Sieci Komputerowe Adresowanie TCP/IP. dr Zbigniew Lipiński Instytut Matematyki i Informatyki ul. Oleska Opole zlipinski@math.uni.opole.

Transkrypt

1 Sieci Komputerowe Adresowanie TCP/IP dr Zbigniew Lipiński Instytut Matematyki i Informatyki ul. Oleska Opole zlipinski@math.uni.opole.pl

2 Adresowanie węzłów w sieci Aby dwie aplikacje, zainstalowane na różnych hostach mogły przesłać między sobą dane muszą najpierw odnaleźć się w sieci, ustalić parametry transmisji. Hosty i aplikacje sieciowe lokalizują się w sieci na podstawie: nazw netbios'owych, nazw DNS'owych, adresów IP, typów i numerów portów, adresów fizycznych kart sieciowych (adresów MAC). Oprócz rozpoznawania i lokalizacji hostów ważnym elementem komunikacji w sieci jest: lokalizacja sieci i domen w których znajdują się szukane hosty, lokalizacja usług w sieci, np. wyszukiwanie serwerów DHCP, DNS, lokalizacja obiektów w sieci, np. konkretnych dokumentów html. 2

3 Adresowanie węzłów w różnych warstwach modelu OSI Każda warstwa modelu OSI ma własne mechanizmy identyfikacji hostów i usług: w warstwach 7, 6, 5 modelu OSI wykorzystywane są do lokalizacji hostów ich nazwy netbiosowe lub nazwy dns'owe. w warstwie transportowej modelu OSI do przesyłania danych wykorzystywane są adresy IP i numery portów. Porty umożliwiają rozpoznawanie aplikacji/usług i instancji aplikacji. w warstwie sieci modelu OSI, wykorzystywane są adresy IP. w warstwie łącza danych modelu OSI, wykorzystywane są adresy fizyczne kart sieciowych ( adresy MAC, Media Access Control). 3

4 Adresowanie w warstwie aplikacji W warstwie aplikacji hosty lokalizowane są przez nazwy netbiosowe i nazwy DNS'owe. Gdy host jest przypisany do domeny wtedy może być rozpoznany po nazwie DNS'owej. Nazwy DNS'owe zastępują użytkownikom sieci trudne do zapamiętania adresy IP hostów. Informacje o nazwach dns'owych hostów i odpowiadającym im adresach IP przechowywane są na serwerach DNS, (ang.) Domain Name System. Przykład. Host o nazwie netbiosowej m145, znajdujący się w domenie math.uni.opole.pl, ma nazwę DNS'owa: m145.math.uni.opole.pl Przykład. Adres (URL) do strony WWW home.htm znajdujący się na serwerze o adresie IP , w domenie math.uni.opole.pl może być napisany w formie /home.htm lub 4

5 Adresowanie w warstwie transportowej Urządzenia transmisyjne pracujące w 3 warstwie modelu OSI dostarczają dane do hostów w formie datagramów IP. Aby dane trafiły do właściwej aplikacji sieciowej (na hoscie może być uruchomionych kilka różnych aplikacji, kilka instancji tej samej aplikacji) datagramy IP są przekształcane w warstwie transportowej na segmenty TCP lub pakiety UDP i przekazywane są do odpowiednich portów TCP lub UDP. Gniazdo internetowe to adres IP i numer portu reprezentujący instancję aplikacji uruchomioną na hoscie. Numer portu to 16-bitowa liczba z zakresu: Przykład. Jeżeli na hoście o adresie IP jest uruchomiony serwer telnetu. Klient, o adresie IP , nawiązując połączenie z serwerem wysyła dane np. z portu 1543, ozn Serwer odbiera dane na porcie nr. 23, ozn

6 Adresowanie w warstwie łącza danych Adres MAC, (ang.) Medium Access Control, jest 48 bitowym adresem karty sieciowej. Adres MAC jest unikalnym w skali świata adresem przydzielanym przez producenta karty. Przykład adresu MAC: A-F1-8A-F6 Adres MAC składa się z dwóch części: A-F1-8A-F6 pierwsze 3 bajty zawierają kod producenta karty, np A oznacza firmę 3Com. pozostałe 3 bajty zawierają numer seryjny karty. 6

7 Adresowanie w warstwie sieci. Struktura adresów IP opisana jest w RFC 'Internt Protocol DARPA Internt Progrm Protocol Specification'. Address Formats: High Order Bits Format Class bits of net, 24 bits of host a bits of net, 16 bits of host b bits of net, 8 bits of host c 111 escape to extended addressing mode RFC 796 'Address Mappings'. Zawiera specyfikacje określające relacje między strukturą adresu IP a adresowaniem IP w takich sieciach, jak: AUTODIN II ARPANET Distributed Computing Networks (DCNs) Experimental Data Network LCS NET w MIT PRNET (Packet Radio NET) SATNET. 7

8 Adresowanie w sieci. Dokumenty RFC RFC 917 'Internet subnets', Dokument określa standard adresowania podsieci IP i standardy rutingu w podsieciach. RFC 952 'DoD Internet host table specification'. Dokument zawiera specyfikacje struktury 'tablicy nazw hostów'. Nazwa oznacza: nazwę sieci, nazwę hosta, nazwę gateway, nazwę domeny. RFC952 zastąpił dokumenty RFC 810, 608. RFC Internet Numbers, Dokument określa zasady adresowania sieci IP (klasy sieci, rezerwacje adresów dla konkretnych sieci). RFC 1918 'Address Allocation for Private Internets'. Specyfikacja określa zasady adresowania sieci 'prywatnych' i 'publicznych'. Podane są np. zakresy adresów nierutowalnych (adresów przeznaczonych do adresowania sieci 'prywatnych'). 8

9 Adresowanie w warstwie sieci Każdy węzeł w sieci opartej o TCP/IP musi mięć przydzielony niepowtarzalna w skali sieci 32-bitową liczbę, adres IP. Adres IP służy do identyfikacji urządzenia w danej sieci. Przykład: adres IP, 4 x 8 bitów = 32 bity: (układ 10-tkowy ) (układ 2-jkowy). Maksymalna liczba zapisana przy pomocy 8 bitów to 255 ( w układzie 2-jkowym). Przykład: Liczba nie jest adresem IP. Elementy adresu IP: bity określające klasę adresu część identyfikująca sieć lokalną (LAN) część identyfikująca konkretny węzeł w sieci. Przykład: określa klasie sieci (klasa C) określa adres sieci określa adres hosta 9

10 Kto przydziela adresy IP? Aby host mógł komunikować się z innymi hostami w Internecie musi mieć publiczny adres IP, tzn. adres IP z którego wysyłane dane będą przekazywane przez router. Publiczny adres IP można uzyskać na stałe lub tylko na czas logowania do sieci. Stałe adresy przydzielają organizacje komercyjne ISP, (ang.) Internet Service Provider. Komercyjne instytucje ISP:

11 Zakresy adresów IP Klasa A zakres: od do Adresy przeznaczone do adresowania dużych sieci, zawierających kilka milionów hostów. Klasa B zakres: od do Adresy przeznaczone do adresowania średniej wielkości (do hostów w sieci). Klasa C zakres: od do Adresy przeznaczone do adresowania małych sieci (do 254 hostów). Klasa D zakres: od do Adresy grupowe, adresy wykorzystywane są do przesyłania wiadomości do grup hostów (grup multicast'owych). Klasa E zakres: od do Adresy przeznaczone dla przyszłych zastosowana. Klasa E nie jest wykorzystywana. bity zielone - oznaczaja zakres adresownia węzłów. 11

12 Klasa adresowa A Zakres: Pierwszy (najstarszy) bit w adresie IP ma wartość zero. Następnych siedem bitów określa numer sieci. Pozostałe 24 bity określają adresy hostów. W klasie adresowej A można wykorzystywać maski od W klasie A jest = 126 sieci, tzn. 7 bitów przeznaczonych jest na adresy sieci. W każdej sieci może być = hostów, tzn. 24 bity przeznaczone są na adresy hostów. 12

13 Klasa adresowa B Zakres: Najstarszy bit ma wartość jeden, drugi bit wartość zero. Następne 14 bitów określają numer sieci. Pozostałe 16 bitów służą do numerowania hostów. W klasie adresowej B można wykorzystywać maski od W klasie B może być max = sieci, tzn. 14 bitów przeznaczonych na adres sieci. W każdej sieci może być = hostów, tzn. 16 bitów przeznaczone są do adresowania hostów. 13

14 Klasa adresowa C Zakres: Dwa pierwsze bity maja wartość jeden, trzeci bit wartość zero. Następne 21 bitów określa numer sieci. Pozostałe 8 bitów określają numery hostów. W klasie adresowej C można wykorzystywać maski od Adresy klasy C przeznaczone są dla małych sieci do 254 węzłów. W klasie C jest = sieci, tzn. 21 bitów przeznaczonych na adresy sieci. W każdej z sieci może być = 254 hostów, tzn. 8 bitów przeznaczone są na adresowanie hostów. 14

15 Klasy adresowe D, E Klasa D Trzy pierwsze bity maja wartość jeden, czwarty bit ma wartość zero. Zakres: Klasa D jest przeznaczona dla grup rozgłoszeniowych (grup multicastowych). Klasa E Cztery najstarsze bity maja wartość jeden, piąty zero. Zakres: Klasa E jest zarezerwowana na przyszłe zastosowania. 15

16 Adresy specjalne Istnieją adresy IP, których nie można wykorzystać do adresowania węzłów w sieci: adresu sieci nie można przypisać węzłowi sieci, każda sieć musi mięć adres rozgłoszeniowy (adres broadcast'owy), takiego adresu nie można przypisać węzłowi sieci. Adres rozgłoszeniowy zmienia się w zależności od wyboru adresu sieci i maski sieci. Adresem specjalnym jest adres zwany adresem pętli (loop-back address), adresem localhost. Adres jest przypisywany automatycznie hostowi przy uruchamianiu systemu operacyjnego. Adres localhost jest wykorzystywany tylko na danym hoście, służy aplikacjom sieciowym do konfiguracji i diagnostyki. 16

17 Klasy adresów prywatnych Część adresów IP została zarezerwowana do adresowania lokalnych sieci nie połączonych bezpośrednio z Internetem, zwanych intranetami. Adresy te nie są dostępne komercyjnie - nazywają się adresami prywatnymi. Dane pochodzące z takich adresów nie są przekierowywane przez routery. Dane pochodzą z RFC Klasa A Zakres adresów: Maska: Klasa B Zakres adresów: Maska: Klasa C Zakres adresów: Maska:

18 Konfigurowanie TCP/IP Aby skonfigurować protokół IP (TCP/IP) na danym komputerze należy: wyznaczyć adres sieci wyznaczyć maskę sieci wyznaczyć adres rozgloszeniowy określić sposób przydzielania adresów określić adres IP domyślnej bramy danej sieci określić adresy IP serwerów DNS. Adres IP sieci - pierwszy adres z zakresu adresów przeznaczonych do adresowania danej sieci. 18

19 Rola Maski Sieci Maska sieci jest adresem IP służącym do: sprawdzania czy dany adres IP jest adresem z danej sieci (adres IP hosta Maska = adres sieci) logicznego dzielenia sieci na podsieci od wyboru maski zależy maksymalna liczba węzłów w danej podsieci. Maska sieci pozwala określić jaka część adresu IP określa adres sieci a jaka adresy węzłów. Adres rozgłoszeniowy - ostatni adres z zakresu adresów IP. W adresie rozgloszeniowym wszystkie bity służące do numerowania węzłów maja wartość 1. Adres rozgłoszeniowy wykorzystywany przez aplikacje sieciowe zainstalowanych na hostach do wysyłania sygnałów do wszystkich użytkowników (węzłów) danej sieci. 19

20 Metody przydzielania adresów IP Adres IP może być przydzielony: statycznie przez administratora sieci dynamicznie przez serwer DHCP (ang. Dynamic Host Configuration Protocol) (losowo lub przez rezerwacje adresu IP) automatycznie (machanizm Automatic Private IP Addressing) adres IP przydzielony na podstawie adresu MAC przez serwer RARP, (ang.) Reverse Address Resolution Protocol. Przy konfiguracji TCP/IP można wybrać opcje: automatycznie przydzielanie adresu IP (DHCP, APIPA, RARP) statycznie przypisać hostowi adres IP. W systemie Windows termin 'dynamicznie' zastąpiony jest słowem 'automatyczne' ponieważ host jeżeli nie znajdzie w sieci serwera DHCP przydziela sobie sam adres IP - usługa Automatic Private IP Addressing. 20

21 Adresowanie sieci - przykłady Sieć złożona z 6 hostów Adres IP sieci: Maska sieci: Brodkacst: Zakres adresów IP: Sieć złożona z 14 hostów Adres IP sieci: Maska sieci: Brodkacst: Zakres adresów IP:

22 Adresowanie sieci - przykład Zadanie: Wyznaczyć adres IP sieci znając adres IP hosta i maskę podsieci. Adres IP hosta: , Maska: Wzór: adres IP sieci = adres IP hosta & maska (& - bitowe AND) Adres IP hosta: Maska sieci: Adres IP hosta: Maska sieci: Operacja AND: Adres podsieci: Adres podsieci: Podkreślone 3 bity w masce określają liczbę możliwych adresów hostów w danej sieci. Jest ich maks.. 6. Maks. liczba zapisana na 3 bitach to 111 czyli 7, 1 adres na broadcat, 7-1= 6. Pierwszy adres: Ostatni adres: (adres sieci) (broadcast sieci). 22

23 Adresowanie sieci - przykłady Wzór: adres IP sieci = adres IP hosta & maska Adres IP hosta: Maska sieci: Adres IP hosta: Maska: Adres sieci: Wzór: broadcast = adres IP hosta ~maska ( - bitowe OR) Maska sieci Adres IP hosta: ~Maska: Broadcast: Adres IP sieci: Zakres adresów IP: Broadcast:

24 Maska sieci Maska sieci jest adresem IP który składa się z ciągu jedynek od pewnego miejsca zaczyna się ciąg zer. Przykład: Adres który nie jest maską Stosowany zapis: Adres_IP / liczba 1 w masce. Przykład: /26 Oznacza maskę sieci: Możliwe maski sieci: Liczba hostów: Liczba hostów: Liczba hostów: Liczba hostów: Liczba hostów: Liczba hostów: Liczba hostów:

25 Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Problem CIDR opisany jest w dokumentach RFC W klasie adresowej A można zaadresować 127 sieci, w każdej sieci może być = hostów. W klasie adresowej B można zaadresować = sieci, w każdej sieci może być = hostów. W klasie adresowej C można zaadresować = sieci, w każdej sieci może być 254 hostów. Problem wzrostu liczby rekordów w tablicach routingu dla małych sieci nazywany jest routing table explosion problem. Rozwiązaniem problemu jest wprowadzenie klas CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Routing pakietów nie odbywa się do konkretnej sieci (adres sieci uzyskiwany jest poprzez endowanie adresu IP odbiorcy danych z maską) ale do klasy sieci które mają ten sam prefix IP. 25

26 Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Dla klasy C struktura adresu ma postać (adres z klasy C) (maska sieci) ============================================================ logiczne AND (prefix IP) (adres klasy C) (network mask) ============================================================ logiczne AND (prefix IP) Dla zadresowania bloku 8 adresów klasy C jednym rekordem w tablicy routingu stosuje się zapis czyli sieci o adresach (adres IP maska sieci), od do identyfikowane są za pomocą prefixu IP i maski sieci

27 Obszary między którymi odbywa się rutowanie pakietów na podstawie prefixów IP nazywają się Transit Routing Domains. TRD są identyfikowane przez unikalne prefixy IP. Implementacja CIDR w sieciach internetowych jest oparta o protokół routingy Border Gateway Protocol Version 4. Typy klas CIDR: Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Typ 1, klasy do których nie można stosować domyślnego międzydomenowego routingu those that cannot employ any default inter-domain routing. Typ 2, klasy do których można stosować domyślny międzydomenowy routingu ale wymagane jest jawnie określenie tras dla większości z przyznanych adresów IP dla sieci those that use default inter-domain routing but require explicit routes for a substantial proportion of the assigned IP network numbers. Typ 3, klasy do których można stosować domyślny międzydomenowy routingu z dodatkiem niewielkiej liczby jawnie określonych tras those that use default inter-domain routing and supplement it with a small number of explicit routes. Typ 4, klasy do których można stosować wszystkie międzydomenowe routingi wykorzystując tylko domy ślne trasy (those that perform all inter-domain routing using only default routes). 27

28 Narzędzie ipconfig Polecenie ipconfig służy do sprawdzania konfiguracji TCP/IP. Opcje polecenia ipconfig: \> ipconfig Składnia: ipconfig [/? /all /release [adapter] /renew [adapter] /flushdns /registerdns /showclassid adapter /setclassid adapter [classidtoset] ] Opcje: /? Display this help message. /all Display full configuration information. /release Release the IP address for the specified adapter. /renew Renew the IP address for the specified adapter. /flushdns Purges the DNS Resolver cache. /registerdns Refreshes all DHCP leases and re-registers DNS names /displaydns Display the contents of the DNS Resolver Cache. /showclassid Displays all the dhcp class IDs allowed for adapter. /setclassid Modifies the dhcp class id. 28

29 RFC 1166, Internet Numbers, July 1990 Klasa A adresów internetowych. 7-bitowy adres sieci, 24-bitowy adres hosta. Pierwszy highest-order bit jest równy 0. Można zadresować 128 klas sieci NETWORK Local Address Klasa B adresów internetowych. 14-bitowyadres sieci, 16-bitowy adres hosta. Dwa highest-order bits to 1-0. Można zadresowaać 16,384 klas sieci NETWORK Local Address Klasa C adresów internetowych. 21-bitowy adres sieci, 8-bitowy adres hosta. Trzy pierwsze bity adresu to Można zadresować 2,097,152 klas sieci NETWORK Local Address Klasa D adresów internetowych. Klasa adresów multicastowych. Cztery pierwsze bity (highest-order bits) to multicast address Klasa E adresów internetowych. Klasa zarezerwowana. Cztery pierwsze bity to

30 RFC 1166, Internet Numbers, July 1990 Class A Networks * Internet Address Network Reference * 0.rrr.rrr.rrr Reserved [JBP] 1.rrr.rrr.rrr-2.rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] C*3.rrr.rrr.rrr GE-INTERNET [JEB50] R 4.rrr.rrr.rrr SATNET [SHB] 5.rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] D 6.rrr.rrr.rrr YPG-NET [BWA] D 7.rrr.rrr.rrr EDN-TEMP [EC5] R 8.rrr.rrr.rrr BBNCCNET [SGC] R 9.rrr.rrr.rrr IBM [JP247] R 10.rrr.rrr.rrr ARPANET [JS283] D 11.rrr.rrr.rrr DODIIS [GEG4] C 12.rrr.rrr.rrr ATT [MH82] C 13.rrr.rrr.rrr XEROX-NET [SJ33] C 14.rrr.rrr.rrr PDN [JKR1] R 15.rrr.rrr.rrr HP-INTERNET [WU1] C 16.rrr.rrr.rrr DEC-INTERNET [BKR] 17.rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] R 18.rrr.rrr.rrr MIT-TEMP [JIS] C*19.rrr.rrr.rrr FINET [RJB3] D*20.rrr.rrr.rrr ANALYTICS [BD107] D 21.rrr.rrr.rrr DDN-RVN [MLC] D*22.rrr.rrr.rrr DSNET1 [GEG4] D 23.rrr.rrr.rrr DDN-TC-NET [DH17] Class A Networks * Internet Address Network Reference rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] R 25.rrr.rrr.rrr RSRE-EXP [DBH11] D 26.rrr.rrr.rrr MILNET [TMH6] R 27.rrr.rrr.rrr NOSC-LCCN-TEMP [RH6] R 28.rrr.rrr.rrr WIDEBAND [CJW2] D 29.rrr.rrr.rrr MILX25-TEMP [TMH6] D 30.rrr.rrr.rrr ARPAX25-TEMP [TMH6] G 31.rrr.rrr.rrr UCDLA-NET [CL64] 32.rrr.rrr.rrr-34.rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] R 35.rrr.rrr.rrr MERIT [HWB] R 36.rrr.rrr.rrr SU-NET-TEMP [VAF] 37.rrr.rrr.rrr-40.rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] R 41.rrr.rrr.rrr BBN-TEST-A [RH6] R 42.rrr.rrr.rrr CAN-INET [MV38] R*43.rrr.rrr.rrr JAPAN-A [JM292] R 44.rrr.rrr.rrr AMPRNET [PK28] 45.rrr.rrr.rrr Reserved [NIC] C 46.rrr.rrr.rrr BBNET [JSG1] R 47.rrr.rrr.rrr BNR [BM178] 48.rrr.rrr.rrr-126.rrr.rrr.rrr Unassigned [NIC] *127.rrr.rrr.rrr Loopback [JBP] Researc, Defense, Government, Commercial [SJ33] Johnson, Sharon SJohnson.pa@XEROX.COM. 30