Warstwa sieciowa

(1)

• Usługi dla warstwy transportowej

• Niezależne od sieci podkładowych

• Oddzielenie warstwy transportu od parametrów sieci (numeracja,topologia, etc.)

• Adresy sieciowe dostępne dla warstwy transportowej powinny być jednolite i niezależne od rodzajów LANów czy WANów

• Dwa rodzaje usług

( zależne od oceny sieci podkładowych)

• Połączeniowe – „telekomunikacja”

• Bezpołączeniowe – „Internet”

• Połączenie sieci w intersieci ( internet ) –

• Intersieci oparte o IP – Internet

• Intranet sieć wewnętrzna na protokole TCP/IP

Warstwa sieciowa w Internecie

• Protokół IP - Internet Protocol

• Protokoły kontrolne – ICMP

• Internet Control Message Protocol

• Protokoły routingu:

• OSPF – Open Short Path First

• The Interior Gateway Routing Protocol

• BGP – Border Gateway Protocol

• The Exterior Gateway Routing Protocol

• Rozgłaszanie w IP - Internet Multicasting

• IPv6

(2)

Założenia podstawowe dla Internetu

• Pewność działania

• Prostota

• Klarowność wyborów

• Modularność

• Heterogeniczne środowisko

• Unikanie statycznych opcji i parametrów

• Poprawna ( niekoniecznie perfekcyjna) architektura

• Przestrzeganie reguł przy wysyłaniu, tolerancja przy odbiorze

• Przewidywanie skalowalności

• Uwzględnianie wydajności i kosztów

Funkcje protokołu IP

definiowanie datagramów, będących podstawowymi jednostkami transmisyjnymi w Internecie

definiowanie schematu adresowania używanego w Internecie

przekazywanie danych między warstwą dostępu do sieci, a warstwą transportową host-to-host

kierowanie datagramów do komputerów oddalonych

dokonywanie fragmentacji i ponownego składania datagramów.

IP jest protokołem bezpołączeniowym, przed wysłaniem danych, nie wymienia żadnych informacji sterujących

wymagać będzie adresowania każdego datagramu

(3)

Protokół IP

Protokół IP (2)

• Wersja ( 4 bity) – IPv4

• Długość nagłówka - IHL – Internet Header Length (4 bity)

• Długość w słowach 32 bitówych – minimum 5

• Typ usługi – TOS – Type of service (8 bitów)

• Pierwszeństwo – 3 bity

• Opóźnienia – 1 bit – małe

• Przepustowość – 1 bit - duża

• Pewność – 1 bit – duża

• Koszty – 1 bit - małe

• Długość datagramu – 16 bitów

• W oktetach – max 65 535 oktetów

• Identyfikacja – 16 bitów

• Numer sekwencyjny – łącznie z adresami nadawcy i odbiorcy oraz protokołem identyfikuje w pełni datagram

• Flagi – 3 bity

• DF – Don’t fragment

• MF – More fragment

(4)

Figure 3.1

Protokół IP (3)

• Offset fragmentu ( 13 bitów)

• Wskazuje gdzie w oryginalnym datagramie (id) powinien być

umieszczony ten fragment ( w 64 bitowych – 8 oktetowych jednostkach)

• Ostatni fragment może nie być wielokrotnością 8 oktetów

• Czas życia – TTL – time to live (8 bitów)

• Mierzony w przeskokach wezłów ( routerów)

• Oryginalnie w sekundach – jak to mierzyć ?

• Każdy router zmniejsza o 1 ( max 255)

• Protokół ( 8 bitów)

• Wskazuje protokół wyższej wartwy, gdzie przekazana będzie zawartość datagramu

• Np. 1 ICMP, 17 UDP, 6 TCP, /etc/protocols

• Suma kontrolna nagłówka – 16 bitów

• Suma 16 bitowych fragmentów datagramów (uzupełnienie do 1) i uzupełnienie wyniku do 1

• Przed obliczeniem suma kontrolna wynosi 0

(5)

Fragmentacja

Protokół IP (4)

• Adres źródłowy ( 32 bity)

• Adres przeznaczenia ( 32 bity)

• Opcje

• Różne opcje żądane przez nadawcę

• Kod opcji – 8 bitów

• Bit kopiowania ( we fragmentach)

• 2 bity klasy opcji –

• 0 – kontrola datagramów/sieci

• 2 – pomiary , poprawa błędów

• 5 bitów numeru opcji

• Rodzaje opcji

• Swobodne trasowanie według nadawcy

• Rygorystyczne trasowanie według nadawcy

• Zapisuj trasę

• Zapisywanie czasów

• Bezpieczeństwo ( ?) - DoD

• Uzupełnienie ( padding)

• Uzupełnienie nagłówka IP do wielokrotności 32 bitów

• Dane – różnie, ale wielokrotność 8 bitów

(6)

Usługi protokołu IP

• Wyślij / odbierz datagram IP

• Parametry:

• Adresy źródłowy i przeznaczenia

• Protokół (użytkownik protokołu IP)

• TOS – rodzaj usługi

• Identyfikator ( tylko przy wysłaniu)

• DF Identyfikator ( tylko przy wysłaniu)

• TTL – (tylko przy wysłaniu)

• Długość danych

• Opcje

• Dane

• Adresy IP interfejsów sieciowych

• Podział adresów na część sieciową i hostów

• Globalność adresowa

• Przykład zapisu adresu IP w różnych notacjach:

• zapis binarny 00000110 | 10000100 | 00000010 | 00000001

• zapis szesnastkowy 0x06840201

• zapis dziesiętny 109314561

• zapis kropkowo-dziesiętny 6.132.2.1

Adresy IP

Format adresów IP – podział na klasy

(7)

Adresy specjalne IP

• adres sieciowy

• x.x.0.0 – dowolny komputer w sieci x.x

• adres rozgłoszenia ukierunkowanego - broadcast sieciowy

• x.x.255.255 – wszystkie komputery w sieci x.x

• adres, w którym części adresu komputera składa się z samych jedynek i jest dodana do prefiksu.

• adres rozgłoszenia ukierunkowanego typu Berkeley

• x.x.0.0) – sufiks złożony z samych zer

• wiele implementacji umożliwia wybranie pomiędzy standardem TCP/IP a rozwiązaniem typu Berkeley.

• adres rozgłoszenia ograniczonego - ograniczony broadcast 255.255.255.255 – adres wszystkich hostów w sieci lokalnej

• stosowany przy starcie systemu przez komputery, które nie znają w tym momencie numeru sieci, nigdy nie jest przekazywany przez rutery.

• adres komputera podczas startu

• 0.0.0.0 – ten komputer w tej sieci

• podawany jako adres źródłowy w trakcie uruchamiania komputera, gdy nie zna on jeszcze swojego adresu IP

• adres pętli zwrotnej- loopback

• 127.x.y.z – pakiet wysłany na taki adres, nie może zostać wysłany poza komputer

• adres komputera w danej sieci

• 0.x.y.z – komputer x.y.z w tej sieci

• podawany podczas uruchamiania jako adres źródłowy w komputerze posiadającym niekompletne informacje.

Podsieci i nadsieci IP

• Cechy adresu IP:

• jest hierarchiczny,

• jest powiązany z położeniem „geograficznym” adresowych urządzeń

• skalowalny

• podobny w istocie do numerów telefonicznych.

• samoidentyfikujący się

• 4 początkowe bity wyznaczają rodzaj klasy i podział na część sieci i pozostałą

• Powody podziału sieci IP w klasach na podsieci

• zbyt duża ilość komputerów w klasach A - (2²⁴-2) i B - (2¹⁶-2)

• przezwyciężenie problemów topologicznych i organizacyjnych (decentralizacja zarządzania adresami)

• zmniejszenie domeny rozgłoszeniowej

• pozwala ukryć szczegóły budowy sieci przed ruterami zewnętrznymi

• mogą istnieć różne rodzaje sieci lokalnej, które trzeba jakoś połączyć (każda fizyczna sieć musi mieć swój adres, podział adresu spowoduje powstanie podsieci o unikalnych adresach)

• lepsze efekty daje stosowanie podsieci w klasie B, niż wiele sieci klasy C (redukuje to wzór tablic rutowania).

• Wyczerpywanie się wolnych klas typu C –

(8)

Przykład podsieci

Sieć klasy B podzielona na 64 podsieci

Podsieci przykłady

Podsieć „256” komputerów z sieci klasy B

130.66.12.1 netmask 255.255.255.0

Lub 130.66.12.1/24 ( ilość bitów sieci –jedynek maski) broadcast dla tej sieci 130.66.12.255

Podsieć „64” komputery z sieci klasy C

192.65.16.64 netmask 255.255.255.192 broadcast 192.65.16.128

Podsieć „16” komputerów z sieci klasy C

192.65.16.250 netmask 255.255.255.240 broadcast - ???

Podział na podsieci nie musi być jednakowy

Z klasy C – można np. utworzyć podsieci – 128 + 64 + 2*32 adresowe

(9)

RFC 1918

Adresy specjalne – do użytku wewnętrznego Nie powinny być routowane na zewnątrz sieci korporacyjnych

Sieć klasy A 10.0.0.0 maska /8 255.0.0.0 Sieć klasy B 172.16.0.0 maska /12 255.240.0.0 Sieci klasy C 192.168.0.0 maska /16 255.255.0.0

Internet Control Message Protocol

Podstawowe typy wiadomości ICMP

Pole Typu – 8 bitowe – 0-18

Pole Kodu – 8 bitowe - zależne od typu

np. dla typu 3 – nieosiągalne : 0 – sieć, 1 – węzeł, 2 –protokół, 3- port, 4-konieczna fragmentacja itp. ( 12 kodów)

5-61

(10)

Format komunikatu ICMP

IP v6 –

IP v 1-3 zdefiniowane i zastąpione IP v4 – bieżąca wersja

IP v5 – Protokół strumieniowy IP v6 – ma zastąpić IP v4

W czasie prac projektowych nazywany IPng (Next Generation)

Po co zmieniać IP?

Wyczerpywanie puli adresów

⌧Dwa poziomy adresowania (network and host) – „marnotrawstwo przestrzeni adresowej”

⌧Adresy sieciowe używane nawet bez połączenia z Internetem

⌧Gwałtowny wzrost sieci i Internetu

⌧Wzrost wykorzystania protokołów TCP/IP

⌧Pojedynczy adres dla hosta

Wymagania dla nowych typów usług

⌧Zapewnienie bezpieczeństwa

⌧Autoryzacji

⌧QoS

(11)

IPv6 RFCs

1752 - Recommendations for the IP Next Generation Protocol

2460 - Overall specification 2373 - addressing structure others (find them)

Expanded address space - 128 bit Improved option mechanism

Separate optional headers between IPv6 header and transport layer header

Most are not examined by intermediate routes

⌧Improved speed and simplified router processing

⌧Easier to extend options

Address autoconfiguration

Dynamic assignment of addresses

Warstwa sieciowa • Us