Computer Networks. IP

Retele de calculatoare

Protocolul IP (continuare)
Sabin-Corneliu Buraga
busaco@infoiasi.ro
http://www.infoiasi.ro/~busaco

Sabin-Corneliu Buraga 2006/2007 – www.infoiasi.ro/~busaco/ [1]


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 gazde
stiind adresa IP se numeste rezolutia adresei
(address resolution) – protocolul ARP
• ARP e protocol de tip broadcast (fiecare masina primeste
cererea de trimitere a adresei fizice, raspunde doar
cea in cauza – masina proprietar)
• nu se utilizeaza pentru fiecare datagrama IP
(masinile memoreaza adresa fizica)
– procesul invers este numit rezolutia inversa
a 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 procesate
de software-ul IP, nu de procesele utilizatorului
• tipuri de mesaje:
– 8 Echo Request
– 0 Echo Reply
– 3 Destination Unreachable
– 5 Redirect (schimbarea rutei)
– 11 Time Exceeded
– 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): “Datagrama
e mai lunga decit MTU”/“Este setat bitul DF”
– Cerere/raspuns pt. masca (address mask request or
reply): “Care e masca de retea pt. 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)bytes
64 bytes from 192.168.0.13: icmp_req=0 ttl 255 time=2.351 msec
5 packets transmited, 5 packets received, 0%packets lost
round-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)bytes
5 packets transmited, 5 packets received, 0%packets lost
round-trip min/avg/max/mdev=0.386/0.401/0.412/0.045
– Parametrul ttl e decrementat cu 1,
fiindca datele au trecut printr-un router
• timpii de raspuns sint mai mari


Protocolul ICMP
• Utilizat de comanda traceroute
– Se trimite un pachet cu TTL=1 (un hop)
– Primul router ignora pachetul si trimite inapoi
un mesaj ICMP de tip “time-to-live exceeded”
– Se trimite un pachet cu TTL=2 (2 hop-uri)
– Al doilea router ignora pachetul si
trimite inapoi un mesaj ICMP de tip
“time-to-live exceeded”
– Se repeta pina cind se primeste raspuns
de la destinatie sau s-a ajuns la numarul
maxim de hop-uri


Protocolul ICMP
(infoiasi)$ /usr/sbin/traceroute thor.info.uaic.ro
traceroute to thor.info.uaic.ro (193.231.30.225),
30 hops max, 38 byte packets
1 main (10.0.0.1) 0.169 ms 0.298 ms 0.494 ms
2 radio.gw.boss.ro (192.78.2.1) 59.848 ms 47.262 ms 36.410 ms
3 172.21.2.33 (172.21.2.33) 48.212 ms 38.417 ms 57.333 ms
4 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 ms
9 thor.info.uaic.ro (193.231.30.225) 52.658 ms 47.383 ms 55.906 ms



.... ...0 = ECN-CE: 0
-Frame 8 (98 on wire, 98 captured)
Total length: 84
Arrival time: may 2, 2002 09:59:07.7720
Identification: 0x0000
Time data from previous packet:
-Flags: 0x04
1.999963 seconds
.1.. = Don’t fragment: Set
Frame number: 8
Adresa fizica ..0. = More Fragments: Not set
Packet length: 98 bytes
placa de retea Fragment offset: 0
Capture Length: 98 bytes
Time to live: 64
-Ethernet II
Destination: 00:00:21:d7:a7:98 Protocol ICMP (0x01)
Source: 00:00:21:de:b8:58 Header checksum: 0xb83b (correct)
Type: IP (0x0800) Source: 192.168.0.14 (192.168.0.14)
-Internet Protocol Destination: 192.168.1.15 (192.168.1.15)
Version 4 -Internet Control Message Protocol:
Header length: 20 bytes Type: 8 (Echo (ping) request)
-Differentiated Services Field: Code: 0
0x00 (DSCP 0x00:Default;ECN:0x00) Checksum: 0x2005 (correct)
0000 00.. = Differentiated Services Identifier: 0xa02d
Codepoint: Default (0x00) Sequence number: 06:00
.... ..0. = ECN-Capable transport (ECT):0 Data (56 bytes)

Anatomia unui cadru incapsulind informatii IP (un pachet ping ICMP)


Verificarea conectivitatii
• Administrarea retelei implica in primul rind
testarea conectivitatii fizice intre gazde
– Testarea NIC-ului (adresei fizice a placii de retea):
ifconfig
– 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
– Testarea serviciilor software (e.g., FTP, Web,…)


Verificarea conectivitatii
(infoiasi)$ /sbin/ifconfig
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 00:02:55:6D:0D:AE
inet addr:193.231.30.131 Bcast:193.231.30.159 Mask:255.255.255.224
inet6 addr: fe80::202:55ff:fe6d:dae/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:24214771 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:27335649 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:848130338 (808.8 Mb) TX bytes:1804062269 (1720.4 Mb)

lo Link encap:Local Loopback
inet addr:127.0.0.1 Mask:255.0.0.0
inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1
RX packets:8510680 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:8510680 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:0
RX 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 datagramele
continind 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 rescrie
adresele 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 mari
dimensiuni
– 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 lungime
de 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:A007:1111:3090
8000:1000::0B47:A007:1111:3090


IPv6

• ICMPv6
– Ofera functiile ICMP (raportarea transmiterii
datelor, erorilor etc.), plus:
• Descoperirea vecinilor (Neighbor Discovery)
– inlocuieste ARP (Address Resolution Protocol)
• Descoperirea multicast a ascultatorilor
(Multicast Listener Discovery) – inlocuieste
IGMP (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 trimis
la o alta gazda
• Gazda sursa trimite la un router, folosind adresa
hardware (MAC) a acestuia, un pachet continind
adresa de retea a gazdei destinatie
• Routerul examineaza adresa de retea a destinatarului,
iar daca nu cunoaste unde sa trimita pachetul
il va distruge
• Altfel, va modifica adresa continuta de pachet in
adresa hardware 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.


Procesul
de 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 continind
informatii de dirijare
• Rute catre gazde specificate
• Rute spre retele specificate
• O ruta implicita
– Se pot folosi si echipamente speciale: routere


Rutare
• Un router creaza o cale logica intre retele

• O aplicatie rulind pe gazda 1.1 nu trebuie sa cunoasca
drumul 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
– Rutarea ≡ gasirea drumului de cost minim
de la un nod sursa la un nod destinatie
– Tipuri de rutare
• globala – drumul de cost minim poate fi
determinat avind disponibile toate informatiile
despre retea – alg. folosind starea legaturii
• descentralizata – drumul de cost minim este
determinat in mod iterativ, distribuit (nici un nod
nu poseda informatii complete despre costurile
legaturilor din retea) – alg. cu vectori distanta


• Rutare folosind starea legaturii
Rutare
– Topologia retelei & costurile
tuturor legaturilor sunt cunoscute
– Fiecare nod difuzeaza prin broadcast identitatile si costurile
tuturor legaturilor de la acel nod la altele
– Un nod trebuie sa cunoasca doar identitatile & costurile
nodurilor vecine
– Rutarea este rezolvata de algoritmul lui Dijkstra
(determinarea drumului de cost minim)
• A: nodul sursa de la care calculam drumul minim la celelalte noduri
• c(i,j): costul legaturii de la i la j
c(i,j)=infinit daca i si j nu sunt direct conectate
• D(v): costul drumului de cost minim de la nodul sursa la nodul v
• p(v): nodul ultim (vecin cu v) al drumului de cost minim
de la nodul sursa la nodul v
• N: numarul nodurilor drumului de cost minim deja determinat
– Algoritm folosit de protocolul OSPF


• Rutare folosind starea legaturii
Rutare
Initializare:
N = {A}
Pentru toate nodurile v
Daca v e adiacent cu A
Atunci D(v) = c(A,v)
Altfel D(v) = infinit

Repeta
Gasim un w ∉ N pentru care D(w) e minim
Introducem w in multimea N
Actualizam D(v) pentru toate nodurile v adiacente cu w,
neapartinind lui N:
D(v) = min ( D(v), D(w) + c(w,v) )
Pina cind toate nodurile apartin lui N


Rutare
• Rutare cu vectori distanta
– Fiecare nod primeste informatii de la nodurile vecine,
realizeaza calcule si distribuie rezultatele inapoi la vecinii
directi – 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 cunoscind
tabela de distanta a nodului
– Algoritmul de rutare este algoritmul Bellman-Ford
– Problema: intreruperea unei legaturi intre 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 routerele
unei retele locale
– Redirectarea ICMP
– Folosirea unui daemon de rutare
• Rutarea dinamica
– Ruterele comunica intre ele informatii despre rute
– Tabelele de rutare se schimba conform informatiilor
date de routere
– Se realizeaza folosind mai multe protocoale


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



Rutare
• Problema: conform alg. cu vectori distanta, la fiecare
actualizare a rutelor, tabelele de rutare trebuie trimise
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 routerul trimite actualizari de rute folosind
o anumita interfata de retea, ele nu vor fi expediate
retelelor ale caror rute au fost invatate din actualizari
primite via acea interfata


Rutare|exemplu
(infoiasi)$ netstat -rn
Routing tables
Destination Gateway Flags Refcnt Use Interface
140.252.13.65 140.252.13.35 UGH 0 0 eth0
127.0.0.1 127.0.0.1 UH 1 0 lo0
default 140.252.13.33 UG 0 0 eth0
140.252.13.32 140.252.13.34 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 tabela
de routare a routerului – la fiecare 30 sec.
– O intrarea tabelei de routare 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 min.


Rutare|RIP
– Daca o informatie de rutare se modifica (o legatura
sau un router pica), propagarea acestei schimbari
are loc foarte lent – RIP sufera de convergenta
lenta
A B C

– 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?


Rutare|RIP
– Formatul unui pachet RIP versiunea 2 (1994)

– RIP este matur, stabil, larg suportat, simplu
– Indicat pentru sisteme autonome de dimensiuni
reduse fara rute redundante


Rutare|OSPF
• Open Shortest Path First
– RFC 1247
– Fiecare router cunoaste starea intregii topologii
de retea (algoritm folosind starea legaturii)
– Traficul poate fi distribuit pe rute
cu costuri egale: load balancing
• Dirijare dupa tipul serviciilor (TOS)
– Convergenta mai rapida
– Ofera suport pentru folosirea mai multor tipuri
de metrici



Rutare|OSPF
– Opereaza intr-o ierarhie de entitati de retea:
• Sistemul autonom (AS) – colectie de retele
care partajeaza aceeasi strategie de dirijare
• Un AS e divizat in arii – grupuri contigue de
retele si gazde; fiecare arie poate contine routere
care mentin informatii topologice pentru fiecare
arie (area border routers)
• Domeniul – portiune de retea pentru care
routerele au aceeasi informatie privitoare la
topologia ariei
• Coloana vertebrala (backbone) – responsabila
cu distributia informatiilor de routare intre arii



Rutare|OSPF
• Open Shortest
Path First

Un AS si ariile sale
conectate via routere



Rutare|OSPF
– Routerele de tip
area border
invata rutele
exterioare folosind
protocoalele:
• Exterior
Gateway
Protocol (EGP)
• Border
Gateway
Protocol (BGP)



Rutare|EGP
• Exterior Gateway Protocol
– Utilizat pentru comunicarea intre routere
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 problema
comunicarii intre sisteme autonome diferite
prin intermediul unui tert sistem autonom
– Conectarea intre sistemele autonome
se 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?


Computer Networks. IP

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Computer Networks. IP

Similar to Computer Networks. IP (20)

More from Sabin Buraga

More from Sabin Buraga (20)

Computer Networks. IP