Как хост может узнать, следует ли пытаться отправить пакет хосту через сегмент, к которому он подключен, или отправить пакет на маршрутизатор для дальнейшей обработки? Если хост должен отправлять пакеты на маршрутизатор для дальнейшей обработки, как он может узнать, на какой маршрутизатор (если их несколько) отправлять трафик? Эти две проблемы вместе составляют проблему шлюза по умолчанию.
Для IPv4 проблему довольно легко решить, используя префикс и длину префикса. Рисунок ниже демонстрирует нам это.
Реализации IPv4 предполагают, что любой хост в пределах одной подсети IPv4 должен быть физически подключен к одному проводу. Как реализация может определить разницу? Маска подсети - это еще одна форма длины префикса, которая указывает, где заканчивается сетевой адрес и начинается адрес хоста. В этом случае предположим, что длина префикса равна 24 битам, или сетевой адрес равен /24. 24 указывает вам, сколько битов задано в маске подсети: 24 bits = 11111111.11111111.11111111.0000000
Поскольку в IPv4 используется десятичная запись маски, это также можно записать как 255.255.255.0. Чтобы определить, находится ли C на том же проводе, что и A, A будет:
- Логическое умножение маски подсети с адресом локального интерфейса
- Логическое умножение маски подсети с адресом назначения
- Сравните два результата; если они совпадают, целевой хост находится на том же канале связи, что и локальный интерфейс
На рисунке ниже это продемонстрировано.
На рисунке выше показано четыре IPv4-адреса; предположим, что A должен отправлять пакеты в C, D и E. Если A знает, что длина префикса локального сегмента составляет 24 бита либо с помощью ручной настройки, либо с помощью DHCPv4, то он может просто посмотреть на 24 наиболее значимых бита каждого адреса, сравнить его с 24 наиболее значимыми битами своего собственного адреса и определить, находится ли пункт назначения на сегменте или нет. Двадцать четыре бита IPv4-адреса создают хороший разрыв между третьей и четвертой секциями адреса (каждая секция IPv4-адреса представляет собой 8 бит адресного пространства, в общей сложности 32 бита адресного пространства).
Любые два адреса с такими же левыми тремя секциями, что и у A, называемые сетевым адресом, находятся в одном сегменте; любой адрес, которого нет в сегменте. В этом случае сетевой адрес для A и C совпадает, поэтому A будет считать, что C находится в одном сегменте, и, следовательно, будет отправлять пакеты C напрямую, а не отправлять их на маршрутизатор. Для любого пункта назначения, который A считает вне сегмента, он будет отправлять пакеты на IPv4-адрес конечного пункта назначения, но на MAC-адрес шлюза по умолчанию. Это означает, что маршрутизатор, выступающий в качестве шлюза по умолчанию, примет пакет и переключит его на основе IPv4-адреса назначения. Как выбирается шлюз по умолчанию? Он либо настраивается вручную, либо включается в параметр DHCPv4.
А что насчет D? Поскольку сетевые части адресов не совпадают, A будет считать, что D находится вне сегмента. В этом случае A отправит любой трафик для D на свой шлюз по умолчанию, которым является B. Когда B получит эти пакеты, он поймет, что A и D достижимы через один и тот же интерфейс (на основе своей таблицы маршрутизации), поэтому он будет отправлять ICMP-перенаправление на A, говоря ему, что нужно отправлять трафик на D напрямую, а не через B.
IPv6 представляет собой более сложный набор проблем, которые необходимо решить при выборе шлюза по умолчанию, потому что IPv6 предполагает, что одно устройство может иметь много адресов IPv6, назначенных конкретному интерфейсу. Рисунок ниже демонстрирует это.
На рисунке выше предположим, что администратор сети настроил следующие политики:
- Ни один хост не может подключаться к A, если у него нет адреса в диапазоне адресов 2001: db8: 3e8: 110 ::/64.
- Ни один хост не может подключиться к D, если у него нет адреса в диапазоне адресов 2001: db8: 3e8: 112 ::/64.
Примечание: В реальном мире вы никогда не построили бы такую политику; это надуманная ситуация, чтобы проиллюстрировать проблему, поставленную в сети минимального размера. Гораздо более реальной проблемой такого же типа была бы одноадресная переадресация обратного пути (uRPF).
Чтобы эти политики работали, администратор назначил 110::3 и 112::12 хосту C и 111::120 хосту F. Это может показаться странным, но совершенно законно для одного сегмента иметь несколько подсетей IPv6, назначенных в IPv6; также совершенно законно иметь одно устройство с несколькими адресами. На самом деле, в IPv6 существует множество ситуаций, когда одному устройству может быть назначен диапазон адресов.
Однако с точки зрения длины префикса нет двух адресов, назначенных C или F, в одной подсети. Из-за этого IPv6 не полагается на длину префикса, чтобы определить, что находится в сегменте, а что нет. Вместо этого реализации IPv6 ведут таблицу всех подключенных хостов, используя запросы соседей, чтобы определить, что находится в сегменте, а что нет. Когда хост хочет отправить трафик из локального сегмента, он отправляет трафик на один из маршрутизаторов, о котором он узнал из объявлений маршрутизатора. Если маршрутизатор получает пакет, к которому, как он знает, другой маршрутизатор в сегменте имеет лучший маршрут (поскольку у маршрутизаторов есть таблицы маршрутизации, которые говорят им, какой путь выбрать к какому-либо конкретному месту назначения), маршрутизатор отправит сообщение перенаправления ICMPv6, сообщающее хосту использовать какой-либо другой маршрутизатор первого перехода для достижения пункта назначения.
В следующей статьей мы поговорим про пакетную коммутацию.
