3.7.1 Адреса (Addresses)
Главная идея
Сегментировать данные недостаточно — каждый пакет должен знать куда идти. За доставку отвечают два уровня: Network (сетевой) и Data Link (канальный), и у каждого свои адреса с разными задачами.
Два типа адресов
| Уровень | Тип адреса | Задача |
|---|---|---|
| Network (L3) | IP-адрес (логический) | Доставить пакет от источника до конечного получателя — даже через разные сети |
| Data Link (L2) | MAC-адрес (физический) | Доставить фрейм от одной сетевой карты (NIC) до другой в пределах одной сети |
Что содержит каждый уровень — по схеме
| Уровень | Что передаётся |
|---|---|
| Physical | Биты синхронизации и тайминга |
| Data Link | MAC-адреса источника и получателя (физические) |
| Network | IP-адреса источника и получателя (логические) |
| Transport | Порты источника и получателя (номера процессов) |
| Upper Layers | Закодированные данные приложения |
Аналогия
Представь посылку:
- IP-адрес — это адрес города и улицы (куда везти в целом)
- MAC-адрес — это кто передаёт посылку из рук в руки на каждом конкретном участке пути
Пакет может пройти через несколько роутеров — IP-адрес назначения не меняется, а MAC-адреса меняются на каждом участке пути.
3.7.2 Layer 3 — Логический IP-адрес
Что такое IP-адрес?
IP-адрес — это логический адрес уровня 3 (Network), который используется для доставки пакета от источника до конечного получателя, независимо от того, сколько роутеров на пути.
Пример из схемы
IP-пакет на всём пути содержит одни и те же адреса:
- Source IP: 192.168.1.110 (PC1)
- Destination IP: 172.16.1.99 (сервер)
Эти адреса не меняются на протяжении всего маршрута.
IP-пакет содержит два адреса
| Адрес | Что это |
|---|---|
| Source IP | IP-адрес отправителя |
| Destination IP | IP-адрес получателя |
Структура IP-адреса — две части
Каждый IP-адрес состоит из двух частей:
| Часть | IPv4 | IPv6 | Что означает |
|---|---|---|---|
| Сетевая часть | Network portion | Prefix | Левая часть адреса — определяет сеть. У всех устройств одной сети она одинакова |
| Хостовая часть | Host portion | Interface ID | Правая часть — уникально идентифицирует конкретное устройство в сети |
Пример
Адрес 192.168.1.110 с маской /24:
192.168.1— сетевая часть (все устройства в этой сети имеют такой же префикс)110— хостовая часть (уникальна для этого устройства)
Маска подсети (subnet mask) в IPv4 и длина префикса (prefix-length) в IPv6 — это то, что показывает, где заканчивается сетевая часть и начинается хостовая.
3.7.3 Устройства в одной сети
Сценарий
PC1 отправляет данные на FTP-сервер, и оба находятся в одной сети (192.168.1.x):
| Устройство | IP-адрес | MAC-адрес |
|---|---|---|
| PC1 (отправитель) | 192.168.1.110 | AA-AA-AA-AA-AA-AA |
| FTP Server (получатель) | 192.168.1.9 | CC-CC-CC-CC-CC-CC |
Как выглядит фрейм
Смотри на схему — фрейм содержит два уровня адресации одновременно:
Ключевой момент — как понять, что устройства в одной сети?
Сравниваем сетевую часть IP-адресов:
| IP-адрес | Сетевая часть | Хостовая часть | |
|---|---|---|---|
| PC1 | 192.168.1.110 | 192.168.1 | 110 |
| FTP Server | 192.168.1.9 | 192.168.1 | 9 |
Сетевая часть одинакова → устройства в одной сети → роутер не нужен, трафик идёт напрямую через свитч.
Вывод
Когда Source и Destination находятся в одной сети:
- IP-адреса указывают конечных отправителя и получателя
- MAC-адреса в фрейме — это MAC самого PC1 и MAC FTP-сервера напрямую
- Пакет не выходит за пределы локальной сети
3.7.4 Роль адресов канального уровня — одна IP-сеть
Главная мысль
Когда отправитель и получатель находятся в одной сети, фрейм Data Link (Ethernet) отправляется напрямую на устройство-получатель. Адреса канального уровня в сети Ethernet называются MAC-адресами.
Что происходит в этом примере
На схеме выделены (желтым) MAC-адреса — именно они используются в заголовке Ethernet фрейма:
| PC1 (отправитель) | FTP Server (получатель) | |
|---|---|---|
| IP-адрес | 192.168.1.110 | 192.168.1.9 |
| MAC-адрес | AA-AA-AA-AA-AA-AA | CC-CC-CC-CC-CC-CC |
Структура фрейма
Ключевой вывод
Когда оба устройства в одной сети:
- MAC Destination = MAC самого FTP-сервера (напрямую)
- MAC Source = MAC самого PC1
- Роутер не задействован — фрейм идёт прямо через свитч
3.7.6 Роль адресов сетевого уровня — разные сети
Сценарий: PC1 → Web Server (разные сети)
| Устройство | IP-адрес | MAC-адрес |
|---|---|---|
| PC1 | 192.168.1.110 | AA-AA-AA-AA-AA-AA |
| R1 (шлюз PC1) | 192.168.1.1 | 11-11-11-11-11-11 |
| R2 (шлюз сервера) | 172.16.1.1 | 22-22-22-22-22-22 |
| Web Server | 172.16.1.99 | AB-CD-EF-12-34-56 |
Сетевые части разные: 192.168.1.x ≠ 172.16.1.x → нужен роутер.
Главное отличие от предыдущей темы
IP-адреса не меняются на всём пути:
Source IP: 192.168.1.110 → всегда одинаковый
Dest IP: 172.16.1.99 → всегда одинаковый
MAC-адреса меняются на каждом участке:
| Участок пути | Dst MAC | Src MAC |
|---|---|---|
| PC1 → R1 | 11-11-11-11-11-11 (MAC роутера R1) | AA-AA-AA-AA-AA-AA (MAC PC1) |
| R1 → R2 | MAC интерфейса R2 | MAC интерфейса R1 |
| R2 → Web Server | AB-CD-EF-12-34-56 (MAC сервера) | 22-22-22-22-22-22 (MAC R2) |
На схеме первый фрейм (PC1 → R1):
Dst MAC: 11-11-11-11-11-11 ← это MAC роутера R1, не сервера!
Src MAC: AA-AA-AA-AA-AA-AA
Source IP: 192.168.1.110
Dest IP: 172.16.1.99
Ключевой вывод
Когда устройства в разных сетях — PC1 не может отправить фрейм напрямую серверу. Он отправляет его на шлюз по умолчанию (default gateway) — то есть на роутер R1. MAC-адрес назначения в первом фрейме — это MAC роутера, а не конечного сервера.
Роутер на каждом “прыжке” (hop) снимает старый фрейм и создаёт новый с нужными MAC-адресами для следующего участка — IP при этом не трогает.
3.7.7 Роль адресов канального уровня — разные IP-сети
Проблема
Когда получатель в другой сети — PC1 не может отправить фрейм напрямую на Web Server, потому что сервер недостижим напрямую в локальной сети PC1.
Решение — Default Gateway (шлюз по умолчанию)
PC1 отправляет фрейм на роутер R1 — это и есть шлюз по умолчанию.
Что записывается в фрейм (первый участок: PC1 → R1)
| Поле | Значение | Пояснение |
|---|---|---|
| Src MAC | AA-AA-AA-AA-AA-AA | MAC самого PC1 |
| Dst MAC | 11-11-11-11-11-11 | MAC роутера R1 ← не сервера! |
| Source IP | 192.168.1.110 | IP PC1 — не меняется |
| Dest IP | 172.16.1.99 | IP Web Server — не меняется |
На схеме выделены желтым именно эти два MAC — PC1 и R1, потому что они в одной локальной сети.
Что происходит дальше
PC1 ──фрейм──► R1 (снимает фрейм, смотрит IP, создаёт новый фрейм)
R1 ──новый фрейм──► R2 ──► Web Server
R1 получает фрейм, снимает Ethernet-заголовок, смотрит на IP-адрес назначения и создаёт новый фрейм для следующего участка — и так до конца.
Важное правило
На каждом хосте в локальной сети обязательно должен быть настроен IP-адрес шлюза по умолчанию. Все пакеты в удалённые сети идут через него.
Итоговая формула:
| Ситуация | Dst MAC в фрейме |
|---|---|
| Получатель в той же сети | MAC самого получателя |
| Получатель в другой сети | MAC шлюза по умолчанию (роутера) |
3.7.8 Адреса канального уровня (Data Link Addresses)
Главная идея
MAC-адрес (Layer 2) служит только для доставки фрейма от одной сетевой карты (NIC) до другой в пределах одного участка сети. На каждом “прыжке” (hop) фрейм пересоздаётся заново.
Три этапа пути — три разных фрейма
Смотри на три схемы:
1️⃣ Host → Router (PC1 → R1)
| L2 (MAC) | L3 (IP) | |
|---|---|---|
| Source | MAC PC1 (зелёный) | 192.168.1.110 |
| Destination | MAC R1 (зелёный) | 172.16.1.99 |
2️⃣ Router → Router (R1 → R2)
| L2 (MAC) | L3 (IP) | |
|---|---|---|
| Source | MAC R1 выходной NIC (серый) | 192.168.1.110 |
| Destination | MAC R2 входной NIC (серый) | 172.16.1.99 |
3️⃣ Router → Server (R2 → Web Server)
| L2 (MAC) | L3 (IP) | |
|---|---|---|
| Source | MAC R2 выходной NIC (синий) | 192.168.1.110 |
| Destination | MAC Web Server (синий) | 172.16.1.99 |
Что меняется, что остаётся
L3 (IP-адреса): НЕ МЕНЯЮТСЯ на всём пути ✓
L2 (MAC-адреса): МЕНЯЮТСЯ на каждом участке ✗→✓
Правило роутера
Когда роутер получает фрейм:
- Снимает L2-заголовок (старый MAC)
- Смотрит на IP-адрес назначения в L3
- Создаёт новый L2-заголовок с MAC-адресами для следующего участка
- Отправляет через нужный NIC дальше
Source MAC — всегда MAC той NIC, которая отправляет фрейм Destination MAC — MAC следующего устройства (роутера или конечного получателя)