Как данные перемещаются в сети интернет, всегда конвертируются в кадры Ethernet или остаются в пакетах IP?

Question

[jofumi]

Я понимаю в целом как работают маршрутизаторы и работают разные уровни osi. Но когда объясняют работу маршрутизаторов не уточняют взаимодействие сетевого и канального(сетевых интерфейсов) уровней.
Т.е. один маршрутизатор отправляет пакет на другой по протоколу ip. Но сети ведь построены зачастую через ethernet(витая пара, мак адреса, ограничение размера пакета по размеру кадра и т.д.; другие протоколы опустим).

1. Конвертации пакета ip в кадр ethernet не происходит? Ведь поиск маршрута у этих протоколов отличается. Или поиск маршрута разрешается на ip, но между двумя маршрутизаторами всё равно пакет конвертируется в кадр, затем на новом маршрутизаторе "разворачивается" до ip, маршрутизатор решает куда его послать и пакует обратно в ethernet... Но в таком случае ведь все-равно в ethernet нельзя закольцовывать пути, а маршрутизаторы по-любому где-нибудь закольцованы.
   
2. Уровни сети ведь нисходящие с прикладного до физического. Если "упаковки" до ethernet не происходит, то он просто пропускается? ведь без физического уровня передать данные нельзя...
   
3. 3)Получается конвертация в ethernet происходит только в локальных сетях без маршрутизатора? Сейчас часто домашняя сеть построена через маршрутизатор от провайдера и выходит, что ethernet как протокол тут не используется даже между компьютерами в локальной сети?
   
4. 4)Если есть чисто локалка на свиче, то сетевой уровень по-любому используется? Допустим с датаграммы udp упаковка в ip пакет, затем только в кадр ethernet? И по-любому отрабатывают dhcp и arp?
   
5. 5)Сейчас стандартно есть сетевая карта(поддерживает ip) в компьютерах, но первые сети были ethernet. Получается там давным-давно были "ethernet карты"? как такое оборудование называлось? (это уже в довесок, первые 4 вопросы важнее)
   

Comments

[Dimonchik]

скажи пожалуйста, что тут именно непонятно, что ты столько понаписывал:

Answer 1

[Vamp]

1. Пакеты не конвертируются друг в друга, а вкладываются. То есть в типичном пакете имеются сразу три заголовка - Ethernet, IP и TCP. И когда маршрутизатор решает куда отправить пакет дальше, смотрит только на заголовок IP. У маршрутизатора существует таблица маршрутизации, которая указывает какие IP адреса на какой интерфейс отправлять. Непосредственно перед отправкой маршрутизатор перезапишет ethernet заголовок и вставит в него свой MAC в поле "source MAC address", а MAC выбранного следующего получателя в поле "destination mac address".

Но в таком случае ведь все-равно в ethernet нельзя закольцовывать пути, а маршрутизаторы по-любому где-нибудь закольцованы.

Верно. Но обычно кольца не являются проблемой, так как легко разруливаются при помощи протокола STP. Иногда кольца делают даже специально для автоматического фэиловера.

2. Упаковка в Ethernet может быть пропущена только если источник пакета по каким-то своим внутренним соображениям решает не отправлять его. Например, если сработало запрещающее правило фаервола. Очевидно, что такой пакет не покинет своего места рождения. И, кстати, Ethernet - это ещё не физический уровень.

3. Ethernet используется в локальных сетях. И топология LAN на это не влияет - с маршрутизатором или без него.

4. Если есть чисто локалка на свиче, то сетевой уровень по-любому используется?

Да, сетевой уровень используется и здесь.

Допустим с датаграммы udp упаковка в ip пакет, затем только в кадр ethernet?

Да, UDP заворачивается сначала в IP, а затем в Ethernet.

И по-любому отрабатывают dhcp и arp?

DHCP не является обязательным для применения (он, кстати, работает поверх UDP). ARP тоже может не использоваться, если в этой сети не используется IP адресация (а вот ARP уже самостоятельный протокол канального уровня, который упаковывается только в Ethernet).

5. Во времена до изобретения Ethernet использовались другие протоколы. Соответственно, и оборудование было другое, поддерживающее данные протоколы.

Comments

[Максим Гришин]

Насчет п.5 - Ethernet существовал параллельно с активными сетями Token Ring. Сколько помню, Token Ring умел то ли гигабит, то ли 100 Мбит до Ethernet, но физический уровень у него был сложнее и ломался он чаще. Кстати, Ethernet был двух вариантов - на общей шине (там коаксиальные кабели были) и точка-точка, как сейчас, естественно, более громоздкий вариант не выжил.

[jofumi]

Спасибо за ответ, вы единственный, кто не просто указал на ошибку "ковертация/упаковка" и ушел с чувством выполненного долга, а действительно ответил на вопрос.
П.С. Спасибо за уточнение про DHCP, я не сильно углублялся, но его всегда указывают между сетевым уровнем и сетевых интерфейсов по TCP/IP, а он еще и по UDP... Я не собираюсь работать с сетями, но базовые знания нужны.
П.П.С. насчет 5-ого. Я имел ввиду не до создания ethernet, а до создания ip. Сейчас идет упаковка с 7-ого по первый уровень, но тогда сетевого уровня, как и osi не было... оборудование было другим. Думал, может люди могут знать, как оно называлось... И заголовок с концевиком "накидывались" сразу на поток байтов(верхнего уровня, не физического)? Но это так, уже любопытство.

[Vamp]

jofumi, я не очень разбираюсь в истории сетей. После комментария Максим Гришин, сходил в википедию и оказалось, что Ethernet изобрели вообще раньше упомянутых Token Ring и ARCnet, что подтверждает моё невежество в этом вопросе. Так-то конечно были разные протоколы и до IP, и до Ethernet, но они были разработаны под конкретное оборудование и я сомневаюсь, что там была какая-то иерархия и классификация.

Классификация по уровням OSI довольно условная и не обязывает производить упаковку данных строго сверху вниз. Например, тот же самый протокол ARP считается L2 протоколом. То есть, находящимся на втором уровне OSI, так же как и Ethernet. И всё же ARP оборачивается в Ethernet.

Или взять VPN, где упаковка вообще зиг-загом идёт - сначала трафик заворачивается как обычно сверху вниз, а затем ещё раз сверху вниз, после чего наконец покидает машину. То есть HTTP -> TCP -> IP -> Ethernet -> TCP/UDP (в зависимости от технологии VPN) -> IP -> Ethernet -> физический линк. Или если нарисовать эту же схему уровнями OSI: L7 -> L4 -> L3 -> L2 -> L4 -> L3 -> L2 -> L1. И это вполне обыденная ситуация. Бывают и более экзотические варианты. Например, мне встречалась схема, когда внутри VPN туннеля строился GRE туннель, внутри которого был ещё vxlan туннель. Вот уж где я наелся проблем с MTU и фрагментацией пакетов.

Спасибо за уточнение про DHCP, я не сильно углублялся, но его всегда указывают между сетевым уровнем и сетевых интерфейсов по TCP/IP, а он еще и по UDP...

DHCP, между прочим, считается прикладным протоколом (L7 по OSI).

Я не собираюсь работать с сетями, но базовые знания нужны.

Отличный настрой! Расширить кругозор всегда полезно.

Answer 2

[CityCat4]

Олиферы прочитаны?

Если нет, то тогда вот такая вот история:
- ты берешь кило картошки и высыпаешь его в пакет, на котором пишешь "кило картошки"
- потом упаковываешь это в другой пакет, на котором пишешь "квартира 29"
- потом упаковываешь это в другой пакет, на котором пишешь "3-я ул. Строителей, дом 12"
- потом упаковываешь это в другой пакет, на котором пишешь "В доставку" и зовешь курьера.

Курьер приезжает в доставку и снимает свой пакет.
Доставка видит адрес, довозит пакет до дома, передает его консьержу и снимает свой пакет
Консьерж зовет коридорного, который подымает пакет к двери квартиры и снимает свой пакет, потом звонит в дверь
Адресат открывает дверь и видит пакет с надписью "кило картошки".

Разве картошка по пути следования в что-то "преобразовывалась"?

Comments

[res2001]

Отличный пример инкапсуляции сетевых пакетов!

[jofumi]

Окей, я чуть напутал в терминологии. Периодически называл упаковку конвертацией. Но 1-е, я эту упаковку понимаю и без аналогий с пакетами для картошки. 2-е, Вопросы были не про это. Они были про то, упаковывается ip пакет в кадр или нет между маршрутизаторами, ведь в итоге "носят" "пакеты" "курьеры" на нижнем, 1-ом уровне(байты). И должна быть последовательность в упаковке. Можно сказать, на 1-ом уровне - реальный курьер. На других - фантомные(протоколы).
Если любите аналогии, то вот фантомный курьер на третьем уровне ездит по метро и может пересаживаться на всех станциях, на каких ему удобно и выбирать разный путь. Но на 2-ом уровне у курьера пересадки заблокированы и доступен только один путь. Из-за этого мне нужно понять, как на маршрутизаторах передают пакеты дальше. Как бы курьер третьего уровня выбирает путь, кладет пакет в пакет второго уровня(кадр), и далее в первого уровня? Ведь должна сохраняться последовательность, а физический уровень - реальная среда передачи, без него никак. Но ведь какой смысл паковать во второй уровень, когда путь выбирается третьим? Только для того, чтобы передать от одного маршрутизатора до другого, потому, что так работает эта технология передачи данных и без этого никак? Я и не пойму, конвертирует маршрутизатор входящий поток байтов в кадр, а потом распаковывает в пакет, или сразу из байтов в пакет.

[res2001]

jofumi,

Но ведь какой смысл паковать во второй уровень, когда путь выбирается третьим?

ethernet это в общем случае шина, к которой может быть подключено много хостов. Соответственно, они должны опознавать, что пакет предназначается этому хосту, следовательно отправитель должен добавить адрес получателя к передаваемым данным. Поэтому появляется второй уровень.
Но, например, когда были аналоговые модемы, работающие по аналоговой телефонной линии, там модемы соединялись друг с другом. Только 2 модема могли в один момент времени организовать сеть между собой. Пакеты можно не адресовать. Накладных расходов на передачу данных на 2ом уровне может не быть вовсе. При этом на третьем уровне может быть все тот же IP.

[rasav]

можно еще про котят)
https://habr.com/ru/post/487120/

[CityCat4]

rasav, ели не читать комменты, то весело :)

Answer 3

[nApoBo3]

Вы не понимаете даже в общих чертах как "работает" модель osi.
У вас нет "конвертации" пакетов, у вас есть упаковка пакетов, она происходит у отправителя от большего уровня к меньшему, у получателя распаковка от меньшего к большему. Если очень просто, пакет третьего уровня составляет датасекцию пакета второго уровня, к ней добавляются заголовки пакета второго уровня.

Comments

[jofumi]

Да, конвертация - неподходящее слово, признаю, но если вы вчитаетесь в мои вопросы и подставите "упаковка" вместо "конвертация" везде - разве будет нулевое понимание? То, что каждый раз опускаясь на уровень добавляется заголовок и иногда концевик - мне и так понятно, а на вопрос вы не ответили.
П.С. хорошо, что уже другой человек ответил на то, что я хотел.

Answer 4

[paran0id]

Конвертации нет, есть инкапсуляция.

Answer 5

[res2001]

Если смотреть только на Ethernet, то он представляет плоскую сеть, где все узлы равноправны и могут обмениваться трафиком друг с другом на прямую без всякой маршрутизации. Ethernet ничего не знает о других сетях. Для него есть только одна сеть.
Поэтому для взаимодействия между разными сетями нужен более высокоуровневый протокол, который позволяет отличить адреса "своей" сети, от "чужих" адресов (обеспечивает маршрутизацию между сетями). Это IP. Датаграммы IP вкладываются в поле данных Ethernet.
Над IP есть TCP и UDP. TCP гарантирует доставку пакетов, UDP - не гарантирует. Общее между ними то, что оба протокола позволяют идентифицировать конечные приложения на хосте получателя и отправителя по номерам портов. Сам по себе IP не позволяет этого делать, для него конечной точкой является хост в сети, средств идентификации приложений внутри хоста в IP нет. TCP и UDP пакеты вкладываются в поле данных IP пакета.
Ну и далее поверх TCP и UDP куча прикладных протоколов, которые решают какие-то специфические задачи. Эти прикладные протоколы точно так же вкладываются в поле данных протоколов TCP или UDP.

И нет никакой конвертации и преобразования, просто пакет вышележащего протокола является данными для пакета нижележащего протокола (инкапсуляция). Про инкапсуляцию смотри аналогию CityCat4 о картошке.

Comments

[jofumi]

Спасибо, что не просто тыкнули в "конвертацию", но я чуть про другое спрашивал. Просто упаковка с 7-ого по 1-ый уровень как бы обязательна, но уровени сеансов и представления опускаются, если не нужны. И я хотел железно уточнить, что хоть и между маршрутизаторами путь и так извествен(либо арп, либо таблица соответсвий), но вследствие тех или иных причин упаковка(и распаковка) ip пакета в кадр ethernet всегда происходит между каждым маршрутизатором. И также в сетях на свичах обязательно используется сетевой уровень. Просто если смотреть поверхностно не глазами сетевого админа и с логической точки зрения - то что не используется, должно пропускаться. На 3-ем уровне пакеты и так знают как и куда идти, там нет общей шины, обязателен ли 2-ой? Или если локальная сеть на 2-ом уровне, нужен ли 3-ий, ведь по факту нужды в нем нет? Тем более, что сеансовый и прикладной опускаются, если в них нет нужды, но это я смотрел на osi, реальные сети на tcp/ip, а там уровни сетевых интерфейсов и сетевой - не опускаются.

[res2001]

jofumi,

упаковка(и распаковка) ip пакета в кадр ethernet всегда происходит между каждым маршрутизатором

Да, происходит всегда. На маршрутизаторе транзитный IP пакет при передаче с одного интерфейса на другой в итоге изменит МАС адреса источника и назначения в ethernet фрейме. Т.е. данные ethernet останутся не измененными, а заголовок ethernet будет новый.

обязателен ли 2-ой?

2ой уровень сильно зависит от 1ого уровня. И да он обязателен. Но вот 3ий может быть не обязателен.
В свое время был протокол Novell IPX, у него были очень маленькие накладные расходы, в отличие от TCP/IP. Из-за этого там были ограничения на передачу данных между сетями. Но он позволял идентифицировать приложения внутри одного хоста. Т.е. как-бы третий уровень в IPX был сведен к минимуму, может его и вовсе там не было.

Сетевая модель OSI не прибита гвоздями. В зависимости от потребности можно исключать или совмещать уровни. Например, если вам нужно заставить обмениваться данными 2 микроконтроллера (где крутится только 1 приложение) по ethernet внутри одной сети, то можно обойтись без TCP/IP и строить свой протокол прикладного уровня сразу поверх ethernet. Но от ethernet никуда не деться, т.к. ethernet - это сетевой адаптер и среда передачи данных.

[Виталий]

На 3-ем уровне пакеты и так знают как и куда идти, там нет общей шины, обязателен ли 2-ой?

На 3-м уровне они знают только про 3 уровень, но не знают, куда идти на втором (а значит и на первом)
Если использовать опять аналогии, то представим курьера с пакетом, на котором написан адрес Владивосток, стоит на жд вокзале и не знает, в какой поезд ему отдать свой пакет. В данной аналогии, вокзал это роутер, а жд пути - это ethernet подключения к следующим своим соседям-роутерам (вокзалам). У каждого вокзала есть свой адрес (IP) и платформы (MAC) и пути до других вокзалов (линки). Когда какой-то вокзал вдруг не знает (забыл/потерял) номер платформы соседа, куда необходимо отправить поезд (адрес-то он знает), он посылает дрезины по всем своим направлениям (ARP-запрос) и в ответ приезжает только одна с нужным адресом (ARP-ответ).
Ну и в целом, вся идея модели OSI построена на том, что на каждом уровне есть что-то, что работает именно на этом и более низких уровнях. Например: на 7-м уровне есть HTTP-сервер и с другой стороны есть клиент этого сервера, но им обоим необходимы нижние уровни для связи друг с другом...

Answer 6

[Andrey Lutsenko]

Wireshark замечательно показывает, кто на ком стоял :)