Internet Protokoll (IP)

Átírás

1 Tartalom Internet Protokoll (IP) Készítette: Schubert Tamás (BMF) TCP/IP protokollok készlet IP-címek IP-címosztályok IP-címek jellemzıi, használatának szabályai Speciális IP-címek Az IP-címosztályok címtartományai IP-címek kiosztása Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) ARP üzenetformátum Az ARP segédprogram Internet Protocol (IP) Az IP csomag felépítése A hálózati protokoll-adategység keretbe foglalása A csomag mérete és a csomagok tördelése Time to Live (TTL) Egyéb fejlécmezık IP opciók Tracert segédprogram Schubert Tamás IP / 1 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 2 Számítógép hálózatok 5 7. réteg 4. réteg 1 3. réteg TCP/IP protokollok készlet File Transfer Protocol (FTP) Remote Terminal Protocol (TELNET) Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Name Server Protocol (NSP) Simple Network Management Protocol (SNMP) TCP UDP IP TCP ICMP ARP IEEE 802.x /X.25 UDP Transmission Control Protocol User Datagram Protocol RARP Internet címek Az eszközök globális azonosítása. IP-címek 32 bit-es bináris cím, IP címnek nevezzük. Minden egyedi címmel rendelkezik. Gyakorlatilag a címzésre az A, B és C osztályokat használják. A cím elsı 3 bit-je írja le az osztályt. A cím két része: (netid, hostid) a hálózat és azon belül az azonosítására. Az A, B, C osztályú címek különbözı mérető hálózatok címzésére használhatók. IP ARP RARP ICMP Internet Protocol Address Resolution Protocol Reverse Address Resolution Protocol Internet Control Message Protocol Schubert Tamás IP / 3 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 4 Számítógép hálózatok

2 A osztály B osztály C osztály D osztály IP-címosztályok hálózat 1 0 hálózat hálózat Csoport-cím Egy hálózaton belül minden eszköz hálózati címe (netid) azonos! Csak az címben különböznek (hostid)! A forgalomirányítók (útvonalválasztók, router-ek) a netid-et használják a csomagok továbbításakor. Egy-egy több interfésszel is rendelkezhet, minden interfész más hálózatra csatlakozik IP-címek jellemzıi, használatának szabályai hálózat netid hostid E osztály fenntartott Internet címek Schubert Tamás IP / 5 Számítógép hálózatok 1. hálózat 2. hálózat Schubert Tamás IP / 6 Számítógép hálózatok IP-címek jellemzıi, használatának szabályai Network és Broadcast címek Az IP címek a hálózatot is azonosítják: az olyan cím, amelynek hostid része csupa 0 bit-bıl áll. Broadcast cím: az olyan cím, amelynek hostid része csupa 1-bit-bıl áll. Ezzel a hálózat összes gépére küldhetı csomag. Ez csak akkor hatékony, ha a fizikai hálózat szintén rendelkezik szórás (broadcast) képességgel (pl. Ethernet). Irányított (directed) broadcast esetén a netid rész érvényes hálózati azonosítót tartalmaz, és az így megadott hálózat összes gépére küldhetı broadcast. Korlátozott (limited) broadcast vagy helyi (local) broadcast esetén a teljes cím csupa 1 bit-bıl áll, és csak a helyi hálózat gépei kapják meg az üzenetet. A TCP/IP a lehetı legkevesebb számú gépre korlátozza a broadcast-ot. Csupa '0' címek Ha a netid = csupa 0 bit, a szóban forgó hálózatot jelenti. Ha a hostid = csupa 0 bit, a szóban forgó gépet jelenti. Olyan gépek használják ideiglenesen, amelyek nem ismerik a saját címüket. Válasz csomagok nem tartalmazhatnak ilyen címeket. Multicast címzés IP-címek jellemzıi, használatának szabályai Többes címzés, amikor a gépek nem csak a saját unicast címüket ismerik fel, hanem bizonyos multicast címeket is. A gépek egy meghatározott csoportja (nem csak ugyanazon a hálózaton) számára lehet csomagokat küldeni (pl. video on demand). Csak akkor hatékony, ha a fizikai hálózat is támogatja a multicast címzést. Schubert Tamás IP / 7 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 8 Számítógép hálózatok

3 Class Bcsupa 0 csupa 0 Class C csupa 1 Speciális IP-címek host Class D net csupa 1 Class 127 E bármi (gyakran 1) Ez az 1 Állomás ezen a hálózaton 1 Korlátozott szórás (helyi hálózat) 2 Irányított szórás ezen a hálózaton 2 Loopback 3 Az IP címzés néhány szabálya Ha egy számítógépet egy másik hálózatra kapcsolunk át, meg kell változtatni az IP címét! A csomag útja egy több interfésszel rendelkezı (multi-homed) számítógépre függ attól is, hogy melyik címére adtuk fel a csomagot. IP címek decimális megadása A 32 bit-es IP címeket programokban, dokumentációkban gyakran pontokkal elválasztott decimális egészként adjuk meg: pl Loopback cím IP-címek jellemzıi, használatának szabályai 1 Csak rendszerindításkor megengedett,cél címeként nem használható 2 Forráscímként nem használható 3 A hálózaton soha nem jelenik meg A cím egyik osztályhoz sincs rendelve. A helyi gépet jelenti. Tesztcélra és folyamatok közötti kommunikációra használható. A szoftver sosem küldi ki az ilyen címő csomagot a hálózatra. Speciális címek jelentése Schubert Tamás IP / 9 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 10 Számítógép hálózatok IP-címosztályok Az IP-címosztályok címtartományai A osztály B osztály C osztály D osztály E osztály hálózat 1 0 hálózat hálózat Csoport-cím fenntartott Osztály A B C D E Címtartomány Használható Használható Használható Multicast csoport-cím Broadcast Állapot Internet címek Schubert Tamás IP / 11 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 12 Számítógép hálózatok

4 Az Internet címek kiosztása Az Internet címeket az Internet Network Information Center (INTERNIC)-tıl lehet beszerezni (vagy más nemzetközi/nemzeti szervezettıl). Csak az IP cím hálózati részét adminisztrálja az INTERNIC, a cím részét a helyi hálózati rendszergazda rendeli az interfészekhez. Network byte sorrend IP-címek kiosztása IP-címek kiosztása C osztályú címeket használunk mindhárom hálózaton Az IP-címek hálózati része minden on azonos ugyanazon a hálózaton Ez lehetıvé teszi, hogy a forgalomirányító-táblákban csak a hálózatokat azonosítsuk Nem kell minden ra külön bejegyzés Kisebbek az irányítótáblák Az irányító protokollok forgalma is kisebb Az egyes ok különbözıképpen ábrázolják a számokat: Little Endian vagy Big Endian. A számok ábrázolását (címek, csomag hosszak, stb.) szabványosítani kellett. A TCP/IP standard byte sorrendet használ (ez a Big Endian). Az összes és forgalomirányító erre az alakra alakítja a számokat a helyi ábrázolásmódból, mielıtt továbbítaná, és a beérkezett számokat errıl az alakról a helyi ábrázolási formára hozza. A Big Endian ábrázolásmódban a szignifikánsabb byte-ok közelebb vannak a csomag elejéhez hálózat hálózat 2. hálózat Schubert Tamás IP / 13 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 14 Számítógép hálózatok Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) Az Internet címek leképzése fizikai címekre, az ARP protokoll Az Interneten (TCP/IP) az eszközöket az IP címükkel azonosítjuk, adatot azonban a fizikai hálózaton csak a fizikai címre lehet küldeni. Az IP címet valahogyan meg kell feleltetni az eszköz fizikai címével. Bármilyen hálózati technológiát használunk, két azonos hálózaton lévı számítógép csak akkor kommunikálhat, ha ismerik egymás fizikai címét. Az IP címet tehát le kell képezni fizikai címre, és ezt a leképzést a csomag minden án (forgalomirányító vagy ) meg kell tenni a csomag teljes útja során a kiinduló tól a legvégsı ig. Hogyan tudja meg egy vagy forgalomirányító egy adott IP címő eszköz fizikai címét, ha csomagot akar küldeni neki? A különbözı hálózatokban eltérı megoldásokat használnak: A gépek táblázatot tartanak fenn a velük azonos hálózaton lévı gépek IPcím fizikai-cím párokkal. Az IP cím tartalmazza a fizikai címet (közvetlen leképzés). Dinamikus címfeloldás. Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) Dinamikus címfeloldás A szórás (broadcast) képességgel rendelkezı hálózatokban (pl. Ethernet) használható megoldás. A protokoll neve: Address Resolution Protocol (ARP). Az ARP lehetıvé teszi, hogy egy az ugyanazon a fizikai hálózaton lévı cél IP címének ismeretében megtudja annak fizikai (MAC) címét. Az 'A' gép keresi az I B IP címő gép P B fizikai címét. Az 'A' gép felad egy szórásos üzenetet, amelyben azt kérdezi, hogy mi az I B fizikai címe. Az a gép, amelyik felismeri a kérésben a saját IP címét, egy ARP válaszban közvetlenül 'A'-nak küldi meg a fizikai címét: Schubert Tamás IP / 15 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 16 Számítógép hálózatok

5 Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) ARP cache A X B Y Az A felad egy ARP kérést tartalmazó szórásos üzenetet, hogy mi az I B fizikai címe Az ok és forgalomirányítók egy ún. ARP gyorsító tárat (cache) tartanak fenn, amelyben eltárolják a beszerzett IP-MAC cím párokat, hogy ne kelljen minden csomag elküldése elıtt ARP kérést feladni. A régen beszerzett tételeket törli a gyorsító tárból, hogy az esetleges változások miatt ne maradjanak hibás tételek a tárban. ARP finomítások Az ARP kérésben a feladó elküldi a saját IP-MAC cím párját, amelyet az összes gép fogad, és ezzel frissíti a saját ARP gyorsító tábláját. A X B Y B host válaszol egy ARP válaszban, megadva az I B - P B címpárt I: Internet cím P: fizikai cím (MAC) Schubert Tamás IP / 17 Számítógép hálózatok ARP protokoll formátum Az ARP kérés és válasz Ethernet keretben utazik, amelynek típus mezıje: Az ARP üzenet felépítése: Schubert Tamás IP / 18 Számítógép hálózatok ARP üzenetformátum HARDWARE TYPE PROTOCOL TYPE HLEN PLEN OPERATION SENDER HA (octets 0-3) SENDER HA (octets 4-5) SENDER IP (octets 0-1) SENDER IP (octets 2-3) TARGET HA (octets 0-1) TARGET HA (octets 2-5) TARGET IP (octets 0-3) ARP üzenetformátum HARDWARE TYPE: 1 Ethernet esetén PROTOCOL TYPE: IP OPERATION: ARP kérés:1, ARP válasz: 2 HLEN: Hardver cím hossza: 6 Ethernet esetén PLEN: IP cím hossza: 4 Kérdések: IP címek Kell-e az ARP-nek módosítania a gyorsító tárat, ha egy adott IP-címre már létezik bejegyzés a gyorsító tárban? Kell-e az ARP-nek módosítania a gyorsító tárat, ha kérés nélkül érkezik információ? Miért tartják az ARP-t biztonsági szempontból gyenge láncszemnek? Hogyan használható az ARP arra, hogy bekapcsoláskor megállapítsuk, van-e a mienkkel azonos IP címő gép a hálózaton? Miért okoz intenzív szórást, ha egy távoli Ethernet hálózat nem létezı IP címő gépére csomagokat küldünk? Schubert Tamás IP / 19 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 20 Számítógép hálózatok

6 Az ARP segédprogram Az ARP segédprogram ARP segédprogram ARP segédprogram (folytatás) A TCP/IP-t használó operációs rendszerekben megtalálható. Megjeleníti és módosítja az IP-fizikai cím leképzését tartalmazó táblázatot (ARP tábla). ARP -s inet_addr eth_addr [if_addr] ARP -d inet_addr [if_addr] ARP -a [inet_addr] [-N if_addr] -a -g inet_addr -N if_addr -d -s eth_addr if_addr Displays current ARP entries by interrogating the current protocol data. If inet_addr is specified, the IP and Physical addresses for only the specified computer are displayed. If more than one network interface uses ARP, entries for each ARP table are displayed. Same as -a. Specifies an internet address. Displays the ARP entries for the network interface specified by if_addr. Deletes the host specified by inet_addr. Adds the host and associates the Internet address inet_addr with the Physical address eth_addr. The Physical address is given as 6 hexadecimal bytes separated by hyphens. The entry is permanent. Specifies a physical address. If present, this specifies the Internet address of interface whose address translation table should be modified. If not present, the first applicable interface will be used. Schubert Tamás IP / 21 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 22 Számítógép hálózatok Gyakorló feladat IP címek Internet Protocol (IP) Internet Protocol (IP): Kapcsolat nélküli adatgramma továbbítás Ethereal (Wireshark) programmal felvenni a hálózati forgalmat. Ping programmal megszólítani a szomszéd asztalnál ülı társ gépét. ARP programmal megvizsgálni az ARP gyorsító tár tartalmát. A felvett forgalom vizsgálata. ARP forgalom kiszőrése. ARP csomagok (kérés és válasz) tartalmának vizsgálata. Törölni az ARP gyorsító tárból a saját kérésre kapott IP-MAC bejegyzést. Megvizsgálni, hogyan alakul a többi gép ARP gyorsító tárának tartalma. A szolgáltatás megbízhatatlan, kapcsolat nélküli. A hálózat a legjobb tudása szerint (best-effort) kézbesíti a csomagokat a forrástól a célig. Megbízhatatlan: a kézbesítés nem szavatolt: A csomagok elveszhetnek, kettızıdhetnek, késhetnek, és helytelen sorrendben érkezhetnek. Kapcsolat nélküli: a csomagok egymástól függetlenül lesznek továbbítva, ezért akár különbözı útvonalon is haladhatnak. Nincs mód a hiba kijavításra. Ezt a feladatot a magasabb rétegekben lévı protokollok oldhatják meg: TCP, alkalmazás. Schubert Tamás IP / 23 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 24 Számítógép hálózatok

7 Internet Protocol (IP) Az IP csomag felépítése Az IP protokoll célja Az IP csomag Az IP adatgramma (csomag) az adattovábbítás egysége a TCP/IP hálózaton, így meghatározza a továbbítandó adat pontos formáját. Az IP szoftver elvégzi a forgalomirányítást (routing), meghatározva azt az útvonalat, amelyen a csomag halad. Az IP magában foglal egy sor szabályt, amely meghatározza, hogy az ok és forgalomirányítók hogyan dolgozzák fel a csomagot, mikor kell hibát generálniuk, és azon a feltételeket, amelyeknek a bekövetkezésekor a csomagot el lehet dobni. A fizikai keret (frame) és az IP csomag között szoros analógia van. A keret tartalmaz egy fejrészt és egy adatrészt. A fejrész a cél és a forrás címébıl áll. Az IP csomag is egy fejrészbıl és egy adatrészbıl áll. Az IP fejrész azonban a forrás- és a cél IP-címét tartalmazza és tartalmaz többek között egy típus mezıt is, amely a csomag tartalmára utal. Schubert Tamás IP / 25 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 26 Számítógép hálózatok Az IP csomag felépítése Az IP csomag felépítése VERS HLEN IDENTIFICATION SERVICE TYPE TOTAL LENGTH IP adatgramma formátum FLAGS FRAGMENT OFFSET TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM SOURCE IP ADDRESS DESTINATION IP ADDRESS IP OPTIONS (IF ANY) DATA... PADDING Az IP csomag VERS = 4 HLEN TOTAL LENGTH az IP verziója (minden IP szoftver ellenırzi). a fejléc (header) hossza 32 bit-es egységekben. Az IP opciók miatt a fejléc változó hosszúságú lehet. Az opciók nélküli fejléc 20 byte-os. a teljes csomag hossza byte-okban. A maximális hossz: 65,535 byte. PRECEDENCE D T R UNUSED SERVICE TYPE mezı Schubert Tamás IP / 27 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 28 Számítógép hálózatok

8 Az IP csomag felépítése A szolgáltatás típusa és a csomag precedenciája PRECEDENCE = 0-7 Az IP csomag fontossága. D bit = Kis késleltetés (delay) T bit = Nagy átviteli sebesség (throughput) R bit = Nagy megbízhatóság (reliability) A hálózati protokoll-adategység keretbe foglalása Az IP csomagok a fizikai hálózaton keretbe ágyazva továbbíthatók. A keret típusa a hálózat típusától függ: Ethernet, HDLC, PPP, Frame Relay, stb. Az IP csomag hossza max. 65,535 bájt, a fizikai keret hossza jóval rövidebb. Célszerő az IP csomagot olyan hosszúra választani, hogy az elférjen egy fizikai keretben. Ha ez nem lehetséges, az IP tovább tördeli a csomagokat. A szolgáltatás minıségének magadására használják (QoS) Csomag feje Csomag adat-része Beágyazás folyamata Keret feje Hálózati címeket (forrás és cél) tartalmazza Keret adat-része MAC címeket (forrás és cél) tartalmazza Schubert Tamás IP / 29 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 30 Számítógép hálózatok A csomag mérete, a hálózat MTU-ja és a csomagok tördelése MTU = Maximum Transfer Unit az az adatmennyiség, amely egy fizikai keretben továbbítható. Ez a méret az egyes hálózat típusoknál más és más. Hiába választjuk meg az IP csomag méretét úgy, hogy az beférjen a fizikai keretbe, mivel a csomag több hálózaton mehet keresztül, amelyek típusáról a feladó mit sem tud. 1. hálózat A csomag mérete és a csomagok tördelése A B 3. hálózat A csomag mérete és a csomagok tördelése Túl rövidre sem érdemes az IP csomaghosszt választani, mert a továbbítás nem lesz hatékony. Az IP szoftver konvencionális hosszt választ : 576 byte. Ekkora csomaghosszt az összes nak és forgalomirányítónak kezelnie kell. Ha a csomag az útja során nem fér el az adott hálózat fizikai keretében, a forgalomirányító tördeli (fregmentálja), és tördelt csomagokat továbbítja. A tördelt IP csomagok fejrészében jelzi, hogy melyik töredék csomagot tartalmazza, hogy a végon újra összeállítható legyen. Ha egyszer egy IP csomagot egy forgalomirányító széttört, a darabok csak a célon lesznek egyesítve. Az egyes töredékek az útjuk során szükség szerint tovább tördelhetık. MTU=1500 bájt MTU=1500 bájt R 1 2. hálózat MTU=620 bájt R 2 Schubert Tamás IP / 31 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 32 Számítógép hálózatok

9 Time to Live (TTL) Egyéb fejlécmezık Time to Live (TTL) A Time to Live mezı meghatározza, hogy egy IP csomag hány másodpercet tölthet az Internet rendszerben. A továbbítás során minden forgalomirányító csökkenti ezt az értéket a forgalomirányítóban töltött másodpercek számával, de legalább 1-el. Ha a mezı 0 lesz, a forgalomirányító eldobja az IP csomagot, és hibaüzenetet generál a csomag eredeti feladójának. Ez a módszer meggátolja, hogy hibás irányítótáblák miatt a csomagok vég nélkül keringjenek a hálózatban. PROTOCOL HEADER CHECKSUM SOURCE IP ADDR. DESTINATION IP ADDR. megadja, hogy a DATA mezı milyen protokollt hordoz (pl. TCP) a forgalomirányítók csak ezt az ellenırzı összeget számolják újra a forrás IP-címe a cél IP-címe Schubert Tamás IP / 33 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 34 Számítógép hálózatok IP options IP opciók Változó hosszúságú mezık. (A mezık pontos felépítését nem ismertetjük) Record route option: A forgalomirányítók a csomag haladása során beírják a saját IP címüket. Így a csomagok útja nyomon követhetı. Teszt célokat szolgál. Source route option: A feladó megadja azon forgalomirányítók címét, amelyeknek a csomagot továbbítaniuk kell. Teszt célokat szolgál. Kérdések: Mi az értelme, hogy az ellenırzı összeget csak a fejlécbıl számítja az IP szoftver? Van-e értelme IP ellenırzı összeg számításának, amikor Ethernet hálózaton továbbítjuk? Mikor változik a VERS mezı? IP protokoll Mi az elınye, hogy a forgalomirányítók által tördelt IP csomagokat csak a célon egyesítik újra, és nem a következı forgalomirányítón? Mekkora egy Ethernet keret, ha a lehetı legkisebb IP csomagot szállítja? Timestamp option: Hasonló a record route option-hoz, csak a forgalomirányító az IP címén kívül az idıpontot is beírja a csomag option mezıjébe. Schubert Tamás IP / 35 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 36 Számítógép hálózatok

10 Tracert segédprogram Követhetjük a csomag útját egy megadott célig: tracert [-d] [-h maximum_hops] [-j host-list] [-w timeout] target_name -d Do not resolve addresses to hostnames Feladatok: IP protokoll Kövessük a csomagok útját a tracert (traceroute) program segítségével! Vegyük fel a hálózati forgalmat az Ethereal programmal és vizsgáljuk meg az IP csomag beágyazását az Ethernet keretbe! Vizsgáljuk meg, hogy a tracert milyen forgalmat generál! - h maximum_hops -j host-list -w timeout Maximum number of hops to search for target Loose source route along host-list Wait timeout milliseconds for each reply Schubert Tamás IP / 37 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 38 Számítógép hálózatok Irodalom Stallings W. Data and Computer Communications, Fifth Edition. Prentice-Hall, Inc Fred Halsall. Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Fourth Edition. Addison-Wesley Publishers Ltd Andrew S. Tanenbaum. Számítógép-hálózatok, Panem Könyvkiadó Kft Második kiadás Schubert Tamás IP / 39 Számítógép hálózatok