Internet Protokoll (IP) specialitások

Átírás

1 Tartalom Internet Protokoll (IP) specialitások Készítette: Schubert Tamás (BMF) TCP/IP protokollok készlet Az IP (al)hálózati maszk -példa Forgalomirányító algoritmus Alhálózati maszk használata a forgalomirányítóban Váltózó mérető alhálózati maszk használata Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Az Internet növekedése IP címosztályok problémái IP címosztály problémák megoldás Kontinensek IP címtartományai CIDR Privát címek Irodalom Schubert Tamás IP / 1 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 2 Számítógép hálózatok 5 7. réteg 4. réteg 1 3. réteg TCP/IP protokoll 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 IP ARP RARP ICMP TCP ICMP ARP IEEE 802.x /X.25 UDP Transmission Control Protocol User Datagram Protocol RARP Internet Protocol Address Resolution Protocol Reverse Address Resolution Protocol Internet Control Message Protocol A hálózatszámok csökkentése Az Internet robbanásszerő terjedésével az állomások és a hálózatok száma óriási ütemben növekszik. Ennek hatásai: a központi adminisztratív feladatok növekednek, a forgalomirányítók irányítótáblái óriásira megnövekednek, és a rendelkezésre álló címtartomány elıbb-utóbb kimerül. Tehát minimalizálni kell a hálózati címeket. Mindhárom problémára némi orvosság az alhálózatok (subnet) kialakítása, az alhálózati címzés, amelynek lényege, hogy: Egy hálózati címet meg kell osztani több fizikai hálózaton. Schubert Tamás IP / 3 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 4 Számítógép hálózatok

2 IP alhálózati (subnet) címzés Az alhálózati címzés lehetıvé teszi, hogy ugyanazt a hálózati címet használjuk egy hálózat több fizikai alhálózatán. Az IP cím felépítése: hálózat címe + állomás címe: A hálózat összes forgalma A osztály hálózat állomás B osztály hálózat állomás C osztály hálózat állomás Internet címek felosztása hálózati és állomás részre 1. hálózat 2. hálózat 2 fizikai hálózat alhálózati címzéssel B osztályú hálózati címmel Schubert Tamás IP / 5 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 6 Számítógép hálózatok Az eredeti IP címzési sémában minden fizikai hálózathoz egyedi hálózati címet rendeltek. Tehát minden állomás IP címének hálózati része (netid) azonos volt, az állomás (hostid) része pedig egyedi. Ez az elrendezés lehetıvé tette, hogy az irányítótáblák viszonylag kisméretőek maradjanak, mivel csak hálózatonként volt szükség egy-egy bejegyzésre a táblában, nem pedig állomásonként. Az egyes hálózatoknak lehetıségük van a fenti sémától eltérni, feltéve, hogy a változtatás más hálózatok számára láthatatlan marad. A hálózaton belül minden állomás és forgalomirányító alkalmazkodik a megváltozott címzési sémához, más hálózatok pedig ugyanúgy kezelik a hálózatot, mintha semmi változás nem történne. Szabványosított megoldás. Ezzel a mechanizmussal az összes IP szoftver rendelkezik. A fenti példában a B osztályú hálózat 2 fizikai hálózatból áll. Csak a helyi forgalomirányító tudja, hogy több fizikai hálózat van, és hogyan kell közöttük a forgalmat irányítani. Minden más forgalomirányító úgy kezeli a hálózatot, mintha csak 1 fizikai hálózat lenne. A fizikai hálózatok közötti választást ebben a példában úgy oldják meg, hogy a cím 3. byte-ja a fizikai hálózatokat különbözteti meg. Az egyik hálózat gépei a X, a másiké pedig a X tartományból kerülnek ki. A forgalomirányító a 3. byte alapján dönti el, hogy melyik fizikai hálózatra kell továbbítani a csomagot. Schubert Tamás IP / 7 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 8 Számítógép hálózatok

3 Internet rész Helyi rész Úgy tekintjük a 32 bit-es IP-címet, mint amelynek van egy Internet része és egy helyi része, ahol az Internet rész a helyet azonosítja, akár több fizikai hálózattal, és a Helyi rész a fizikai hálózatot és az állomást azonosítja a helyen belül. Ezzel egyfajta hierarchikus címzés, amely természetesen hierarchikus forgalomirányításhoz vezet. Internet rész Az alhálózat-cím elvi sémája: az eredeti IP-cím sémája Fizikai hálózat Host az alhálózat sémája: a helyi rész 2 részbıl áll, amelyek a fizikai hálózatot és az állomást azonosítják Hogy az alhálózati cím felosztása teljes mértékben rugalmas legyen, a TCP/IP subnet szabvány megengedi, hogy az alhálózat értelmezését minden egyes fizikai hálózat egymástól függetlenül végezze. Azonban ha a alhálózat felosztása megtörtént, a fizikai hálózat összes gépének ezt tekintetbe kell vennie. Schubert Tamás IP / 9 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 10 Számítógép hálózatok A subnet megvalósítása alhálózati (subnet) maszk segítségével A kérdés az, hogyan azonosítsuk a cím helyi részén belül a fizikai hálózatot és az állomást azonosító részt. Erre egy 32 bit-es alhálózati (subnet) maszkot használnak: Ebben minden bit, amely a hálózatot azonosítja '1', és minden bit, amely a hosztokat azonosítja '0'. Az alábbi maszk a fenti B osztályú hálózat subnet felosztásának megfelelı maszk: A 3. byte azonosítja a fizikai hálózatokat, így elvileg 256 (valójában csak 254) fizikai hálózat lehetséges az adott helyen belül. A hálózatok: Az IP (al)hálózati maszk A szabvány lehetıvé teszi, hogy az egyes fizikai hálózatokon eltérı mérető maszkokat használjunk: VLSM (lásd késıbb). Az IP (al)hálózati maszk Az alhálózati (hálózati) maszk reprezentációja Pontokkal elválasztott decimális számok. Pl.: Pontokkal elválasztott hexadecimális számok. Pl.: ff.ff.ff.0 (ritkán használják) Gyakran a hálózat azonosítója után írjuk a hálózati maszk 1 -es bitjeinek számát. Pl.: /24 Általában az operációs rendszertıl függ, hogy milyen ábrázolási módszert alkalmazunk. Schubert Tamás IP / 11 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 12 Számítógép hálózatok

4 Az eredeti A, B, és C osztályú IP hálózati címek maszkjai: (Három ábrázolási mód: bináris, pontokkal elválasztott decimális, és a maszk 1 -es bitjeinek számát megadó) A osztály: /8 Az IP (al)hálózati maszk B osztály: /16 C osztály: /24 A hálózati címet az állomás cím és a maszk ÉS kapcsolata adja: B osztály: /16 Állomás cím: Maszk: Hálózat cím: B osztály: /26 Az IP (al)hálózati maszk Állomás cím: Maszk: Hálózat cím: Schubert Tamás IP / 13 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 14 Számítógép hálózatok 1. példa: B osztályú hálózat alhálózatokra bontása. Az alhálózatok száma: 256. Egy bájtot használunk az alhálózatok (fizikai hálózatok) címzésére. Állomások legnagyobb száma alhálózatonként: 254 (256-2). Állomás cím nem lehet csupa 0 bit és csupa 1 bit. Maszk: /24 = = Alhálózatok: / / / /24 -példa 2. példa: C osztályú hálózat alhálózatokra bontása. Az alhálózatok száma: 16. Négy bitet használunk az alhálózatok (fizikai hálózatok) címzésére. Állomások legnagyobb száma alhálózatonként: 14 (16-2). Állomás cím nem lehet csupa 0 bit és csupa 1 bit. Maszk: /28 = = Alhálózatok: / / / / /28 Schubert Tamás IP / 15 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 16 Számítógép hálózatok

5 3. példa: B osztályú hálózat alhálózatokra bontása. Az alhálózatok száma: Tíz bitet használunk az alhálózatok (fizikai hálózatok) címzésére. Állomások legnagyobb száma alhálózatonként: 62 (64-2). Állomás cím nem lehet csupa 0 bit és csupa 1 bit. Maszk: /26 = = példa: B osztályú hálózat alhálózatokra bontása. Az alhálózatok száma: 64. Hat bitet használunk az alhálózatok (fizikai hálózatok) címzésére. Állomások legnagyobb száma alhálózatonként: 1022 (1024-2). Állomás cím nem lehet csupa 0 bit és csupa 1 bit. Maszk: /22 = = Alhálózatok: / / / / / / / /26 Alhálózatok (folytatás): / / / /26 Alhálózatok: / / / / /22 Schubert Tamás IP / 17 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 18 Számítógép hálózatok Irányítás alhálózat használata esetén A irányítótábla bejegyzései az alábbi tételeket tartalmazzák: alhálózati maszk, hálózat címe, következı forgalomirányító címe A hálózati maszk is szükséges, mivel a címbıl nem derül ki, hogy az adott hálózatot hogyan osztották fel alhálózatokra. Az út választásakor a forgalomirányító bit-enkénti logikai ÉS mőveletet végez a cél IP címmel és a hálózati maszkkal, majd az így kapott értéket keresi meg az irányítótábla hálózat-címei között. Ha egyezést talál, a csomagot a következı forgalomirányító címére küldi. Az alábbi irányító algoritmus az alapértelmezett útvonalat is megfelelıen kezeli: Az irányítótáblában az alapértelmezett útvonalat hálózat címmel és alhálózati maszkkal kell jelölni. Forgalomirányító algoritmus: Forgalomirányító algoritmus Route_IP_adatgramma ( adatgramma, routing_tábla) Vegyük ki a cél IP címet, I D -t az adatgrammából; Számítsuk ki a cél hálózat címét, I N -t; Ha az I N megegyezik valamelyik közvetlenül rákapcsolt hálózat címével, küldjük az adatgrammát a fizikai hálózaton a célállomásnak (fizikai keretbe csomagolva); egyébként ciklus az irányítótábla összes bejegyzésére végezzük el: N := (I D ) bit-enkénti ÉS (alhálózati maszk) Ha N egyenlı a bejegyzés hálózat cím értékével, küldjük az adatgrammát a következı forgalomirányító címére, ciklus befejezése ciklus vége Ha nem volt egyezés, hibát kell jelezni. Schubert Tamás IP / 19 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 20 Számítógép hálózatok

6 Alhálózati maszk használata a forgalomirányítóban Alhálózati maszk használata a forgalomirányítóban / / / / / /27 Cél IP-cím: Cél IP-cím: Hálózati maszk: & A célcím és a maszk közötti bitenkénti AND mővelet segítségével megkapjuk a célhálózat címét. Schubert Tamás IP / 21 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 22 Számítógép hálózatok Váltózó mérető alhálózati maszk használata Elıször azonos mérető alhálózatokat használunk: minden alhálózaton azonos mérető maszkot alkalmazunk. H1: 14 állomás H4: 7 állomás H3: 2 állomás Váltózó mérető alhálózati maszk használata Elıször azonos mérető alhálózatokat használunk: minden alhálózaton azonos mérető maszkot alkalmazunk. H1: 14 állomás H4: 7 állomás H3: 2 állomás H2: 28 állomás H5: 28 állomás H2: 28 állomás H5: 28 állomás C osztályú cím: /24 Max. állomás-szám: 28. Hány bit szükséges az állomások címzésére Ha 5 bitet használunk fel az állomások címzésére, = 30 állomást címezhetünk. 4 bit kevés lenne, 6 bit pedig túl sok. Az alhálózatok címzésére 3 bit marad, ezzel pedig 2 3 = 8 alhálózatot címezhetünk meg: / / / / / / / / ás alhálózat is használható! 111 -es alhálózat is használható! Schubert Tamás IP / 23 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 24 Számítógép hálózatok

7 Váltózó mérető alhálózati maszk használata /27 H1:14 állomás /27 H2: 28 állomás /27 H3: 2 állomás /27 H4: 7 állomás /27 H5: 28 állomás / / /27 Felhasznált címek: /24 A címtartomány nem hatékony kihasználása! Váltózó mérető alhálózati maszk használata Minden fizikai hálózaton a lehetı legkisebb mérető IP alhálózatot használjuk: H1: 14 állomás H4: 7 állomás H3: 2 állomás H2: 28 állomás H5: 28 állomás H1 maszk: /28 ( ) 14 állomás H2 maszk: /27 ( ) 28 állomás H3 maszk: /30 ( ) 2 állomás H4 maszk: /28 ( ) 7 állomás H5 maszk: /27 ( ) 28 állomás Schubert Tamás IP / 25 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 26 Számítógép hálózatok Váltózó mérető alhálózati maszk használata Minden fizikai hálózaton a lehetı legkisebb mérető IP alhálózatot használjuk: H1: 14 állomás H4: 7 állomás H3: 2 állomás Váltózó mérető alhálózati maszk használata Minden fizikai hálózaton a lehetı legkisebb mérető IP alhálózatot használjuk: H1: 14 állomás H4: 7 állomás H3: 2 állomás H2: 28 állomás H5: 28 állomás A hálózatokat az állomásszámok csökkenı sorrendjében (növekvı maszk) írjuk fel: H2 maszk: /27 ( ) 28 állomás H5 maszk: /27 ( ) 28 állomás H1 maszk: /28 ( ) 14 állomás H4 maszk: /28 ( ) 7 állomás H3 maszk: /30 ( ) 2 állomás Schubert Tamás IP / 27 Számítógép hálózatok H2: 28 állomás H5: 28 állomás Az IP alhálózatok kiosztása: Alhálózat címe Állomás címek H2: / H5: / H1: / H4: / H3: / Schubert Tamás IP / 28 Számítógép hálózatok

8 Váltózó mérető alhálózati maszk használata H2: /27 28 állomás H5: /27 28 állomás H1: /28 14 állomás H4: /28 7 állomás H3: /30 2 állomás Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Az ügyfél számítógépek a DHCP szervertıl szerezhetik be a TCP/IP mőködéséhez szükséges adatokat: IP-cím, hálózati maszk, alapértelmezett átjáró, tartomány (domain) név, stb. Microsoft operációs rendszereknél terjedt el. Ma általánosan használják az ügyfél számítógépek dinamikus konfigurálására. A DHCP protokoll leírása az RFC 2131 dokumentumban található. Több DHCP szerver mőködése esetén a szerverek által kezelt címtartományok nem fedhetik át egymást. Felhasznált címek: /24 A címtartomány hatékonyabb kihasználása! DHCP szerver Schubert Tamás IP / 29 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 30 Számítógép hálózatok Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Mőködési vázlata: 1. DHCP kérdés: Ki tud adni egy IP címet 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja. 3. A DHCP szerverek feldolgozzák a kérdést: Ha a kezelt címtartományukban még van szabad IP cím, akkor azzal megválaszolják a DHCP kérdést (egyedi címzés). 4. Az ügyfél a hozzá érkezı DHCP válaszokból választ egyet, és visszajelzi a választását a megfelelı DHCP szervernek (üzenetszórásos címzés). 5. A DHCP szerver könyveli a címválasztást (foglalt lett a cím), és a könyvelésrıl megerısítést küld az ügyfélnek (egyedi címzés). Az Internet növekedése 90 Január 90 Április 90 Július 90 Október 91 Január 91 Április 91 Július 91 Október 92 Január A következı fóliákon bemutatásra kerül néhány IP címzéssel kapcsolatos probléma. Alapvetıen az Internet robbanásszerő, világ méretővé történı növekedése áll a háttérben (RFC1338). A táblázat a forgalomirányító táblák növekedését mutatja. Schubert Tamás IP / 31 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 32 Számítógép hálózatok

9 Az Internet növekedése Az IP címosztályok telítettsége 1992-ben (Forrás RFC 1466) Elsısorban a B osztályú címek kimerülése jelentett problémát: Összes Kiosztott Kiosztott (%) Class A % Class B % Class C % IP címosztályok problémái Az IP címosztályok statikus hálózat-gép határának problémái: A kb. ~5000 csomóponttal rendelkezı intézmények számára a B osztály túl nagy a C osztály túl kicsi. Szükség van egy dinamikus határ meghatározásra (változó hosszúságú hálózati maszk). A 90 -es évek elején az idıegység alatt kiosztott új hálózatcímek száma exponenciális növekedést mutatott. (A C osztályú címek száma 2 21!) A forgalomirányító-táblázatok mérete a hálózatok számával arányos. Meg kell akadályozni a forgalomirányító-táblák robbanásszerő növekedését. Schubert Tamás IP / 33 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 34 Számítógép hálózatok IP címosztályok problémái A 90 -es évek elején jelentkezı problémák: A kiosztott hálózatcímek darabszáma robbanásszerően növekedett (ld. RFC 1338). Alapvetıen 3 probléma jelentkezett: B osztályú címek kimerülése (a nem hatékony használat miatt). A forgalomirányító-táblák kezelhetetlen méretőre történı növekedése. Az IP címek kimerülése. Az elsı kettıre ad megoldást a CIDR (RFC 1519). IP címosztály problémák - megoldás A megoldás: CIDR (Classless Inter-Domain Routing) RFC Folytonos C osztályú címek kiosztása ( B helyett). A hálózat-gép határ változó hosszúságú hálózati maszk segítségével tetszıleges bitszámmal balra (supernetting) illetve jobbra (subnetting) tolható. Területi elrendezıdés szerinti címtartomány-zónák kialakítása. Összevont forgalomirányítási információk a hálózati maszkok segítségével. A hálózati címek reprezentációja: <Hálózat IP szám, Hálózati maszk> CIDR: Alapköve a változó hosszú maszk segítségével történı supernetting ( C osztályú címeknél) és subnetting ( A és esetleg B osztályú címeknél) már a címkiosztásnál (Internet szolgáltatóknál, területi alapon), és aggregált irányítási információk alkalmazása a forgalomirányítókban. Schubert Tamás IP / 35 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 36 Számítógép hálózatok

10 IP címosztály problémák - megoldás Hálózat-cím Supernetting /23: / /24 vagy /12: / / /16 A cím hálózati és állomás részét elválasztó határ Állomás-cím Subnetting Két C osztályú hálózat Tizenhat B osztályú hálózat IP címosztály problémák - megoldás /12: / / / / / / / / / / / / / / / / /12 maszk Schubert Tamás IP / 37 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 38 Számítógép hálózatok Kontinensek IP címtartományai Kontinensek IP címtartományai A C osztályú IP címtartományokat kontinentális alapon osztják ki (irányító-táblák mérete jelentısen csökkenthetı) RFC 1366,1466: Európa Kontinens Észak-Amerika Közép- Dél-Amerika Ázsia, Ausztrália Címtartomány A címtartományok területi kiosztásának legfelsıbb szintje kontinens alapú. A területi kiosztás hierarchikusan további szinteken folytatható az egyes kontinenseken belül: országonként, szolgáltatónként. A kezdető IP címtartományokat még RFC 1366 kiadása elıtt kiosztották, a kezdetőek pedig késıbbi felhasználásra fenntartott címek. A forgalomirányító-táblák méretét csökkenti a felosztás, mert a többi kontinens belsı információit nem kell tárolni. Csökken a hálózatokon áthaladó irányítási információ mennyisége is. Schubert Tamás IP / 39 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 40 Számítógép hálózatok

11 CIDR példa Egy tipikus példa a CIDR-hez (Forrás: Tanenbaum - Computer Networks 3rd edition; RFC 1519). Feltételezzük, hogy az intézmények csatlakozási igényei a felírt sorrendben egymás után jelentkeznek. A BI intézmény nem kaphatja meg a -tól induló címeket, mivel neki 4096 címre van szüksége, és a nem 4096-os határ. Viszont a CI intézmény 1024-es címigénye még befér a - tól induló tartományba. CIDR példa Egy Internet-szolgáltató 2048 db C osztályú IP cím kiosztásáról rendelkezik: A szolgáltatót (kívülrıl) specifikáló információ: < , > A szolgáltatóhoz 3 intézménytıl érkezik Internet csatlakozási igény: AI 2000 csomópont, BI 4000 csomópont, CI 1000 csomópont. Az intézményeknek kiosztott címek: AI: ; < , > (2048 cím) BI: ; < , > (4096 cím) CI: ; <, > (1024 cím) Schubert Tamás IP / 41 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 42 Számítógép hálózatok CIDR példa CIDR példa - irányítás A példa mőködtetéséhez szükséges forgalomirányítási információk: Az európai (aggregált) forgalomirányításhoz: < , > Egy bejegyzéssel 2048 db C osztályú cím kezelhetı. Az Internet-szolgáltató belsı forgalomirányításához: < , > < , > <, > Három bejegyzéssel 28 db C osztályú cím kezelhetı. CI <, > Schubert Tamás IP / 43 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 44 Számítógép hálózatok

12 CIDR példa - irányítás CIDR példa - irányítás & CI <, > & CI <, > Vizsgáljuk az elsı (AI) intézmény bejegyzését. A maszk és a célcím közötti bitenkénti AND mővelet eredménye nem adja vissza a hálózat címét, így ez az irány elvethetı. Schubert Tamás IP / 45 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 46 Számítógép hálózatok CIDR példa - irányítás CIDR példa - irányítás & & & CI <, > & CI <, > Vizsgáljuk a második intézmény (BI) bejegyzését. Schubert Tamás IP / 47 Számítógép hálózatok A maszk és a célcím közötti bitenkénti AND mővelet nem adja vissza a hálózat címét, így ezt az irányt elvethetjük. Schubert Tamás IP / 48 Számítógép hálózatok

13 CIDR példa - irányítás CIDR példa - irányítás & & & CI <, > & & CI <, > & Vizsgáljuk a harmadik intézmény (CI) bejegyzését. A maszk és a célcím közötti bitenkénti AND mővelet visszaadja a hálózat címét, és mivel nincs több bejegyzés, ebben az irányban továbbítható a csomag. Schubert Tamás IP / 49 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 50 Számítógép hálózatok Privát címek Irodalom Az RFC 1918 a következı három privát IP-címtartományt nyilvánítja fenntartottnak: 1 db A osztályú cím: /8 16 db B osztályú cím: / db C osztályú cím: /16 Ezek a címek kizárólag privát, belsı hálózati használatra használhatók, bárki használhatja. Az ilyen címeket tartalmazó csomagokat a forgalomirányítók nem továbbítják az interneten keresztül. Az internet szolgáltatók általában úgy konfigurálják határ-forgalomirányítóikat, hogy azok ne továbbítsák a privát címzéső forgalmat. A privát címmel rendelkezı állomások csak A NAT (hálózati címfordítás) segítségével tudják elérni az internetet. A NAT használata az egyes vállalatok és az internet szempontjából is elınyös, takarékosan lehet az IP címeket felhasználni, és védelmet nyújt az internet felıl érkezı támadásokkal szemben. 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 / 51 Számítógép hálózatok Schubert Tamás IP / 52 Számítógép hálózatok