Az IP hálózati protokoll IP (Internet Protocol) RFC 791 A TCP/IP referenciamodell hálózati réteg protokollja. Széles körben használt, az Internet alapeleme. Legfontosabb jellemzői: IP fejrész szerkezete. 32 bites szavakból áll. Minimum 5, maximum 15 szó hosszú. IP címzés, címosztályok. Darabolás (fragment) támogatás. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 1
Port Az IP-rétegben a csomagok végpontnak, host -nak vannak címezve A végpontokon belül: több alkalmazás, folyamat Megkülönböztetésük: portok használatával Foglalt (reserved) és rendelkezésre álló (available) portszámok Foglalt portok: ide mindig lehet küldeni datagrammokat pl. 69: TFTP Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 2
Port tartományok 1-1023 (well-known) 21 ftp 22 ssh 25 smtp 53 dns 80 http 110 pop3 143 imap 443 https 1024 49151 (registered) alkalmazások 49152 65535 (temporary) kliens-szerver Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 3
Internet Protocol (IP) Egyszerűség, robusztusság Kiszorította az ATM protokollt (komplex, drága) OSI 3., hálózati réteg Csomagkapcsolt hálózati megvalósítás Hibadetektálást, hibajavítást nem végez (nem terheli a routereket) A hostokat címekkel azonosítja (IP cím) IPv4 32 bit / IPv6 128 bit Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 4
IP csomag felépítése Differentiated Services (DS), eredetileg TOS (Type Of Services) Flags (DF/MF don't fragment, more fragment) az utolsó fragment DF Fragment Offset Time To Live (TTL) (second, -1 minden routenál) Protocol (1 ICMP, 6 TCP, 17 UDP) Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 5
IP csomagok darabolása (fregmentálás) 1./ Az azonosítót az adó állomás adja, és minden fregmentben változatlan marad. Az offset kezdetben nulla étékű. 2./ Darabolást bármely állomás (router) végezhet a csomag ill. csomagdarab küldése előtt. (Tipikusan datalink MTU miatt). 3./ Darabolás 8 bájtos határon következhet be. Az offset értékben a fregment első, bájtjának az eredeti (nem darabolt) csomagbeli helyét jelezzük 8 bájtos egységben számolva. 4./ A darabok összeillesztését a célállomás végzi az IP fejrész második szavának adatai alapján. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 6
Fregmentálás 4500 byte adat IP header 20 byte MTU 1500 byte maximum transmission unit (MTU) Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 7
Datagram-orientált kommunikációs protokoll Olyan kommunikációs protokoll, amely nem fedi el teljesen a hálózat sajátosságait. Így az esetlegesen hibásan megérkező csomagokat a cél-alkalmazásnak kell felismernie, illetve neki kell lekezelnie pl. azt a helyzetet is, ha egy csomag kétszer érkezik meg, vagy éppenséggel elveszik a hálózatban, illetve, ha az egymás után küldött csomagok sorrendje megváltozik. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 8
User Datagram Protocol (UDP) RFC 768 Olyan esetben előnyös a használata, amikor nincs szükség kapcsolat kiépítésére (mint a TCP esetén kell), és az sem feltétlenül probléma, ha egy csomag esetleg elveszne. online audio/video streaming Domain Name System (DNS) Simple Network Management Protocol (SNMP) Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 9
UDP csomag felépítése Source port a küldő portja Destination port a cél port Length header + data hossza Checksum ellenörző összeg Data az adat Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 10
IPv4, IPv6 Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 11
Internet Control Message Protocol (ICMP) Az interneten használt protokoll, melynek segítségével értesülhetünk a hibákról illetve azok típusáról, valamint hálózati diagnosztizálásban lehet a segítségünkre. Az ICMP (az UDP-hez hasonlóan) datagram-orientált kommunikációs protokoll, mert egyáltalán nem garantált a csomagok megérkezése vagy sorrendje. Az ICMP (a TCP-hez és az UDP-hez hasonlóan) az IP-t használja borítékként (ICMP csomagok csak IP hálózaton mehetnek). Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 12
Az ICMP protokoll Az ICMP IP-re épül, protokoll (logikailag felsőbb szintű, transzport protokoll), de funkciója miatt a hálózati réteghez soroljuk. Az IP-vel együtt kötelez implementálni. Célja: Az IP datagramok továbbítása során előforduló problémák (hibák) jelzése, jelzőüzenetek küldése. Az IP csomagtovábbítás nem megbízható. Az IP fejrész protokoll mezőjének értéke 1. A forrást informáljuk a bekövetkező problémákról. ICMP üzenetek (továbbítási hibáira) nem generálunk ICMP üzenetet. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 13
ICMP csomag felépítése Az ICMP fejléc a IP fejléc 160. bitjétől kezdődik. Type - ICMP típusa Code a típuson belüli kód Checksum Ellenőrző összeg ID - Egy ID érték, amit az ECHO REPLY kérés estén vissza kell küldeni. Sequence - Számsor, amit az ECHO REPLY kérés estén vissza kell küldeni. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 14
ICMPv4 üzenetek típusai 0 echo reply 0 Echo reply (used to ping) 3 destination unreachable 0 Destination network unreachable 1 Destination host unreachable 2 Destination protocol unreachable 3 Destination port unreachable 5 redirect message 8 echo request 11 time exceeded 30 traceroute Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 15
Transmission Control Protocol (TCP) RFC 793 Megbízhatóság: az elveszett, megsérült, megduplázódott, nem helyes sorrendben érkezett csomagok érzékelése, és ezek kiküszöbölése Adatfolyam vezérlés: A TCP egy úgynevezett ablakot használ az adatfolyamvezérlésre. A küldő oldal egyszerre pozitív megerősítés nélkül nem küldhet több oktettet, mint amekkora a fogadó ablaka. Multiplexitás: hálózati címe, és a TCP port együtt adják az ún. socket-et és a socketekből álló egyértelmű párokkal azonosítjuk a kapcsolatot. Kapcsolatok: kézfogási (Handshake) mechanizmusokat kell beépíteni. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 16
TCP csomag felépítése Sequence number (32 bits) has a dual role SYN set, the initial sequence number. SYN clear, the first data byte URG (1 bit) Urgent pointer ACK (1 bit) Acknowledgment field is significant. PSH (1 bit) Push function RST (1 bit) Reset the connection SYN (1 bit) Synchronize sequence numbers. FIN (1 bit) No more data from sender Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 17
3 way handshake Passzív port nyitás (server oldal) SYN küldése a szervernek (random sequence number) SYN-ACK (szerver küldi, ack number) ACK (kliens küldi) Aktív port nyitás (kliens - szerver) Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 18
TCP kapcsolat 1. LISTEN : waiting for a connection request 2. SYN-SENT : waiting for the remote peer to send back a TCP segment with the SYN and ACK flags set. 3. SYN-RECEIVED : waiting for the remote peer to send back an acknowledgment after having sent back a connection acknowledgment to the remote peer. 4. ESTABLISHED : the port is ready to receive/send data from/to the remote peer. 5. FIN-WAIT-1 6. FIN-WAIT-2 7. CLOSE-WAIT 8. CLOSING 9. LAST-ACK 10. TIME-WAIT : represents waiting for enough time to pass to be sure the remote peer received the acknowledgment of its connection termination request. 11. CLOSED Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 19
TCP állapot diagram Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 20
TCP vs UDP TCP Reliable megbízható átvitel Ordered sorrendhelyes Heavyweight összeköttetés orientált (ellenőrzi, hogy elérhető-e a másik fél) Streaming csak két pont közötti kommunikáció UDP Unreliable csomag vesztés elképzelhető Not ordered a csomagok felcserélődhetnek Lightweight kapcsolat mentes Datagrams Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 21
Hálózati cím > Fizikai cím (ARP) ARP (Address Resolution Protocol) RFC 826 Minden node egy táblázatban (ARP táblázat) tartja nyilván a hálózati címekhez tartozó fizikai címeket. Hogyan kerül be egy új adat (címpár) a táblázatba? 1. ARP kérdés: Ki tudja az X hálózati cím fizikai címét? 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja és feldolgozza. 3. Ha valamely csomópont magára ismer az X hálózati címben, akkor a saját fizikai címével megválaszolja az ARP kérdést. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 22
Fizikai cím > Hálózati cím (RARP) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RFC 903 Csak speciális esetekben szükséges (pl. hálózati boot). Egy (vagy több) RARP szerver táblázatban (RARP táblázat) tartja nyilván a fizikai címekhez tartozó hálózati címeket. A táblázatot a rendszeradminisztrátor tartja karban. A fizikai cím - hálózati cím összerendelés statikus. Több RARP szerver esetén egy fizikai címhez minden RARP szerveren ugyan azt a hálózati címet kell rendelni (nem függhet a szervertől az összerendelés). Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 23
Fizikai cím > Hálózati cím (RARP) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RFC 903 Működési vázlata: 1. RARP kérdés: Ki tudja az X fizikai cím hálózati címét? 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja. 3. A RARP szerverek feldolgozzák a kérdést: Ha megtalálják a táblázatukban az X fizikai címet, akkor a táblázatban található hálózati címmel megválaszolják a RARP kérdést. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 24
Fizikai cím > Hálózati cím (BOOTP) BOOTP (BOOTstrap Protocol) RFC 951 A RARP csak egy üzenetszórási tartományon belül működik. A BOOTP egy IP/UDP alapú protokoll, ahol a kliens és a szerver külön üzenetszórási tartományban lehet. A BOOTP alapú boot folyamat fázisai: IP szám meghatározás. Boot állomány letöltése (nem vizsgáljuk). Működési váza azonos a RARP-éval. BOOTP agent - routeren keresztüli boot támogatás. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 25
ISDN (Integrated Services Digital Network) hagyományos egy érpáros összeköttetés rézkábelen a legegyszerűbb esetben is kétcsatornás egyidejű adatátvitelre képes (egyidejűleg lehet telefonálni, ugyanakkor internetezni is) 64 kbit/s - 128 kbit/s kapcsolt vonali hozzáférésnek minősül az ADSL szorította a háttérbe Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 26
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) a letöltés sebességét helyezi előnybe a feltöltéssel szemben, általában 8:1 arányban. nagyobb távolságon is a gyors adatátvitelt (zajelnyomási lehetőségeket kihasználva) első generációs ADSL letöltési sebessége 256 kbit/s - 8096 kbit/s-ig, a feltöltésé 64 kbit/s - 832 kbit/s-ig, de ezek elméleti maximumok Az első generációs ADSL (annex A) 0 4 khz: PSTN telefon (szűrővel választják el, hogy ne zavarja az adatátvitelt) 25,875 138 khz között feltöltésre 138 1104 khz között letöltésre Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 27
Hálózatok korlátai Eszközszám Távolság, fizikai kiterjedés Forgalom nagysága Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 28
Hálózati eszközök Repeater Hub (half-duplex működés) (OSI 1.) Bridge Switch (MAC címek, a portok között nincs ütközés, full duplex működés) VLAN-ok kezelése (OSI 2.) Router (csomagok megfelelő irányba való továbbítása) (OSI 3.) Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 29
Forgalomirányítók (alapvető) működése 1./ A router az input interfészen érkező csomagot fogadja. 2./ A router a csomag célcímét illeszti a routing táblázat soraira. Ha a célcím több sorra illeszkedik, akkor a leghosszabb prefix: sort tekintjük illeszkedőnek. 3./ Ha nem létezik illeszkedő sor, akkor a cél elérhetetlen, a csomag nem továbbítható. A csomagot a router eldobja és ICMP hibajelzést küld a feladónak. 4./ Ha létezik illeszkedő sor, akkor a csomagot az ebben szereplő kimeneti interfészen továbbítjuk (adatkapcsolati rétegbeli beágyazással) a következő hop-ként megadott szomszédhoz, ill. a célállomáshoz, ha már nincs több hop. Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 30
Hálózati fogalmak Media Access Control (MAC) address (01:23:45:67:89:ab) fizikai cím Address Resolution Protocol (ARP), RARP IP cím Node (host) Port Kliens, szerver SoHo (small office home office) Internet Service Provider (ISP) Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 31
Tipikus SOHO hálózat Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 32
Hálózati eszközök Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 33
Hálózati eszközk Helyi hálózatok tervezése és üzemeltetése 34