Τ.Ε.Ι. ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ V IP ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΙΣ Γ. Τζήμας, Επίκ. Καθηγητής, Δρ. Κ. Παξιμάδης Μάθημα: ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ
Στόχος της Διάλεξης Να παρουσιαστεί η μέθοδος διευθυνσιοδότησης που χρησιμοποιείται από το πρωτόκολλο Διαδικτύου (IP). Να δούμε μερικά πρακτικά παραδείγματα. 2
IP: Διευθύνσεις του Πρωτοκόλλου Διαδικτύου Διευθυνσιοδότηση & IP Διευθυνσιοδότηση Υποδικτύου (Subnet Addressing) Διευθυνσιοδότηση χωρίς κλάσεις (Classless Addressing) 3
Διευθύνσεις στο Εικονικό Διαδίκτυο Η κυριότερη διαφορά μεταξύ ενός διαδικτύου και ενός φυσικού δικτύου είναι ότι το πρώτο είναι μία αφηρημένη έννοια, η οποία βρίσκεται στη φαντασία των σχεδιαστών και υλοποιείται αποκλειστικά από το λογισμικό. Για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη διευθυνσιοδότηση για όλους τους υπολογιστές υπηρεσίας, το λογισμικό πρωτοκόλλων ορίζει μία μέθοδο διευθυνσιοδότησης, η οποία είναι ανεξάρτητη από τις υποκείμενες φυσικές διευθύνσεις. Η ομοιόμορφη διευθυνσιοδότηση βοηθά να δημιουργηθεί η εντύπωση ενός μεγάλου, αδιαίρετου δικτύου, επειδή κρύβει τις λεπτομέρειες των διευθύνσεων του υποκείμενου φυσικού δικτύου. 4
Η Μέθοδος Διευθυνσιοδότησης του IP Στη στοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP, η διεθυνσιοδότηση ορίζεται από το Πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol). Το πρότυπο IP ορίζει ότι σε κάθε υπολογιστή υπηρεσίας αποδίδεται ένας μοναδικός δυαδικός αριθμός των 32 bit, ο οποίος λέγεται διεύθυνση πρωτοκόλλου διαδικτύου (Internet Protocol Address) του υπολογιστή υπηρεσίας ή, για συντομία διεύθυνση IP ή διεύθυνση διαδικτύου. Κάθε πακέτο που στέλνεται μέσω ενός διαδικτύου περιέχει τη διεύθυνση IP του αποστολέα (αφετηρία), καθώς και του παραλήπτη (προορισμός). 5
Η Ιεραρχία των Διευθύνσεων IP Κάθε διεύθυνση IP των 32 bit μπορεί να θεωρηθεί ότι διαιρείται σε δύο μέρη: ένα πρόθεμα και ένα επίθεμα. Αυτή η ιεραρχία δύο επιπέδων είναι σχεδιασμένη για να κάνει τη δρομολόγηση αποδοτική. Το πρόθεμα (prefix το πρώτο μέρος) της διεύθυνσης προσδιορίζει το φυσικό δίκτυο στο οποίο είναι συνδεδεμένος ο υπολογιστής, ενώ το επίθεμα (suffix το δεύτερο μέρος) προσδιορίζει ένα μεμονωμένο υπολογιστή σε αυτό το δίκτυο. Σε κάθε φυσικό δίκτυο ενός διαδικτύου αποδίδεται μια μοναδική τιμή που λέγεται αριθμός δικτύου (network number). Σε κάθε υπολογιστή ενός δεδομένου φυσικού δικτύου αποδίδεται ένα μοναδικό επίθεμα διεύθυνσης. Η ιεραρχία των διευθύνσεων IP εγγυάται δύο σημαντικές ιδιότητες: Σε κάθε υπολογιστή αποδίδεται μια μοναδική διεύθυνση. Αν και ο καθορισμός των αριθμών δικτύων πρέπει να γίνεται με καθολικό συντονισμό, τα επιθέματα μπορούν να αποδίδονται τοπικά, χωρίς καθολικό συντονισμό. 6
Οι Αρχικές Κλάσεις Διευθύνσεων (1/2) Οι σχεδιαστές επέλεξαν μια συμβιβαστική μέθοδο διευθυνσιοδότησης που να μπορεί να εξυπηρετεί ένα συνδυασμό μεγάλων και μικρών δικτύων. Η αρχική μέθοδος, η οποία λέγεται διευθυνσιοδότηση IP με κλάσεις (classful IP addressing), διαιρεί το χώρο των διευθύνσεων IP σε τρεις πρωτεύουσες κλάσεις, κάθε μία από τις οποίες έχει διαφορετικό μέγεθος προθέματος και επιθέματος. Τα πρώτα τέσσερα bit μιας διεύθυνσης προσδιορίζουν την κλάση στην οποία ανήκει η διεύθυνση και καθορίζουν το πώς υποδιαιρείται η υπόλοιπη διεύθυνση σε πρόθεμα και επίθεμα. Οι κλάσεις A, B, και C λέγονται πρωτεύουσες κλάσεις (primary classes), επειδή χρησιμοποιούνται για διευθύνσεις υπολογιστών υπηρεσίας. 7
Οι Αρχικές Κλάσεις Διευθύνσεων (2/2) Η κλάση D χρησιμοποιείται για πολυεκπομπή (multicasting), η οποία επιτρέπει την επίδοση σε ένα σύνολο υπολογιστών. Για να χρησιμοποιηθεί πολυεκπομπή του πρωτοκόλλου IP, ένα σύνολο υπολογιστών υπηρεσίας πρέπει να συμφωνήσουν να μοιράζονται μια κοινή διεύθυνση πολυεκπομπής (multicast address). 8
Υπολογισμός της Κλάσης μιας Διεύθυνσης Όταν το λογισμικό του πρωτοκόλλου IP χειρίζεται ένα πακέτο, χρειάζεται να διαχωρίσει τη διεύθυνση προορισμού σε πρόθεμα και επίθεμα. Οι διευθύνσεις IP με κλάσεις χαρακτηρίζονται αυτοπροσδιοριζόμενες, επειδή η κλάση της διεύθυνσης μπορεί να υπολογιστεί από την ίδια τη διεύθυνση. Οι λόγοι για τους οποίους χρησιμοποιούνται τα πρώτα bit αντί για μια περιοχή τιμών για τον προσδιορισμό μιας κλάσης διευθύνσεων είναι κατά ένα μέρος υπολογιστικοί: η χρήση των bit μπορεί να μειώσει το χρόνο υπολογισμού. 9
Συμβολισμός Δεκαδικών με Τελείες Ο συμβολισμός δεκαδικών με τελείες (dotted decimal) είναι μια μορφή σύνταξης την οποία χρησιμοποιεί το λογισμικό του πρωτοκόλλου IP για να εκφράζει τις δυαδικές τιμές των 32 bit όταν αλληλεπιδρά με τον άνθρωπο. Στους δεκαδικούς με τελείες, κάθε οκτάδα αναπαρίσταται σε δεκαδική μορφή, και χρησιμοποιείται μια τελεία για το διαχωρισμό των οκτάδων. Οι διευθύνσεις σε συμβολισμό δεκαδικών με τελείες έχουν εύρος από 0.0.0.0 μέχρι 255.255.255.255. 10
Κλάσεις & Συμβολισμός Δεκαδικών με Τελείες 11
Διαίρεση του Χώρου Διευθύνσεων Ο αριθμός των bit που αποδίδονται σε ένα πρόθεμα ή επίθεμα καθορίζει πόσοι μοναδικοί αριθμοί μπορούν να αποδοθούν. Για παράδειγμα, ένα πρόθεμα των n bit επιτρέπει 2 n μοναδικούς αριθμούς δικτύων, ενώ ένα επίθεμα των n bit επιτρέπει να αποδοθούν 2 n αριθμοί υπολογιστών υπηρεσίας σε ένα δεδομένο δίκτυο. 12
Αρμόδια Αρχή για τις Διευθύνσεις Μέσα σε ένα ολόκληρο διαδίκτυο, κάθε πρόθεμα δικτύου πρέπει να είναι μοναδικό. Για τα δίκτυα που είναι συνδεδεμένα στο Παγκόσμιο Διαδίκτυο, το Internet, ένας οργανισμός παίρνει αριθμούς δικτύων από την εταιρεία επικοινωνιών που παρέχει συνδέσεις για το Internet. Οι εταιρείες αυτές λέγονται παροχείς υπηρεσιών Internet (Internet Service Providers, ISP). Οι παροχείς υπηρεσιών Internet συντονίζονται με έναν κεντρικό οργανισμό, την Αρχή για την Εκχώρηση Αριθμών για το Internet (Internet Assigned Number Authority), για να εξασφαλίζουν ότι κάθε πρόθεμα δικτύου είναι μοναδικό σε ολόκληρο το Internet. 13
Παράδειγμα Διευθυνσιοδότησης με Κλάσεις 14
Διευθυνσιοδότηση Υποδικτύου & Διευθυνσιοδότηση Χωρίς Κλάσεις Καθώς το Internet αναπτυσσόταν, η αρχική μέθοδος διευθυνσιοδότησης με κλάσεις έγινε περιοριστική. Από τη μία πλευρά, ο χώρος των διευθύνσεων IP κινδύνευε να εξαντληθεί. Από την άλλη, επειδή όλα τα δίκτυα έπρεπε να επιλέξουν ένα από τα τρία δυνατά μεγέθη, πολλές διευθύνσεις έμεναν αχρησιμοποίητες. Για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί, επινοήθηκαν δύο νέοι μηχανισμοί. Οι μηχανισμοί αυτοί, που ονομάζονται διευθυνσιοδότηση υποδικτύου (subnet addressing) και διευθυνσιοδότηση χωρίς κλάσεις (classless addressing), έχουν τόσο στενή συγγένεια ώστε μπορούν να θεωρηθούν μέρη της ίδιας έννοιας. Η γενίκευση είναι απλή: αντί να έχουμε τρεις ξεχωριστές κλάσεις διευθύνσεων, η διαίρεση μεταξύ προθέματος και επιθέματος μπορεί να γίνεται σε οποιαδήποτε θέση bit. 15
Μάσκες Διευθύνσεων (1/2) Αντίθετα από τη διευθυνσιοδότηση με κλάσεις, η οποία χρησιμοποιεί bit της διεύθυνσης, η διευθυνσιοδότηση χωρίς κλάσεις και η διευθυνσιοδότηση υποδικτύου απαιτούν να αποθηκεύεται κάποια πρόσθετη πληροφορία μαζί με κάθε διεύθυνση. Αυτή η πρόσθετη πληροφορία καθορίζει το ακριβές όριο μεταξύ του προθέματος δικτύου και του επιθέματος υπολογιστή υπηρεσίας. Οι πίνακες μέσα στους υπολογιστές υπηρεσίας και τους δρομολογητές οι οποίοι περιέχουν τις διευθύνσεις πρέπει να διατηρούν δύο πληροφορίες για κάθε διεύθυνση: την ίδια τη διεύθυνση των 32 bit και μια άλλη τιμή των 32 bit η οποία καθορίζει το όριο μεταξύ του προθέματος δικτύου και του επιθέματος. Αυτό το δεύτερο στοιχείο, που ονομάζεται μάσκα διεύθυνσης (address mask) ή μάσκα υποδικτύου (subnet mask), αποθηκεύεται επίσης ως δυαδική τιμή των 32 bit τα bit με τιμή 1 σημειώνουν το πρόθεμα δικτύου, και τα bit με τιμή 0 σημειώνουν το τμήμα του υπολογιστή υπηρεσίας. 16
Μάσκες Διευθύνσεων (2/2) Q. Γιατί να αποθηκεύεται το μέγεθος του ορίου ως μάσκα από bit; A. Επειδή αυτό κάνει τον υπολογισμό πιο αποδοτικό. Όταν οι υπολογιστές υπηρεσίας και οι δρομολογητές χειρίζονται ένα πακέτο του πρωτοκόλλου IP, χρειάζεται να συγκρίνουν το τμήμα προθέματος δικτύου της διεύθυνσης με μια τιμή που βρίσκεται στους πίνακες δρομολόγησής τους. Ο δρομολογητής χρησιμοποιεί τη μάσκα (M) με μια πράξη λογικού και για να μηδενίσει τα bit υπολογιστή υπηρεσίας της διεύθυνσης D, και έπειτα συγκρίνει το αποτέλεσμα με το πρόθεμα δικτύου A. Α == (D & M) 17
Μάσκες Διευθύνσεων - Παράδειγμα Ας πάρουμε την παρακάτω μάσκα των 32 bit: 11111111 11111111 00000000 00000000 Η οποία σε συμβολισμό δεκαδικών με τελείες μπορεί να γραφεί ως 255.255.0.0, και το παρακάτω πρόθεμα δικτύου των 32 bit 10000000 00001010 00000000 00000000 Το οποίο σε συμβολισμό δεκαδικών με τελείες έχει την τιμή 128.10.0.0. Ας πάρουμε τώρα μια διεύθυνση προορισμού των 32 bit, την 128.10.2.3, που το δυαδικό ισοδύναμό της είναι: 10000000 00001010 00000010 00000011 Ένα λογικό και μεταξύ της διεύθυνσης προορισμού και της μάσκας διεύθυνσης μας δίνει το δυαδικό αποτέλεσμα: 10000000 00001010 00000000 00000000 Το οποίο είναι όντως ίσο με το πρόθεμα 128.10.0.0. 18
Συμβολισμός CIDR Μέσα σε έναν υπολογιστή, κάθε μάσκα διεύθυνσης αποθηκεύεται ως τιμή των 32 bit. Όταν όμως οι άνθρωποι δίνουν ένα πρόθεμα και μια μάσκα διεύθυνσης, δε χρησιμοποιούν τη δυαδική αναπαράσταση. Χρησιμοποιούν μια τροποποιημένη μορφή διευθυνσιοδότησης δεκαδικών με τελείες η οποία επινοήθηκε για τη λεγόμενη διευθυνσιοδότηση CIDR (Classless Inter-Domain Routing δρομολόγηση μεταξύ περιοχών χωρίς κλάσεις). Αυτή η νέα μορφή, η οποία λέγεται συμβολισμός CIDR (CIDR notation), καθορίζει τη μάσκα που αντιστοιχεί σε μια διεύθυνση προσθέτοντας μια κάθετο (/) και το μέγεθος της μάσκας σε δεκαδική μορφή. Για παράδειγμα, στην αρχική μέθοδο με τις κλάσεις, η διεύθυνση 128.10.0.0 αποτελείται από ένα πρόθεμα δικτύου των 16 bit και από ένα επίθεμα υπολογιστή υπηρεσίας των 16 bit. Στο συμβολισμό CIDR, η διεύθυνση αυτή μπορεί να γραφεί έτσι: 128.10.0.0/16 19
CIDR Παράδειγμα Έστω ένας ISP έχει ένα δίκτυο κλάσης Β με πρόθεμα 128.211.0.0. Δηλ. 128.211.0.0/16 Αν έχει δύο συνδρομητές με 12 διευθύνσεις ο καθένας μπορεί με τη διευθυνσιοδότηση CIDR να διαμερίσει τις διευθύνσεις του σε τρία τμήματα. Α συνδρομητής: 128.211.0.16/28 Β συνδρομητής: 128.211.0.32/28 20
Διευθύνσεις Υπολογιστών Υπηρεσίας CIDR 21
Ένα Παράδειγμα (1/2) Έστω ότι το ΤΕΙ κατέχει το δίκτυο κλάσης Β 160.0.0.0.0 και χρειάζεται να δημιουργήσει 8 (2 3 ) υποδίκτυα για τις σχολές του. Για να το πετύχει αυτό θα χρησιμοποιήσει μέρος της κατάληξης που αντιστοιχεί στις διευθύνσεις των μηχανημάτων για να ορίσει τις διευθύνσεις των υποδικτύων. Αφού θέλουμε 2 3 υποδίκτυα χρειαζόμαστε τουλάχιστον 3 bit για να τα περιγράψουμε (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). Άρα η μάσκα δικτύου θα αποτελείται από 19 bit. 22
Ένα Παράδειγμα (2/2) Τα υποδίκτυα που δημιουργούνται περιγράφονται όπως παρακάτω: 160.0.0.0/19 160.0.32.0/19 160.0.64.0/19 160.0.96.0/19 160.0.128.0/19 160.0.160.0/19 160.0.192.0/19 160.0.224.0/19 Εκτός από τη δεκαδική μορφή η μάσκα μπορεί να γραφτεί και με τη μορφή δυαδικών ψηφίων αν θέσουμε σε 1 όλα τα bit που αντιστοιχούν στη διεύθυνση του υποδικτύου και σε 0 τα υπόλοιπα. 255.255.224.0 (11111111 11111111 11100000 00000000) Στους δρομολογητές με λογικό AND μεταξύ της μάσκας και μιας διεύθυνσης IP, μπορεί ο δρομολογητής να εξάγει σε πιο δίκτυο ανήκει ένας υπολογιστής. 160.0.193.5 10100000 00000000 11000001 00000101 IP 11111111 11111111 11100000 00000000 Mask 10100000 00000000 11000000 00000000 -> 160.0.192.0 23
Ειδικές Διευθύνσεις IP (1/4) Το πρωτόκολλο IP ορίζει ένα σύνολο ειδικών μορφών διευθύνσεων οι οποίες είναι δεσμευμένες. Δηλαδή, οι ειδικές διευθύνσεις δεν αποδίδονται ποτέ σε υπολογιστές υπηρεσίας. Διεύθυνση δικτύου Το πρωτόκολλο IP έχει δεσμευμένη τη διεύθυνση υπολογιστή υπηρεσίας μηδέν και τη χρησιμοποιεί για να υποδηλώνει ένα δίκτυο. Η διεύθυνση δικτύου αναφέρεται στο ίδιο το δίκτυο, και όχι στους υπολογιστές υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένοι σε αυτό. 24
Ειδικές Διευθύνσεις IP (2/4) Διεύθυνση κατευθυνόμενης εκπομπής Μερικές φορές, είναι επιθυμητό να στέλνεται ένα αντίγραφο ενός πακέτου σε όλους τους υπολογιστές υπηρεσίας ενός φυσικού δικτύου. Για να διευκολύνει την εκπομπή, το πρωτόκολλο IP ορίζει μια διεύθυνση κατευθυνόμενης εκπομπής (directed broadcast address) για κάθε φυσικό δίκτυο. Όταν ένα πακέτο στέλνεται στη διεύθυνση κατευθυνόμενης εκπομπής ενός δικτύου, ένα αντίγραφό του ταξιδεύει μέσω του διαδικτύου μέχρι να φτάσει στο καθορισμένο δίκτυο. Η διεύθυνση κατευθυνόμενης εκπομπής ενός δικτύου σχηματίζεται με την προσθήκη στο πρόθεμα δικτύου ενός επιθέματος που όλα του τα bit έχουν τιμή 1. 25
Ειδικές Διευθύνσεις IP (3/4) Διεύθυνση περιορισμένης εκπομπής Ο όρος περιορισμένη εκπομπή (limited broadcast) αναφέρεται σε μια εκπομπή σε ένα τοπικό φυσικό δίκτυο. Το πρωτόκολλο IP κρατά δεσμευμένη τη διεύθυνση με όλα τα bit μονάδες, για να χρησιμοποιείται στην περιορισμένη εκπομπή. Διεύθυνση ίδιου υπολογιστή Η οικογένεια πρωτοκόλλων TCP/IP περιέχει πρωτόκολλα τα οποία μπορεί να χρησιμοποιεί ένας υπολογιστής για να αποκτά τη δική του διεύθυνση IP αυτόματα κατά την εκκίνησή του. Όταν λοιπόν ένας υπολογιστής χρησιμοποιεί αυτά τα πρωτόκολλα εκκίνησης, δεν μπορεί να δώσει μια έγκυρη διεύθυνση IP για την αφετηρία. Για να αντιμετωπιστούν αυτές οι περιπτώσεις, το IP κρατά δεσμευμένη τη διεύθυνση που έχει σε όλα τα bit την τιμή μηδέν, η οποία σημαίνει αυτός ο υπολογιστής. 26
Ειδικές Διευθύνσεις IP (4/4) Διεύθυνση βρόχου επαναφοράς Το πρωτόκολλο IP ορίζει μια διεύθυνση βρόχου επαναφοράς (loopback address) η οποία χρησιμοποιείται για να δοκιμάζονται δικτυακές εφαρμογές. Οι προγραμματιστές συχνά χρησιμοποιούν δοκιμή με βρόχο επαναφοράς για την προκαταρκτική αποσφαλμάτωση μετά τη δημιουργία μιας δικτυακής εφαρμογής. Το πρωτόκολλο IP κρατά δεσμευμένο το πρόθεμα δικτύου 127/8 για να χρησιμοποιείται για το βρόχο επαναφοράς. Η διεύθυνση του βρόχου επαναφοράς ποτέ δεν εμφανίζεται σε ένα πακέτο που ταξιδεύει μέσω διαδικτύου. 27
Δρομολογητές και η Αρχή της Διευθυνσιοδότησης του IP Μια διεύθυνση IP δεν προσδιορίζει ένα συγκεκριμένο υπολογιστή. Αντίθετα, κάθε διεύθυνση IP προσδιορίζει μια σύνδεση μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός δικτύου. Σε έναν υπολογιστή με πολλές συνδέσεις δικτύων (π.χ. σε ένα δρομολογητή) πρέπει να αποδίδεται από μία διεύθυνση IP για κάθε σύνδεση. 28
Πολυεστιακοί Υπολογιστές Υπηρεσίας Ένας υπολογιστής υπηρεσίας που είναι συνδεδεμένος σε πολλά δίκτυα λέγεται πολυεστιακός (multihomed). Η πολυεστιακότητα χρησιμοποιείται μερικές φορές για την βελτίωση της αξιοπιστίας. Η πολυεστιακότητα χρησιμοποιείται για βελτίωση της απόδοσης. 29
Παράδειγμα (1/6) Υποθέστε ότι σας έχει εκχωρηθεί το δίκτυο 200.35.1.0/24. Ποια είναι η κλάση του δικτύου; Απάντηση: Για να προσδιορίσω την κλάση του δικτύου, ελέγχω το πρώτο byte. Το πρώτο byte έχει την τιμή 200 που βρίσκεται στην περιοχή 192-223, συνεπώς είναι κλάσης C. Στην περίπτωση που δεν κάνουμε subnetting: Ποια είναι η μάσκα του δικτύου; Πόσα είναι τα bits της μάσκας; Απάντηση: Το εν λόγω δίκτυο είναι ένα δίκτυο κλάσης C, συνεπώς αφού δεν κάνω subnetting, η μάσκα είναι η 255.255.255.0, ή σε δυαδική μορφή 11111111.11111111.11111111.00000000, συνεπώς τα bits της μάσκας είναι 24. 30
Παράδειγμα (2/6) Υποθέστε ότι σας έχει εκχωρηθεί το δίκτυο 200.35.1.0/24. Ποια είναι η δ/νση εκπομπής του δικτύου; Απάντηση: Η δ/νση εκπομπής προκύπτει εάν δώσουμε την τιμή 1 σε όλα τα host bits δηλ. 200.35.1.11111111 ή 200.35.1.255 Πόσες και ποιες είναι οι διαθέσιμες δ/νσεις Η/Υ; Απάντηση: Έχω 8 host bits κατάληξη δηλ 8 bits διαθέσιμα για διευθύνσεις Η/Υ, συνεπώς οι διαθέσιμες δ/νσεις για Η/Υ είναι σε πλήθος 2 8-2=254. Αναλυτικά είναι οι παρακάτω: 200.35.1.00000001 200.35.1.1 200.35.1.00000010 200.35.1.2 200.35.1.00000011 200.35.1.3.. 200.35.1.11111110 200.35.1.254 31
Παράδειγμα (3/6) Υποθέστε ότι σας έχει εκχωρηθεί το δίκτυο 200.35.1.0/24. Στην περίπτωση που κάνω subnetting, και θέλω να δημιουργηθούν 8 τουλάχιστον υποδίκτυα: Προσδιορίστε τα Subnet Bits που απαιτούνται καθώς και τη Subnet Mask που προκύπτει. Απάντηση: Αφού θέλουμε να δημιουργηθούν 8 υποδίκτυα, απαιτούνται τουλάχιστον 3 subnet bits, τα οποία μας δίνουν 23=8 υποδίκτυα. Η Subnet Mask που είχα πριν το subnetting ήταν η 11111111.11111111.11111111.00000000. Αφού έχω 3 subnet bits, σημαίνει ότι η νέα μάσκα είναι η 1111111.11111111.11111111.11100000 δηλ. τελικά η 255.255.255.224. 32
Παράδειγμα (4/6) Υποθέστε ότι σας έχει εκχωρηθεί το δίκτυο 200.35.1.0/24. Προσδιορίστε τα 8 υποδίκτυα που προκύπτουν. Απάντηση: Τα 8 υποδίκτυα που προκύπτουν είναι: Υποδίκτυο #0: 200.35.1.00000000 200.35.1.0 Υποδίκτυο #1: 200.35.1.00100000 200.35.1.32 Υποδίκτυο #2: 200.35.1.01000000 200.35.1.64 Υποδίκτυο #3: 200.35.1.01100000 200.35.1.96 Υποδίκτυο #4: 200.35.1.10000000 200.35.1.128 Υποδίκτυο #5: 200.35.1.10100000 200.35.1.160 Υποδίκτυο #6: 200.35.1.11000000 200.35.1.192 Υποδίκτυο #7: 200.35.1.11100000 200.35.1.224 33
Παράδειγμα (5/6) Υποθέστε ότι σας έχει εκχωρηθεί το δίκτυο 200.35.1.0/24. Προσδιορίστε τις δ/νσεις εκπομπής του κάθε υποδικτύου. Απάντηση: Η δ/νση εκπομπής για κάθε ένα από τα υποδίκτυα είναι: Υποδίκτυο #0: 200.35.1.00011111 200.35.1.31 Υποδίκτυο #1: 200.35.1.00111111 200.35.1.63 Υποδίκτυο #2: 200.35.1.01011111 200.35.1.95 Υποδίκτυο #3: 200.35.1.01111111 200.35.1.127 Υποδίκτυο #4: 200.35.1.10011111 200.35.1.159 Υποδίκτυο #5: 200.35.1.10111111 200.35.1.191 Υποδίκτυο #6: 200.35.1.11011111 200.35.1.223 Υποδίκτυο #7: 200.35.1.11111111 200.35.1.255 34
Παράδειγμα (6/6) Υποθέστε ότι σας έχει εκχωρηθεί το δίκτυο 200.35.1.0/24. Προσδιορίστε το πλήθος και τις διαθέσιμες δ/νσεις Η/Υ για κάθε υποδίκτυο αναλυτικά. Απάντηση: Αφού έχω 5 host bits, το πλήθος των διαθέσιμων δ/νσεων Η/Υ ανά υποδίκτυο είναι 25-2=30. Οι διαθέσιμες δ/νσεις για κάθε υποδίκτυο αναλυτικά είναι: Υποδίκτυο #0: Από 200.35.1.1 έως 200.35.1.30 Υποδίκτυο #1: Από 200.35.1.33 έως 200.35.1.62 Υποδίκτυο #2: Από 200.35.1.65 έως 200.35.1.94 Υποδίκτυο #3: Από 200.35.1.97 έως 200.35.1.127 Υποδίκτυο #4: Από 200.35.1.129 έως 200.35.1.158 Υποδίκτυο #5: Από 200.35.1.161 έως 200.35.1.190 Υποδίκτυο #6: Από 200.35.1.193 έως 200.35.1.222 Υποδίκτυο #7: Από 200.35.1.225 έως 200.35.1.254 35
Και λίγη δουλειά για το σπίτι Υποθέστε ότι είστε ο διαχειριστής ενός δικτύου Η/Υ. Προκειμένου να διευθυνσιοδοτήσετε τους υπολογιστές σας σάς έχουν εκχωρηθεί 2 δίκτυα: Το 192.168.4.0/24 και το 172.16.0.0/16. Ζητείται να απαντήσετε στα παρακάτω ερωτήματα: Ποια είναι η κλάση των δικτύων που σας έχει εκχωρηθεί; Στην περίπτωση που δεν κάνετε subnetting: Ποια είναι η μάσκα των δικτύων; Πόσα είναι τα bits της μάσκας; Ποια είναι η δ/νση εκπομπής του κάθε δικτύου; Πόσες και ποιες είναι οι διαθέσιμες δ/νσεις Η/Υ για κάθε δίκτυο; Έστω ότι το φυσικό σας δίκτυο αποτελείται από 254 μικρότερα δίκτυα εκ των οποίων τα 250 έχουν 250 Η/Υ το καθένα και τα υπόλοιπα 4 έχουν 60 Η/Υ το καθένα. Τα πρώτα 250 θα διευθυνσιοδοτηθούν από το 172.16.0.0/16 και τα υπόλοιπα 4 από το 192.168.4.0/24. Ζητείται να κάνετε το IP Subnetting και πιο συγκεκριμένα: Να προσδιορίστε τα Subnet Bits που απαιτούνται καθώς και τη Subnet Mask που προκύπτει, και για τα δύο δίκτυα. Να προσδιορίστε τα υποδίκτυα που προκύπτουν. Να προσδιορίστε τις δ/νσεις εκπομπής του κάθε υποδικτύου. Να προσδιορίστε το πλήθος και τις διαθέσιμες δ/νσεις Η/Υ για κάθε υποδίκτυο αναλυτικά. 36
Το Πρωτόκολλο Διαδικτύου IPv6 Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα ισχυρά σημεία και οι περιορισμοί του IPv4. Αναλύεται το IPv6 και παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του και οι τρόπος με τους οποίους ξεπερνούν τους περιορισμούς του IPv4. 37
Η Επιτυχία του IPv4 Η επιτυχία του IPv4 είναι εκπληκτική το πρωτόκολλο έχει ανταποκριθεί σε αλλαγές στις τεχνολογίες δικτύων, σε ετερογενή δίκτυα και σε εξαιρετικά μεγάλες κλίμακες μεγέθους. Αυτοδύναμο πακέτο (IP Datagram) & μηχανισμός μεταφοράς. Διευθύνσεις 38
Τα Κίνητρα της Αλλαγής Περιορισμένος Χώρος Διευθύνσεων. Τα 32 bit επιτρέπουν πάνω από 1 εκ. δίκτυα. Εκθετική αύξηση Διπλασιασμός σε λιγότερο από ένα χρόνο. Νέες Εφαρμογές Αποφυγή συχνής αλλαγής δρομολογίων. Δεν υπάρχει τύπος υπηρεσίας για επίδοση video και ήχου σε πραγματικό χρόνο. Νέες υπηρεσίες οι οποίες απαιτούν πιο σύνθετες δυνατότητες διευθυνσιοδότησης και δρομολόγησης. Τεχνολογίες συνεργασίας. Δημιουργία & αλλαγή ομάδων. Μοίρασμα του φόρτου. 39
Το Όνομα και ο Αριθμός Έκδοσης IP The Next Generation (IPng) Έκδοση 5 πειραματικό πρωτόκολλο ST IPv6 IP version 6 40
Χαρακτηριστικά του IPv6 (1/2) Όπως το IPv4: Είναι ασυνδεσμικό. Η κεφαλίδα περιέχει μέγιστο αριθμό αλμάτων. Διατηρεί τις περισσότερες από τις γενικές λειτουργίες. Νέα χαρακτηριστικά: Μέγεθος διευθύνσεων: 128 bit αντί για 64 bit. Μορφή κεφαλίδας: Σχεδόν όλα τα πεδία έχουν αλλάξει. Κεφαλίδες επέκτασης: Κωδικοποιεί τις πληροφορίες σε ξεχωριστές κεφαλίδες. Ένα αυτοδύναμο πακέτο αποτελείται από μία βασική κεφαλίδα του IPv6, η οποία ακολουθείται από μία ή περισσότερες κεφαλίδες επέκτασης (extension headers), οι οποίες ακολουθούνται από δεδομένα. 41
Χαρακτηριστικά του IPv6 (2/2) Υποστήριξη ήχου και βίντεο: Το IPv6 περιλαμβάνει ένα μηχανισμό που επιτρέπει σε έναν αποστολέα και σε ένα παραλήπτη να εγκαθιδρύουν μια διαδρομή υψηλής ποιότητας μέσω του υποκείμενου δικτύου και να συσχετίζουν τα αυτοδύναμα πακέτα με αυτή τη διαδρομή (ήχος βίντεο). Ο μηχανισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τη συσχέτιση πακέτων με διαδρομές χαμηλού κόστους. Επεκτάσιμο πρωτόκολλο: Το IPv6 δεν ορίζει όλα τα πιθανά χαρακτηριστικά του. Έχει μηχανισμό επέκτασης. 42
Μορφή Αυτοδύναμου Πακέτου του IPv6 Ένα αυτοδύναμο πακέτο του IPv6 αρχίζει με μια βασική κεφαλίδα (base header), που ακολουθείται από καμία ή περισσότερες κεφαλίδες επέκτασης (extension headers), οι οποίες ακολουθούνται από τα δεδομένα. Μερικές κεφαλίδες επέκτασης μπορεί να είναι μεγαλύτερες από τη βασική κεφαλίδα, ενώ άλλες μπορεί να είναι μικρότερες. Ακόμα, σε πολλά αυτοδύναμα πακέτα, το μέγεθος της περιοχής δεδομένων είναι πολύ μεγαλύτερο από το μέγεθος των κεφαλίδων. 43
Μορφή Βασικής Κεφαλίδας του IPv6 (1/2) Το πεδίο Διεύθυνση Αφετηρίας (SOURCE ADDRESS) προσδιορίζει τον αποστολέα. Το πεδίο Διεύθυνση Προορισμού (DESTINATION ADDRESS) προσδιορίζει τον τελικό παραλήπτη. Κάθε διεύθυνση καταλαμβάνει 16 οκτάδες. Το πεδίο Έκδοση (VERS) προσδιορίζει την έκδοση του πρωτοκόλλου. Το πεδίο Κατηγ. Κυκλοφορίας (TRAFFIC CLASS) καθορίζει την κατηγορία κυκλοφορίας, η οποία χρησιμοποιείται για την επιλογή ενός δρομολογίου. Το πεδίο Μήκος Ωφέλιμου Φορτίου (PAYLOAD LENGTH) αντιστοιχεί στο πεδίο του μήκους αυτοδύναμου πακέτου του IPv4. 44
Μορφή Βασικής Κεφαλίδας του IPv6 (2/2) Αντίθετα από το IPv4, το πεδίο Μήκος Ωφέλιμου Φορτίου καθορίζει μόνο το μέγεθος των δεδομένων που μεταφέρονται (δηλαδή, του ωφέλιμου φορτίουpayload). Το μήκος της κεφαλίδας εξαιρείται. Το πεδίο Όριο Αλμάτων (HOP LIMIT) αντιστοιχεί στο πεδίο Χρόνος Ζωής (TIME-TO-LIVE) του IPv4. Το πεδίο Ετικέτα Ροής (FLOW LABEL) προορίζεται για χρήση με τις νέες εφαρμογές που απαιτούν εγγυήσεις απόδοσης. Η ετικέτα αυτή μπορεί να χρησιμοποιείται για να συσχετίζει ένα αυτοδύναμο πακέτο με μια συγκεκριμένη διαδρομή του υποκείμενου δικτύου. Το πεδίο Επόμενη Κεφαλίδα (NEXT HEADER) χρησιμοποιείται για να καθορίζει τον τύπο των πληροφοριών που ακολουθούν μετά την τρέχουσα κεφαλίδα. 45
Πως Χειρίζεται το IPv6 τις Πολλές Επικεφαλίδες Επειδή το πρότυπο καθορίζει μια μοναδική τιμή για κάθε πιθανό τύπο κεφαλίδας, δεν υπάρχει ποτέ ασάφεια για την ερμηνεία του πεδίου Επόμενη Κεφαλίδα (NEXT HEADER). Μερικοί τύποι κεφαλίδων έχουν σταθερό μέγεθος. Μερικές κεφαλίδες επέκτασης δεν έχουν σταθερό μέγεθος. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η κεφαλίδα πρέπει να περιέχει αρκετές πληροφορίες ώστε να μπορεί το πρωτόκολλο IPv6 να προσδιορίσει πού τελειώνει. 46
Κατάτμηση, Ανασυναρμολόγηση και MTU Διαδρομής (1/2) Το IPv6 δεν περιέχει πεδία με τις πληροφορίες της κατάτμησης στη βασική κεφαλίδα. Αντίθετα, το IPv6 τοποθετεί αυτές τις πληροφορίες σε μια ξεχωριστή κεφαλίδα επέκτασης τμήματος. Η παρουσία της κεφαλίδας προσδιορίζει το αυτοδύναμο πακέτο ως τμήμα. Όπως και στο IPv4, το μέγεθος του τμήματος επιλέγεται ίσο με το μέγεθος της μέγιστης μονάδας μετάδοσης (maximum transmission unit, MTU) του υποκείμενου δικτύου μέσω του οποίου πρέπει να σταλούν τα τμήματα. Στο IPv6, υπεύθυνος για την κατάτμηση είναι ο υπολογιστής υπηρεσίας-αποστολέας, σε αντίθεση με το IPv4 που αυτό είναι ευθύνη του δρομολογητή. 47
Κατάτμηση, Ανασυναρμολόγηση και MTU Διαδρομής (2/2) Η ελάχιστη τιμή MTU κατά μήκος μιας διαδρομής από μια αφετηρία μέχρι έναν προορισμό λέγεται MTU διαδρομής (path MTU), και η διαδικασία εύρεσης της MTU διαδρομής λέγεται ανεύρεση MTU διαδρομής (path MTU discovery). Η ανεύρεση της MTU διαδρομής είναι μια επαναληπτική διαδικασία. 48
Σκοπός των Πολλών Κεφαλίδων Οικονομία: Εξοικονομείται χώρος καθώς χρησιμοποιείται υποσύνολο των λειτουργιών. Επεκτασιμότητα: Εύκολη προσθήκη νέων χαρακτηριστικών στο πρωτόκολλο. 49
Διευθυνσιοδότηση στο IPv6 (1/2) Όπως και το IPv4, το IPv6 αποδίδει μια μοναδική διεύθυνση σε κάθε σύνδεση μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός φυσικού δικτύου. Διαχωρίζει κάθε τέτοια διεύθυνση σε ένα πρόθεμα το οποίο προσδιορίζει το δίκτυο, και σε ένα επίθεμα, το οποίο προσδιορίζει ένα συγκεκριμένο υπολογιστή αυτού του δικτύου. Όλες οι λεπτομέρειες των διευθύνσεων είναι εντελώς διαφορετικές. Όπως και στις διευθύνσεις CIDR, η διαίρεση μεταξύ προθέματος και επιθέματος μπορεί να γίνεται σε οποιοδήποτε σημείο. Το IPv6 έχει διευθύνσεις με ιεραρχία πολλών επιπέδων. Ορίζει ένα σύνολο ειδικών διευθύνσεων οι οποίες διαφέρουν ριζικά από τις ειδικές διευθύνσεις του IPv4. Δεν περιλαμβάνει ειδική διεύθυνση για εκπομπή (broadcasting) σε ένα δεδομένο δίκτυο. 50
Διευθυνσιοδότηση στο IPv6 (2/2) Κάθε διεύθυνση του IPv6 ανήκει σε έναν από τους τρεις επόμενους βασικούς τύπους: Μονοεκπομπή (Unicast). Η διεύθυνση αντιστοιχεί σε ένα μεμονωμένο υπολογιστή. Πολυεκπομπή (Multicast). Η διεύθυνση αντιστοιχεί σε ένα σύνολο υπολογιστών, οι οποίοι μπορεί να βρίσκονται σε πολλά διαφορετικά γεωγραφικά σημεία. Τα μέλη του συνόλου μπορούν να αλλάζουν οποιαδήποτε στιγμή. Γενική εκπομπή (Anycast). Η διεύθυνση αντιστοιχεί σε ένα σύνολο υπολογιστών οι οποίοι μοιράζονται ένα κοινό πρόθεμα διεύθυνσης (π.χ. βρίσκονται όλοι στην ίδια θέση). Ένα αυτοδύναμο πακέτο που στέλνεται σε αυτή τη διεύθυνση δρομολογείται μέσω της συντομότερης διαδρομής και μετά επιδίδεται σε ένα μόνο από τους υπολογιστές. Η διευθυνσιοδότηση γενικής εκπομπής αρχικά ονομαζόταν διευθυνσιοδότηση συστοιχίας (cluster). Αυτή η διευθυνσιοδότηση προέρχεται από την επιθυμία να είναι δυνατή η αναπαραγωγή (replication) των υπηρεσιών. 51
Συμβολισμός δεκαεξαδικών με άνω-κάτω τελείες στο IPv6 Για να μειωθεί το πλήθος των χαρακτήρων που χρειάζονται για να γραφεί μια διεύθυνση, οι σχεδιαστές του IPv6 προτείνουν να χρησιμοποιείται μια μορφή πιο συμπαγής από συντακτική άποψη, η οποία λέγεται συμβολισμός δεκαεξαδικών με άνω-κάτω τελείες (colon hexadecimal notation ή, για συντομία, colon hex), όπου κάθε ομάδα των 16 bit γράφεται σε δεκαεξαδική μορφή, και οι μονάδες διαχωρίζονται με άνω-κάτω τελείες. 69DC:8864:FFFF:FFFF:0:1280:8COA:FFFF Μια πρόσθετη βελτιστοποίηση, η οποία λέγεται συμπίεση μηδενικών (zero compression), μειώνει ακόμα περισσότερο το μέγεθος. Η συμπίεση μηδενικών αντικαθιστά τις ακολουθίες από μηδενικά με δύο άνω-κάτω τελείες. Για παράδειγμα, η διεύθυνση FFOC:0:0:0:0:0:B1 μπορεί να γραφεί ως: FFOC::B1 Για να διευκολύνουν τη μετάβαση στο νέο πρωτόκολλο, οι σχεδιαστές όρισαν μια αντιστοιχία για τις υπάρχουσες διευθύνσεις του IPv4 στο χώρο διευθύνσεων του IPv6. Οποιαδήποτε διεύθυνση του IPv6 αρχίζει με 96 μηδενικά bit περιέχει μια διεύθυνση του IPv4 στα 32 bit χαμηλής τάξης. 52
Ερωτήσεις 53