Számítógép hálózatok Internet protokollok

Átírás

1 Számítógép hálózatok Internet protokollok Vadász Ea5 1

2 Hálózati architektúrák Emlékszünk? Hálózati architektúra Rétegek és protokollok halmaza Elegendő információ az implementáláshoz Nem része sem a részletes implementáció, sem az interfészek specifikációja (a konkrét implementáció során tervezői döntés). Vadász Ea5 2

3 Miről lesz szó? Protokoll hierarchiákról, protokollszövetekről, protocol stack-ekről A TCP/IP szövet: az Internet szövete A NetBEUI/NetBIOS: a MS szövete A Novell NetWare: a Novell Banyan Vines, DECNET stb. A TCP/IP protokollszövetről elsősorban Sokszáz specifikáció, több bonyolult Vadász Ea5 3

4 A TCP/IP szövet Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP, refers to an entire suite of networking protocols, developed for use on the Internet. TCP and IP are certainly two of the most important. TCP/IP provides the services necessary to interconnect computers and networks, creating the Internet. Independence from underlying network topology, physical network hardware, and OS. Unique IP Addresses. Universal connectivity throughout the network. Standardise high-level protocols. Vadász Ea5 4

5 A hivatkozási modell Network Applications Application End-to-end Services Routing Transport Internet Network Interface Transmission Network Physical Vadász Ea5 5

6 A TCP/IP szövet legfontosabb protokolljai Alkalmazási telnet, ssh, ftp, http, smtp, dns, nfs BOOTP/DHCP, SNMP BGP RIP Transzport OSFP EGP TCP UDP ICMP IGMP Internet Network és fizikai ARP IP RARP 802.2, PPP, Vadász Ea5 6 Vannak jól ismertek az alkalmazási (a legfelső) rétegben. A BOOTP/DHCP (Boot Protocol/Dynamic Host Configuration Prot): (Diszknélküli) munkaállomások (MAC és) IP címeinek statikus; DHCP-nél dinamikus összerendelésére, hálózati konfigurálása; kliens szerver módban SNMP (Simple Network Management Prot): hálózatmenedzelési információk közlése BGP, RIP OSFP, EGP: routing tábla updatelésre routing protokollok (lásd később) ARP, RARP (Address Resolution Prot, reverse ARP): IP címból MAC cím előállítás és fordítva TCP (Transmission Control Prot): összeköttetéses szállítási prot. (lásd később) UDP (User Datagram Prot): összeköttetésmentes (lásd később) ICMP (Internet Control Message Prot): vezélésekhez IGMP (Internet Group Management Prot): IP (Internet Prot): összeköttetésmentes

7 Transport SAP azonosítás A szolgáltató alkalmazások 16 bites port-számokkal azonosítottak 0 --not used Reserved ports for well-known services (IANA) Other reserved ports user-defined server ports Unix stores general used port in /etc/services Pl telnet TCP: 23; ftp TCP: 20; tftp UDP: 69; http: 80; smtp: 23; stb. Applications ( ) ( ) ( ) ( ) Transport Vadász Ea5 7 IP Emlékezz az előző előadásra! Ott a portszámok használatára! A dián nem tárgyaljuk, de a transzport rétegbel TCP ill. UDP protokollszámokat használnak az IP csomagokban

8 Anomáliák Alkalmazási telnet, ssh, ftp, http, smtp, dns, nfs BOOTP/DHCP, SNMP BGP RIP Transzport OSFP EGP TCP UDP ICMP IGMP Internet Network és fizikai ARP IP RARP 802.2, PPP, Vadász Ea5 8 Az alkalmazások a portokon kérhetik vagy a TCP, vagy az UDP szolgálatot Ezek kérik az IP szolgálatot Eddig érthető, de BGP (Border Gateway Prot), EGP (Exterior Gateway Prot), OSFP (Open Shorthest Path First) RIP (Routing Information Prot): ezek routing protokollok, a RT előállítására, az információ gyűjtésre valók. Furcsa, hoga a BGP és a RIP a felső rétegben, az OSFP és EGP a transzport rétegben vannak Ráadásul a RIP is és az OSFP is dinamikus routing protokollok mégis más rétegben vannak! Viszont telejesn másként működnek: ezért vannak más-más rétegben Továbbá: az ICMP (és IGMP) is különös, többnyire az IP-beli célállomás ezen a protokollon üzen vissza, hogy sérült az IP csomag, eldobta Bár az echo alkalmazás közvetlenül ezt használja szolgálatként Szóval, az ICMP a hálózati réteggel kapcsolatos üzenetek protokollja, az IGMP pedig a multcasting-gal (többszörös címzéssel) kapcsolatos üzenetekre való (erről többet nem beszélünk). ARP, RARP (Address Resolution Prot, reverse ARP): IP címból MAC cím előállítás és fordítva Azért különös, mert ezt az IP és a közvetlen alatta lévő réteg határán alkalmazzuk TCP (Transmission Control Prot): összeköttetéses szállítási prot. (lásd később) UDP (User Datagram Prot): összeköttetésmentes (lásd később) ICMP (Internet Control Message Prot): vezélésekhez IGMP (Internet Group Management Prot): IP (Internet Prot): összeköttetésmentes

9 Internet Technical Bodies ISOC - Internet Society. Professional society to promote the use of Internet for research and scholar communication and collaboration IAB - Internet Architecture Board. Technical oversight and coordination, falls under ISOC IETF - Internet Engineering Task Force. Current protocols and specifications for standardisation. Meets 3 times a year, organised in working groups IRTF - Internet Research Task Force. Research oriented for future. Vadász Ea5 9

10 Internet Administrations DDN - the USA Defense Data Network is the government organisation that has overall responsibility for administrating the Internet DDN NIC (Network Information Center) assigns unique names and addresses collects and distributes information about TCP/IP protocols IANA Internet Assigned Numbers Authority assigns value for network parameters, name of services, identifiers NOC (Network Operations Center) manages communication links Vadász Ea5 10

11 IAB Standard Tracks RFC Circulated technical documents call Request For Comments Internet Draft Revision RFC Proposed Standard Draft Standard Official Standard protocol specifications should be stable technically and should have no bugs or holes. at least 2 independence and interoperable implementation that test all specification functions have had significant field use and clear community interest in production use. Vadász Ea5 11

12 Protocol Status Levels All TCP/IP protocol have one of the following five status levels Required Recommended Elective Limited use Not recommended Vadász Ea5 12

13 RFC Internet documents number with RFC XXXX, more than 2500 now updated RFCs are published with new RFC numbers not all RFCs describe protocols. not all RFCs are used ftp://ds.internic.net STD (STandDard) official Internet standard FYI (For Your Information) RFCs series that do not contain protocol specifications Vadász Ea5 13

14 RFC Sample Documents 2030 I D. Mills, "Simple Network Time Protocol (SNTP) Version 4 for IPv4, IPv6 and OSI", 10/30/1996. (Pages=18) (Format=.txt) (Obsoletes RFC1769) 1879 I B. Manning, "Class A Subnet Experiment Results and Recommendations", 01/15/1996. (Pages=6) (Format=.txt) FYI 0023 Guide to Network Resource Tool. EARN Staff. March (Format:TXT= bytes) (Also RFC1580) 0028 Netiquette Guidelines. S. Hambridge. October (Format: TXT=46185 bytes) (Also RFC1855) Vadász Ea5 14

15 Az encapsulation Network Applications User Data Segment App-H User Data TCP UDP ARP IP Packet Ethernet D.gram Frame E-H IP-H IP-H TCP-H TCP-H Appl Data Appl Data TCP szegmens TCP-H Appl Data IP datagram E-T Ethernet frame Vadász Ea5 15 Az E-H-ban megadják, hogy egy IP datagram protokoll elem van az Ethernet keretben Az E keretben lehetne ARP-től származó request/reply protokoll elem is.

16 A viszaállítás Network Applications User Data TCP UDP TCP-H?-H User Data ARP IP RARP IP-H?-H IP datagram Ethernet Frame E-H?-H E-T Incoming frame Vadász Ea5 16 Jön egy E keret. Minek szól? ARP-nek? IP-nek? Mondjuk, az IP-nek, utána a TCP-nek? UDP-nek?

17 Ethernet en/dekapszuláció (RFC 894) Ethernet frame DA SA Type Data+ Pad CRC 0800 IP datagram CRC 0806 ARP req/rep + Pad CRC 8035 RARP req/rep+pad CRC Vadász Ea5 17 At ARP-ről kicsit később (kell hozzás az IP címzés, hálózat + hoszt cím, a subnet maszk stb.) Tehát a type mondja meg, hogy az IP-nek szól. Felejebb, az IP csomagból kiderül, a TCP-nek vagy UDP-nek, később, melyik portnak (alkalmazásnak)

18 802.3 en/dekapszuláció (RFC 1042) frame DA SA Len D S C O Type Data+ Pad MAC Header CRC LLC Header D: Destination SAP (AA) S: Source SAP (AA) C: Control (vezérlés) (03) O: Organisation Code (00) Type: Lásd Ethernet SNA Header LLC: Logical Link Control SNA: Sub Network Access Protocol Vadász Ea5 18

19 PPP en/dekapszuláció PPP frame F A C Prot Information CRC F: Flag szinkron:7e (bitbeszúrás) aszinkron: 0x7D=escape (0x7D 7D,5E; adatok közt 20h-nál kisebb 7D,20H+d) A: Address (FF) C: Control (03) Prot: 0021: IP datagram C021: Link Control Data 8021: Network Control Data 1 F Soros vonalon Point to Point Protocol aszinkron, 8 bites adatok, szinkron, bit orientált. LCP (Link Control P, RFC 1548): Data link kapcsolat létrehozása, tesztje, konfigurációja NCP (Network Cont. Prot., RFC 1332): különböző hálózati protokollok (pl IPX) átvitele PPP-n Vadász Ea5 19

20 A TCP szegmens forma 0 Forrás port Cél port 4 Sorszám 8 Ack szám 12 H len kód Window 16 Checksum Sürgősség 20 Opciók (ha vannak) padding TCP adatok Vadász Ea5 20 A Sorszám (sequence number): a küldött datastream bájtjai sorszámozottak, és ebben a szegmensben hanyas sorszámút küldték (ennek hossza 4 bájt). Az Ack számban: hanyas sorszámút vették már H len: a TCP fej hossza 4 bitben (tipikusan 20 bájta fej, ezért itt tipikusan 5 szokott lenni Kód bitek: jelzik, hogy kitöltve a Sürgősség, az ack mezők, hogy reset connection van, hogy sorszám szinkronizálás van, hogy ez az utolsó szegmens stb. SYN j, ACK j+1 jelzése Window: közli a buffere méretét (bájtban). (Jó az adatfolyam vezérléshez) Checksum: a TCH fejből és az IP fej bizonyos mezőiből (pseudo header-ből) 1 komplemens szumma képzés van, és ennek 16 bites 1 komplemense (mielőtt képzik, ezt a mezőt nullázni kell ) (És ha nem IP van alatta?) Opció: pl. a max szegmensméret (és egyébb features) beállításra setup során.

21 TCP kapcsolatfelvétel kliens server Három lépéses kézfogás. Megegyeznek a sorszámban (a j egy véletlenszám) SYN j SYN k, ACK j+1 ACK k+1 Zárás is van DATA j+1, ACK k+1 Vadász Ea5 21

22 A UDP datagaram Forrás port Hossz UDP adatok Cél port Checksum Vadász Ea5 22 Elég egyszerű A checksum itt is az UDP fej és a pszeudó IP fej 1 komplemens szummájának 16 bites 1 komplemense

23 IP jellemzők Összeköttetésmentes szolgálatot biztosít változó méretű csomagokkal (datagrams) Kapcsolódhatnak hozzá az alkalmazások közvetlenül (ez ritka) Best effort delivery (tőle telhető legjobb): késleltetés, hiba, adatvesztés lehet. Ezeket a felsőbb rétegnek kell kezelnie! Csakis útvonal kiválasztásra (döntésre, mely portjára továbbítson) használható, a routing táblája szerint, de más protokollok (RIP, OSPF) által előállíthatja a routing táblát. Csak "send" és "delivery" szolgálata van. A hiba és a vezérlő üzeneteket az ICMP generálja. Vadász Ea5 23

24 Az IP csomag Header verzió IHL TOS (8) Total length (16) Identification (16) flgs Fragment offset (13) TtL (8) Protocol (8) Header checksum (16) Source IP Address (32) Destination IP Address (32) Options (if any * 32) 20 bytes Data (x * 32) IPv4 Vadász Ea5 24 IHL: header length

25 Az IP csomag Verzió: 4 (IPv4) IHL: Header length (az opciókkal együtt) TOS: Type of Services, csak 6 bitet használ: 3 bit a prioritásra (7 a magas, 0 az alacsony) D bit: Minimize delay (Pl. telnet) T: Maximize throughput (Pl.. Ftp data) R: Maximize reability (pl SNMP) C: cost (Nem minden implementáció használja ) Mi szerint legyen precedencia? Total length: az IP datagram teljes hossza bájtokban IPv4 Vadász Ea5 25

26 Az IP csomag Identification: a datagram egyedi azonosítója, amit a küldő hoszt állít be (pl fregmentáció esetén azonosítja az egyes darabokat) Flags (3 bit): 1 bit nem használt 1 bit (DF): "don't fragment" bit: ha 1, a csomag nem fregmentálható. Ha mégis kellene: ICMP error "fragmantation needed but don't fragment bit is set" 1 bit (MF): fregmentálás esetén 1, ha van még további darab; 0, ha ez az utolsó Fragment offset (13 bit): fregmentáció esetén a data melyik része (milyen az eltolás). Első darab esetén = 0 IPv4 Vadász Ea5 26

27 Az IP csomag Time to Live (TtL, 8 bit): Minden ugrás esetén a router annyival csökkenti, ahány sec-ot állt nála (de legalább 1-gyel). Régebben 32 v. 64, manapság 128 kezdeti értékkel Ha eléri a 0-át, a router eldobja és ICMP "time exceeded" error as feladónak. Protocol: az csomagot elóállító protokollt (pl TCP, UDP, ICMP, IGMP) azonosítja Header cheksum: az IP fejrészre vonatkozó 1 komplemens 16 bites összeg. Mivel a TtL változik, mindig újraszámítandó. Hiba esetén eldobják a csomagot! IPv4 Vadász Ea5 27 A Protocol mező: 17 ha UDP 6 ha TCP 1 ha ICMP a fölöttes. Ekkor nincs port, hiszen az ICMP segédprogramnak datagramja van az IP csomagban.

28 Az IP csomag SA, DA (IP címek) Opciók és adatok valamilyen hosszon IPv4 Vadász Ea5 28

29 IP címek 32 bit, 4 byte Pontok közötti decimális alak (Dotted decimal notation) egész jól olvasható A4:6B:86:05 Max címszám: 2 32 = 4 milliárd Class A Networks = 15 million csomópont Class B Networks = 64K csomópont Class C Networks = 250 csomópont. IPv4 Vadász Ea5 29

30 IP címosztályok Hierarchia: hálózatcím+hosztcím (netid+hostid) Class A(0-127) 0 netid hostid bits Class B ( ) Class C ( ) Class D ( ) 10 netid hostid bits 110 netid hostid bits 1110 Host Group (Multicast) 4 28 bits Class E ( ) NIU IPv4 Vadász Ea5 30

31 IP címek A (D osztály) multicast címek: többes címzés, az üzenet a multicast csoport minden tagjának szól Látjuk majd: lehetnek broadcast címek is, az üzenet egy alhálózat minden hosztjának szól... A címek az egész világon egyediek kiosztásukról az DDN NIC gondoskodik, az egyes földrészekre, államokra lehet külön szervezet (Európa: RIPE) IPv4 Vadász Ea5 31

32 IP címtér Osztály Oszt+hálóza ti bitek száma Hálózatok száma Gép bitek száma A = B C D Multicast = = = E Fenntartva Gépek száma = = Címmező foglalás 49,21% 24,99% = ,40% - - 6,25% = ,25% Vadász Ea5 32 IPv4

33 Speciális címek és jelentésük Nem minden cím osztható ki... Hálózat bitek Gép bitek x..0.. x x Jelentés Ideiglenes forrás cím, amíg nem tanulja meg a gépa címét. Nem szabad célcímként használni. Broadcast, mindenki ezen a fizikai hálózaton. MAC broadcast keretben kell küldeni. Ez a logikai hálózat. Korábban logikai broadcast. Directed broadcast, mindenki ezen a hálózaton. Távolról MAC unicast keretben kell küldeni. Loopback, a helyi TCP/IP stack pszeudó címe. A hálózaton nem fordulhat elő Az összes router ezen a hálózaton. IPv4 Vadász Ea5 33

34 Klasszikus címzés összefoglaló A cím egyértelműen két részre bontható az első bitek megmondják, hol a határ ugyanakkor merev bit-határok broadcast cím egyértelműen számítható Igény a címzési hierarchia bővítésére Intézményi hálózatok fejlődése a pazarló A és B osztályok elfogytak pont-pont kapcsolatokra teljes C osztály IPv4 Vadász Ea5 34

35 Alhálózat (subnet) bevezetése Az eredeti felosztás 32 bits hhhhhhhh ggggggggggggggggggg netid hostid A subnet maszkkal az értékes biteket kijelöljük 32 bits A subnet maszk: n 1-es bit és 32-n 0-s bit hhhhhhhh sssssssssssssss ggggggg netid subnetid Kiterjesztett hálózati azonosító IPv4 hostid Vadász Ea5 35

36 Alhálózat címzések A (Sub)net maszk (RFC 950) A kiterjesztett hálózati azonosító lehet hosszabb (rövidebb), mint a címosztály hálózati azonosítója! C osztályú címnél a default maszk: A prefix jelölés: / Osztály Prefix Netmask A / B / C / IPv4 Vadász Ea5 36

37 A subnetting eredménye A címező jobb kihasználása pont-pont kapcsolatok 2 biten elférnek több LAN befér egy IP hálózatba A cím nem tartalmazza a hálózatazonosítót A maszkot is jól kell konfigurálni a broadcast nem található ki az IP címből A maszkot is kell továbbítani (plussz 4 byte az útvonalválasztási információkban) De az útvonalválasztás egyszerűsödik IPv4 Vadász Ea5 37

38 A címfeldolgozás Pl IP címból a /24 ( ) maszk and operációja leválasztja a hálózati címet A /24 maszk negáltjának and operációja leválasztja a gép címet Ha a szubnet maszk hosszabb... Pl. /28: , akkor 24 bits: net 4 bits: subnet 4 bits: hoszt 32 bits b: netid 4b: snettid 4b: hostid Rövidebb, mint a címosztályé: "supernetting" több hagyományos osztály összefogása Pl. 16 C összefogása: /20: IPv4 Vadász Ea5 38

39 Alhálózati címkiosztási példa Adott /24; és bontsuk öt egyforma méretű alhálózatra! 2 2 < 5 < subnetbit kell /27 a prefixes jelölés valójában 8 alhálóra osztunk Bitminta Címtartomány Megjegyzés xxxxx /27 Subnet 0/All zeros * xxxxx /27 Subnet xxxxx /27 Subnet xxxxx /27 Subnet xxxxx /27 Subnet xxxxx /27 Subnet xxxxx /27 Subnet xxxxx /27 Subnet 7/All ones * * Ezeket régen nem szabadott használni! Vadász Ea5 39 IPv4

40 Alhálózati címkiosztási példa /2 A Subnet 4-et osszuk be Csak 30 gépet tudunk azonosítani, mert egyet elvisz a subnet azonosító, egyet pedig a subnet broadcast cím... Bitminta IP cím Megjegyzés Subnet azonosító Gép Gép Gép Gép Gép Subnet broadcast IPv4 Vadász Ea5 40

41 Változó alhálózat méretek Variable Length Subnet Mask (VLSM) (RFC 1009) Különböző alhálózatok létrehozása hatékonyabb címfelhasználás A routing-nak támogatnia kell (RIP-1 nem jó!) a kiterjesztett prefixet (subnet maszkot) is át kell adni (terjeszteni kell) Minden router a leghosszabb prefix egyezése elvén továbbítsa a csomagokat Az aggregációhoz a címkiosztásnak követnie kell a topológiai feltételeket A többszintű hierarchia előnye alhálózatokat tovább tudunk bontani aggregáció miatt kívülről nem látszik IPv4 Vadász Ea5 41

42 Longest prefix match A router fenntart egy táblát (RT, pl az alábbit) Tegyük fel, a címre kell a csomagot továbbítani. Forgatókönyv: Kigyüjteni az összes bejegyzést, ahol cél IP cím and mask a prefixet adja Ezekből kiválasztani, amelyiknek leghosszabb a maszkja. Legrosszabb esetben 0, azaz a default route a választás A kiválasztott portjára teheti a csomagot Route prefix Port Next-hop Target IP mask /0 Serial /16 Serial /24 Serial /25 Ethernet /16 Serial /24 Serial IPv4 Vadász Ea5 42

43 Az osztály nélküli címzés Classless Inter-Domain Routing (CIDR) (RFC ) A maszk rövidebb, mint a hálózatazonosító (superneting) Több hagyományos A,B,C osztály összefogása laza bithatárok: /4 /30 szükségtelenné válik az osztályok használata a routing nem az első bitek szerint dönt a címtér sokkal jobban kihasználható A CIDR együtt élhet a klasszikus routinggal, de régebbi eszközök nem kezelik IPv4 Vadász Ea5 43

44 A VLSM és a CIDR Mindkettő támogatja egy A, B, C hálózaton flexibilis alhálózat-rendszer kialakítását belsejének elrejtését (aggregáció) A CIDR azonban lehetővé teszi több bitszomszédos hálózat összefogását és ezen belül teszőleges hierarchia kialakítását több szomszédos A, B, C hálózat összevont útvonalválasztási bejegyzését IPv4 Vadász Ea5 44

45 Címfoglalási szabályok A globális Interneten minden IP cím egyedi a globális IP címeket engedélyeztetni kell (IANA) Internettől elszigetelt magánhálózaton tetszőleges kiosztást csinálhatunk, de későbbi esetleges csatlakozás gondot fog okozni. Lokális címtartományok (RFC 1918) / / /16 IPv4 Vadász Ea5 45

46 Magánhálózat csatlakoztatása az Hálóra Ha bejegyzett címtartományokat használtunk, nincs gond. A lokális címtartományú magánhálózatot tűzfallal leválasztjuk (se ki, se be) nincs gond, de nem használható a Háló Lokális címtartományú magánhálózatról bejegyzett címtartományra kívánunk áttérni átszámozás (elég költséges), címfordítás (pl Native Address Translation, NAT, RFC 1631) lehetséges. IPv4 Vadász Ea5 46

47 Címfordítás, NAT A belső és a külső IP címek összerendelése Címfordítási táblázat az összerendelő Lehet statikus (kell elegendő globális IP cím) dinamikus (kevesebb a globális cím) D= S= Külső cím Belső cím / /24 D= S= D= S= Külső világ Belső világ D= S= IPv4 Vadász Ea5 47

48 IPv4 címzés fejlődése Klasszikus címosztályok: 1981 a címzési rendszer alapelvei Alhálózatok: 1985 kétszintű hierarchia Változó méretű alhálózatok: 1987 többszintű hierarchia, aggregáció Osztálymentes címzés: 1993 tetszőleges hálózatméret, hálózatok közti aggregáció Címfordítás: 1994 a címtér többszörös lefedése IPv4 Vadász Ea5 48

49 IP Version 6 Az IPv4 címtartomány kimerült (még a subnet maszkokkal is) Az IPv6 címel 128 bitesek, = 3.4 * cím 665 * cím per négyzetméter a földön! Ha 10 6 /µs sebességgel osztanánk ki a címeket, 20 év alatt tölthenénk be a címteret Hosztonként több interfész lehet Interfészenként több IPv6 cím lehet Unicast, multicast, anycast lehet A címtér 75%-a nem lesz használva IPv6 Vadász Ea5 49

50 Preferred form: IP Version 6 FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654: :0:0:0:0:8:800:200C:417A Compressed form: 1080::8:800:200C:417A 0:0:0:0:0:0:0:1==> ::1 (Unicast Loopback address) FF01:0:0:0:0:0:0:42 ==> FF01::42 (Multicast address) 0:0:0:0:0:0:0:0==> :: (The unspecified address) Mixed IPv4 and IPv6: 0:0:0:0:0:0: ==>:: :0:0:0:0:FFFF: ==>::FFFF: IPv6 Vadász Ea5 50

51 Az IPv6 újdonságai 128 bit hosszú hálózati cím "áramvonalasabb" fejrész beépített adatvédelem folyam azonosító multcast támogatása Csomagdarabolás csak a forrásnál nincs fejrész ellenőrző összeg anycast címek automatikus konfiguráció IPv6 Vadász Ea5 51

52 Alap IPv6 fejléc RFC 1883 verzió priority Flow label (24) Payload Length (16) Next Header (8) Hop limit (8) Source Address (128) 40 bytes Destination Address (128) Verzió (4): 0110, azaz 6 Priority (4): valósidejű vagy normál adatfolyam Flow label: adatfolyam azonosító a gyorsabb továbbításhoz Payload Length: a csomag mérete (max ) Next Header: a fejrészt követő adatmező típusa Hop limit: minden router csökkent eggyel, amint zéró, eldobjuk IPv6 Vadász Ea5 52

53 Opcionális fejrészek Hop-by-hop options header jumbo payload (csomagméret > 65535) router alert: routernek szóló információ Routing header loose source routing Fragment header csomagdarabok azonosítója, a közbenső routerek nem tördelnek, csak az ICMP MTU (Max. Transmission Unit) Authentication header (RFC 1826) Encapsulated Security header (RFC 1827) Destination Option header (pl mobil állomások helyzetjelzése) IPv6 Vadász Ea5 53

54 Az útvonal kiválasztás Alapjaiban IPv4 szerinti (CIDR) leghosszabb prefix egyezés Hatékonyabb csomagtovábbítás kevesebb opcionális fejrész hierarchikus címzés routing tábla rövidülés Dinamikus routing protokollok tartományon belül: RIPv6, OSPFv6 tartományok között: BGP4+, IDRPv6 IPv6 Vadász Ea5 54 A dinamikus routing protokollokat lásd később!

55 Áttérés IPv6-ra Dupla protokollverem a gépekben (RFC 1933) Csomagok átalakítása PT: Protocol Translator NAT: network Address Translator Összefoglaló Ami jó az IPv4-ben, azt megtarjuk Gyorsabb csomagtovábbítás Nem(csak) a 128 bites címzés az igazi hajtóerő adatvédelem, multicast, mobilitás, kisebb adminisztrációs költségek IPv6 Vadász Ea5 55

56 Mielőtt az IP útvonalirányítást vennénk Nézzük az ARP protokollt Most már ismerjük az IP ciímek világát Vadász Ea5 56

57 Az ARP (RFC 826) Feladat: hoszt vagy router IP címének leképzése MAC címmé Fogalmak, alapok: IP cím: hálózat + hoszt cím, a subnet maszk segít a szétválasztásban Default router: egy szegmenshez tartozó router, annak IP címe hány IP cime van? Biztos több! Ebből nekünk a "közelebbi" kell. Helyi kommunikáció: egy szegmensen belüli Ua a hálózati cím és ua a subnet-mask Távoli kommunkáció: szegmensen kívüli más a hálózati cím... Vadász Ea5 57

58 Az ARP (RFC 826) Fogalmak: Címzési szabályok: minden hosztnak (legalább 1) egyedi IP címe van egy szegmensen lévőknek közös a hálózati címe és a szubnet maszkja A szegmens (itt)? Azonos a "Broadcast Domain"-nel! A hálózat azon része, melyről "Local Broadcast Packet" használatával információt nyerhetek Ismétlők, hidak továbbítják a Local Broadcast Packet-et, router-ek nem! Vagy: 2 router közötti csomópontok; egy router egy oldalán lévők A szegmensen belül helyi kommunikáció van. A szegmensen belül "Direct Delivery" van. Vadász Ea5 58

59 Az ARP (RFC 826) A MAC címek nyerhetők: a cache-ből (IP - MAC párok vannak itt); Local Broadcast ARP_REQUEST küldése után a válaszokból (amiket azonnal cache-elni lehet, hogy legközelebb ) A forgatókönyvhöz tegyük fel, megvan a cél IP címe (Pl. DNS-ből, WINS-ből, Remote Broadcast-ból.) Vadász Ea5 59 Minden gép Cache-el.

60 Az ARP forgatókönyv Analizálja a cél IP címet, az "helyi", vagy "távoli" A saját subnet maszkkal leválasztja a hálózati címrészt, és összeveti a sajátjával: ha egyezik: helyi, ha nem: távoli. Ha helyi, akkor (Direct Delivery) Nézi a cache-ében, van-e hozzá MAC cím. Igen: talált süllyedt. Nincs: Local Broadcast kezdeményezéssel választ kér, és így megkapja a cél MAC címet. Mindjárt cache-eli, egyben talált, süllyedt... Vadász Ea5 60

61 Az ARP forgatókönyv Ha a cél cím "távoli", akkor (Indirect Delivery) Nézi saját forgalomirányító tábláját (route table), van-e speciális út a célhoz. Ha van: keresi a saját cache-ében az úthoz asszociált router MAC címét. Talált: nyert, Nem talált: Local Broadcast segítségével megszerzi (és cacheli): nyert. Nincs speciális út, vagy nincs forgalomirányító tábla (azaz nem router-ről van szó): Nézi a cache-ében, van-e a default router-hez MAC cím. Igen: talált süllyedt. Nincs: Local Broadcast kezdeményezéssel választ kér, és így megkapja a default router MAC címet. Mindjárt cache-eli, egyben talált, süllyedt... Vadász Ea5 61 Figyeljünk itt, egy munkaállomásról is lehet szó (ami nem router, nincs routing táblája). Ekkor van viszont Default router fogalma lehet cache-elt MAC címe ennek.

62 Az ARP forgatókönyv Ebből egy "tanulság": Az ARP, ha helyi a cél IP cím, a cél MAC címét eredményezi (Direct Delivery) Ha viszont távoli, akkor egy router MAC címét eredményezi: annak kell tehát az adatkapcsolati kerete küldeni (Indirect Delivery) És ne feledjük Ismétlők "bután" ismétlik a kereteket, bármilyen MAC cím is van bennük. Hidak nézik ugyan a MAC címeket, összevetik saját portjaik tábláinak bejegyzéseivel, ettől függően azonban továbbítanak eljut a keret a MAC címmel azonosított állomásra Vadász Ea5 62

63 Lehet hibás IP cím: És a hibák? Hibás hálózati címzés: tévedés a "helyi/távoli" kommunikáció megítélésében Hibás hoszt címzés: nem talál MAC címet: törés a forgatókönyvben Hibás a szubnet maszk: Tévedés a "helyi/távoli" kommunikáció megítélésében Tévedés a hoszt címrész leválasztásában: törés a forgatókönyvben Hibás router-tabla bejegyzés: Küldheti rossz irányba, vagy sikertelen a MAC szerzés Vadász Ea5 63

64 További protokollok Az ARP csak broadcast medián működik "Kézzel" konfigurált interfészek lehetnek, vagy Boot Protocol (RFC 1542) MAC és IP cím statikus összerendelése Kliens-szerver-relay_agent konfiguráció UDP csomagokban request-reply Dynamic Host Configuration Protocol (RFC 1541) MAC és IP cím dinamikus összerendelése címtartományok kijelölhetők, címhasználat időben korlátozódhat, hasznos erőforrás (pl DNS) jelezhető BOOTP-vel felülről kompatibilis Vadász Ea5 64

65 Az IP útvonalirányítás Az IP összeköttetésmentes protokoll, a routing-ért felelős Az IP biztosítja, hogy a felettes protokollok a hálózatot "egyetelen hálózatként" lássák: valódi end-to-end rétegek legyenek Direct Delivery esetén nem kell útvonalirányítás, a küldő a datagramot közveltelenül a célzott csomópontnak küldi Indirect Delivery esetén (a cél nem a forrás hálózatának tagja) a forrás/router egy routernek küldi a csomagot Vadász Ea5 65

66 Indirect Delivery A forrás a legközelebbi (default) routernek küldi a csomagot (direct delivery van a default router MAC címének megszerzésében) A router nézi az IP datagramot, táblázata szerint kiválasztja a soron következő routerhez (vagy a célhoz) vezető portját, kis változtatást csinál a datagramban és küldi a portra (direct delivery a porton a MAC cím megszerzésében) és így tovább, a vége: mindig direct delivery a cél MAC cím megszerzésében. Vadász Ea5 66

67 Indirect Delivery A B C Router D E F G Class C network Ethernet 1 IP network Ethernet 2 IP network H I J Ethernet 3 IP network A B C D E F G H I J Vadász Ea5 67

68 Indirect Delivery (folyt.) A-tól B-be direkt kommunikáció A-tól D-be direkt kommunikáció E-tól D-be direkt kommunikáció H-tól D-be direkt kommunikáció A-tól F-be indirekt kommunikáció: használni kell D-t, hogy továbbítson Delőtt: Címek Forrás Cél IP fej A F Ethernet fej A D Dután: Címek Forrás Cél IP fej A F Ethernet fej D F Vadász Ea5 68

69 Az IP routing Az útvonalkiválasztó az eredeti datagramon csak a következő változtatásokat teszi Dekrementálja a Time-to-Live mezőt (amiből eldönthető, hány sec-ig, vagy ugrásig maradhat meg a datagram) Úrjraszámítja a cheksum-ot Ismételten megemlítjük: a Network réteghez tartozó keretben az ARP segítségével megszerzett cél MAC cím csak a végén lesz az igazi cél MAC cím (amikor eljutnak a végső direkt delivery-hez) Vadász Ea5 69

70 Routerek "hierarchiája" Router: 2 vagy több hálózatot köt össze Gateway router: dedikált router, ami a külső világhoz (Internethez) kapcsol Core Gateway routerek: az INOC (Internet Network Operation Center) által kontrollált routerek az egész Internetre vonatkozó ismereteik vannak (nincs defaoult router fogalmuk) backbone hálózatokat formálnak Vadász Ea5 70

71 Egy egyszerű példa Intézmény (Autonomous System, AS) megkapta a és C osztályú IP címtartományokat. Az első 3-ba tartozó hosztok default routere a D Az utolsóba tartozó hosztok (ha vannak) default routere lehet az X (elvileg lehetne D is). Működteti a D routert (számára default az X) és az X Gateway routert. Ennek is van default routere... Vadász Ea5 71

72 Egy egyszerű példa IP network IP network IP network X IP network A B C IP network D E F G IP network IP network (X Default-ja) H I J IP network Vadász Ea5 72

73 Egy egyszerű példa Az X a külvilággal való kapcsolatra való: gateway router Az X-nek 4 IP címe (és 4 MAC címe) van ebből 3 nem a kapott címosztályokból, egyeztetni kell a külvilággal Az intézményi hálózattal való kapcsolattartáshoz (itt legalább a D-hez) az IP címe (ugyanekkor a D címe ebben a hálózatban: , modjuk) Az X-nek van "default router" fogalma minden olyan csomagot, aminek hálózati címe "ismeretlen" számára, ennek küld majd... Vadász Ea5 73

74 Egy egyszerű példa A külvilágba címzett datagramm Mindenképp eljut az X-hez Ha ez "tudja", hogy a 3 kimenő vonalának melyikén van a címzett: arra továbbítja, ha nem: a es deafault router-éhez A külvilágból bejövő csomag megérkezik X-hez, ha a címzett a alhálózaton van, direct delivery-vel adja, ha nem, akkor a indirect delivery-vel a D-nek Vadász Ea5 74

75 Kérdések merülhetnek fel... Honnan tudja router, hova küldje a datagramot? Honnan tudja egy hoszt, hogy melyik routernek küldje a csomagot? Melyik a "default/legközelebbi" router? A válasz ezekre: útvonalválasztás van (IP routing táblák vannak). Ebből lehet tudni... Egy hosztnak van alapértelmezési router fogalma Vadász Ea5 75

76 Fogalmak Routing protokoll (RIP, OSPF) Az útvonalválasztók közötti kommunikációra Útvonal irányítási protokoll, információgyűjtés Route-olt protokoll (IP, IPX, AppleTalk) maga a hálózati protokoll Útvonal kiválasztás (Path selection) Az a mozzanat, ami meghatározza, ha több út is létezik (több interfész, port is van), melyiket használjuk Vadász Ea5 76

77 IP routing tábla Statikus konfigurációval előállítható Dinamikus konfoguráció is lehet (a routing protokoll állítja elő) A táblában minden egyes útvonalhoz (interfészhez, porthoz) van bejegyzés. Egy bejegyzés legalább[esetleg] IP hálózat cím[/prefix] [Direkt/indirekt flag] Következő (next hop) router IP címe vagy cél cím Az interfész (port) száma/azonosítója Vadász Ea5 77 A RT nagyon függ a gyártótól!

78 IP routing tábla Egy router a routing tábláját nézi végig, hogy melyik portjára (melyik interfészére) küldje a datagramot. A keresési kulcs a cél IP hálózati címe A kereséshez szükség lehet a szubnet maszk alkalmazásra a címen A csomagtovábbítás (útvonal kiválasztás), ha több találat van: a leghosszabb illeszkedő prefix (longest prefix match) hop-by-hop (azaz minden router maga dönt) Az útvonal választási hiba kezelése nem routing feladat! Arra ICMP (Destination Unreachable, Timme Exceed, Redirect) Vadász Ea5 78

79 Dinamikus útvonalirányítás Kategóriák Dynamic Routing Belső (interior) Külső (exterior) Vector Distance (RIP) Link State (OSPF) BGP EGP Vadász Ea5 79 Nemcsak statikus RT konfiguráció lehet!

80 Internet felépítés, AS-ek Autonom System (AS) csoportosítási egység: amit egy szervezet üzemeltet AS-en belül nem kell feltétlen az egész Internet címtartományt ismerni (default router/út) AS-en belüli lokális forgalom, topológiai változás nem látszik kifelé AS-re bontás mellett egymástól függetlenül több útvonalirányító protokoll (routing protocol) használható Vadász Ea5 80

81 Internet felépítés: IGP-EGP AS-en belüli Intra-Domain (Interior Gateway Protocol, IGP) Lehet RIP/OSFP a méretektől, elvárásoktól függően AS-ek közötti Inter-Domain (Exterior Gateway Protocol, EGP) Alap: egy default út ki az AS-ből egy nagy ISP-hez, (Gateway router fogalom) Border Gatway Protocol, BGP kell, ha multi homed az AS, üzleti/politikai szabályrendszert érvényesítenek. Vadász Ea5 81

82 IGP algoritmusok Vector Distance Algorithm (shortest path using hops): a metrika az ugrásszám (distance in hops) Shortest Path First Alg: a metrika a "cost", ami lehet az ugrásszám, a sebesség stb Vadász Ea5 82

83 Vector Distance Algorithm (Bellman- Ford) A routing táblában "távolság" oszlop is a távolság: ugrások száma Szomszédos routerek táblákat cserélnek (konfigurálni kell, ki kinek küldjön, kitől fogadjon. Gatewayek szoktak "cserélni") Fogadott táblák infóiból korrigálja saját tábláit: bejegyzi a nem meglévő bejegyzéseket (korrekcióval) átír meglévő bejegyzést, ha az új távolság kisebb, mint amit kapott (itt is van korrekció) Vadász Ea5 83

84 A RIP és RIP2 Routing Information Protocol az UDP-re épül, az 520-as porton. A "táblacserékhez" való protokoll Érdekes lehet az ugrásszám korlát: metric = 16 nem elérhető jelentésű A RIP az alhálózatokat nem "hirdeti", míg a RIP2 a szubneteket is hirdeti... Vadász Ea5 84 Emlékezz: a RIP még a transzport réteg fölött van.

85 Shortest Path First (Link Status) SFP a neve Minden router "térképet" tart fenn a teljes hálózatról, ebben az utak "kölségét/súlyát" is De az információgyüjtés/hirdetés során nem távolságokat gyűjt/hirdet, hanem szomszédai elérhetőségét (Link State Protocol) Minden (gateway) router periódikusan küld egy üzenetet, tesztelve a link státust az üzenet routing infókat nem tartalmaz. Ha van válasz: a link él, a térképben ez jelezhető Ha nincs válasz: a link nem él. Vadász Ea5 85

86 Shortest Path First (Link Status) Képes több utat kezelni (pl a IP type of service alapján) Képes az utakhoz súlyokat rendelni Képes azonos súlyú utak között terhelésmegosztásra. Vadász Ea5 86

87 Open SFPv2 Él-állapot leírásán alapuló (link status) dinamikus, hierarchikus protokoll, nem adaptív. Direkt IP fölött fut (9 számú protokoll), transzport protokoll nélkül, saját terjesztési protokollt használ. Az így kapott elosztott adatbázison mindenki maga dönt a továbbításról, ugyanazon algoritmus szerint (így bár csak a következő csomópontnak adom, jó felé megy a csomag). Vadász Ea5 87 Az OSFP-nek van Link State Databese-ja. Minden AS-beli router együtt építi fel, és az LSD leírja a teljes topológiát. Minden LSD azonos az AS-en belül. Egy router által használható port (elérhető szomszéd) tükröződik az LSD-ben. Létezik a szomszédossági (adjacency) viszony a szomszédság (neighbours) mellett: az adjacency akkor, ha már azonosak az LSD-jeik.

88 Dinamikus? Észreveszi, ha egy link megszakad az adatkapcsolati réteg jelzi a router alakalmazásnak (néhány sec), vagy a Hello csomagok elmaradnak (40 sec). És egyből terjeszti a router az új topológiai állapotot. OSFP Vadász Ea5 88

89 OSFP komponensek Szomszédok felfedezése (Hello) Default router (DR), tartalék (BDR) választás Szomszédsági viszony (adjacencies) kialakítása Adatbázis szinkronizáció (DS) Él állapot terjesztés (LSA flooding) Routing tábla számítás Az OSFP csomagok (fejrészében típus) típusai: Hello Database Description Link-State Request/Reply/Ack OSFP Vadász Ea5 89 DR választás broadcast mediumon kell!!! LSA Link State Advertisment Emlékezz: az OSFP az IP réteg fölött, a transzport rétegben van. Az IP-t használja.

90 OSFP Hello A linkek állapotának folyamatos figyelésére Broadcast linken DR választásra Szomszédsági viszony Aki szomszéd, azzal hangolom össze AB-met, annak küldök LSA-kat Pont-pont linken szomszéd van Broadcast linken a DR a szomszéd OSFP Vadász Ea5 90 Defaulr Router LSA Link Stae Advertisment

91 OSFP AB szinkronizáció (DS) Kérés-válasz alapon LS fejléceket cserélenk, és ami hiányzik, lekérem LS Request-tel Link-State-Advertisment (terjesztés is, flooding-gel) minden szomszédnak továbbadom, kivéve ahonnan jött, és Ack-ra várok Ha kaptam, nyugtázom, vagy újabb saját LS-omat küldöm (ez is "nyugta") Ez "fa mentén terjedő, egyszer átlapolódó körbe-küldős elv" Minden LSA "öregszik" OSFP Vadász Ea5 91

92 Exterior Gateway Protocol EGP, RFC 904 AS-ek között útvonalválasztás, elérhetőségi információk alapján Régi. Kifejlesztésekor még hierrachikus volt az Internet. Alapvetően distance-vektor protokoll Nem véd a hurokképződés ellen, nincsenek védelmi mechanizmusai Vadász Ea5 92

93 Border Gateway Protocol BGP, RFC 1771 Az EGP hiányosságait küszöböli ki CIDR támogatás (hatékony cím aggregáció) Konfigurálni kell a BGP szomszédokat, nincs "szomszéd felfedezés" TCP fölött fut (179-es port), megbízható kapcsolatorientált transzportot feltételez Nincs periódikus újraküldés, minden hallott útvonalat megjegyeznek a routerek. A hurokmentesség ellen path vektor módszert használ (célig vezető AS-ek listája) Vadász Ea5 93

94 Exterior BGP AS-ek között Interior BGP EBGP - IBGP AS-en belüli kapcsolatokra (pl. ha nem túl nagy, nem érdemes az OSPF-t, de nem felel meg a RIP) Vadász Ea5 94

95 Irodalom RFC 1058 Routing Information Protocol RFC 1723 RIP Version 2 RFC 2328 OSPF Version 2 RFC 1771 BGP-4 J. T. Moy: OSPF: Anatomy of an Internet Routing Protocol Addison-Wesley, 1998 EIGRP: IBM Redbooks: Vadász Ea5 95

96 Az ICMP Internet Control Message Protocol Azalapvetően a hálózati réteggel kapcsolatos üzenetek továbbítására Az ICMP enkapszuláció ICMP message IP header (20bytes) ICMP message Type (8) Code (8) Checksum (16) Content (type és code függő tartalom) Típusok: hibaüzenetek, információk, diagnosztikai üzenetek. ICMP Vadász Ea5 96

97 ICMP példák Type Code Üzenet (RFC792) 0 0 echo reply (ping) 3 * Destination unreachable 0 Network unreachable 1 Host unreachable 3 Port unreachable 4 Fregmentation is needed but don't fragment bit set 4 0 Fojtócsomag 5 * Redirect 0 Redirect for network 1 Redirect for host 8 0 echo request (ping) 11 * Time exceed 11 0 Time to live = 0 stb. ICMP Vadász Ea5 97

98 ICMP Az ICMP hibaüzenetek mindig tartalmazzák annak az IP datagrammnak fejrészét (20 byte) és első 8 bájtját, ami a hibát okozta Így a fogadó ICMP modul meghatározhatja a protokollt és a user processzt, amihez a hiba tartozik ICMP Vadász Ea5 98

99 IP hálózatok mérése A mérések szükségessége Hálózat beüzemelése tesztelése a végpontol látják egymást? (connectivity) a csomagszűrés jól van beállítva? Üzemelő hálózat teljesítményének fokozása hatékony a működés (perfomance) torlódások vannak? Erőforrások jól vannak kihasználva? Van néhány egyszrű mérő alkalmazás ping: a connectivity ellenőrzésre traceroute: útvonal asszimetria felfedezése; routing tesztelés (TTL mező lejártának ellenőrzése) Vadász Ea5 99

100 A ping Állomás elérhetőség ellenőrzés ping kliens: aki kezdeményez egy ICMP echo request-tel; ping szerver: aki válaszol egy ICMP echo reply-vel. A csomagok sorszámot és időbélyeget kapnak csomagvesztés detektálható, duplikáció detektálható, sorrendcsere detektálható, késletetési viszonyok változása (torlódás) detektálható. Vadász Ea5 100

101 A traceroute Állomás elérési útvonalának vizsgálata Ötlet: ha router TTL = 1 0 IP datagramot kap, azt nem továbbítja, hanem ICMP time exceed üzenetet küld Küldjünk csomagokat rendre TTL=1,2,3 értékekkel A soron következő első, második stb. router eldob és ICMP üzenetet ad: ebből megtudható a router címe; Amikor meg eljut a célállomásra, a csomagot olyan UDP port kapja, amihez nem tartozik szerver alkalmazás (pl 3000 feletti portszám: ICMP port unreachable üzenet jön vissza, ebből tudható, hogy elértük a célállomást. Vadász Ea5 101