Internet Protokoll (IP)

Tartalom • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Internet Protokoll (IP)

Készítette: Schubert Tamás (BMF)

Schubert Tamás

IP / 1

Számítógép hálózatok

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 / 2


IP-címek

TCP/IP protokollok készlet Internet címek 5–7. réteg

File Transfer Protocol (FTP) Remote Terminal Protocol (TELNET) Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Name Server Protocol (NSP) Simple Network Management Protocol (SNMP)

• Az eszközök globális azonosítása. • 32 bit-es bináris cím, IP címnek nevezzük. • Minden állomás egyedi címmel rendelkezik.

UDP

TCP

4. réteg IP

• Gyakorlatilag a címzésre az A, B és C osztályokat használják.

ICMP

• A cím elsı 3 bit-je írja le az osztályt. ARP

1–3. réteg

RARP

• A cím két része: (netid, hostid) a hálózat és azon belül az állomás azonosítására.

IEEE 802.x /X.25

Schubert Tamás

TCP UDP

Transmission Control Protocol User Datagram Protocol

IP ARP RARP ICMP

Internet Protocol Address Resolution Protocol Reverse Address Resolution Protocol Internet Control Message Protocol IP / 3

• Az A, B, C osztályú címek különbözı mérető hálózatok címzésére használhatók.


Schubert Tamás

IP / 4


IP-címosztályok

IP-címek jellemzıi, használatának szabályai Egy hálózaton belül minden eszköz hálózati címe (netid) azonos! Csak az állomás címben különböznek (hostid)!

0 1 2 3 4

A osztály 0

8

16

hálózat

B osztály 1 0

24

31

A forgalomirányítók (útvonalválasztók, router-ek) a netid-et használják a csomagok továbbításakor.

állomás

hálózat

C osztály 1 1 0

Egy-egy állomás több interfésszel is rendelkezhet, minden interfész más hálózatra csatlakozik.

állomás

hálózat

192.168.3.1

állomás

192.168.2.1

192.168.1.1

D osztály 1 1 1 0

192.168.3.1

192.168.3.2

netid

3. hálózat

Csoport-cím

E osztály 1 1 1 1 0

hostid

fenntartott 192.168.1.2

192.168.1.3

192.168.2.2

192.168.2.3

Internet címek 1. hálózat Schubert Tamás

IP / 5


Schubert Tamás

IP-címek jellemzıi, használatának szabályai



Network és Broadcast címek

Csupa '0' 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.

Schubert Tamás

2. hálózat IP / 6

IP / 7


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 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 / 8


Speciális IP-címek

Az IP címzés néhány szabálya

csupa 0

Class B csupa 0

Ez az állomás1 Állomás ezen a hálózaton 1

host

Class C

Korlátozott szórás (helyi hálózat) 2

csupa 1

Class D net

csupa 1

127 E Class


Irányított szórás ezen a hálózaton 2 Loopback 3

bármi (gyakran 1)

• 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. 192.190.173.37 Loopback cím

1

Csak rendszerindításkor megengedett,célállomás címeként nem használható Forráscímként nem használható 3 A hálózaton soha nem jelenik meg 2

• A 127.0.0.0 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


Schubert Tamás

IP-címosztályok

0 1 2 3 4

A osztály 0

8

16

hálózat

B osztály 1 0 C osztály 1 1 0

31

állomás

állomás

hálózat

D osztály 1 1 1 0

állomás

Osztály

fenntartott

Címtartomány

Állapot

A

0.0.0.0 1.0.0.0 - 126.0.0.0 127.0.0.0

Fenntartott Használható Fenntartott

B

128.0.0.0 - 191.254.0.0 191.255.0.0

Használható Fenntartott

C

192.0.0.0 192.0.1.0 - 223.255.254 223.255.255.0

Fenntartott Használható Fenntartott

D

224.0.0.0 - 239.255.255.255

Multicast csoport-cím

E

240.0.0.0 - 255.255.255.254 255.255.255.255

Fenntartott Broadcast

Csoport-cím

E osztály 1 1 1 1 0


Az IP-címosztályok címtartományai

24

hálózat

IP / 10

Internet címek

Schubert Tamás

IP / 11


Schubert Tamás

IP / 12


IP-címek kiosztása

IP-címek kiosztása 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 állomás részét a helyi hálózati rendszergazda rendeli az interfészekhez.

• ‘C’ osztályú címeket használunk mindhárom hálózaton • Az IP-címek hálózati része minden állomáson azonos ugyanazon a hálózaton • Ez lehetıvé teszi, hogy a forgalomirányító-táblákban csak a hálózatokat azonosítsuk • Nem kell minden állomásra külön bejegyzés • Kisebbek az irányítótáblák • Az irányító protokollok forgalma is kisebb

Network byte sorrend

192.168.3.1 192.168.1.1

Az egyes állomások 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 állomás 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.

192.168.1.2

192.168.3.2

3. hálózat

192.168.1.3

192.168.2.2

1. hálózat Schubert Tamás

IP / 13


Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) Az Internet címek leképzése fizikai címekre, az ARP protokoll

Schubert Tamás

192.168.2.1

192.168.2.3

2. hálózat IP / 14


Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) Dinamikus címfeloldás

• 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 állomásán (forgalomirányító vagy állomás) meg kell tenni a csomag teljes útja során a kiinduló állomástól a legvégsı állomásig. • Hogyan tudja meg egy állomás vagy forgalomirányító egy adott IP címő eszköz fizikai címét, ha csomagot akar küldeni neki? A különbözı hálózatokban eltérı megoldásokat használnak:

A szórás (broadcast) képességgel rendelkezı hálózatokban (pl. Ethernet) használható megoldás. A protokoll neve: Address Resolution Protocol (ARP). Az ARP lehetıvé teszi, hogy egy állomás az ugyanazon a fizikai hálózaton lévı célállomás IP címének ismeretében megtudja annak fizikai (MAC) címét. Az 'A' gép keresi az IB IP címő gép PB fizikai címét. Az 'A' gép felad egy szórásos üzenetet, amelyben azt kérdezi, hogy mi az IB fizikai címe. Az a gép, amelyik felismeri a kérésben a saját IP címét, egy ARP válaszban közvetlenül 'A'-nak küldi meg a fizikai címét:

• 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.

Schubert Tamás

IP / 15


Schubert Tamás

IP / 16


Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP)

Az Internet címek leképzése fizikai címekre (ARP) ARP cache

A

X

B

Az állomások 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.

Y

Az ‘A’ állomás felad egy ARP kérést tartalmazó szórásos üzenetet, hogy mi az IB fizikai címe

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

ARP protokoll formátum

Y

Az ARP kérés és válasz Ethernet keretben utazik, amelynek típus mezıje: 080616.

‘B’ host válaszol egy ARP válaszban, megadva az IB - PB címpárt

Az ARP üzenet felépítése:

I: Internet cím P: fizikai cím (MAC) Schubert Tamás

IP / 17


Schubert Tamás

ARP üzenetformátum 0

8

16

24

IP / 18


IP címek 31

Kérdések: HARDWARE TYPE HLEN

PROTOCOL TYPE

PLEN

OPERATION

• Kell-e az ARP-nek módosítania a gyorsító tárat, ha egy adott IP-címre már létezik bejegyzés a gyorsító tárban?

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)

• Kell-e az ARP-nek módosítania a gyorsító tárat, ha kérés nélkül érkezik információ?

TARGET HA (octets 2-5)

• Miért tartják az ARP-t biztonsági szempontból gyenge láncszemnek?

TARGET IP (octets 0-3)

• Hogyan használható az ARP arra, hogy bekapcsoláskor megállapítsuk, van-e a mienkkel azonos IP címő gép a hálózaton?

ARP üzenetformátum

• Miért okoz intenzív szórást, ha egy távoli Ethernet hálózat nem létezı IP címő gépére csomagokat küldünk? HARDWARE TYPE: PROTOCOL TYPE: OPERATION: HLEN: PLEN:

Schubert Tamás

1 Ethernet esetén 080016 IP ARP kérés:1, ARP válasz: 2 Hardver cím hossza: 6 Ethernet esetén IP cím hossza: 4

IP / 19


Schubert Tamás

IP / 20


Az ARP segédprogram

Az ARP segédprogram

ARP segédprogram

ARP segédprogram (folytatás)

A TCP/IP-t használó operációs rendszerekben megtalálható.

-a

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.

-g

Same as -a.

inet_addr

Specifies an internet address.

-N if_addr

Displays the ARP entries for the network interface specified by if_addr.

-d

Deletes the host specified by inet_addr.

-s

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.

eth_addr

Specifies a physical address.

if_addr

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.

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]

Schubert Tamás

IP / 21


Schubert Tamás

IP / 22

IP címek

Internet Protocol (IP)

Gyakorló feladat

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 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 felvett forgalom vizsgálata. ARP forgalom kiszőrése. ARP csomagok (kérés és válasz) tartalmának vizsgálata.

•

A csomagok elveszhetnek,

•

kettızıdhetnek, késhetnek,

• Törölni az ARP gyorsító tárból a saját kérésre kapott IP-MAC bejegyzést.

•

és helytelen sorrendben érkezhetnek.

• Megvizsgálni, hogyan alakul a többi gép ARP gyorsító tárának tartalma.

• Kapcsolat nélküli: •

Schubert Tamás


IP / 23


Schubert Tamás

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.

IP / 24


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 állomások és forgalomirányítók hogyan dolgozzák fel a csomagot, mikor kell hibát generálniuk, és azon a feltételeket, amelyeknek a bekövetkezésekor a csomagot el lehet dobni.

Schubert Tamás

IP / 25


• 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 célállomás IP-címét tartalmazza és tartalmaz többek között egy típus mezıt is, amely a csomag tartalmára utal.

Schubert Tamás


IP / 26


Az IP csomag felépítése Az IP csomag

0

4

8

16

19

VERS HLEN SERVICE TYPE IDENTIFICATION TIME TO LIVE

24

31

TOTAL LENGTH FLAGS FRAGMENT OFFSET

PROTOCOL

VERS = 4

az IP verziója (minden IP szoftver ellenırzi).

HLEN

a fejléc (header) hossza 32 bit-es egységekben. Az IP opciók miatt a fejléc változó hosszúságú lehet. Az opciók nélküli fejléc 20 byte-os.

TOTAL LENGTH

a teljes csomag hossza byte-okban. A maximális hossz: 65,535 byte.

HEADER CHECKSUM

SOURCE IP ADDRESS DESTINATION IP ADDRESS PADDING

IP OPTIONS (IF ANY) DATA ...

IP adatgramma formátum

PRECEDENCE

D

T

R

UNUSED

SERVICE TYPE mezı Schubert Tamás

IP / 27


Schubert Tamás

IP / 28



A hálózati protokoll-adategység keretbe foglalása • Az IP csomagok a fizikai hálózaton keretbe ágyazva továbbíthatók.

A szolgáltatás típusa és a csomag precedenciája

• A keret típusa a hálózat típusától függ: Ethernet, HDLC, PPP, Frame Relay, stb.

PRECEDENCE = 0 - 7

Az IP csomag fontossága.

D bit = T bit = R bit =

Kis késleltetés (delay) Nagy átviteli sebesség (throughput) Nagy megbízhatóság (reliability)

• 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 Beágyazás folyamata

Keret feje

Csomag adat-része Hálózati címeket (forrás és cél) tartalmazza

Keret adat-része MAC címeket (forrás és cél) tartalmazza

Schubert Tamás

IP / 29


Schubert Tamás

A csomag mérete és a csomagok tördelése

IP / 30


A csomag mérete és a csomagok tördelése

A csomag mérete, a hálózat MTU-ja és a csomagok tördelése

Túl rövidre sem érdemes az IP csomaghosszt választani, mert a továbbítás nem lesz hatékony.

MTU = Maximum Transfer Unit az az adatmennyiség, amely egy fizikai keretben továbbítható. Ez a méret az egyes hálózat típusoknál más és más.

Az IP szoftver konvencionális hosszt választ : 576 byte.

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 állomás mit sem tud.

‘A’ állomás

‘B’ állomás

1. hálózat

3. hálózat

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 végállomáson újra összeállítható legyen. Ha egyszer egy IP csomagot egy forgalomirányító széttört, a darabok csak a célállomáson lesznek egyesítve. Az egyes töredékek az útjuk során szükség szerint tovább tördelhetık.

MTU=1500 bájt

MTU=1500 bájt R1

Schubert Tamás

Ekkora csomaghosszt az összes állomásnak és forgalomirányítónak kezelnie kell.

2. hálózat MTU=620 bájt IP / 31

R2


Schubert Tamás

IP / 32


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.

PROTOCOL

megadja, hogy a DATA mezı milyen protokollt hordoz (pl. TCP)

HEADER CHECKSUM

a forgalomirányítók csak ezt az ellenırzı összeget számolják újra

SOURCE IP ADDR.

a forrás IP-címe

DESTINATION IP ADDR.

a cél IP-címe

• Ez a módszer meggátolja, hogy hibás irányítótáblák miatt a csomagok vég nélkül keringjenek a hálózatban.

Schubert Tamás

IP / 33


Schubert Tamás

IP opciók

IP / 34


IP protokoll Kérdések:

IP options 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 állomás megadja azon forgalomirányítók címét, amelyeknek a csomagot továbbítaniuk kell. Teszt célokat szolgál.

• 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? • Mi az elınye, hogy a forgalomirányítók által tördelt IP csomagokat csak a célállomáson 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


Schubert Tamás

IP / 36


Tracert segédprogram

IP protokoll Feladatok:

Követhetjük a csomag útját egy megadott célállomásig: • Kövessük a csomagok útját a tracert (traceroute) program segítségével! tracert [-d] [-h maximum_hops] [-j host-list] [-w timeout] target_name

• 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!

-d

Do not resolve addresses to hostnames

- h maximum_hops

Maximum number of hops to search for target

-j host-list

Loose source route along host-list

-w timeout

Wait timeout milliseconds for each reply

Schubert Tamás

IP / 37


Irodalom • Stallings W. Data and Computer Communications, Fifth Edition. Prentice-Hall, Inc. 1997. • Fred Halsall. Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Fourth Edition. Addison-Wesley Publishers Ltd. 1996. • Andrew S. Tanenbaum. Számítógép-hálózatok, Panem Könyvkiadó Kft. 2004. Második kiadás

Schubert Tamás

IP / 39


Schubert Tamás

IP / 38


Internet Protokoll (IP)

Recommend Documents