Протокол розыска соседей

Розыск соседей и разрешение адресов

В нашей модели компьютерных сетей пакеты не перелетают с узла на узел волшебным образом, а путешествуют по каналам. Пока мы работаем на уровне IP, непосредственная передача пакета напрямую, "из рук в руки", возможна только узлу, который подключен к тому же каналу, что и наш локальный узел.

Чтобы нам вскоре не пришлось опровергать наши собственные утверждения, мы сразу же должны оговорить, что подключение узлов к общему каналу — это необходимое, но еще недостаточное условие для прямой передачи пакета между ними. Дело в том, что существуют "неклассические" каналы, в которых не все пары узлов могут обмениваться пакетами напрямую. Подробному обсуждению таких каналов в контексте IPv6 мы посвятим §5.2, а пока что давайте предположим, что наш локальный узел А априори знает, что он может передать пакет узлу Б напрямую, используя определенный канал К. Если это так, то узлы А и Б — соседи (neighbors) по каналу К. Пока наше воображение еще не смущено "неклассическими" каналами, мы можем позволить себе упрощенную картину, где соседи А и Б соединены каналом "точка-точка" — например, старым добрым PPP — или же широковещательным каналом — скажем, привычной локальной сетью Ethernet. Эти хрестоматийные случаи иллюстрирует рис. 5.1.

Рис. 5.1. Узлы-соседи по широковещательному каналу (слева) и по каналу "точка-точка" (справа)

Тем не менее, давайте с самого начала иметь в виду, что, с математической точки зрения, отношение соседства коммутативно, но не транзитивно: если узел Б — сосед узла А, то узел А — сосед узла Б; но если узлы А и Б соседи и узлы Б и В соседи, то это еще не значит, что узлы А и В тоже соседи.

Теперь подумаем, как локальный узел А обращается к соседу Б. Использует ли он для этого титул, кличку или радиопозывные? Конечно же, нет. Вместо этого узел А применяет адрес IP, присвоенный интерфейсу узла Б. Если у узла Б несколько интерфейсов, то мы имеем в виду, конечно же, один из подключенных к общему каналу К.

Таким образом, узел IP, намереваясь передать индивидуальный пакет, вначале знает только адрес IP удаленного соседа. Так как сосед может быть не только адресатом пакета, но и маршрутизатором, его называют "следующий шаг" (next hop), тем самым подчеркивая, что он может быть не последним на пути пакета.

Однако, чтобы на самом деле передать пакет дальше, уровень IP должен обратиться к канальному уровню, а тот использует только канальную адресацию и ожидает канального адреса соседа, будь то в явном или неявном виде. Поэтому локальный узел должен найти среди всех соседей по данному каналу именно того, кто обладает адресом следующего шага, и узнать его канальный адрес. Эта процедура известна нам как разрешение адресов (address resolution).

Если канал — типа "точка-точка", то это тривиальная задача, поскольку явный адрес IP и неявный канальный адрес единственного соседа заранее известны.

Если же канал многоадресный, то задача существенно затрудняется; ее решение зависит от свойств этого канала. В худшем случае, когда нет никаких вспомогательных механизмов, поможет только заданная вручную таблица соответствия между адресами сетевого уровня и канальными адресами. Но, к счастью, такой случай практически не встречается, а зато мы довольно часто сталкиваемся с каналами, где есть возможность обратиться сразу ко всем соседям и спросить, кому принадлежит искомый сетевой адрес. Эта идея, представленная на рис. 5.2, открывает нам путь к автоматизированному розыску соседей^{1 Можно встретить термин-синоним "обнаружение соседей".} (neighbor discovery) [RFC 4861].

Рис. 5.2. Идея автоматического розыска соседей

Хотя на первый взгляд может показаться, что разрешение адресов и розыск соседей — одна и та же задача, на самом деле они перекрываются, но не совпадают. Розыск соседей, в общем случае, можно вести по любым критериям, а не только по сетевому адресу. Например, узел может спросить у своих соседей: "Эй, кто из вас — маршрутизатор по умолчанию?" — или: "У кого это из вас жужжит вентилятор?" С другой стороны, разрешение адресов не всегда требует розыска соседей. Так, мы обсудили в §4.1.1, что разрешение групповых адресов IPv4 и IPv6 в групповые же адреса MAC происходит локально, простой подстановкой битов. Розыск не потребуется и тогда, когда требуемые сведения заранее внесены в локальную конфигурацию — то, что мы знали в IPv4 как статический ARP (static ARP).

Это логическое разделение полезно иметь в виду, чтобы наше решение не вышло узким и ограниченным. Тем не менее, первой прикладной задачей у нас стоит именно разрешение индивидуальных адресов IPv6 в канальные адреса, когда узел А спрашивает: "Дорогие соседи, кому из вас принадлежит сетевой адрес Б?" — и получает в ответ канальный адрес искомого соседа, если тот на месте.