[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Protokoły warstwy sieciZAGADNIENIA• jakie funkcje pełni protokół IP?• Jak zbudowany jest nagłówek pakietu IP?• Do czego słuŜy tablica routingu?• Do czego słuŜą protokoły routingu?• Jakie są przykładowe protokoły routingu i jak działają?• Jak działa rozsyłanie grupowe informacji?1. Protokół IPProtokół IP (InternetProtocol)jest odpowiedzialny za przesyłanie pakietów międzyuŜytkownikami sieci. Jest protokołem bezpołączeniowym, co oznacza,Ŝew trakcie transmisjinie sprawdza się poprawności pakietów przesyłanych przez sieć. Nie ma zatem gwarancji ichdostarczenia, poniewaŜ mogą one zostać po drodze zagubione lub uszkodzone.Podstawowymi funkcjami protokołu IP są:- określanie i tworzenie struktury pakietu,- określanie schematu adresowania logicznego I P,- kierowanie ruchem pakietów w sieci.IP jest protokołem zawodnym. Jedynym kryterium pozwalającym sprawdzić poprawnośćprzesyłania jest suma kontrolna nagłówka zawarta w polu „Suma kontrolna". JeŜeli w trakcietransmisji został odkryty błąd, to pakiet jest niszczony przez stację, która wykryła niezgodność.W takim przypadku nie maŜadnychpowtórek transmisji i kontroli przepływu danych.Nagłówek protokołu IP jest wykorzystywany do transportu danych między urządzeniemźródłowymi docelowym.Budowanagłówka pakietujest pokazana na rysunku 1.1 bajtWersjaDł. Nagł.IdentyfikacjaCzas życiaProtokółAdres źródłowyAdres docelowyOpcjeDaneRys. l. Budowa nagłówka protokołu IPUzupełnienie2 bajtTyp usługFlagi3 bajt4 bajtPrzesunięcie fragmentuSuma kontrolnaCałkowita długość pakietuPakiet IP składa się z nagłówka oraz danych. Ze względów technicznych pakiet ten zostałprzedstawiony w formie tabelarycznej, po 32 bity (4 bajty) w rzędzie, w rzeczywistości tostrumień bitów przedstawionych w sposób ciągły.Poszczególne pola pakietu mają następujące znaczenie:1. Wersja(VERS) - pole 4-bitowe określające typ protokołu IP. Jeśli jest tam wpisana wartość4 oznacza to wersję czwartą protokołu. Jeśli jest tam wartość 6 oznacza to IPv6. RozróŜnianiepomiędzy pakietami wersji 4 i 6 jest przeprowadzane juŜ przy analizowaniu ramki warstwydrugiej poprzez badanie pola typu protokołu.2. Długośćnagłówka (HLEN) - pole 4 bitowe określające długość datagramu wyraŜoną jakowielokrotność słów 32 bitowych.3. Typ usługi(TOS ang. Type-of-Service) - 8-bitowe pole określające poziom waŜności jakizostał nadany przez protokół wyŜszej warstwy. Znaczenie poszczególnych bitów tego pola jestnastępujące: pierwsze 3 bity: wartość 0 - stopień normalny, wartość 7 - sterowanie sieciączwarty bit - O - prośba o krótkie czasy oczekiwania piąty bit - S - prośba o przesyłanie danychszybkimi łączami szósty bit P - prośba o duŜą pewność przesyłania danych bity 6, 7 nieuŜywanecałkowita długość - pole 16-bitowe.14. Długość całego pakietuwyraŜona w bajtach. W celu uzyskania długości pola danych naleŜyodjąć od długości całkowitej długość nagłówka. Wartość minimalna wynosi 576 oktetów zaśmaksymalna 65535 oktetów, tzn. 64 kB5. Identyfikacja- 16 bitowe pole uŜywane do określania numeru sekwencyjnego bieŜącegodatagramu.6. Flagi- 3 bitowe pole. Pierwszy najbardziej znaczący ma zawsze wartość 0. Kolejneznaczące bity sterują fragmentacją (0- oznacza, czy pakiet moŜe zostać podzielony nafragmenty, 1 - nie moŜe być podzielony). Trzeci bit oznacza: ostatni pakiet powstały w wynikupodzielenia (jeśli ma wartość 1) lub pakiet ześrodka0.7. Przesunięcie fragmentu- 13-bitowe pole słuŜące do składania fragmentów datagramu.8. CzasŜycia(TTL, ang. Time To Live) - 8-bitowe pole określające liczbę routerów(przeskoków), przez które moŜe być przesłany pakiet. Wartość tego pola jest zmniejszana o 1przy przejście przez kaŜdy router naścieŜce.Gdy wartość tego pola wynosi 0, wtedy pakiet takijest odrzucany. Zasada ta pozwala na stosowanie mechanizmów zapobiegających zapętlaniu siętras routingu. - Maksymalna wartość tego pola wynosi 255, co oznacza,Ŝena trasie pakietu niemoŜe być więcej niŜ 255 routerów.9. Protokół- 8-bitowe pole określające, który z protokołów warstwy wyŜszej odpowiada zaprzetworzenie pola Dane.10. Suma kontrolna nagłówka- 16-bitowe pole z sumą kontrolną nagłówka pozwalającąstwierdzić, czy nie nastąpiło, naruszenie integralności nagłówka. Ze względu na fakt,ŜekaŜdyrouter dokonuje zmian w nagłówku musi ona być przeliczona na kaŜdym z routerów.11. Adres IP nadawcy- 32-bitowe pole z adresem IP nadawcy pakietu12. Adres IP odbiorcy- 32-bitowe pole z adresem IP odbiorcy pakietu13. Opcje- pole to nie występuje we wszystkich pakietach.14. Uzupełnienie(Wypełnienie) - pole to jest wypełnione zerami i jest potrzebne,Ŝebydługośćnagłówka była wielokrotnością 32 bitów (patrz-> Długość nagłówka15. Dane- pole od długości do 64kB zawierające dane pochodzące z wyŜszych warstw.Warstwa sieciowa odpowiada za wybranie optymalnej trasy, po jakiej będzie przesyłanykaŜdy pakiet. JeŜeli odbiorca znajduje się w tej samej sieci, pakiet będzie wysłany bezpośredniodo niego. W przeciwnym razie musi być przekazany do bramy łączącej sieci.Decyzję o wyborze trasy podejmuje router na podstawie adresu IP urządzenia docelowego,umieszczonego w nagłówku pakietu, oraz na podstawie informacji posiadanych w tablicyroutingu. W tablicy tej router przechowuje informacje o wszystkich sieciach, do których jestw stanie wysyłać pakiety. JeŜeli w tablicy routingu nie ma adresu docelowego, umieszczonegow nagłówku pakietu, router moŜe wysłać pakiet, korzystając z trasy domyślnej (jeŜeli zostałazdefiniowana) lub pakiet jest kasowany.Przykładowa tablica routingu pokazana jest na rysunku 2.R4# show ip routeCodes: C - eonnected, S - static, I - IGRP? R - RIPr M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX -EIGRP external; O - OSPF, IA - OSPF inter area NI - OSPF NSSA extemał type l, N2 -OSPF NSSA extemal type 2 El - OSPF exteraal type l, E2 - OSPF extemal type 2, E - EGP i- IS-IS, LI - IS-IS level~l? L2 - IS-IS level~2, * - candidate default U - per-user static route, o-ODRGateway of last resort is not set[1] C 10.77.0.0/16 is directly connected, Ethernet0[2] C 10.80.0.0/16 is directly connected, Ethernet0[3] C 10.5.0.0/16 is directly connected E&ernet0[4] C 10.125.0.0/16 is directly cortnected, Ethernet0[5] C 10.1.0.0/16 is directly connected Ethernet0[6] R 192.168.5.0/24 [120/3] via 192.168.6.1 00:00:13, Serial0[7] R 192.168.LO/24 [120/3] via 192.168.6.1 00:00:13, Serial0[8] R 192.168.2.0/24 [120/3] via 192.168.6.1 00:00:13, Serial0[9] R 192.168.3.0/24 [120/3] via 192.168.6.1 00:00:13, Serial0R4#Rys. 2 Przykładowa tablica routingu2Z tablicy tej wynika,Ŝepakiet adresowany do sieci 10.77.0.0/16 zostanie wysłany za pomocąinterfejsu Ethernet0, a pakiety adresowane do sieci 192.168.1.0/24 wysyłane będą interfejsemSerial0.2. Protokoły routinguInformacje o trasach w tablicach routingu mogą być wprowadzane statycznie przezadministratora, lecz wymaga to duŜo czasu i rekonfiguracji wszystkich routerów w przypadkuzmian w sieci. Routery mogą równieŜ uczyć się tras w sposób dynamiczny. W tym celukorzystają z protokołów routingu do wymiany między sobą informacji o trasach lub topologiisieci. Na podstawie tych informacji ustalane są optymalne trasy prowadzące do poszczególnychsieci i umieszczane w tablicy routingu. Przykładami protokołów routingu są RIP, OSPF, IGRP,EIGRP.2.1. Protokół RIP(RoutingInformation Protocol)jest protokołem wykorzystującym algorytmwektora odległości(distance-vector). Ze względu na niskie wymagania sprzętowe moŜe byćuŜywany przez wszystkie routery. Router, na którym jest uruchomiony protokół RIP, wysyła doswoich bezpośrednich sąsiadów zawartość swojej tablicy routingu w określonych, stałychprzedziałach czasu, standardowo co trzydzieści sekund. Router po przyjęciu aktualizacji odsąsiada porównuje ją z własną tablicą routingu i w razie konieczności uaktualnia ją. W tablicyroutingu znajdują się najlepsze trasy do wszystkich sieci. Jako miarę jakości trasy (metrykę) wprotokole RIP przyjęto liczbę przeskoków (hops) między routerami, jakie pakiet musi wykonać,aby dotrzeć do celu. Gdy router przyjmie uaktualnienie tablicy routingu, które zawiera nowe lubzmienione informacje o trasach, to dodaje jedynkę do wartości metryki wskazanej wuaktualnieniu i wpisuje zmianę do tablicy routingu. Adresem następnego przeskoku jest adres IPnadawcy. Liczba przeskoków jest ograniczona do 15. Dlatego RIP nie moŜe być stosowany wbardzo duŜych sieciach. RIP dobrze spełnia swoje zadanie w sieciach jednorodnych, to znaczytakich, w których wszystkie łącza mają jednakową przepustowość.2.2. Protokół OSPF(OpenShortest Path First)jest, podobnie jak RIP, protokołem otwartym,co oznacza,Ŝejego specyfikacja jest ogólnie dostępna. Protokół OSPF jest protokołem routingustanu łącza (link-state), wykorzystującym algorytm SPF (algorytm Dijkstry) do obliczanianajkrótszychścieŜek.Metryką w protokole OSPF jest koszt, który jest powiązany zprzepustowością łączy (im większa przepustowość, tym niŜszy koszt). Protokół OSPF jestprzeznaczony do duŜych sieci. Sieć taka moŜe być podzielona na obszary. Routery w danymobszarze, na których uruchomiono protokół OSPF, wymieniają się wzajemnie krótkimikomunikatami LSA (Link State Advertisement). Na podstawie tych komunikatów kaŜdy routerzbiera informacje o całej topologii obszaru, a następnie za pomocą algorytmu SPF obliczanajlepsze trasy do wszystkich sieci. KaŜdy obszar musi być dołączony do obszaru O(szkieletowego), co pozwala na połączenie sieci w jedną całość. Zmiany dokonane w jednym zobszarów nie powodują konieczności uruchomienia algorytmu SPF w pozostałych obszarach.ObliczanieścieŜekw poszczególnych obszarach jest łatwiejsze i wymaga mniejszego nakładuobliczeniowego. Ze względu na konieczność dokonywania skomplikowanych obliczeń protokółOSPF ma większe wymagania sprzętowe niŜ RIP.2.3. Protokół IGRP(Interior-GatewayRouting Protocol)i jego następca EIGRP (ExtendedIGRP) zostały opracowane przez firmę CISCO. IGRP, podobnie jak RIP, jest protokołem typudystans-wektor, ale wykorzystuje jako metrykę róŜne kombinacje czterech miar: opóźnienia,szerokości pasma (przepustowości), obciąŜenia i niezawodności. Protokół jest zastępowanyprzez EIGRP. EIGRP posiada cechy algorytmów routingu z wykorzystaniem wektora odległościi według stanu łącza. Protokół EIGRP do wyznaczania tras stosujealgorytm DUAL(Diffusing-Update Algorithm).Jest on zalecany do stosowania przez CISCO.Współcześnie liczba routerów w sieci internet jest tak duŜa,Ŝe Ŝadenz nich nie byłby w stanieprzechowywać tras do wszystkich sieci. Aby temu zapobiec i ułatwić zarządzanie w internecie,wprowadzono hierarchię routingu. Największą jednostką w hierarchii jest system autonomicznyAS (AutonomousSystem),który jest zbiorem sieci pod wspólną administracją, z ustaloną3wspólną strategią routingu. System AS moŜna podzielić na pewną liczbęobszarów(areas),które są grupami sąsiednich sieci i przyłączonych hostów. Poszczególne obszary sprzęgająroutery graniczne obszaru (areaborder routers).Router graniczny utrzymuje oddzielną dlakaŜdego obszaru bazę danych o topologii.2.3.1. Protokoły routingu wewnętrznegoIGP (InteriorGateway Protocol):RIP, OSPF, IGRPi EIGRP. Protokoły te mogą działać wewnątrz systemu autonomicznego.2.3.2. Protokoły routingu zewnętrzneEGP (ExteriorGateway Protocol):protokół BGP.Wykorzystywane są do ustalania tras między systemami autonomicznymi.3. Rozsyłanie grupowe informacjiNormalna komunikacja z wykorzystaniem protokołu IP odbywa się między jednymnadawcą i jednym odbiorcą (nie licząc pakietów rozgłoszeniowych). Dla niektórych aplikacjijest uŜyteczne wysyłanie informacji jednocześnie do wielu odbiorców, takie aplikacje to np.giełdowe informacje dla brokerów, połączenia konferencyjne, odbieranie audycji radiowych itelewizyjnych za pośrednictwem internetu.Rozgłaszanie grupowe(multicasting) jest technologią opierającą się na następującychzasadach:- Routery obsługujące transmisję przekazują pakiety multicastowe do danej sieci tylko wtedy,gdy w tej sieci znajduje się przynajmniej jeden członek konkretnej grupy multicastowej.Pojedynczy host moŜe być członkiem jednej grupy lub większej ich liczby.- Komputery do powiadomienia routera o członkostwie w danej grupie lub o jego rezygnacjiwykorzystują protokółIGMP(InternetGroup Management Protocol).Hosty zgłaszają zapomocą IGMP swoje członkostwo w grupie multicastowej do dowolnego sąsiadującegoroutera multicastowego.- Komputery mogą być odbiorcami, nadawcami lub pełnić obie te funkcje jednocześnie wdanej grupie multicastingowej.Dane przesyłane są na specjalne adresy multicastowe określające grupę, która jestzainteresowana konkretnym typem danych. Wszystkie multicastowe adresy IP mieszczą sięw zakresie od 224.0.0.0 do 239.255.255.255. Zakres ten określa tylko grupę odbiorców,nadawcy posiadają zawsze adres unicastowy.Zakres adresówklasy D(multicast)a).224.0.0.0 do 224.0.0.255-zakres adresów zarezerwowane dlaprotokołów w sieciachlokalnychi nie mogą być przekazywane przez routery, np. adresy 224.0.0.5 i 224.0.0.6wykorzystywane są przez protokół routingu OSPF do przesyłania informacji międzywszystkimi routerami.b).224.0.1.0 do 238.255.255.255-zakres adresów globalnych, które mogą byćwykorzystywanedo multicastingumiędzy organizacjami oraz przez internet. Część z nich jest zarezerwowanadla niektórych aplikacji, np. 224.0.1.1 dla protokołu NTP (NetworkTime Protocol).c).239.0.0.0 do 239.255.255.255-zakres adresów o ograniczonym zasięgu, przeznaczonymdlagrup lokalnychlub jednej organizacji. Więcej informacji o adresach IP znajduje się wSieci komputerowe - adresy IPv4W routerze protokół IGMPśledzi,do których sieci naleŜy wysyłać transmisje grupowe, napodstawie przynaleŜności hostów do grup. KaŜdy router okresowo odpytuje swoje sieci, abysprawdzić, czy dostarczanie danych grupowych nadal jest wymagane. Kontrola ta odbywa się zapomocą zapytań o członkostwo hosta, które kierowane są pod zarezerwowany adres IP224.0.0.1. Hosty przynaleŜące do grup odpowiadają na ten komunikat raportem, którego adresdocelowy odpowiada wymaganemu adresowi grupowemu. Przyłączenie do grupy odbywa sięprzez transmisje pakietu IGMP -Host Membership Report.Pakiet ten zawiera adres IPpoŜądanej grupy. Przyłączenie hosta do grupy obejmuje dwa procesy u klienta:• host powiadamia router,Ŝechce przyłączyć się do odpowiedniej grupy,• host wiąŜe dynamicznie IP z adresem grupowym zarezerwowanym dla danej aplikacji orazz zarezerwowanym adresem Ethernet.Host, który podłączy się do nowej grupy multicastowej, ma obowiązek wysłać natychmiastowy4raport do tej grupy, bez czekania na zapytanie od routera. Aby korzystać z transmisjimulticastowych, naleŜy dysponować odpowiednią aplikacją obsługującą ten rodzaj transmisji.4. Protokół ICM PŚciślezwiązany z protokołem IP jest protokół ICMP (InternetControl Message Protocol)Protokół IP, jako bezpołączeniowy, nie posiada mechanizmów informowania o błędach wfunkcjonowaniu sieci IP oraz diagnostyki sieci. Do tego celu jest przeznaczony protokół ICMP.UmoŜliwia on przesyłanie między komputerami lub routerami informai o błędachwystępujących w funkcjonowaniu sieci IP.Najczęściej uŜywanymi poleceniami korzystającymi w protokołu ICMP sąping i tracert.Pingjest to program uŜywany w sieciach komputerowych działających na podstawie protokołuTCP/IP, słuŜący do diagnozowania połączeń sieciowych. Pozwala na sprawdzenie, czy istniejepołączenie między hostem testującym i testowanym, oraz na określenie jakości połączenia przezpomiar liczby zgubionych pakietów oraz czasu potrzebnego na ich transmisję. Ping wysyłapakietyŜądaniaechaICMP (EchoRequest)i odbiera odpowiedzi naŜądanieecha ICMP (EchoReply).Jako argument dla polecenia ping moŜna podać adres IP lub nazwę domenowąkomputera testowanego (rys. 3).Rys. 3. Działanie programu pingKomputery powinny odpowiadać naŜądanieecha, lecz większość współczesnychprogramów typu firewall blokuje ten proces, w konsekwencji czego moŜemy nie otrzymaodpowiedzi, mimoŜeistnieje połączenie między hostami.Program tracert (w systemach Linux program nazywa się traceroute) jest przeznaczonydośledzeniatrasy, po jakiej są przesyłane pakiety w sieci. Program ten wysyła pakietŜądaniaecha z polem TTL(Time To Live)ustawionym na kolejne wartości, od l do 30 Wartość TTLjest zmniejszana przy przechodzeniu przez kolejne routery na trasie. JeŜeli pole TTL osiągniewartość 0, pakiet jest kasowany przez router. Router dodatkowo wysyła za pomocą protokołuICMP informację zwrotną o błędzie. Komputerźródłowyuzyskuje bezpośrednio po wysłaniuŜądaniao wartości l, adres IP pierwszego routera na trasieW następnym pakiecie pole TTL ma wartość 2, co powoduje,Ŝepierwszy router zmniejszy tęwartość do l, a drugi router zmniejszy TTL do O i skasuje pakiet, wysyłając komunika5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
© 2009 Po zniszczeniu przeszłości przyszedł czas na budowanie przyszłości. - Ceske - Sjezdovky .cz. Design downloaded from free website templates