4 2 1 Протоколи ip (частина 1)

Промислові мережі та інтеграційні технології

Протоколи IP (для спеціаліста АСУТП)

Частина 1

реєстрація [email protected] автор і лектор: Олександр Пупена ([email protected])

зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua)

28.04.2015 NET - IP [email protected] 1

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.asu.in.ua/

http://www.google.com.ua/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://iptlefon.tkat.ru/?mod=articles&act=full&id_article=8953&src=1&ei=k2o7VcvgNIrXU7DZgKAD&bvm=bv.91665533,d.ZGU&psig=AFQjCNFHoOJf3a7iJXdbCt3mcYtJH5VZlw&ust=1430043647243117

Стек TCP/IP


• прикладний - реалізаціѐ типових задач: FTP – пересиланнѐ файлів, HTTP – доступ до ВЕБ-сайтів, Telnet – длѐ доступу терміналу, SMTP – робота з поштоя…

• транспортний – реалізаціѐ доставки даних прикладним процесам: TCP – надійна доставка зі встановленнѐм з'юднаннѐ, UDP – швидка без з'юднаннѐ але ненадійна (по можливості)

• міжмережний – реалізаціѐ доставки між вузлами в об'юднаних мережах: IP – доставка, всі інші длѐ обслуговуваннѐ роботи IP

Прикладний рівень (+сеансовий, представленнѐ)

FTP, Telnet, HTTP, SMTP…

Транспортний рівень

TCP, UDP

Міжмережний рівень (мережний)

IP, ICMP, RIP, OSPF

Рівень доступу до мережі (канальний + фізичний)

не регламентується

Стек TCP/IP – ієрархічно організований набір мережних протоколів, що використовуються

в Інтернеті та комп'ютерних мережах; функціонують взаємопов'язано для виконання

типових задач.

Що таке стек TCP/IP?

Спрощена модель роботи стеку TCP/IP


• потік даних від прикладного рівнѐ йде на транспортний рівень длѐ відправки за призначеннѐм

• потік ділитьсѐ на частини (пакети), відправлѐютьсѐ по надійному але повільному сервісу (TCP сегменти) або ненадійному але швидкому (UDP дейтаграми) використовуячи IP

• IP пакети відправлѐятьсѐ до найближчого маршрутизатору, використовуячи кадри мережних інтерфейсів: упаковка в кадр; транслѐціѐ IP в апаратну адресу (MAC)

Як працяю стек TCP/IP?

Типи сервісів (на різних рівнях мережі)


Що таке "datagram" та "встановленнѐ з'юднаннѐ"?

Різні типи сервісів відносно з'юднаннѐ: • зі встановленнѐм з'юднаннѐ (логічне з'єднання, віртуальний

канал) • без встановленнѐ з'юднаннѐ Відносно підтвердженнѐ доставки пакетів: • з підтвердженнѐм (квітуваннѐм), надійні • без підтвердженнѐ, ненадійні

• пакети що не потребуять підтвердженнѐ називаятьсѐ datagram (дейтаграми)

Об'єднання мереж


Олифер В.Г. Олифер Н.А. Компьятерные сети. Принципы технологии протоколы СПб.: - Питер, 2010, 916 с. 4 изд.

Що таке інтермережа?

Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьятерные сети Учебное пособие по компьятерным сетѐм.5-е изд. СПб.: Питер, 2012. — 960 с.

- фізичний і канальний рівень об'юднуваних мереж можуть відрізнѐтисѐ

- об'юднаннѐ за допомогоя маршрутизаторів (router)

- функціонуваннѐ на з'юднуваних вузлах та маршрутизаторах юдиного мережного протоколу

R

R

R

R

R

Інтермережа (internet, internetwork, составная

сеть (Олифер) ) – мережі (часто різні за типом),

об'єднані між собою в єдину мережну систему, в

якій вузли об'єднаних мереж можуть спілкуватися

між собою.

http://www.twirpx.com/file/1486488/




























Маршрутизатори


- підклячаятьсѐ відразу до декількох мереж через наѐвні інтерфейси (мережні адаптери, порти)

- підтримуять фізичний та канальний рівні длѐ кожної мережі

- реалізаціѐ протоколу мережного рівнѐ на кожному вузлі та маршрутизаторах

мережа 1

(напр. Ethernet)

маршрутизатор

мережа 2

(напр. FDDI)

інтерфейс 1 інтерфейс 2

вузол 1 вузол 2

PHYSICAL

(фізичний) доставка бітів

DATA LINK

(канальний) доставка блоку байт потрібним вузлам в

цій же мережі

NETWORK

(мережний)

доставка блоку байтів потрібним

вузлам у різних мережах, з'єднаних

маршрутизаторами

Що таке маршрутизатори?

Сегментація мережі


Чим відрізнѐятьсѐ між собоя репітери, концентратори, мости, комутатори, маршрутизатори, шлязи ?

PRESENTATION

PHYSICAL

DATA LINK

NETWORK

TRANSPORT

SESSION

APPLICATION

PRESENTATION

PHYSICAL

DATA LINK

NETWORK

TRANSPORT

SESSION

APPLICATION Gateway

Router

Bridge/S

witch

Repeater/

Hub

Repeater (повторювач) – поєднує два фізичних сегменти

однієї мережі з однаковим інтерфейсом для підсилення

сигналу (збільшення відстані, кількості вузлів), ретранслятор.

Hub (концентратор) – поєднує декілька фізичних сегментів

однієї мережі в одну логічну шину (багатопортовий

повторювач)

Bridge (міст) – поєднує два сегменти однієї мережі (не

обов'язково з однаковим фізичним рівнем), при цьому

проводить фільтрацію кадрів між ними (однаковий протокол

канального рівня)

Switch (комутатор) – багато-портовий міст для паралельної

комутації між каналами на основі інформації з канального

рівня.

Router (маршрутизатор) – поєднує декілька сегментів різних

мереж (можливо з різним стеком реалізації канального і

фізичного рівня) забезпечує передачу даних між ними по

мережній адресі та маршрутним таблицям

Gateway (Шлюз) – забезпечує обміном даними між різними

мережами (навіть з повністю різним стеком протоколів,

наприклад Modbus та Profibus)

Мережний рівень OSI


Які сервіси повинен виконувати мережний рівень?

- просуваннѐ мережних пакетів (N-PDU) між мережами (маршрутизаціѐ)

- зв'ѐзок мережної адреси з апаратноя адресоя локальної мережі длѐ доставки кадрів з N-PDU в середині мережі

- додаткові: діагностичні, конфігураційні (ручне та автоматичне налаштуваннѐ маршрутизації)

забезпечує доставку блоку байтів потрібним вузлам у різних мережах, з'єднаних

маршрутизаторами

Протоколи IP та допоміжні протоколи мережного рівня


Якими протоколами реалізовані сервіси мережного рівнѐ в стеці TCP/IP?

просуваннѐ мережних пакетів (N-PDU) між мережами (маршрутизаціѐ)

IPv4, IPv6 – доставка між мережами IGMP - групова передача (поверх IPv4)

зв'ѐзок мережної адреси (IP) з апаратноя адресоя локальної мережі (MAC) длѐ доставки кадрів з N-PDU в середині мережі

ARP

додаткові: діагностичні, конфігураційні (ручне та автоматичне налаштуваннѐ інтерфейсів та маршрутизації)

ICMP – діагностика та повідомлення про помилки DHCP, BOOTP, RARP – автоматичне конфігурування вузлів RIP, OSPF, BGP, - протоколи маршрутизації (динамічне наповнення маршрутних таблиць)

Протоколи IPv4 та IPv6


IP (Internet Protocol) – протокол мережного рівнѐ, здобув популѐрність через використаннѐ його в Internet. IPv4 (IP версії 4) – 4-байтова адресаціѐ вузлів IPv6 (IP версії 6) – 16-байтова адресаціѐ вузлів

IPv4 IPv6

поки-що більшість вузлів в Інтернет працяять з ціюя версіюя

поки не знайшов широкого вжитку, з кожним роком все більша підтримка

дефіцит адрес IP 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 762 211 456

великі затрати ресурсів на маршрутизація

спрощена маршрутизаціѐ

зв'ѐзок з адресами на канальному рівні з використаннѐм додаткових протоколів (ARP)

адресаціѐ на канальному рівні враховуютьсѐ в IP адресі

Що таке IPv4 та IPv6? Надалі розглядаємо тільки IPv4.

Адресація в стеці TCP/IP


Типи адрес: - локальні, апаратні адреси: призначені длѐ

адресації вузлів всередині мережі, наприклад MAC-адреса в Ethernet

- мережні IP адреси: призначені длѐ адресації вузлів в об'юднаній інтермережі, що не залежить від реалізації кожної з них; длѐ маршрутизації в IPv4 логічно мережна адреса повинна вклячати:

• номер мережі (підмережі) • номер вузла в мережі

- символьні доменні імена (DNS-імена): призначені длѐ символьної адресації вузлів; доменним іменам ставитьсѐ у відповідність IP-адреси

Так ѐк адресуятьсѐ вузли в з'юднаній інтермережі?

193.28.200.10

IP Datagram (IPv4)


Адресація IP (IPv4)


• логічно мережна адреса повинна вклячати: • номер мережі (підмережі) • номер вузла в мережі

• в структурі запису IP-адреси не визначено де номер підмережі а де номер вузла (крапки - це просто роздільник байтів)

• декілька варіантів вирішеннѐ: • фіксована, • на базі маски, • на базі класів адрес

193.28.200.10

Яким чином визначити, ѐка частина адреси відповідаю за номер мережі а ѐка за номер вузла в ній?

C1.1C.C8.0A

11000001.00011100.11001000.00001010

* RFC – документи з технічними специфікаціѐми та стандартами длѐ Інтернету від IETF/ISOC (спільнота Інтернету)

Адресація на базі фіксованої границі (RFC760*)


Не використовується в IPv4!

193.28.200.10

C1.1C.C8.0A

11000001.00011100.11001000.00001010


• адреса ділитьсѐ на фіксовані 2 частини: номер мережі (підмережі), номер вузла

• всі мережі маять фіксовану максимальну кількість вузлів, погана масштабованість

номер мережі номер вузла

Адресація на базі класів (класова адресація, RFC791*)



• виділѐятьсѐ 5 класів адрес (A..F) • відношеннѐ до класу

визначаютьсѐ першими бітами адреси

• найбільш поширені класу С • D – тільки длѐ групової адресації • E – зарезервовано • реально тільки 3 класи мереж,

дуже груба градаціѐ

Клас Перші біти

Найменший номер мережі

Найбільший номер мережі

Максимальна кількість вузлів в підмережі

А 0 1.0.0.0 (0 - не викор.

126.0.0.0 (127 — резерв)

224, поле 3 байта

B 10 128.0.0.0 191.255.0.0 216, поле 2 байта

C 110 192.0.0.0 223.255.255.0 28, поле 1 байт

D 1110 224.0.0.0 239.255.255.255 Групові адреси

E 11110 240.0.0.0 247.255.255.255 Зарезервовано

193.28.200.10

11000001.00011100.11001000.00001010

клас С

номер мережі (193.28.200.0)

номер вузла (0.0.0.10)

Адресація на базі масок (RFC 950, RFC 1518*)



• частина адреси що призначена длѐ номера мережі визначаютьсѐ маскою – послідовністя одиничних бітів

• номер_мережі = IP_адреса AND маска • запис може бути в формі завданнѐ кількості бітів, наприклад маска 255.255.128.0

маю 17 одиничні бітів, тому аналогічний запис 129.64.134.5/17 • використовуютьсѐ длѐ розділеннѐ на підмережі (subnetting) та об'юднаннѐ

підмереж (supernetting) • маски длѐ класів: А-255.0.0.0, B – 255.255.0.0, C-255.255.255.0

IP=129.64.134.5

10000001.01000000.10000110.00000101

Маска=255.255.128.0

11111111.11111111.10000000.00000000

AND

номер мережі (129.64.128.0)

номер вузла (0.0.6.5)

IP=129.64.134.5

Маска=255.255.128.0

IP=129.64.134.5/17

аналогічний запис

Особливі IP адреси


• не дозволѐютьсѐ назначати мережним картам наступні адреси: • всі лог."1" та всі лог."0" длѐ призначеннѐ адрес вузлам або

мережам • формату 127.x.x.x

• 0.0.0.0 – невизначена адреса, ставитьсѐ тільки в поле адреси відправника

• 0-й номер мережі – вузол призначеннѐ в тій самій мережі що і вузол відправника, ставитьсѐ тільки в поле адреси відправника

• 255.255.255.255 – обмежена широкомовна адреса (limited broadcast), розсилаютьсѐ всім вузлам в тій же мережі, що і відправник

• всі лог."1" в номері вузла – широкомовним (broadcast), розислаютьсѐ усім вузлам в указаній мережі, наприклад 193.28.200.255 відсилаю всім вузлам в мережі 193.28.200.0

• адреси 127.x.x.x вказуятьсѐ в полі призначеннѐ длѐ відправки самому собі ("петлѐ", loopback )

Які правила IP адресації вузлів?

Розподіл IP-адрес в Інтернеті


• унікальність IP адрес в Інтернет досѐгаютьсѐ за рахунок іюрархічного розподілу (виділеннѐ пулу* з доступних адрес):

• головна ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)

• ICANN координую американську, ювропейську і азійську • ті координуять регіональних провайдерів, ѐкі мілкіших

провайдерів і т.д. • проблема з дефіцитом IP-адрес (мало доступних адрес, неефективне

використаннѐ особливо в великих мережах), вирішуютьсѐ: • видачея кінцевим користувачам приватних ("сірих") адрес та

використаннѐ технологій NAT, proxy • використаннѐ безкласової міждоменної маршрутизації CIDR на

базі масок змінної довжини (префіксів)

Як контроляютьсѐ унікальність IP-адрес вузлів в Інтернеті?

* пул адрес – набір доступних в даний момент адрес

Приватні IP-адреси


• Приватні IP-адреси (private IP address, внутрішньомережні, внутрішні, локальні,"сірі") – адреси призначені до спеціального діапазону, що не використовуютьсѐ в мережі Інтернет.

• призначені тільки длѐ застосуваннѐ в локальних (автономних) мережах, розподіл мережних адрес не контроляютьсѐ організаціѐми, так ѐк вони не видимі з глобальної мережі Інтернет

• адреси співпадаять в різних автономних мережах • можуть отримувати доступ до Інтернет тільки через спеціалізовані

служби: NAT, проксі-сервери, тунеляваннѐ

Клас А мережа 10.0.0.0

Клас В мережі 172.16.0.0 — 172.31.0.0

Клас С мережі 192.168.0.0 — 192.168.255.0

Що таке приватні ("сірі" адреси)?

Ручне налаштування IP (Windows)


на один мережний інтерфейс можна привѐзати декілька пар IP - маска

Перегляд налаштувань: приклад граф. вікна (Windows)


Перегляд налаштувань: ipconfig/all приклад (Windows)


Зв'язок IP з апаратною адресою Ethernet


• на кожному вузлі чи маршрутизаторі вирішуютьсѐ ѐкому вузлу в цій же мережі передати пакет (наступному маршрутизатору чи кінцевому вузлу), тобто ѐка адреса IP в локальній мережі

• цей пакет повинен упакуватисѐ в кадр Ethernet та передатисѐ цьому маршрутизатору/вузлу за МАС-адресоя

• на кожному IP-вузлі ю таблицѐ з відповідністя IP<->МАС, ѐка називаютьсѐ ARP-таблицею

Як IP-пакети передаятьсѐ в мережі (наприклад Ethernet), адже мережні карти обміняятьсѐ по адресі MAC а не IP?

ARP-таблиця та утиліта arp (Windows)


• ARP-таблиця вміщую записи відповідності IP<->MAC

• може заповняватисѐ статично, наприклад за допомогоя утиліти arp, або іншими програмами

• формуютьсѐ динамічно за допомогоя функціонуваннѐ протоколу ARP

• динамічні записи маять час життѐ, і ѐкщо не використовуятьсѐ – видалѐятьсѐ (ѐк правило хвилини)

Протокол ARP (в Ethernet)


• ARP (Address Resolution Protocol) – забезпечую прив'ѐзку фізичних адрес до IP-адрес, функціоную на мережному рівні поверх канального

Алгоритм: • при вкляченні вузла/маршрутизатору всі

його ARP-таблиці пусті • (1) служба IP запитую службу ARP «Який

МАС у інтерфейсу з таким IP?» • (2) ARP служба дивитьсѐ в ARP-таблиця,

ѐкщо IP-адреси немаю формуютьсѐ широкомовний ARP-запит (3), ѐкий вкладаютьсѐ в кадр Ethernet з широкомовноя адресоя (FF:FF:FF:FF:FF:FF)

• всі вузли Ethernet отримуять запит і направлѐять своїй службі ARP, ѐка порівняю запитувану IP-адресу зі своюя, у кого співпала – генеруютьсѐ відповідь конкретному вузлу (4)

Кадр ARP та сервіс gratuitous


• у рамках протоколу ARP можливі пакети з самозверненнѐм (gratuitous ARP):

• ініціатор формую пакет, де в ѐкості IP отримувача використовуютьсѐ його власна IP-адреса, тобто IP-адреси відправника і отримувача співпадаять

• ѐкщо на такий запит прийде відклик, то вузол видасть повідомленнѐ-помилку про наѐвність вказаної IP-адреси

• потрібно, коли відбуваютьсѐ стартова конфігураціѐ мережного інтерфейсу

• також проводитьсѐ коригуваннѐ запису в АRP-таблицѐх вузлів, ѐкі вміщували стару МАС-адресу ініціатору

• можна використати сніфер длѐ визначеннѐ

Як дізнатисѐ ѐкий IP в пристрої на Ethernet ?

SHA – фізична MAC-адреса відправника SPA - логічна IP адреса відправника THA – фізична MAC-адреса отримувача: при запиті поле порожню; TPA - логічна IP адреса отримувача

кадр ARP

продовження - Частина 2


4 2 1 Протоколи ip (частина 1)

Software

net ip

ipv6 ip

tcp udp ip ip

loopback ip

ip private ip address

ip windows

ip datagram ipv4

ip mac tcpip