~busaco - alexandru ioan cuza universitybusaco/teach/courses/net/presentations/net4.pdf · dr....

Dr. Sabin-Corneliu Buraga – www.infoiasi.ro/~busaco/

Retele de calculatoareProtocolul IP (continuare)

SabinCorneliu Buraga

http://www.infoiasi.ro/~busaco


“Hildebrant’s Principle:If you don’t know where you are going,

any road will get you there.”/usr/games/fortune


Cuprins

• Nivelul retea – Protocolul IP– Rezolutia adreselor (ARP & RARP)– ICMP (ping & traceroute)– Retele private– De la IP clasic la IPv6– Rutarea datelor


Rezolutia adreselor• Adrese IP ↔ adrese hardware (fizice)

– procesul de a gasi adresa hardware a unei gazdestiind adresa IP se numeste rezolutia adresei(address resolution) – protocolul ARP• ARP e protocol de tip broadcast (fiecare masina primestecererea de trimitere a adresei fizice, raspunde doarcea in cauza – masina proprietar)

• nu se utilizeaza pentru fiecare datagrama IP (masinile memoreaza adresa fizica)

– procesul invers este numit rezolutia inversaa adresei (reverse address resolution) – protocolul RARP• utilizat la boot‐are de statiile de lucru fara disc


Protocolul ICMP• Internet Control Message Protocol• utilizat pentru schimbul de mesaje de control• foloseste IP• mesajele ICMP sunt procesatede software‐ul IP, nu de procesele utilizatorului

• tipuri de mesaje:8 Echo Request (“existi?”)0 Echo Reply (“exist!”)3 Destination Unreachable (destinatie inaccesibila)5 Redirect (schimbarea rutei)11 Time Exceeded (“a expirat timpul”)etc.


Protocolul ICMP• Mesaje ICMP:

– Redu sursa (source quench): “Incetineste! Unele datagrame au fost pierdute”

– Timp expirat (time exceeded): “Cimpul TTL al unui pachet are valoarea 0”

– Fragmentare (fragmentation required): “Datagramaeste mai lunga decit MTU”/“Este setat bitul DF”

– Cerere/raspuns pt. masca (address mask request or reply): “Care e masca de retea pentru aceasta retea?” (va raspunde “agentul de masca de retea”)

– Redirectare (redirect): “Trimite routerului X”


Protocolul ICMP• Utilizat de comanda ping

– PING (Packet InterNet Groper)– Verificarea conexiunii de la A la B (ruta directa)PING 192.168.0.14 (192.168.0.14) from 192.168.0.13:56 (84)bytes64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=0 ttl 255 time=2.351 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=1 ttl 255 time=2.214 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=2 ttl 255 time=2.231 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=3 ttl 255 time=2.420 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=4 ttl 255 time=2.225 msec5 packets transmited, 5 packets received, 0%packets lostround-trip min/avg/max/mdev=0.217/0.235/0.342/0.029


Protocolul ICMP• Utilizat de comanda ping

– Verificarea conexiunii de la A la C (ruta indirecta)PING 192.168.0.15 (192.168.0.15) from 192.168.0.13:56 (84)bytes64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=0 ttl 254 time=2.852 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=1 ttl 254 time=2.738 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=2 ttl 254 time=2.812 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=3 ttl 254 time=2.902 msec64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=4 ttl 254 time=2.883 msec5 packets transmited, 5 packets received, 0%packets lostround-trip min/avg/max/mdev=0.386/0.401/0.412/0.045– Parametrul ttl este decrementat cu 1, fiindca dateleau trecut printr‐un calculator intermediar (router)• timpii de raspuns sint mai mari


Protocolul ICMP

• Utilizat de comanda traceroute– Se trimite un pachet cu TTL=1 (1 hop)– Primul router ignora pachetul si trimite inapoiun mesaj ICMP de tip “timetolive exceeded”

– Se trimite un pachet cu TTL=2 (2 hop‐uri)– Al doilea router ignora pachetul sitrimite inapoi un mesaj “timetolive exceeded”

– Se repeta pina cind se primeste raspunsde la destinatie sau s‐a ajuns la numarul maxim de hop‐uri


Protocolul ICMP(infoiasi)$ /usr/sbin/traceroute thor.info.uaic.rotraceroute to thor.info.uaic.ro (193.231.30.225),

30 hops max, 38 byte packets1 main (10.0.0.1) 0.169 ms 0.298 ms 0.494 ms2 radio.gw.boss.ro (192.78.2.1) 59.848 ms 47.262 ms 36.410 ms3 172.21.2.33 (172.21.2.33) 48.212 ms 38.417 ms 57.333 ms4 access.boss.ro (193.226.30.29) 59.982 ms 42.441 ms 42.794 ms 5 217.73.168.254 (217.73.168.254) 41.545 ms 76.672 ms 44.336 ms 6 217.73.168.10 (217.73.168.10) 48.303 ms 41.918 ms 47.584 ms 7 gw-masterc.uaic.ro (193.226.23.116) 101.345 ms 133.653 ms 78.992 ms 8 uaic2profs.info.uaic.ro (193.231.30.254) 81.349 ms 56.103 ms 47.480 ms9 thor.info.uaic.ro (193.231.30.225) 52.658 ms 47.383 ms 55.906 ms


Protocolul ICMP


-Frame 8 (98 on wire, 98 captured) Arrival time: may 2, 2002 09:59:07.7720 Time data from previous packet: 1.999963 seconds Frame number: 8 Packet length: 98 bytes Capture Length: 98 bytes -Ethernet II Destination: 00:00:21:d7:a7:98 Source: 00:00:21:de:b8:58 Type: IP (0x0800) -Internet Protocol Version 4 Header length: 20 bytes -Differentiated Services Field: 0x00 (DSCP 0x00:Default;ECN:0x00) 0000 00.. = Differentiated Services Codepoint: Default (0x00) .... ..0. = ECN-Capable transport (ECT):0

.... ...0 = ECN-CE: 0 Total length: 84 Identification: 0x0000 -Flags: 0x04 .1.. = Don’t fragment: Set ..0. = More Fragments: Not set Fragment offset: 0 Time to live: 64 Protocol ICMP (0x01) Header checksum: 0xb83b (correct) Source: 192.168.0.14 (192.168.0.14) Destination: 192.168.1.15 (192.168.1.15) -Internet Control Message Protocol: Type: 8 (Echo (ping) request) Code: 0 Checksum: 0x2005 (correct) Identifier: 0xa02d Sequence number: 06:00 Data (56 bytes)

Anatomia unui cadru incapsulind informatii IP (pachet ping ICMP)

Adresa fizica aplacii de retea


Verificarea conectivitatii• Administrarea retelei implica in primul rind testarea conectivitatii fizice intre gazde– Testarea NIC‐ului (adresei fizice a placii de retea): ifconfig / ipconfig

– Verificarea conectivitatii via adresa IP: ping x.x.x.x

– Verificarea continutului cache‐ului ARP: arp– Verificarea conectivitatii via adresa simbolica: ping host

– Testarea rutei dintre gazde: traceroute host– Testarea serviciilor software (e.g., FTP, IRC, Web,…)


Verificarea conectivitatii(infoiasi)$ /sbin/ifconfigeth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:02:55:6D:0D:AE

inet addr:193.231.30.131 Bcast:193.231.30.159 Mask:255.255.255.224inet6 addr: fe80::202:55ff:fe6d:dae/64 Scope:LinkUP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1RX packets:24214771 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:27335649 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:1000RX bytes:848130338 (808.8 Mb) TX bytes:1804062269 (1720.4 Mb)

lo Link encap:Local Loopbackinet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0inet6 addr: ::1/128 Scope:HostUP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1RX packets:8510680 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0TX packets:8510680 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0collisions:0 txqueuelen:0RX bytes:2540267698 (2422.5 Mb) TX bytes:2540267698 (2422.5 Mb)


Retele private• Realitate: Cresterea exponentiala a numarului de gazde

• Solutie (actuala): NAT (Network Address Translation) – RFC 3022, 4008– Reutilizeaza adresele private (RFC 1918)– Routerele in mod normal ignora datagramelecontinind adrese private ⇒ pot fi folosite adrese IP private in cadrul intranet‐ului organizatiei

– Accesul spre exterior (Internet‐ul “real”) se reali‐zeaza via o poarta (mediating gateway) ce rescrieadresele IP sursa/destinatie – IP masquerading

– Alte utilizari: load balancing, prevenirea “caderilor”, proxy‐uri transparente, suprapunerea retelelor


IPv6

• Probleme de adresabilitate via IP clasic:– Cresterea exponentiala a numarului de gazde– Aparitia unor tabele de rutare de maridimensiuni

– Configuratii tot mai complexe, utilizatori tot mai multi

– Lipsa securitatii– Imposibilitatea asigurarii calitatii serviciilor(QoS – Quality of Service)


IPv6• Adresele IP clasice sint pe cale de disparitie• Deziderate ale unui protocol IP (IPv6, IPng)

– Suport pentru miliarde de gazde– Reducerea tabelelor de rutare– Simplificare a protocolului – Suport pentru gazde mobile– Compatibilitate cu vechiul IP– Suport pentru evolutii viitoare ale Internet‐ului

• Facilitati– Simplificarea formatului datagramelor– Securitate (autentificare & confidentialitate)– Livrarea la cea mai apropiata gazda – anycast

• RFC 2460, 2553


IPv6• Adresele IPv6 au lungimede 16 de octeti – 2128 adrese

• Notatie: 16 numere hexa, fiecare de 2 cifre, delimitate de “:”

• “::” – sir de biti 0• Adrese speciale:

::1 – adresa de loopback::FFFF – adrese IP vechi (IPv4)

• Exemplu:8000:1000:0000:0000:0B47:A007:1111:30908000:1000::0B47:A007:1111:3090


IPv6

• ICMPv6– Ofera functiile ICMP (raportarea transmiteriidatelor, erorilor etc.), plus:Descoperirea vecinilor (Neighbor Discovery) – inlocuieste ARP (Address Resolution Protocol)

Descoperirea multicast a ascultatorilor(Multicast Listener Discovery) – inlocuiesteIGMP (Internet Group Management Protocol)

– Detalii in RFC 2463


Cuprins

• Activitatea de rutare (dirijare)– Preliminarii– Comutare– Rutare

• Protocoale de rutare– RIP– OSPF– BGP & EGP


Rutare|preliminarii• Partea software‐ului nivelului retea care alege calea pe care un pachet receptionat trebuie trimis pentru a ajunge la destinatie

• Daca se folosesc datagrame, decizia de rutare trebuie luata pentru fiecare pachet

• Daca se utilizeaza circuite virtuale, decizia de rutare se ia la stabilirea unui nou circuit

• Cerinte pentru un algoritm de rutare: corect, simplu, robust, stabil, optim, rapid convergent

• Activitati– Determinarea caii optime de rutare (routing)– Transportarea pachetelor: comutare (switching)


Rutare|preliminarii• Terminologie

– end systems – dispozitive de retea fara capacitati de redirectat pachete catre subretele

– intermediate systems – cele avind astfel de capacitati• Intradomain IS(comunica in cadrul unui domeniu de rutare)

• Interdomain IS (comunica si intre domenii de rutare)– domeniu de rutare (sistem autonom) – portiune de inter‐retea avind aceeasi autoritate de administrare

– arie de rutare – sub‐domeniu de rutare


Comutare• O gazda determina daca un pachet trebuie trimisla o alta gazda

• Gazda sursa trimite la un router, folosind adresahardware (MAC) a acestuia, un pachet continind adresade retea a gazdei destinatie

• Routerul examineaza adresa de retea a destinatarului, iar daca nu cunoaste unde sa trimita pachetulil va distruge

• Altfel, va modifica adresa continuta de pachet in adresahardware a urmatorului hop (punct intermediar de transmitere) si va trimite pachetul spre acesta

• Daca urmatorul hop nu este destinatia finala, atunci procesul se repeta pentru alt router etc.


Procesulde comutare


Rutare• Determinarea caii de rutare

– Pentru fiecare cale de rutare se determina un cost (metrica)• Lungimea caii, siguranta, intirzierea, largimea de banda, incarcarea, costul comunicarii

– Algoritmii de rutare initializeaza si mentin(pentru fiecare gazda) tabele de rutare continindinformatii de dirijare• Rute catre gazde specificate• Rute spre retele specificate• O ruta implicita

– Se pot folosi si echipamente speciale: router‐e


RutareUn router creaza o cale logica intre retele

O aplicatie rulind pe gazda 1.1 nu trebuie sa cunoascadrumul pentru a transmite date aplicatiei executate

pe calculatorul 4.3


Rutare• Algoritmi

– Statici vs. dinamici– Plati (flat) vs. ierarhici– Cale unica vs. cai multiple– Bazati pe gazda vs. bazati pe router– Intradomeniu vs. interdomeniu

– Starea legaturii– Vectori de distanta


Rutare• Algoritmi

– Statici (neadaptivi)• Dirijare pe calea cea mai scurta• Inundare (flooding)• Dirijare bazata pe flux

– Dinamici (adaptivi)• Cu vectori distanta• Folosind starea legaturilor• Dirijare ierarhica• Prin difuziune (broadcast) sau cu trimitere multipla (multicast)


Rutare• Abstractizare

– Retea ≡ graf– Dirijarea ≡ gasirea drumului de cost minim de la un nod sursa la un nod destinatie

– Tipuri de rutare• globala – drumul de cost minim poate fideterminat avind disponibile toate informatiiledespre retea – alg. folosind starea legaturii

• descentralizata – drumul de cost minim estedeterminat in mod iterativ, distribuit (nici un nod nu poseda informatii complete despre costurilelegaturilor din retea) – alg. cu vectori distanta


Rutare

• Rutare folosind starea legaturii– Topologia retelei & costuriletuturor legaturilor sunt cunoscute

– Fiecare nod difuzeaza prin broadcast identitatile sicosturile tuturor legaturilor de la acel nod la altele

– Un nod trebuie sa cunoasca doar identitatile & costurile nodurilor vecine


Rutare

• Rutare folosind starea legaturii– Se recurge la algoritmul lui Dijkstra(determinarea drumului de cost minim)

– Algoritm folosit de protocolul OSPF


Rutare• Rutare cu vectori distanta

– Fiecare nod primeste informatii de la nodurile vecine, realizeaza calcule si distribuie rezultatele inapoi la veciniidirecti – algoritmul este distribuit si asincron

– Fiecare nod mentine o tabela de distanta (distance table)– X: nodul dorind sa realizeze o rutare la nodul Y

via nodul vecin Z– Dx(Y,Z): suma costului legaturii directe intre X si Z (c(X,Z)) plus costul curent al drumului minim de la vecinii lui Z la Y:Dx(Y,Z) = c(X,Z) + minw{Dz(Y,w)}

– Tabela de rutare a unui nod poate fi construita cunoscindtabela de distanta a nodului


Rutare

• Rutare cu vectori distanta– Algoritmul de rutare este algoritmul Bellman‐Ford– Problema: intreruperea unei legaturi stabiliteintre doua noduri

– Algoritm folosit de protocoalele RIP, BGP, IGRP


Rutare• Crearea tabelelor de rutare

– Rute statice: comanda UNIX route– Descoperirea unui router prin ICMP

• Protocol de tip broadcast care descopera routereleunei retele locale

– Redirectarea ICMP– Folosirea unui daemon de rutare

• Rutarea dinamica– Ruterele comunica intre ele informatii despre rute– Tabelele de rutare se schimba conform informatiilordate de router‐e

– Se realizeaza folosind mai multe protocoale


Rutare• Problema: modificarea topologiei (deprecierea convergentei algoritmilor de rutare)


Rutare• Problema: conform algoritmului cu vectori distanta, la fiecare actualizare a rutelor, tabelele de rutare trebuietrimise fiecarui vecin; unele pachete cu informatii legate de dirijare trec pe ruta de pe care deja au venit(reverse route)

• Intrebare: Pot fi evitate rutele de tip reverse?• Raspuns: utilizarea tehnicii split horizon– cind router‐ul trimite actualizari de rute folosindo anumita interfata de retea, ele nu vor fi expediateretelelor ale caror rute au fost invatate din actualizariprimite via acea interfata


Rutare|exemplu(infoiasi)$ netstat -rnRouting tables Destination Gateway Flags Refcnt Use Interface140.252.13.65 140.252.13.35 UGH 0 0 eth0127.0.0.1 127.0.0.1 UH 1 0 lo0default 140.252.13.33 UG 0 0 eth0140.252.13.32 140.252.13.34 U 4 2503 eth0

• Pentru destinatia 140.252.13.65, routerul (gateway‐ul) folosit este 140.252.13.35

• U=up, G=ruta e spre un router, H=ruta e spre o gazda, D=ruta a fost creata de o redirectare ICMP, M=ruta s‐a modificat la o redirectare ICMP

• G diferentiaza rutele directe de cele indirecte


Rutare|RIP• Routing Information Protocol

– RFC 1058, 1723– Foloseste mesaje IP– Fiecare router trimite un broadcast(eventual mai multe) continind intreaga tabelade rutare a router‐ului – la fiecare 30 sec.

– O intrarea tabelei de rutare RIP contine:• adresa IP• metrica (numar de hop‐uri: 1‐15)• timeout (in secunde)

– Retelele conectate direct au metrica=1 (un hop)– Daca o ruta da timeout, metrica devine 16 (nu exista conexiune) si ruta e stearsa dupa 1 minut


Rutare|RIP• Routing Information Protocol

– Daca o informatie de rutare se modifica (o legaturasau un router pica), propagarea acestei schimbari are loc foarte lent – RIP sufera de convergenta lenta

– Tabela de rutare A: nodul B e la 1 hop distanta(conexiune directa), nodul C la 2 hop‐uri

– Tabela de rutare B: nodul A e la 1 hop distanta(conexiune directa), idem pentru nodul C

– Ce se intimpla daca nodul C pica?

A B C


Rutare|RIP

• Routing Information Protocol – Matur, stabil, larg suportat, simplu– Indicat pentru sisteme autonome de dimensiunireduse fara rute redundante


Rutare|OSPF• Open Shortest Path First

– RFC 1247– Fiecare router cunoaste starea intregii topologiide retea (algoritm folosind starea legaturii)

– Traficul poate fi distribuit pe rutecu costuri egale: load balancing• Dirijare dupa tipul serviciilor (ToS)

– Convergentamai rapida– Ofera suport pentru folosirea mai multor tipuride metrici


Rutare|OSPF• Opereaza intr‐o ierarhie de entitati de retea:– Sistemul autonom (AS) – colectie de retelecare partajeaza aceeasi strategie de dirijare

– Un AS este divizat in arii – grupuri contigue de retele si gazde; fiecare arie poate contineroutere care mentin informatii topologicepentru fiecare arie (area border routers)

–Domeniul – portiune de retea pentru care router‐ele au aceeasi informatie privitoare la topologia ariei

– Coloana vertebrala (backbone) – responsabilacu distributia informatiilor de rutare intre arii


• Open Shortest Path First

Un AS si ariile saleconectate via router‐e


Rutare|OSPFRouterele de tip area border invata rutele exterioarefolosind protocoalele:

Exterior Gateway Protocol (EGP)

Border Gateway Protocol (BGP)


Rutare|EGP

• Exterior Gateway Protocol– Utilizat pentru comunicarea intre router‐e aflate in sisteme autonome diferite

– Functii majore – implementate de gated:• Achizitia vecinilor(Neighbor Acquisition)

• Verificarea accesului la vecini(Neighbor Reachability)

• Actualizarea informatiilor de rutare(Routing Information Updating)


Rutare|BGP

• Border Gateway Protocol– Imbunatatire a EGP, adresind problemacomunicarii intre sisteme autonome diferiteprin intermediul unui tert sistem autonom

– Conectarea intre sistemele autonomese stabileste via o tabela IP

– Robust & scalabil

• Detalii privitoare la EGP si BGP in RFC 1771, 1654, 1267, 1163, 1105


Rutare• Alte protocoale

– Interior Gateway Routing Protocol (IGRP)• Imbunatatire CISCO a RIP

– Enhanced IGRP– Simple Multicast Routing Protocol (SMRP)

• Rutare de fluxuri multimedia la Apple (via AppleTalk)– Resource Reservation Protocol (RSVP)

• Nu este un protocol de rutare, dar ofera functionalitati similare

• Asigura calitatea serviciilor IP


Rutare|privire de ansamblu• Rutarea interna

– RIP (Routing Information Protocol)– IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)– EIGRP (Enhanced IGRP)– OSPF (Open Shortest Path First)– IS‐IS (Intermediate System to Intermediate System)pentru ISO/OSI

• Rutarea externa– EGP (Exterior Gateway Protocol)– BGP (Border Gateway Protocol)


Rezumat

• Nivelul retea – Protocolul IP– Rezolutia adreselor (ARP & RARP)– ICMP (ping & traceroute)– De la IP clasic la IPv6– Rutarea datelor


Intrebari?

~busaco - alexandru ioan cuza universitybusaco/teach/courses/net/presentations/net4.pdf · dr....

Documents