Δίκτυα Υπολογιστών Ενότητα 8: Internet Protocol - IP

Δίκτυα Υπολογιστών Ενότητα 8: Internet Protocol - IP Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Internet Protocol - IP

Σκοποί ενότητας Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζεται το Πρωτόκολλο Διαδικτύου (IP). 5

Περιεχόμενα ενότητας (1/5) Εισαγωγή. Η ροή των δεδομένων ανάμεσα στα επίπεδα της σουίτας Transmission Control Protocol (ΤCP)/IP. Το πρωτόκολλο IP. Δομή του πρωτοκόλλου IP. Μορφή Επικεφαλίδας IPv4. Ανιχνεύοντας το IP με το Wireshark. 6

Περιεχόμενα ενότητας (2/5) Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute. Το παράθυρο του pingplotter μετά την ανίχνευση. Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute Συνέχεια. Το παράθυρο του Wireshark με τα Internet Control Message Protocol (ICMP) πακέτα. 7

Περιεχόμενα ενότητας (3/5) Μία ματιά στην καταγραφή. Ταξινόμηση με βάση τη διεύθυνση ΙΡ της πηγής. Μία ματιά στην καταγραφή Συνέχεια. Τα μηνύματα απάντησης ICMP Time to live (TTL) - exceeded. Κατακερματισμός. Πρώτο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=2000. 8

Περιεχόμενα ενότητας (4/5) Κατακερματισμός Συνέχεια. Δεύτερο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=2000. Τα πεδία που άλλαξαν τιμή. Το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request που στάλθηκε. Πρώτο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=3500. 9

Περιεχόμενα ενότητας (5/5) Το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request Συνέχεια. Το εργαλείο FreeIP Tools. Το γραφικό περιβάλλον του FreeIP Tools. Το εργαλείο FreeIP Tools Συνέχεια. Τα πακέτα ICMP που στάλθηκαν με την χρήση της εφαρμογής FreeIP Tools. FreeIP Tools - Σχολιασμός αποτελεσμάτων. 10

Εισαγωγή (1/3) Το Πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol - IP), αποτελεί το κύριο πρωτόκολλο επικοινωνίας για τη μετάδοση δεδομενογραμμάτων (datagrams), δηλαδή πακέτων δεδομένων, στο Διαδίκτυο. 11

Εισαγωγή (2/3) Το πρωτόκολλο IP είναι υπεύθυνο για τη διευθυνσιοδότηση των κόμβων και για τη δρομολόγηση των πακέτων δεδομένων ανάμεσα στα διάφορα δίκτυα. Ανεξάρτητα από την υποδομή τους. Αποτελεί το κύριο πρωτόκολλο πάνω στο οποίο είναι βασισμένο το Διαδίκτυο. 12

Εισαγωγή (3/3) Η πρώτη μεγάλης κλίμακας έκδοση του Πρωτοκόλλου IP, ήταν η έκδοση 4 (IPv4) η οποία επικρατεί μέχρι και σήμερα σε όλο το Διαδίκτυο. Ωστόσο, λόγω του ότι δεν επαρκούν πλέον οι διευθύνσεις, τα τελευταία χρόνια, έχει αναπτυχθεί η διάδοχη έκδοση του πρωτοκόλλου, η έκδοση 6 (IPv6). Είναι εν ενεργεία και χρησιμοποιείται εξαπλωνόμενη σε όλο τον κόσμο. 13

Η ροή των δεδομένων ανάμεσα στα επίπεδα της σουίτας ΤCP/IP Σχήμα 1. Η ροή των δεδομένων ανάμεσα στα επίπεδα της σουίτας ΤCP/IP, πηγή: Internet protocol suite - Wikipedia, the free encyclopedia, ανακτήθηκε 23/3/2015. 14

Το πρωτόκολλο IP (1/14) Το πρωτόκολλο IP, ανήκει στο Επίπεδο Διαδικτύου, στο Μοντέλο Διαστρωμάτωσης TCP/IP. Καθορίζει τη μορφή των πακέτων που στέλνονται μέσω ενός διαδικτύου. Καθώς και τους μηχανισμούς που χρησιμοποιούνται για την προώθηση των πακέτων από έναν υπολογιστή προς έναν τελικό προορισμό μέσω ενός ή περισσότερων δρομολογητών. 15

Το πρωτόκολλο IP (2/14) Γι' αυτούς τους σκοπούς, το IP, χρησιμοποιεί συγκεκριμένες μεθόδους διευθυνσιοδότησης και δομές για την ενθυλάκωση των πακέτων δεδομένων. Έτσι κάθε πακέτο IP, αποτελείται από μια κεφαλίδα και στη συνέχεια ακολουθούν τα δεδομένα. 16

Το πρωτόκολλο IP (3/14) Στη κεφαλίδα αυτή εμπεριέχονται: Πληροφορίες για τα δεδομένα που εμπεριέχονται στο πακέτο. Οι διευθύνσεις αφετηρίας και προορισμού. Η διαδικασία προσθήκης της κεφαλίδας σε ένα πακέτο δεδομένων ονομάζεται ενθυλάκωση. 17

Το πρωτόκολλο IP (4/14) Ενθυλάκωση των δεδομένων (πράσινο χρώμα) μιας εφαρμογής. Σχήμα 2. Ενθυλάκωση των δεδομένων μιας εφαρμογής, πηγή: Internet protocol suite - Wikipedia, the free encyclopedia, ανακτήθηκε 23/3/2015 18

Το πρωτόκολλο IP (5/14) Το πρωτόκολλο IP είναι μία υπηρεσία χωρίς σύνδεση, είναι ανεξάρτητο από την τεχνολογία του υλικού, που χρησιμοποιείται σε κάθε δίκτυο και δεν χρειάζεται να την γνωρίζει πριν την μετάδοση. Το IP καθιστά δυνατό το να επικοινωνεί το ένα δίκτυο με το άλλο. 19

Το πρωτόκολλο IP (6/14) Ο σχεδιασμός προβλέπει την συνύπαρξη δικτύων διαφόρων τύπων. Το πρωτόκολλο IP είναι ανεξάρτητο από την φύση της υποκείμενης τεχνολογίας μετάδοσης του επιπέδου σύνδεσης. Τα δίκτυα με διαφορετικό υλικό συνήθως διαφέρουν όχι μόνο στην μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης, αλλά επίσης και στη μέγιστη μονάδα μετάδοσης (MTU). 20

Το πρωτόκολλο IP (7/14) Όταν ένα δίκτυο θέλει να στείλει αυτοδύναμα πακέτα σε δίκτυα με μικρότερο MTU, μπορεί να κομματιάσει το αυτοδύναμο πακέτο. Στο IPv4 αυτή η λειτουργία είναι τοποθετημένη στο επίπεδο internet και εκτελείται στο IPv4 από τους δρομολογητές. 21

Το πρωτόκολλο IP (8/14) Αντίθετα το IPv6, η επόμενη γενιά του πρωτοκόλλου Internet, δεν επιτρέπει στους δρομολογητές να κάνουν διάσπαση. Οι σταθμοί εργασίας πρέπει να προσδιορίσουν το MTU της διαδρομής, προτού αποστείλουν τα αυτοδύναμα πακέτα. 22

Το πρωτόκολλο IP (9/14) Εκτός από τον ορισμό της μορφής των αυτοδύναμων πακέτων, το πρωτόκολλο ΙP ορίζει τη σημασιολογία της επικοινωνίας και χρησιμοποιεί τον όρο βέλτιστη προσπάθεια, για να περιγράψει την υπηρεσία που παρέχει. 23

Το πρωτόκολλο IP (10/14) Ουσιαστικά το πρότυπο αυτό ορίζει, ότι παρ όλο που το πρωτόκολλο IP κάνει τη βέλτιστη δυνατή προσπάθεια για να αποδώσει ένα πακέτο στο προορισμό του, το υποκείμενο υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένα τα εκάστοτε δίκτυα που διασχίζει, μπορεί να συμπεριφερθεί λανθασμένα. 24

Το πρωτόκολλο IP (11/14) Έτσι, το πρωτόκολλο, δεν εγγυάται ότι θα μπορέσει να αντιμετωπίσει τα παρακάτω προβλήματα: Αλλοίωση δεδομένων. Απώλεια αυτοδύναμου πακέτου. Επανάληψη αυτοδύναμου πακέτου. Επίδοση με καθυστέρηση ή εκτός σειράς. 25

Το πρωτόκολλο IP (12/14) Για την αντιμετώπιση του κάθε ενός από αυτά τα σφάλματα, χρειάζονται πρόσθετα, υψηλότερα επίπεδα λογισμικού πρωτοκόλλων. Η μόνη διαβεβαίωση που μπορεί να δώσει το πρωτόκολλο IP στην έκδοση 4 (IPv4), είναι το αν τα μπιτ της κεφαλίδας έχουν υποστεί αλλοίωση ή όχι κατά τη διάρκεια της μεταφοράς. 26

Το πρωτόκολλο IP (13/14) Αυτή η πληροφορία εμπεριέχεται σε ένα πεδίο της κεφαλίδας του IP πακέτου, που ονομάζεται Άθροισμα Ελέγχου Κεφαλίδας (Header Checksum). Κάνοντας χρήση του checksum, μπορεί να διαπιστωθεί εάν η κεφαλίδα έχει μεταφερθεί σωστά ή όχι, και αναλόγως το πακέτο απορρίπτεται ή όχι. 27

Το πρωτόκολλο IP (14/14) Στην έκδοση 6 (IPv6) ωστόσο, έχει εγκαταλειφθεί η χρήση του αθροίσματος ελέγχου κεφαλίδας, προς όφελος της ταχείας προώθησης μέσω ορισμένων στοιχείων δρομολόγησης στο δίκτυο. 28

Δομή του πρωτοκόλλου IP (1/3) Ένα IP πακέτο αποτελείται από το τμήμα της επικεφαλίδας και το τμήμα δεδομένων. Η επικεφαλίδα στο IPv4 αποτελείται από 14 πεδία, από τα οποία τα 13 είναι απαραίτητα. Το 14 πεδίο είναι προαιρετικό (με το κόκκινο φόντο στον πίνακα) και ονομάζεται Επιλογές. 29

Δομή του πρωτοκόλλου IP (2/3) Τα πεδία στην επικεφαλίδα πακετάρονται με το περισσότερο σημαντικό πεδίο εμπρός και για το διάγραμμα και τη συζήτηση, τα περισσότερο σημαντικά bit βρίσκονται μπροστά. 30

Δομή του πρωτοκόλλου IP (3/3) Έτσι το 0 είναι το περισσότερο σημαντικό bit MSB), έτσι ώστε για παράδειγμα το πεδίο «έκδοση» βρίσκεται στα 4 περισσότερο σημαντικά bit του πρώτου Byte. 31

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 Σχήμα 3. Μορφή Επικεφαλίδας IPv4, πηγή: http://en.wikipedia.org, ανακτήθηκε 23/3/2105. 32

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Έκδοση. Έκδοση Το πρώτο πεδίο της επικεφαλίδας σε ένα IP πακέτο είναι το πεδίο της έκδοσης του πρωτοκόλλου, μήκους 4-bit. Για το IPv4 αυτό έχει την τιμή 4. Aπ όπου και προέρχεται το όνομα IPv4. 33

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Μήκος Επικεφαλίδας (1/2) Μήκος Επικεφαλίδας. Το δεύτερο πεδίο (4-bits) είναι το μήκος της επικεφαλίδας (IHL, Internet Header Length). Αυτό μας δίνει το μήκος της επικεφαλίδας σε λέξεις των 32 bit. Επειδή η επικεφαλίδα του IPv4 μπορεί να περιέχει μεταβλητό αριθμό επιλογών, αυτό το πεδίο παρέχει το μήκος της επικεφαλίδας. 34

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Μήκος Επικεφαλίδας (2/2) Μήκος Επικεφαλίδας (Συνέχεια). Η μικρότερη τιμή του πεδίου είναι 5 (RFC 791), που σημαίνει ότι το μήκος είναι 5 32 = 160 bits = 20 bytes. Επειδή το πεδίο είναι 4 bit, το μέγιστο μήκος είναι 24-1=15 λέξεις (15 32 bits) ή 480 bits = 60 bytes. 35

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Συνολικό Μήκος (1/3) Συνολικό Μήκος. Το πεδίο αυτό έχει μήκος16-bits. Καθορίζει το συνολικό μήκος του κομματιού (fragment) σε bytes, συμπεριλαμβανομένων της επικεφαλίδας και των δεδομένων. 36

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Συνολικό Μήκος (2/3) Συνολικό Μήκος (Συνέχεια). Το ελάχιστο μήκος του πακέτου είναι 20 bytes (20 bytes επικεφαλίδα +0 bytes δεδομένα) και το μέγιστο μήκος είναι 216-1=65535 bytes. Καθότι το μήκος του πεδίου Συνολικό Μήκος είναι 16 bits. 37

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Συνολικό Μήκος (3/3) Συνολικό Μήκος (Συνέχεια). Διάφορες συσκευές και μερικές φορές τα υποδίκτυα μπορεί να επιβάλλουν περιορισμούς στο μέγεθος των αυτοδύναμων πακέτων. Τα οποία σ αυτήν την περίπτωση πρέπει να σπάσουν σε μικρότερα κομμάτια. Στο IPv4 η διάσπαση μπορεί να γίνει στους σταθμούς εργασίας ή στους δρομολογητές. 38

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Αναγνώριση. Αναγνώριση Το πεδίο αυτό είναι ένα πεδίο ταυτότητας και χρησιμεύει για τον μοναδικό προσδιορισμό των κομματιών (fragments) που ανήκουν στο ίδιο αρχικό IP αυτοδύναμο πακέτο. 39

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Σημαίες (Flags). Σημαίες (1/4) Αυτό είναι ένα πεδίο των τριών bit και χρησιμεύει να ελέγχει ή να προσδιορίζει τα κομμάτια. Αυτά είναι (κατά σειρά από το περισσότερο σημαντικό προς το λιγότερο): bit 0: Δεσμευμένο, πρέπει να είναι 0. bit 1: Απαγόρευσης διάσπασης του αυτοδύναμου πακέτου (DF=Don t Fragment). bit 2: Ένδειξης ύπαρξης περισσότερων κομματιών (MF=More Fragments). 40

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Σημαίες (2/4) Εάν η σημαία DF έχει τεθεί στο 1 και για την δρομολόγηση του πακέτου είναι απαραίτητη η διάσπασή του, τότε το πακέτο απορρίπτεται. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί κατά την αποστολή πακέτων σε σταθμούς εργασίας, οι οποίοι δεν έχουν επαρκείς πόρους για τον χειρισμό της διάσπασης. 41

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Σημαίες (3/4) Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αυτόματη ανίχνευση της Μέγιστης Μονάδας Μεταφοράς κατά Μήκος της Διαδρομής (Path MTU Discovery). Είτε αυτόματα από το software των σταθμών εργασίας. Είτε χειροκίνητα με την χρήση διαγνωστικών εργαλείων, όπως τα ping και traceroute. 42

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Σημαίες (4/4) Σε πακέτα που δεν έχουν διασπαστεί η σημαία MF είναι 0. Για διασπασμένα πακέτα όλα τα κομμάτια έχουν το MF=1, εκτός από το τελευταίο πού έχει το MF=0. Το τελευταίο κομμάτι έχει μη μηδενικό πεδίο Δείκτη εντοπισμού τμήματος, το οποίο το διακρίνει από μη τεμαχισμένα πακέτα. 43

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Συνέχεια (1/2) Δείκτης εντοπισμού τμήματος. Ο δείκτης εντοπισμού τμήματος είναι 13-bit και απαριθμεί σε οκτάδες Byte. Προσδιορίζει την θέση ενός συγκεκριμένου κομματιού, από την αρχή του αρχικού ακκομάτιαστου αυτοδύναμου πακέτου. Το πρώτο κομμάτι έχει δείκτη εντοπισμού τμήματος 0. 44

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Συνέχεια (2/2) Δείκτης εντοπισμού τμήματος (Συνέχεια). Αυτό επιτρέπει έναν μέγιστο αριθμό θέσεων (213 1) 8 = 65,528 bytes, το οποίο και ξεπερνά το μέγιστο μήκος του IP πακέτου, που είναι 65535 bytes, εάν συμπεριλάβουμε και το μήκος της επικεφαλίδας (65,528 + 20 = 65,548 bytes). 45

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Χρόνος Ζωής. Χρόνος Ζωής (1/3) Το πεδίο αυτό οριοθετεί το χρόνο ζωής του αυτοδύναμου πακέτου. Έχει μήκος 8 bit και χρησιμεύει στο να καταστρέφονται αυτοδύναμα πακέτα που για διάφορους λόγους περιφέρονται άσκοπα στο Internet. Δίνεται σε δευτερόλεπτα, αλλά χρόνοι μικρότεροι από 1s στρογγυλεύονται στο 1 s. 46

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Χρόνος Ζωής (2/3) Στην πράξη έχει καταλήξει να χρησιμοποιείται ως μετρητής αναπηδήσεων: Όταν ένα αυτοδύναμο πακέτο φτάσει σε έναν δρομολογητή, ο δρομολογητής μειώνει το πεδίο TTL κατά 1. Όταν το πεδίο TTL μηδενιστεί, ο δρομολογητής απορρίπτει το πακέτο και στέλνει ένα μήνυμα τέλους χρόνου του πρωτοκόλλου μηνυμάτων ελέγχου του Internet (ICMP Time Exceeded) μήνυμα στον αποστολέα. 47

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Χρόνος Ζωής (3/3) Το πρόγραμμα traceroute χρησιμοποιεί το μήνυμα τέλους χρόνου του ICMP. Για να εκτυπώσει τους δρομολογητές που χρησιμοποιούνται από τα πακέτα στη διαδρομή τους από την πηγή στον προορισμό. 48

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Αριθμός πρωτοκόλλου Αριθμός πρωτοκόλλου. Το πεδίο αυτό προσδιορίζει την έκδοση του πρωτοκόλλου IP που χρησιμοποιείται από το αυτοδύναμο πακέτο. Η Internet Assigned Numbers Authority (ΙΑΝΑ) διατηρεί έναν κατάλογο αριθμών πρωτοκόλλου IP. Ο οποίος αρχικά είχε καθοριστεί στο RFC 790. 49

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Άθροισμα ελέγχου επικεφαλίδας (1/4) Άθροισμα ελέγχου επικεφαλίδας. Το 16-bits άθροισμα ελέγχου της επικεφαλίδας. Χρησιμοποιείται για έλεγχο σφαλμάτων της επικεφαλίδας. Μόλις ένα πακέτο φτάσει σε έναν δρομολογητή, ο δρομολογητής υπολογίζει το άθροισμα ελέγχου της επικεφαλίδας και το συγκρίνει με το πεδίο αθροίσματος ελέγχου της επικεφαλίδας. 50

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Άθροισμα ελέγχου επικεφαλίδας (2/4) Εάν δεν ταιριάζουν, τότε ο δρομολογητής απορρίπτει το πακέτο. Σφάλματα στο πεδίο δεδομένων πρέπει να διαχειριστούν από το ενθυλακωμένο πρωτόκολλο. Και το UDP και το TCP έχουν πεδία αθροισμάτων ελέγχου. 51

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Άθροισμα ελέγχου επικεφαλίδας (3/4) Όταν ένα πακέτο φτάσει σε έναν δρομολογητή, ο δρομολογητής μειώνει το πεδίο χρόνου ζωής (TTL). Συνεπώς ο δρομολογητής πρέπει να υπολογίσει το νέο άθροισμα ελέγχου. 52

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - Άθροισμα ελέγχου επικεφαλίδας (4/4) Η RFC 1071 καθορίζει τον τρόπο υπολογισμού του αθροίσματος: Το πεδίο αθροίσματος ελέγχου είναι το 16 bit συμπλήρωμα ως προς ένα, του αθροίσματος των συμπληρωμάτων ως προς 1 των 16 bit λέξεων της επικεφαλίδας. 53

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - IP IP Διεύθυνση πηγής. Διεύθυνση πηγής Αυτό το πεδίο είναι η IPv4 διεύθυνση του αποστολέα του πακέτου. Πρέπει να σημειωθεί ότι, αυτή η διεύθυνση μπορεί να αλλάξει κατά την διέλευση από μία συσκευή μετάφρασης διεύθυνσης δικτύου (ΝΑΤ). 54

Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 - IP Διεύθυνση προορισμού IP Διεύθυνση προορισμού. Αυτό το πεδίο είναι η IPv4 διεύθυνση του παραλήπτη του πακέτου. Πρέπει να σημειωθεί ότι, αυτή η διεύθυνση μπορεί να αλλάξει κατά την διέλευση από μία συσκευή μετάφρασης διεύθυνσης δικτύου (ΝΑΤ) IP Επιλογές. Το πεδίο IP Επιλογές δεν χρησιμοποιείται συχνά. 55

Ανιχνεύοντας το IP με το Wireshark (1/2) Σε αυτό το πείραμα αναλύεται το πρωτόκολλο ΙΡ, και ειδικότερα το δεδομενόγραμμα (datagram) ΙΡ. Για να γίνει αυτό, αναλύεται μία ανίχνευση από δεδομενογράμματα ΙΡ. Τα οποία στέλνονται και λαμβάνονται κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του προγράμματος Traceroute. Αναλύθηκε στο πείραμα για το πρωτόκολλο ICMP. 56

Ανιχνεύοντας το IP με το Wireshark (2/2) Θα εξεταστούν διάφορα πεδία μέσα στο δεδομενόγραμμα ΙΡ, όπως επίσης και ο κατακερματισμός του ΙΡ. 57

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (1/10) Προκειμένου να δημιουργηθεί μία ανίχνευση από δεδομενογράμματα ΙΡ, θα χρησιμοποιηθεί το πρόγραμμα Traceroute, με το οποίο θα σταλούν κάποια πακέτα σε μία τοποθεσία Χ. 58

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (2/10) Υπενθυμίζεται ότι η Traceroute λειτουργεί με το να στέλνει ένα ή περισσότερα δεδομενογράμματα με το πεδίο TTL (Time- To-Live) στην επικεφαλίδα IP να έχει την τιμή 1. Έπειτα στέλνει ένα ή περισσότερα δεδομενογράμματα με την τιμή 2 κ.ο.κ. 59

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (3/10) Υπενθυμίζεται επίσης ότι κάθε φορά που λαμβάνει ένα δεδομενόγραμμα ο δρομολογητής μειώνει την τιμή του TTL κατά 1. Όταν το TTL φτάσει την τιμή 0, ο δρομολογητής στέλνει ένα μήνυμα ICMP στον κεντρικό υπολογιστή. 60

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (4/10) Ως αποτέλεσμα αυτής της συμπεριφοράς λαμβάνει χώρα η παρακάτω διαδικασία: Ένα δεδομενόγραμμα με τιμή TTL ίση με 1 κάνει ένα άλμα μακριά από τον αποστολέα για να στείλει ο δρομολογητής ένα μήνυμα ICMP. Ένα δεδομενόγραμμα με τιμή TTL ίση με 2 κάνει δύο άλματα μακριά από τον αποστολέα για να στείλει ο δρομολογητής ένα μήνυμα ICMP. Ένα δεδομενόγραμμα με τιμή TTL ίση με 3 κάνει τρία άλματα μακριά από τον αποστολέα για να στείλει ο δρομολογητής ένα μήνυμα ICMP κ.ο.κ. 61

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (5/10) Με αυτό τον τρόπο μέσα από την traceroute ο κεντρικός υπολογιστής μπορεί να μάθει τις ταυτότητες όλων των δρομολογητών μεταξύ αυτού και του προορισμού Χ. Βλέποντας τις διευθύνσεις πηγής των μηνυμάτων ICMP. 62

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (6/10) Για να τρέξει η traceroute και να σταλούν δεδομενογράμματα διαφόρων μεγεθών θα πρέπει να γίνουν κάποια βήματα. Συγκεκριμένα το πρόγραμμα tracert που προσφέρεται από τα Windows δεν επιτρέπει την μεταβολή στο μέγεθος του μηνύματος ICMP echo request που στέλνεται από το πρόγραμμα. 63

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (7/10) Ένα καλύτερο πρόγραμμα traceroute για τα Windows είναι το pingplotter. Το οποίο είναι διαθέσιμο σε ελεύθερη έκδοση στο http://www.pingplotter.com Το μέγεθος των μηνυμάτων ICMP μπορεί να αλλάξει επιλέγοντας Edit->Options->Packet Options και συμπληρώνοντας το πεδίο Packet Size. 64

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (8/10) Το προκαθορισμένο μέγεθος πακέτου είναι 56 bytes. Μόλις το pingplotter στείλει ορισμένα πακέτα με τις αυξανόμενες τιμές TTL, περιμένει για χρόνο ίσο με το Trace Interval, η τιμή του οποίου και ο αριθμός των διαστημάτων μπορούν να οριστούν ρητά μέσα στο pingplotter. 65

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (9/10) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα: Ξεκινάει το Wireshark και η καταγραφή των πακέτων. Ξεκινάει το pingplotter και εισάγεται το όνομα προορισμού στο Address to Trace Window. Εισάγεται το 3 στο πεδίο # of times to Trace, για να μην συγκεντρωθούν πάρα πολλά δεδομένα. 66

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute (10/10) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα (Συνέχεια): Επιλέγεται Edit->Advanced Options->Packet Options και εισάγεται η τιμή 56 στο πεδίο Packet Size και ΟΚ. Τέλος, ξεκινάει η ανίχνευση πατώντας το κουμπί Trace. 67

Το παράθυρο του pingplotter μετά την ανίχνευση Σχήμα 4. Το παράθυρο του pingplotter μετά την ανίχνευση. 68

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute - Συνέχεια (1/2) Σε δεύτερη φάση: Στέλνεται μία σειρά από δεδομενογράμματα με μεγαλύτερο μήκος. Επιλέγοντας Edit Advanced Options Packet Options. Εισάγοντας την τιμή 2000 στο πεδίο Packet Size. Και πατώντας ΟΚ. Τελικά πατιέται το κουμπί Resume. 69

Καταγράφοντας πακέτα κατά την εκτέλεση της Traceroute - Συνέχεια (2/2) Τέλος, στέλνεται μία σειρά από δεδομενογράμματα με μεγαλύτερο μήκος, Επιλέγοντας Edit Advanced Options Packet Options. Εισάγοντας την τιμή 3500 στο πεδίο Packet Size. Και πατώντας ΟΚ. Τελικά πατιέται το κουμπί Resume. Σταματάει η καταγραφή με το Wireshark και ξεκινάει η ανάλυση των πακέτων. 70

Το παράθυρο του Wireshark με τα ICMP πακέτα Σχήμα 5. Το παράθυρο του Wireshark με τα ICMP πακέτα. 71

Μία ματιά στην καταγραφή (1/11) Στην καταγραφή στην παρακάτω εικόνα φαίνεται μία σειρά από μηνύματα ICMP Echo Request από τον υπολογιστή, από όπου γίνεται το πείραμα και οι απαντήσεις ICMP TTL-exceeded από τους δρομολογητές. 72

Μία ματιά στην καταγραφή (2/11) Παρατηρώντας τα πακέτα διαπιστώνεται σε πρώτη ότι η διεύθυνση ΙΡ του υπολογιστή από όπου γίνονται οι μετρήσεις είναι η 192.168.2.2. 73

Μία ματιά στην καταγραφή (3/11) Μέσα στις πληροφορίες για την επικεφαλίδα ΙΡ, φαίνεται ότι το πρωτόκολλο ανώτερου επιπέδου είναι το ICMP (0x01), ενώ το μέγεθος της επικεφαλίδας είναι 20 bytes, το συνολικό μέγεθος είναι 56 bytes, που σημαίνει ότι το μέγεθος των δεδομένων που μεταφέρει το δεδομενόγραμμα ΙΡ είναι 36 bytes. 74

Μία ματιά στην καταγραφή (4/11) Κάτι τελευταίο, για αυτή τη φάση του πειράματος, έχει να κάνει με το πεδίο fragment offset το οποίο έχει τιμή 0, που σημαίνει ότι τα δεδομένα δεν έχουν κατακερματιστεί, μεταφέρονται εξολοκλήρου στο συγκεκριμένο πακέτο. 75

Μία ματιά στην καταγραφή (5/11) Στη συνέχεια, γίνεται ταξινόμηση των καταγεγραμμένων πακέτων με βάση την διεύθυνση πηγής ΙΡ, επιλέγοντας την επικεφαλίδα της στήλης Source. Οπότε και θα πρέπει να εμφανιστεί ένα μικρό βελάκι που δείχνει προς τα κάτω. Αν δείχνει προς τα πάνω, πρέπει να πατηθεί πάλι το Source. 76

Μία ματιά στην καταγραφή (6/11) Επιλέγετε το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request που στάλθηκε από τον υπολογιστή, κι εκτείνεται το πεδίο Internet Protocol στο παράθυρο με τις λεπτομέρειες πακέτου. 77

Μία ματιά στην καταγραφή (7/11) Στο παράθυρο με τη λίστα των καταγεγραμμένων πακέτων. Θα πρέπει φανούν όλα τα επακόλουθα μηνύματα ICMP, κάτω από το πρώτο μήνυμα ICMP. Χρησιμοποιώντας το κάτω βελάκι του πληκτρολογίου γίνεται η περιήγηση στα μηνύματα ICMP που έστειλε ο υπολογιστής. 78

Μία ματιά στην καταγραφή (8/11) Αυτό που παρατηρείται είναι ότι τα πεδία που αλλάζουν είναι: Το πεδίο Identification. Κάθε ΙΡ πακέτο πρέπει να έχει μοναδική ταυτότητα. Το πεδίο Time to live. Το traceroute προσαυξάνει την τιμή του πεδίου σε κάθε επόμενο πακέτο. Το πεδίο Header checksum. Από τη στιγμή που αλλάζει η επικεφαλίδα αλλάζει και η τιμή του πεδίου. 79

Μία ματιά στην καταγραφή (9/11) Τα πεδία που παραμένουν σταθερά σε όλα τα πακέτα: Version. Χρησιμοποιείται το ΙΡν4 για όλα τα πακέτα. header length. Όλα τα πακέτα είναι ICMP. source IP. Τα πακέτα στέλνονται από την ίδια πηγή. 80

Μία ματιά στην καταγραφή (10/11) Τα πεδία που παραμένουν σταθερά σε όλα τα πακέτα (Συνέχεια): destination IP. Τα πακέτα στέλνονται στον ίδιο προορισμό. Differentiated Services. Όλα τα πακέτα είναι ICMP και χρησιμοποιούν το ίδιο τύπο υπηρεσιών. Upper Layer Protocol. Όλα τα πακέτα είναι ICMP πακέτα. 81

Μία ματιά στην καταγραφή (11/11) Κάτι τελευταίο, για τη συγκεκριμένη φάση του πειράματος, στο πεδίο Identification στην επικεφαλίδα ΙΡ: Παρατηρείται αύξηση της τιμής του πεδίου από το ένα πακέτο ICMP Echo request στο άλλο. 82

Ταξινόμηση με βάση τη διεύθυνση ΙΡ της πηγής Σχήμα 6. Ταξινόμηση με βάση τη διεύθυνση ΙΡ της πηγής. 83

Μία ματιά στην καταγραφή - Συνέχεια (1/3) Στη συνέχεια εντοπίζονται τα μηνύματα απάντησης ICMP TTL-exceeded από τον πλησιέστερο δρομολογητή στον υπολογιστή (first hop). Αξιοπρόσεκτο σε αυτά τα μηνύματα είναι η μεταβολή ή μη της τιμής των πεδίων Identification και TTL. 84

Μία ματιά στην καταγραφή - Συνέχεια (2/3) Όσον αφορά στο πρώτο πεδίο, η τιμή του αλλάζει για κάθε ένα από τα πακέτα, μια και η ταυτότητα κάθε πακέτου είναι μοναδική. Για να έχουν δύο δεδομενογράμματα ΙΡ την ίδια τιμή σε αυτό το πεδίο, θα πρέπει να αποτελούν κομμάτια ενός μεγαλύτερου πακέτου. 85

Μία ματιά στην καταγραφή - Συνέχεια (3/3) Όσο αφορά το πεδίο TTL, η τιμή του είναι η ίδια, μιας και πρόκειται για πακέτα από τον first hop δρομολογητή. 86

Τα μηνύματα απάντησης ICMP TTL-exceeded Σχήμα 7. Τα μηνύματα απάντησης ICMP TTL-exceeded. 87

Κατακερματισμός (1/3) Γίνεται ταξινόμηση της λίστας πακέτων με βάση το χρόνο, πατώντας το Time στην αντίστοιχη στήλη. Εντοπίζεται το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request που στάλθηκε από τον υπολογιστή από την στιγμή που άλλαξε το Packet Size στο pingplotter σε 2000. 88

Κατακερματισμός (2/3) Το μήνυμα κατακερματίστηκε σε περισσότερα από ένα δεδομενογράμματα ΙΡ. Αυτό φαίνεται από το πεδίο Flags. Όπου το bit που αντιστοιχεί για το αν υπάρχουν άλλα κομμάτια έχει την τιμή 1. 89

Κατακερματισμός (3/3) Από την άλλη πλευρά, η τιμή του πεδίου Fragment offset, η οποία είναι 0: Δείχνει ότι αυτό είναι το πρώτο κομμάτι και μεταφέρει τα πρώτα 1480 bytes των δεδομένων. 90

Πρώτο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=2000 Σχήμα 8. Πρώτο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=2000. 91

Κατακερματισμός - Συνέχεια Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται το δεύτερο κομμάτι από το κατακερματισμένο δεδομενόγραμμα ΙΡ. Αυτό επιβεβαιώνεται από την τιμή του πεδίου fragment offset, η οποία είναι 1480. Ενώ διαπιστώνεται ότι είναι το τελευταίο κομμάτι, μια και το πεδίο flags. Όπου το πεδίο που δείχνει αν υπάρχουν και άλλα κομμάτια έχει την τιμή Not set. 92

Δεύτερο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=2000 Σχήμα 9. Δεύτερο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=2000. 93

Τα πεδία που άλλαξαν τιμή Άλλο ένα σημείο άξιο προσοχής είναι τα πεδία εκείνα που άλλαξαν τιμή από το ένα πακέτο στο άλλο και αυτά είναι: total length. Flags. fragment offset. Checksum. 94

Το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request που στάλθηκε Στη συνέχεια εντοπίζεται το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request που στάλθηκε από τον υπολογιστή αφού άλλαξε το πεδίο Packet Size στο pingplotter σε 3500. Από ότι φαίνεται, το πακέτο έχει χωριστεί σε τρία τμήματα, στα πακέτα με α/α 1024,1025,1026. Παρατηρώντας τα τρία αυτά πακέτα, διακρίνονται τα πεδία εκείνα που αλλάζουν. 95

Πρώτο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=3500 Σχήμα 10. Πρώτο κομμάτι κατακερματισμένου μηνύματος - Packet size=3500. 96

Το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request - Συνέχεια (1/2) Το πεδίο fragment offset και το πεδίο checksum είναι διαφορετικά για κάθε πακέτο. Ανάμεσα στο πρώτο και δεύτερο με το τρίτο, διαπιστώνεται διαφορά στο συνολικό μέγεθος, καθώς και στις σημαίες. 97

Το πρώτο μήνυμα ICMP Echo Request - Συνέχεια (2/2) Τα πρώτα δύο πακέτα έχουν συνολικό μέγεθος 1500 bytes. Με τη σημαία more fragments να έχει τιμή 1. Το τελευταίο πακέτο έχει συνολικό μέγεθος 540. Με τη σημαία more fragments να έχει την τιμή 0. 98

Το εργαλείο FreeIP Tools (1/2) Στο προηγούμενο μέρος του εργαστηρίου παρατηρήθηκε η χρήση του προγράμματος PingPlotter για την παραγωγή ICMP πακέτων. Προκειμένου να καταγραφούν τα ΙΡ datagrams. 99

Το εργαλείο FreeIP Tools (2/2) Ένα ακόμα πρόγραμμα θα παρουσιαστεί σε αυτό το πείραμα, και αυτό είναι το FreeIP Tools. Το οποίο όπως υποδηλώνει και το όνομα του υπάρχει σε ελεύθερη έκδοση. Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται το γραφικό περιβάλλον του προγράμματος. 100

Το γραφικό περιβάλλον του FreeIP Tools Σχήμα 11. Το γραφικό περιβάλλον του FreeIP Tools. 101

Το εργαλείο FreeIP Tools - Συνέχεια (1/3) Όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, με την βοήθεια του προγράμματος FreeIP Tools πραγματοποιήθηκε μία traceroute προς τον διακομιστή gaia.cs.umass.edu. Από την εφαρμογή αυτή στάλθηκαν τα πακέτα ICMP που παρατηρούνται στο παράθυρο του Wireshark. 102

Το εργαλείο FreeIP Tools - Συνέχεια (2/3) Για να πραγματοποιηθεί η παραπάνω διαδικασία επιλέχθηκε το Traceroute από την αριστερή στήλη. Όπου παρουσιάζονται τα εργαλεία που προσφέρει αυτό το πρόγραμμα. Έπειτα έγινε η εισαγωγή του host στο αντίστοιχο πεδίο. Επιλέχθηκε η τιμή 1 στο πεδίο Start hop. 103

Το εργαλείο FreeIP Tools - Συνέχεια (3/3) Ο μέγιστος αριθμός αναπηδήσεων ορίστηκε σε 25, το μέγεθος του πακέτου σε 2000. Η τιμή του Timeout σε 10 sec. Ενώ επιλέχθηκε να γίνει κατακερματισμός. 104

Τα πακέτα ICMP που στάλθηκαν με την χρήση της εφαρμογής FreeIP Tools Σχήμα 12. Τα πακέτα ICMP που στάλθηκαν με την χρήση της εφαρμογής FreeIP Tools. 105

FreeIP Tools - Σχολιασμός αποτελεσμάτων Όπως διαπιστώνεται στην παραπάνω εικόνα: Τα αποτελέσματα και αυτού του προγράμματος είναι παρόμοια με αυτά του PingPlotter, σε ότι αφορά την αποστολή των πακέτων ICMP. 106

Βιβλιογραφία 1. Δικτύωση Υπολογιστών», James Kurose_Keth W. Ross, Εκδόσεις Γκιούρδας Μ.. 2. Andrew Tanenbaum, «Δίκτυα Υπολογιστών», 5η Έκδοση. 3. http://en.wikipedia.org, προσπελάστηκε 23/11/2015. 107

Τέλος Ενότητας