Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

4 2 1 Протоколи IP (частина 1)

701 views

Published on

Відкритий лекційний курс "Промислові мережі та інтеграційні технології" 4.1.1.Протоколи IP (Частина 1)
Обговорення http://asu.in.ua/viewtopic.php?f=194&t=1052
Обговорення Ethernet та TCP/IP підняв http://replace.org.ua/topic/4773/ і http://dou.ua/forums/topic/13492/

Published in: Software
  • Be the first to comment

4 2 1 Протоколи IP (частина 1)

  1. 1. Промислові мережі та інтеграційні технології Протоколи IP (для спеціаліста АСУТП) Частина 1 реєстрація fieldbus_book@ukr.net автор і лектор: Олександр Пупена (pupena_san@ukr.net) зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 1
  2. 2. Стек TCP/IP 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 2 • 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?
  3. 3. Спрощена модель роботи стеку TCP/IP 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 3 • 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?
  4. 4. Типи сервісів (на різних рівнях мережі) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 4 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)
  5. 5. Об'єднання мереж 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 5 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.
  6. 6. Маршрутизатори 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 6 - 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?
  7. 7. Сегментація мережі 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 7 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)
  8. 8. Мережний рівень OSI 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 8 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
  9. 9. Протоколи IP та допоміжні протоколи мережного рівня 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 9 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)
  10. 10. Протоколи IPv4 та IPv6 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 10 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.
  11. 11. Адресація в стеці TCP/IP 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 11 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
  12. 12. IP Datagram (IPv4) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 12
  13. 13. Адресація IP (IPv4) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 13 • 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)
  14. 14. Адресація на базі фіксованої границі (RFC760*) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 14 Не використовується в IPv4! 193.28.200.10 C1.1C.C8.0A 11000001.00011100.11001000.00001010 * RFC – документи з технічними специфікаціѐми та стандартами длѐ Інтернету від IETF/ISOC (спільнота Інтернету) • адреса ділитьсѐ на фіксовані 2 частини: номер мережі (підмережі), номер вузла • всі мережі маять фіксовану максимальну кількість вузлів, погана масштабованість номер мережі номер вузла
  15. 15. Адресація на базі класів (класова адресація, RFC791*) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 15 * RFC – документи з технічними специфікаціѐми та стандартами длѐ Інтернету від IETF/ISOC (спільнота Інтернету) • 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)
  16. 16. Адресація на базі масок (RFC 950, RFC 1518*) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 16 * RFC – документи з технічними специфікаціѐми та стандартами длѐ Інтернету від IETF/ISOC (спільнота Інтернету) • 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
  17. 17. Особливі IP адреси 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 17 • 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?
  18. 18. Розподіл IP-адрес в Інтернеті 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 18 • 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
  19. 19. Приватні IP-адреси 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 19 • 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)?
  20. 20. Ручне налаштування IP (Windows) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 20 на один мережний інтерфейс можна привѐзати декілька пар IP - маска
  21. 21. Перегляд налаштувань: приклад граф. вікна (Windows) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 21
  22. 22. Перегляд налаштувань: ipconfig/all приклад (Windows) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 22
  23. 23. Зв'язок IP з апаратною адресою Ethernet 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 23 • 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?
  24. 24. ARP-таблиця та утиліта arp (Windows) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 24 • 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)
  25. 25. Протокол ARP (в Ethernet) 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 25 • 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)
  26. 26. Кадр ARP та сервіс gratuitous 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 26 • 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
  27. 27. продовження - Частина 2 28.04.2015 NET - IP pupena_san@ukr.net 27

×