Επίπεδοδικτύου: Internet To βασικό πρωτόκολλο του διαδικτύου!
Επίπεδο ικτύου: Internet σε ένα LAN δεν χρειάζεται δροµολόγηση. Χρησιµοποιώντας το κοινό µέσο χρησιµοποιεί τις λεγόµενες Φυσικές διευθύνσεις. Τα δεδοµένα περνούν από µια κάρτα δικτύου σε µια άλλη χρησιµοποιώντας πρωτόκολλα χαµηλού επιπέδου πχ NetBEUI σεέναµεγαλύτεροδενµπορείναχρησιµοποιηθούνφυσικέςδιευθύνσεις. Η οργάνωση των δικτύων αυτών γίνεται µε την βοήθεια των λογικών διευθύνσεων. Ηλογικήδιευθυνσιοδότησηλέγεταικαι IP διεύθυνση. Οι IP διευθύνσεις επιτρέπουν λογική ιεραρχία. Στο διαδίκτυο χρησιµοποιείται το πρωτόκολλο το οποίο ονοµάζεται ARP (Address Resolution Protocol). To ARP δηµιουργεί πίνακα ο οποίος απεικονίζει την αντιστοιχία: IP διευθύνσεων ~ Φυσική διεύθυνση
Τρόπος λειτουργίας του Internet Internet Gateway. Gateway 129.121.13.5 Gateway 195.18.16.1 195.18.16.8 195.121.131.1 Προορισµός 195.121.131.8 Προορισµός 195.121.131.8 195.18.16.8 195.121.131.8 LAN
Τρόπος λειτουργίας: 1. Αν η διεύθυνση προορισµού είναι το ίδιο τοπικό δίκτυο: Το datagram στέλνεται απ ευθείας στον προορισµό, χρησιµοποιώντας το πρωτόκολλο ARP. 2. Αν η διεύθυνση προορισµού δεν είναι το ίδιο τοπικό δίκτυο: To datagram στέλνεται στην έξοδο Gateway 3. Στηνσυνέχειατο datagram απότηντοπική Gatewayστέλνεται (δροµολογείται) hop by hopστηνκοντινότερη Gatewayτουπροορισµού. 4. H κοντινότερη προς τον προορισµό Gateway κατευθύνει (δροµολογεί) µε την βοήθεια του πρωτοκόλλου ARP στην τελική κάρτα προορισµού.
Πρωτόκολλο Internet Το IP πρωτόκολλο παρέχει ένα Ιεραρχικό σύστηµα διευθυνσιοδότησης, ανεξάρτητο από υλικό και προσφέρει τις απαραίτητες υπηρεσίες για παράδοση των δεδοµένων σε ένα περίπλοκο δίκτυο µε δροµολόγηση. Κάθε κάρτα δικτύου γενικώς έχει µια διεύθυνση IP. Σε έναν υπολογιστή µπορεί να υπάρχουν 1,2 ή περισσότερες κάρτες δικτύου. Σε υπολογιστή µε πολλά Λ.Σ. είναι δυνατόν να χρησιµοποιούνται περισσότερες IP διευθύνσεις σε µια µόνο κάρτα δικτύου. Οι διευθύνσεις IP ενός δικτύου οργανώνονται ώστε να διακρίνονται: -τo host ( δηλ. τονσυγκεκριµένουπολογιστή) ( ID-host) και - το δίκτυο (ή υποδίκτυο) µέσα στο οποίο βρίσκεται το συγκεκριµένο host (ID-net)
Τι καταλαβαίνετε βλέποντας το δίκτυο αυτό; 211.14.16.42 211.14.16.99 192.132.134.6 192.132.134.10 211.14.16.6 192. 132.134.100 ΚΤΗΡΙΟ Β ΚΤΗΡΙΟ Γ 201.201.16.9 201.201.16.8 201.201.16.3 ΚΤΗΡΙΟ Α
Πεδία IP Επικεφαλίδαςενός datagram Ethernet Hdr - 20 bytes (little-endian) IP Header - 20 bytes (big-endian) TCP Header - 20 bytes (big-endian) App. Hdr & Data Length Frag. Flags Fragment Offset Next Protocol.. κυρίωςδεδοµένα (data payload). 4 bytes 7
Πεδία επικεφαλίδας IP datagram Τα πεδία: Version (Έκθεση): IP4 (0100), or IP6 (0110). IHL (Internet Header Lenght) : Τοµήκοςτηςεπικεφαλίδας. Ηελάχιστηείναι 32 bits. Type of Service : δείχνειειδικέςπληροφορίεςδροµολόγησης. Πχ αν υπάρχει QoS κλπ Total Length (Συνολικόµήκος): προσδιορίζεισεοκτάδεςτοµήκος των IP datagram. Identification: Μονοσήµαντηταυτότηταενός datagramαπόέναν host. Αυξάνεταικάθεφοράπουένα datagramµεταδίδεται. Flags : Αποτελείται από ένα πεδίο των 3-bit από τα οποία τα 2 χαµηλότερης σηµασίας bits ελέγχουν την κατάτµηση. - Αρχικά πάντα έχει 0 - Το χαµηλότερης σηµασίας bit καθορίζει εάν το πακέτο µπορεί να κατατµηθεί - Το µεσαίο bit καθορίζει εάν το πακέτο είναι το τελευταίο πακέτο της κατάτµησης από µια σειρά από τεµαχισµένα πακέτα -τοπρώτο bit δενχρησιµοποιείται.
Επίπεδο ικτύου: Internet Fragment Offset : (µετατόπιση τµήµατος) αριθµός που δίνεται σε κάθε επόµενο datagram. Χρησιµοποιείταιγιαανασύνθεσηµετηνσωστήστονπροορισµό. Time to Live : δείχνει το χρονικό διάστηµα σε sec ή τα router s hop που µπορεί να επιζήσει το datagram πριν διαγραφεί. Κάθε router µειώνει κατά 1 αυτό το νούµερο. Protocol :Υποδεικνύειτοπρωτόκολλοπουθαλάβειτοωφέλιµοφορτίο. Πχ
IP διευθυνσιοδότηση Header Checksum: Για επαλήθευση από κάθε router, της εγκυρότητας της επικεφαλίδας. Source IP Address : Προσδιορίζειτονκόµβοαποστολής Destination IP Address : Προσδιορίζει τον κόµβο προορισµού IP Option : -Περιορισµοίασφάλειας - Καταγραφή δρόµου: κάθε router που επεξεργάζεται ένα πακέτο προσθέτει τηνδικήτου IP στηνεπικεφαλίδα. - Timestamp: κάθε router που επεξεργάζεται ένα πακέτο προσθέτει τοχρόνοκαιτηνδικήτου IP στηνεπικεφαλίδα. - (loose) Source Routing: προσδιορίζειµιαλίστατων routers οιοπ πρέπει να διατρεχτούν. - (strict) Source Routing: προσδιορίζειµιαλίστατων routers οιοπο πρέπει αποκλειστικά να διατρεχτούν. Padding : Προστίθενται bytes ώστε η επικεφαλίδα να µε όριο 4-bytes. Data Payload :τακυρίωςδεδοµένα.
IP διευθυνσιοδότηση - Οι IP διευθύνσεις προσδιορίζει ένα δίκτυο ενώ ένα host µπορεί να έχει πολλά interfaces. - Το µήκος της διεύθυνσης IPv4 είναι 32 bits ενώ το το µήκος της διεύθυνσης IPv6 είναι 128 bits. -Γενική σύνταξη διευθύνσεως IP: - 4 νούµερα (0-256) χωρισµέναµε dots. πχ 193.210.18.18 -Μία IP addressέχουνδύοµέρη: - network idκαιτο - host id
Κατηγορίες IP διευθύνσεων Class Net ID bits Host bits First byte First bit Χρήση A 7 24 0-127 0 Μεγάλοι οργανισµοί B 14 16 128-191 10 Μεσαίοι οργανισµοί C 21 8 192-223 110 Μικροί οργανισµοί D 28 0 224-239 1110 Multicast διευθύνσεις E 27 0 240-247 11110 παρακρατη µένες
Κατηγορίες IP διευθύνσεων Class A: Στο netidτοπρώτο bitείναιπάντα 0. netid =1 byte - hostid =3 bytes ιευθύνσεις: 0.0.0.0-127.255.255.255 µέχρι 128 υποδίκτυα τάξης Α και µέχρι 16 εκατοµµύρια κόµβους στο καθένα Class Β: Στο netid τα 2 πιο σηµαντικά ψηφία είναι πάντα 10. netid=2 bytes - hostid=2 bytes ιευθύνσεις: 128.0.0.0-191.255.255.255 περίπου 16 χιλιάδεςυποδίκτυατάξηςβµε 65 χιλιάδεςκόµβουςστοκαθένα. ΤουποδίκτυοτουΕ.Μ.Π. είναιτάξηςβµε netid 147.102 Class C: Στο netidτα 3 πιοσηµαντικά bitείναιπάντα 110 netid=3 bytes - hostid=1 byte ιευθύνσεις: 192.0.0.0-223.255.255.255 2 εκατοµµύρια περίπου υποδίκτυα τάξης C µε 256 κόµβους στο καθένα Class D:Τα 4 πρώτα bit είναιπάντα 1110 ιευθύνσεις: 224.0.0.0-239.255.255.255 Για ευρεία εκποµπή (multicast) Class E:Τα 4 πρώτα bit είναιπάντα 1111 ιευθύνσεις: 240.0.0.0-225.255.255.25 εσµευµένο εύρος
IP Address Classes
Κατηγορίες IP διευθύνσεων Host IP address AND network mask = network IP address 7 bits Class A 24 bits 0 netid hostid 14 bits Class B 16 bits 1 0 netid hostid Class C 21 bits 8 bits 1 1 0 netid hostid Class D 28 bits 1 1 1 0 multicast group ID
IP Addresses as Decimal Numbers
Ειδικές ιευθύνσεις (Special address) 0.0.0.0χρησιµοποιείταιγια κάθε ή oχι IP address 256.256.256.256 είναι η τοπική broadcast address 127ακολουθούµενηαπότο hostidείναιηloopback address πχ. 127.0.0.1 NetID ακολουθούµενο από µηδενικά είναι η διεύθυνση δικτύου! πχ. 222.1.16.0/24 NetID ακολουθούµενο από άσσους είναι η broadcast διεύθυνση toy δικτύου. πχ 222.1.16.255/24
Ειδικές ιευθύνσεις (Special address) Στο Internet υπάρχει µια συµφωνία ότι µερικές διευθύνσεις δεν δροµολογούνται σε backbone δίκτυο: - 10.0.0.0/8-192.168.0.0/16-172.16.0.0/12 Υπάρχουν IP addresses οι οποίες αποκαλούνται ιδιωτικά δίκτυα και χρησιµοποιούνταιγια NAT (Network Address Translation)
ARP (Address Resolution Protocol) -Το πρωτόκολλο ARP χρησιµοποιείται όταν είναι γνωστή η IP διεύθυνση αλλά όχι η Φυσική διεύθυνση. - Κάθε υπολογιστής σε ένα LAN διατηρεί έναν Πίνακα στην µνήµη που λέγεται ARP πίνακας ή ΑRP Cash. Ο πίνακας αυτός συσχετίζει τις Φυσικές διευθύνσεις µεαντίστοιχες IP. -Ένας host χρησιµοποιεί το Πρωτόκολλο ARP για να βρει άλλους hosts κάνοντας broadcasting ένα ARP αίτηµα (ARP request frame) µε IP address. -Ο host µε την αντίστοιχη IP address επαν-εκπέµπει το frame δίνοντας και την δική του φυσική διεύθυνση (hardware address). - Οι δύο διευθύνσεις προστίθενται στην δυναµική ARP cache. - Tα στοιχεία στην ARP Cash λήγουν µετά από ορισµένο χρονικό διάστηµα. - RFC 826
ARP Cache) IP : 206.154.13.82 HRDW: 00-E0-98-07-8E-39 WAN IP : 206.154.13.83 HRDW: 35-00-21-01-3B-14 IP : 206.154.13.85 HRDW: 91-03-20-51-09-26 IP : 206.154.13.84 HRDW: 44-45-53-54-00-00 LAN ARP Cashe 00-E0-98-07-8E-39 35-00-21-01-3B-14 44-45-53-54-00-00 206.154.13.82 206.154.13.83 206.154.13.84......
ARP Packet Format Hardw Port Hardw Port OP Sender Sender Target Target type type size size MAC IP MAC IP address address address Address 2 2 1 1 2 6 4 6 4 bytes Ενσωµατώνεται µέσα στο πλαίσιο του Link Layer Τα δεδοµένα είναι πάντοτε 28 bytes - hard type = hardware address type ( 0x0001= Ethernet) - prot type = protocol address type (0x800=IP) - OP= OPERATION (ARP/RARP request/replay)
RARP Reverse ARP - RARP = To αντίστροφο ARP - Το ARP χρησιµοποιείται όταν είναι γνωστή η IP address, αλλά δεν είναι γνωστή η Φυσική διεύθυνση. -Το RARP χρησιµοποιείται όταν είναι γνωστή η Φυσική διεύθυνση και ζητείται η IP address. -To RARP χρησιµοποιείται συχνά σε συνδυασµό µε το πρωτόκολλο BOOTP για εκκίνηση σταθµών εργασίας χωρίς δίσκους. BOOTP = Boot PROM ολοκληρωµένοκύκλωµαµεανάλογο firmware το οποίο ενεργοποιείται όταν ξεκινά ο υπολογιστής.
Πρωτόκολλο ICMP ICMP = Internet Control Message Protocol Καθορίζεται από το RFC 792 Τα µηνύµατα ICMP χρησιµοποιoύνται για διάγνωση και αντιµετώπισηπροβληµάτων. Συγκεκριµένα: Τα δεδοµένα ταξιδεύουν µέσω 1 ή περισσοτέρων δροµολογητών. Αν αντιµετωπίσουν πρόβληµα τότε οι δροµολογητές αποστέλλουν µηνύµατα στον σταθµό προέλευσης! Τα συνηθισµένα ICMP µηνύµατα είναι: 1. Echo Request και Echo Reply: Χρησιµοποιούνταιγιαέλεγχο. Πχ ping 2. Source Quench: Για έλεγχο ροής, δηλ. συγχρονισµού γρήγορων Η/Υ µε αργούς δροµολογητές. 3. Destination Unreachable: Όταν ένας δροµολογητής παραλάβει ένα datagram που δεν µπορεί να παραδώσει!. 4. Time Exeeded: όταν ένας δροµολογητής διαγράφει ένα datagram επειδή µηδενίστηκε ο χρόνος TTL. 5. Fragmentation Needed: όταν ο δροµολογητής χρειάζεται να διασπάσει ένα datagram σε δύο άλλα και να συνεχίσει την εκποµπή!.
Μηνύµατα ICMP οµήτουπακέτου ICMP πακέτου: Type Code Data Checksum -Το Typeπροσδιορίζειτοντύποτουµηνύµατος: echo request, echo replay, destination unreachable κλπ. - To Codeορίζειταστοιχείατων: host unreachable, port unreachable κλπ - Το πεδίο Data περιέχει µέρος του IP πακέτου το οποίο προκάλεσε το λάθος.
Μετατροπή υαδικής διεύθυνσης σε εκαδική µορφή.10110111 1x2 0 +1x2 1 +1x2 2 +0x2 3 +1x2 4 +1x2 5 +0x2 6 +1x2 7 = 1 + 2 + 4 + 0 + 16 + 32 + 0 +128= 183.00011101 29.11001100 204
Binary and Decimal Conversion
Μετατροπή εκαδική διεύθυνσης σε υαδικής µορφή 207 1 2 103 1 2 51 2 1 25 2 1 12 2 0 6 2 0 3 2 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 207