимальное влияние на объем создаваемого сетевого трафика. Существуют только шесть случаев, когда трафик будет присутствовать вообще. Они перечислены ниже:
• Клиенту DHCP требуется адрес в первый раз — четыре кадра.
• Автоматическое обновление при истечении половины выделенного времени — два кадра.
• Перезапуск клиентской машины DHCP — два кадра.
• Машина перемещается в новую подсеть. Это будет создавать два кадра обновления, которые получат отрицательное подтверждение, затем четыре кадра для получения адреса — всего шесть кадров.
• Замена NIC на машине — четыре кадра.
• Адрес IP освобождается или обновляется вручную, с помощью либо ipconfig, либо winipcfg.
Одним из основных способов сокращения объема трафика DHCP является настройка длительности времени выделения. Это делается менеджером DHCP, как показано на рис. Если длительность выделения адреса изменяется с используемых по умолчанию трех дней до тридцати дней, то сокращение трафика может быть существенным — 13684 байта на каждую машину. Такое изменение имеет смысл, когда область адресов значительно больше, чем число хостов, которые необходимо адресовать. Если это не так, то придется либо использовать длительность выделения по умолчанию, либо сделать длительность еще короче. Другой сценарий при настройке длительности выделения номера может возникать в ситуации, когда существует большое количество переносных компьютеров, которые соединяются с сетью на регулярной основе. Если пользователи не обучены освобождать свои IP-адреса при выходе из сети, они могут получать несколько адресов, требуя тем самым большего пространства адресов, чем необходимо.
Получив подходящий IP-адрес, клиентский компьютер должен зарегистрировать в сети свое имя NetBIOS. В большинстве ситуаций эта регистрация будет вовлекать WINS. Большинство ресурсов, доступных в сети, включает некоторый вид компьютерного имени. Компьютеры в сети должны регистрировать по крайней мере одно имя. Как правило они будут регистрировать более одного имени, чтобы обеспечить в сети коммуникацию по имени. В мире Windows NT имя хоста и имя NetBIOS обычно совпадают (они не являются одним и тем же по сути, но обозначаются одним и тем же словом или комбинацией символов). В мире Unix имя хоста и имя NetBIOS могут быть различаться.
В главе 1 говорилось, что NetBIOS (сетевая базовая система ввода-вывода) не то же самое, что NetBEUI. NetBIOS является протоколом, используемым различными приложениями. Он может переноситься через TCP/IP, IPX/SPX и, конечно, NetBEUI. Мы рассмотрим NetBIOS, потому что она используется через TCP/IP.
Чтобы приложения могли общаться, имя NetBIOS должно быть преобразовано в адрес IP. Способ, которым это обычно делается, состоит в испо льзовании либо широковещания b-узлов, либо сервера имен NetBIOS, например WINS. Есть несколько преимуществ использования сервера WINS, а не просто широковещания. Первое состоит в том, что широковещание является очень дорогим предложением, когда речь идет о сетевой производительности. Каждое одиночное устройство в сегменте должно остановить и проверить каждый одиночный кадр широковещания, чтобы определить, не может ли он обслужить запрос. В большой сети широковещание NetBIOS может буквально заполнить всю сеть. С этим надо как-то бороться. К счастью, компания Microsoft разработала для этой цели WINS. WINS полностью соответствует реализации сервера имен NetBIOS на основе RFC. С помощью WINS хосты могут отбрасывать кадр, как только они видят адрес MAC места назначения. Все функции службы имен NetBIOS через TCP/IP используют UDP порт 137. Рассмотрим регистрацию имен и процесс обновления.
Регистрация имен и обновление
Имена NetBIOS должны быть зарегистрированы для каждой службы или приложения, которые хотят использовать их коммуникационный механизм. Примерами таких регистрируемых служб являются служба рабочей станции и служба сервера. Другие имена указывают специальные роли, которые выполняются в сети, такие как основной, или первичный, контроллер домена (Primary Domain Controller, PDC) или резервный контроллер домена (Backup Domain Controller, BDC). Регистрируется само имя домена, а также имена пользователей, регистрирующихся в домене. Эти имена нужны для некоторых функций сообщений и коммуникации. Например, если необходимо послать сообщение, используя сетевую команду send (послать) некому Джейсону, он должен иметь зарегистрированное имя пользователя, иначе ничего не получится. Общее число зарегистрированных имен зависит, очевидно, от числа запущенных служб. Каждое зарегистрированное имя будет использовать всего 214 байтов — 110 байтов для запроса регистрации имени и 104 байта для ответа. Посмотрим теперь на такую транзакцию на листинге ниже:
Система имен доменов (DNS) является относительно эффективным протоколом, созданным для помощи компьютерам в преобразовании имени хоста в IP-адрес. Это старший брат WINS, который, как мы знаем из предыдущей главы, преобразует имя NetBIOS в IP-адрес. В этом загадочном мире сетей различные приложения общаются по-разному. Например, когда вводится команда net use, используется команда, которая общается с NetBIOS. Когда вводится команда ping, используется команда с именем хоста. Другой способ: DNS является файлом hosts, a WINS является файлом lmhosts.
Так как DNS создан эффективным протоколом, большая часть трафика создается, когда клиентская машина запрашивает сервер DNS и получает его ответ. Определение того, как часто это происходит, поможет при оценке влияния DNS на сеть. Различаются все и все пользователи (хотя иногда они обладают раздражающе похожими характеристиками).
Одним из факторов, который имеет существенное влияние на сеть, является рекурсивный поиск DNS. Рекурсивный поиск происходит, когда сервер DNS не может самостоятельно разрешить имя и поэтому запрашивает другой сервер DNS или даже сервер WINS. Полученный ответ передается затем клиенту в ответ на запрос. Здесь есть потенциальная возможность удвоения объема трафика, связанного с DNS.
Разрешение адреса
Поиск DNS является простым разговором между клиентской машиной и сервером DNS. Запрос равен приблизительно 81 байту, а ответ — 97 байтам, в зависимости от количества перечисленных имен серверов. Отметим, что
DNS является направленным протоколом, и адрес MAC места назначения является реальным адресом сервера DNS, а не широковещательным адресом, как в других протоколах. Кроме того, мы видим в разделе IP, что место назначения является реальным IP-адресом сервера DNS в этой сети.
Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, простой протокол передачи почты) используется для получения почты из Интернета. Когда адрес сервера преобразован (с помощью DNS), создается соединение с портом 25. Команды SMTP используются для управления потоком почты из одной машины в другую. Каждая из этих команд заканчивается нажатием клавиши Enter или Return. Команды SMTP не зависят от регистра символов, хотя SMTP будет сохранять регистр при адресации, так как некоторые реализации могут иметь имена пользователей, зависящие от регистра символов. Как видно на рис., для создания соединения может использоваться Telnet, а также другой сервер SMTP. Это часто делается для тестирования соединения почты Интернета с Exchange. Процесс начинается с команды mail, посылаемой отправителем с помощью from: в форме <имя_пользователя>@<имя_домена>. From: является полем, которое сообщает серверу SMTP имя пользователя. <имя_пользователя>@<имя_домена> также станет ответом для адреса.
Команда HELO (HELLO в некоторых реализациях) позволяет узнать, общаются ли две машины. В то время как приветствие при соединении идентифицирует сервер получателя, HELO используется для идентификации отправителя на сервере SMTP. HELO и сопровождающий 250 OK позволяют узнать, что отправитель и получатель находятся в состоянии начального соединения без выполняющихся транзакций и с пустыми буферами. Команда mail сообщает серверу SMTP, что начинается новая транзакция. Если все правильно, то вернется ответ 250 ОК. from: называется также адресом обратного пути. Он может содержать более одного почтового ящика, а также список хостов для обратной маршрутизации источника.
Следующей командой MAIL используется для начала почтовой транзакции. Эта строка также будет содержать from:, что называется обратным путем доступа и используется для извещений о недоставке. Эта информация хранится сервером SMTP отправителя в буфере обратных путей доступа, который будет обрабатываться после ввода всех данных.
RCPT идентифицирует получателя сообщения и является командой, вводимой после команды mail. Если эта команда mail получена сервером SMTP правильно, то будет возвращаться ответ 250-ОК. Если получатель неизвестен, то с сервера вернется ошибка 550. Если получатель введен неправильно, то будет порождаться ошибка 553 неправильно сформированного адреса. Протокол позволит в этом месте ввести в процесс несколько получателей. Нажатие клавиши Return в конце строки RCPT и ввод другой команды RCPR вводит дополнительных получателей. Кроме почтового ящика в поле RCPT можно также поместить список маршрутов хостов источников. Данные RCPT хранятся в буфере путей доступа пересылки столько, сколько нужно серверу.
