WIXLIB

AdresaceIPv4: Classful AddressingProblémy Classful adresovánı́ – řešenı́Subnetting, SupernettingLze přidělenou adresu sı́tě dále dělit do menšı́ch podsı́tı́?např. rozdělenı́ sı́tě dle organizačnı́ch složek v rámci jedné organizaceSubnettingLze využı́t skutečnosti, že organizace má přidělen souvislý blok adresurčité třı́dy?a snižovat tak velikost směrovacı́ch tabulekSupernettingEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201723 / 81

AdresaceIPv4: Classful AddressingClassful adresovánı́ – Subnettingstandardnı́ IP adresa poskytuje dvouúrovňovou hierarchiiadresa sı́tě a adresa uzluSubnetting zavádı́ možnost třı́úrovňové hierarchieadresa sı́tě, adresa podsı́tě a adresa uzluvyužitelné v nějaké geograficky omezené oblasti (velké organizace,univerzity, ISPs)sı́ť rozdělena na menšı́ podsı́tě (subnetworks (subnets))důležitý princip uzavřenosti:zvenčı́ (z pohledu Internetu) se jevı́ jako 1 sı́ť (1 záznam ve sm.tabulkách), podsı́tě se rozlišujı́ až na hraničnı́m směrovačitj. má pouze lokálnı́ platnost, nikoli platnost globálnı́Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201724 / 81

AdresaceIPv4: Classful AddressingClassful adresovánı́ – SubnettingEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201725 / 81

AdresaceIPv4: Classful AddressingClassful adresovánı́ – SupernettingSupernetting:pravý opak subnettingu, posouvá pomyslnou dělı́cı́ čáru mezi oběmasložkami IP adresy směrem k vyššı́m bitůmspojuje (agreguje) několik původně samostatných sı́ťových IP adresv jednu výslednoumusı́ však jı́t o sousednı́ sı́ťové adresysı́ťové IP adresy se musı́ shodovat v určitém počtu vyššı́ch bitů svésı́ťové částia musı́ vyčerpávat všechny bitové kombinace v přı́slušném počtu nižšı́chbitů (své sı́ťové části)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201726 / 81

AdresaceIPv4: Classful AddressingClassful adresovánı́ – Subnetting vs. SupernettingEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201727 / 81

AdresaceIPv4: Classful AddressingClassful adresovánı́ – Maska sı́tě/podsı́těoba způsoby vyžadujı́ mechanismus pro identifikaci bitů, kteréidentifikujı́ sı́ťv rámci subnettingu nezbytné jen na hraničnı́ch směrovačı́chv rámci supernettingu nezbytné na všech směrovačı́chvyužitý mechanismus – maska sı́tě32-bitový řetězec (v rámci IPv4)obsahuje 1 v těch bitech, které odpovı́dajı́ sı́ťové části adresy, 0 tam,kde jde o relativnı́ adresu uzlu v rámci sı́těIP adresa uzlu && maska sı́tě adresa sı́těEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201728 / 81

AdresaceIPv4: Classless AddressingPřidělovánı́ adres – Classless Addressingdo poloviny 90. let adresy přidělovány pouze v rámci třı́dnejmenšı́ počet přidělených adres – 256 (třı́da C)Classless Addressing:zobecněnı́ a rozšı́řenı́ subnettingu/supernettinguzavádı́ zcela variabilnı́ délku bloku adresy sı́těidentifikace sı́tě adresa sı́tě a maska sı́těadresy se přidělujı́ hierarchickyumožněnı́ agregace směrovánı́ (viz později) snaha o minimalizacivelikosti směrovacı́ch tabulekopodstatněnı́ subnettingu zůstáváEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201729 / 81

AdresaceIPv4: Classless AddressingClassless Addressing – Classless Inter-Domain Routing(CIDR)konvence popisujı́cı́ pravidla hry – použitı́ IP adres, významu masek,supernetting a subnettingnahrazuje původnı́ třı́dnı́ charakter IP adres (třı́dy A, B a C)IP adresy přidělovány po tzv. CIDR blocı́chvelikost CIDR bloku dána přı́slušnou maskoumožno velmi pružně přizpůsobovat snı́ženı́ tempa vyčerpávánı́ adresového prostoruDůsledek CIDRu: adresy závislé na poskytovatelipůvodně IP adresy nezávislé na způsobu jejich připojenı́zavedenı́ závislostiposkytovatel zı́skává CIDR blok, který si rozděluje dle svého uváženı́vnějšı́ směrovače směrujı́ jen na základě CIDR blokupři změně poskytovatele je potřeba sı́ť přeadresovat (přečı́slovat)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201730 / 81

AdresaceIPv4: Network Address Translation (NAT)Network Address Translation (NAT)dalšı́ mechanismus pro snı́ženı́ tempa vyčerpávánı́ adresového prostoruurčeno zejména pro domácı́ uživatelepůvodně připojováni modemy možnost dynamického přidělovánı́adresnynı́ ADSL, kabelová připojenı́ – (většinou) trvalá alokace adresčasté požadavky na přidělenı́ vı́ce IP adresřešenı́: Network Address Translation (NAT)skrývánı́ vnitřnı́ sı́tě za jednu/několik externı́ch adresv rámci vnitřnı́ sı́tě možnost využı́t mnoho internı́ch adresrezervované privátnı́ adresy (viz obrázek), unikátnı́ v rámci organizacevedlejšı́ efekt: ochrana vnitřnı́ sı́těpřeklad adres procházejı́cı́ch sı́ťovým prvkem (např. NAT směrovačem)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201731 / 81

AdresaceIPv4: Network Address Translation (NAT)Network Address Translation (NAT) – ilustraceEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201732 / 81

AdresaceIPv4: Network Address Translation (NAT)Network Address Translation (NAT) – překlad adresEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201733 / 81

AdresaceIPv4: Network Address Translation (NAT)Network Address Translation (NAT) – překlad adres II.překlad adres odchozı́ch paketů je triviálnı́překlad adres přı́chozı́ch paketů vyžaduje dodatečné informace:kterému stroji z vnitřnı́ sı́tě majı́ být data přeposlána?překladové tabulky (translation tables)Figure: Ukázka překladové tabulky.Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201734 / 81

AdresaceIPv4: Vyčerpávánı́ adresového prostoruIPv4 – vyčerpávánı́ adresového prostoruEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201735 / 81

AdresaceIPv6 adresyIPv6 adresyadresy využı́vané protokolem IPv6 (viz dále)(prozatı́m) finálnı́ řešenı́ nedostatku IP adresIPv6 adresa má 128 bitů ( 16 bajtů):2128 možných adres ( 3 1038 adres 5 1028 adres na každéhoobyvatele Země)hexadecimálnı́ zápis mı́sto dekadického (po dvojicı́ch bajtů oddělenýchznakem :)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201736 / 81

AdresaceIPv6 adresyIPv6 adresy – zkracovánı́ zápisuÚvodnı́ nuly lze ze zápisu každé skupiny vynechat:0074 lze psát jako 74, 000F jako F , . . .3210 nelze zkracovat!Sekvenci po sobě jdoucı́ch nulových skupin lze vynechat:vždy však pouze jednu sekvenci takovýchto nulových skupin!Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201737 / 81

AdresaceIPv6 adresyIPv6 adresy – hierarchiecı́lem opět usnadněnı́ směrovánı́strukturu individuálnı́ch IPv6 adres definuje RFC 3587základnı́ struktura:globálnı́ směrovacı́ prefix adresa sı́těadresa podsı́tě obvykle 16 bitů globálnı́ prefix 48 bitůprvnı́ch 16 bitů obsahuje hodnotu 200116dalšı́ch 16 bitů přiděluje regionálnı́ registrátor (RIR)dalšı́ch 16 bitů přiděluje lokálnı́ registrátor (LIR)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201738 / 81

AdresaceIPv6 adresyIPv6 adresy && CIDRIPv6 adresace je pouze classless, třı́dy neexistujı́sı́tě v IPv6 popisovány s využitı́m notace CIDR (stejně jako v IPv4)např. FDEC:0:0:0:0:BBFF:0:FFFF/60Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201739 / 81

AdresaceIPv6 adresyIPv6 adresy – typy adresIndividuálnı́ (unicast) adresy – totéž co v IPv4, identifikace jednohosı́ťového rozhranı́Skupinové (multicast) adresy – totéž co v IPv4, sloužı́ pro adresovánı́skupin počı́tačů či jiných sı́ťových zařı́zenı́data jsou vždy doručena všem členům skupinyprefix ff00::/8Výběrové (anycast) adresy – novinka v IPv6také označujı́ skupinu přı́jemcůdata se však doručı́ jen jedinému jejı́mu členovi (tomu, který je nejblı́že)broadcast adresy IPv4 protokolu se v IPv6 nevyužı́vajı́nahrazeny speciálnı́mi multicastovými skupinami (např. všechny uzlyna dané lince)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201740 / 81

Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)Struktura přednášky12345PřehledÚvodPoskytované službyInternetworkingAdresaceIPv4: typy adresIPv4: Classful AddressingIPv4: Classless AddressingIPv4: Network Address Translation (NAT)IPv4: Vyčerpávánı́ adresového prostoruIPv6 adresy6 Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)ARP protokol7 IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)ICMPIP protokol verze 6 (IPv6)ICMPv6Mechanismy pro podporu přechodu IPv4 IPv6IPv6: LiteraturaEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201741 / 81

Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2) – mapovánı́ adresmechanismus doručenı́ dat v IP sı́tı́ch – hop-by-hopvlastnı́ předánı́/doručenı́ zprávy na základě fyzických (MAC) adres2 alternativy:přı́jemce na stejné LAN jako odesı́latelIP datagram obsahuje IP adresu přı́jemce, rámec L2 vrstvy MAC adresupřı́jemcepřı́jemce na jiné LAN než odesı́latelIP datagram obsahuje IP adresu přı́jemce, rámec L2 vrstvy MAC adresusměrovačesměrovač po přijetı́ (a zpracovánı́) datagramu jej vložı́ do nového rámces MAC adresou dalšı́ho směrovače ve snaze přiblı́žit se cı́li (odtudhop-by-hop)po dosaženı́ cı́lové LAN platı́ alternativa 1 (lokálnı́ odesı́latel poslednı́směrovač)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201742 / 81

Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2) – mapovánı́ adres II. nutnost mapovánı́ IP adres na fyzické (MAC) adresystatické mapovánı́vytvořenı́ statické tabulky párů (IP adresa, MAC adresa)obtı́žně spravovatelnédynamické mapovánı́Address Resolution Protocol (ARP)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201743 / 81

Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2) – mapovánı́ adres III.Figure: Přı́padové ilustrace využitı́ ARP protokolu (hop-by-hop doručenı́).Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201744 / 81

Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)ARP protokolInterakce L3 se spojovou vrstvou (L2) – ARP protokolprotokol pro zjištěnı́ MAC adresy uzlu/směrovače na základě IP adresymechanismus:1 zaslánı́ tzv. ARP request paketu všem uzlům na dané LAN (broadcast)paket obsahuje IP & MAC adresu odesı́latele a IP adresu hledanéhouzlu2paket zpracován všemi uzly; odpovı́ jen ten, jehož IP adresa se shodujes hledanouostatnı́ paket zahodı́hledaný uzel žadateli odpovı́dá tzv. ARP reply paketemARP pakety baleny přı́mo do rámců L2 vrstvy3protokol RARP (Reverse Address Resolution Protocol)zpětný překlad MAC adres na IP adresy; již se nevyužı́váEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201745 / 81

Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)ARP protokolInterakce L3 se spojovou vrstvou (L2) – ARP protokol II.Figure: Ilustrace mechanismu operace ARP protokolu.vı́ce viz animace:http://frakira.fi.muni.cz/ jeronimo/vyuka/OsiSchool ARP.swfEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201746 / 81

IP protokolStruktura přednášky12345PřehledÚvodPoskytované službyInternetworkingAdresaceIPv4: typy adresIPv4: Classful AddressingIPv4: Classless AddressingIPv4: Network Address Translation (NAT)IPv4: Vyčerpávánı́ adresového prostoruIPv6 adresy6 Interakce L3 se spojovou vrstvou (L2)ARP protokol7 IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)ICMPIP protokol verze 6 (IPv6)ICMPv6Mechanismy pro podporu přechodu IPv4 IPv6IPv6: LiteraturaEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201747 / 81

IP protokolInternet Protocol (IP protokol)nejrozšı́řenějšı́ protokol sı́ťové vrstvydoprava dat (datagramů) na mı́sto jejich určenı́, a to i přes mezilehléuzly (směrovače) – host-to-host deliveryuzly/rozhranı́ v rámci IP protokolu jednoznačně identifikovány IPadresamivyužı́vá datagramový přı́stup k přepı́nánı́ paketů, komunikace jenespojovaná směrovánı́ (přı́štı́ přednáška)poskytuje nespolehlivou (tzv. best-effort) službudoplněn dalšı́mi podpůrnými protokoly (ICMP, ARP, RARP, IGMP)ošetřenı́ nestandardnı́ch situacı́, šı́řenı́ informacı́ potřebných kekorektnı́mu směrovánı́, identifikace rozhranı́ na LAN atd.navržen a standardizován ve dvou verzı́ch:Internet Protocol verze 4 (IPv4) – 1981, RFC 791Internet Protocol verze 6 (IPv6) – 1998, RFC 2460Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201748 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 datagramEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201749 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 datagram II.Version (VER) – verze IP protokoluHeader length (HLEN) – délka hlavičky IP datagramu (ve 4Bslovech)nezbytné kvůli poli Option (proměnná délka datagramu)Differentiated services (DS), také Type of service (TOS) – třı́dadatagramu v rámci kvality služby (QoS)nezbytné pro odlišenı́ důležitých (řı́dı́cı́ datagramy, provoz v reálnémčase) a méně důležitých datagramůpozději (konec semestru)Total length – délka celého IP datagramu (v B)max. 216 1 65535 bajtůIdentification, Flags, Offset – viz Fragmentace v IPv4, slide 55Time to live (TTL) – řı́zenı́ maximálnı́ho počtu skoků ( směrovačů) navštı́vených datagramemodesı́lacı́ uzel vložı́ čı́slo ( 2 největšı́ počet skoků mezi libovolnýmidvěma uzly)po průchodu směrovačem TTL dekrementováno o 1pokud po dekrementovánı́ platı́ TTL 0, datagram je zahozenEva Hladká(FI MU) pro zamezenı́ vzniku3. Sı́ťovábloudı́cı́chvrstvajaro 201750 / 81nezbytnédatagramů

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 datagram III.Protocol – identifikace protokolu vyššı́ vrstvy využı́vajı́cı́ho služeb IPvrstvynezbytné pro specifikaci cı́lového protokolu, kterému má být datagramdoručenforma multiplexingu/demultiplexinguidentifikátory určeny v online databázi asociace IANAnapř. 1 ICMP, 2 IGMP, 6 TCP, 17 UDP, atd.viz a Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201751 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 datagram IV.Header checksum – kontrolnı́ součet hlavičky IP datagramubez datdata (resp. transportnı́ protokoly) majı́ vlastnı́ kontrolnı́ součtyhlavnı́ důvod pro zdvojenı́:nutnost přepočı́távánı́ kontrolnı́ho součtu na směrovačı́ch dı́kyproměnlivým polı́m IP datagramu (např. TTL) počı́tánı́ kontrolnı́ho součtu jen hlavičky úspora času (data sestejně neměnı́)Source IP address, Destination IP address – 32-bitová IPv4adresa identifikujı́cı́ odesı́lacı́/přijı́majı́cı́ uzelOptions – volitelná součást IP datagramů, určeno zejména probudoucı́ rozšı́řenı́ IPv4Data – vlastnı́ přenášená dataEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201752 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 – fragmentace datagramůdatagram při cestě k cı́li procházı́ různými sı́těmine všechny sı́tě (resp. využité L2 protokoly) mohou přenášet datastejné velikostiMaximum Transfer Unit (MTU) – maximálnı́ velikost dat, které lzepřenést využitým L2 protokolemurčuje maximálnı́ velikost přenositelného IP datagramu (Total size)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201753 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 – fragmentace datagramů II.situace:zdrojový uzel chce odeslat datagram, který je většı́ než MTU výstupnı́linkysměrovač přijme datagram, který je většı́ než MTU výstupnı́ linkyřešenı́: provedenı́ tzv. fragmentace IP datagramupůvodnı́ datagram je rozdělen na několik menšı́ch datagramů (tzv.fragmenty)každý fragment zı́ská svou vlastnı́ IP hlavičku ( stane se z něj nový,plnohodnotný datagram)fragmenty na cı́lovém uzlu složeny do původnı́ho datagramu (předpředánı́m transportnı́mu protokolu)složenı́ fragmentů do původnı́ho datagramu vyžaduje:identifikaci datagramu, kterému fragmenty náležı́znalost počtu fragmentůznalost pozice každého fragmentu v původnı́m datagramuvyužitı́ polı́ IP hlavičky: Identification, Flags a OffsetEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201754 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 – fragmentace datagramů III.Identification – pole identifikuje původnı́ datagram, kterémufragmenty náležı́tj. všechny fragmenty jednoho datagramu majı́ stejné identifikačnı́ čı́sloFlags – 3-bitová hodnota:1 bit rezervovanýdo-not-fragment bit – hodnota 1 datagram nesmı́ být fragmentován(v přı́padě nutnosti generována ICMP zpráva – viz dále)more-fragment bit – hodnota 1 fragment nenı́ poslednı́mfragmentem (0 určuje poslednı́ fragment daného datagramu)Offset – relativnı́ pozice fragmentu v původnı́m datagramu13 bitů offset max. 8191 nelze pokrýt většı́ datagramy jednotka offsetu stanovena na 8 BEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201755 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 – fragmentace datagramů IV.Figure: Ukázka fragmentace 4000B datagramu do 3 fragmentů.Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201756 / 81

IP protokolIP protokol verze 4 (IPv4)IPv4 – fragmentace datagramů V.Kde se fragmentace provádı́?na zdrojovém uzluna směrovači/směrovačı́chKde se provádı́ skládánı́ fragmentů?pouze na cı́lovém uzluztráta fragmentu ztráta datagramuna směrovačı́ch nelze skládat ze dvou důvodů:zbytečná zátěž směrovačefragmenty putujı́ sı́tı́ nezávisle na sobě (tj. i jinými cestami)Možno provádět vı́cenásobnou fragmentacifragmentaci fragmentuotázka: jak bude vypadat hlavička fragmentů fragmentu?Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201757 / 81

IP protokolICMPInternet Control Message Protocol (ICMP)IP protokol poskytuje nespolehlivou (best-effort) službubez mechanismů pro informovánı́ odesı́latele o vzniklých chybáchbez podpůrných mechanismů pro zjišťovánı́ stavu sı́těInternet Control Message Protocol (ICMP)RFC 792doprovodný protokol IP protokoluposkytuje informace o chybách při přenosu IP datagramůposkytuje základnı́ informace o stavu sı́těpřestože je ICMP protokolem sı́ťové vrstvy, zprávy nejsou předáványlinkové vrstvě, ale baleny do IP protokoluhodnota pole Protocol v hlavičce IP datagramu nastavena na 1Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201758 / 81

IP protokolICMPInternet Control Message Protocol (ICMP) – hlavičkaAktuálnı́ přehled definovaných typů ICMP zpráv dostupný na ersEva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201759 / 81

IP protokolICMPInternet Control Message Protocol (ICMP) – přı́klady zprávoznamy o chybách:Destination unreachable – Destination může být protokol, port, uzelnebo celá sı́ťTime exceeded – informace o vypršenı́ TTL či informace o vypršenı́času pro znovusloženı́ fragmentů IP datagramudotazy na stav sı́tě/uzlu:Echo request/reply – požadavek na odpověďzprávy obsahujı́ část paketu, kterýzpůsobil chybuna který se váže odpověďpřı́mé využitı́ ICMP v aplikacı́ch:program ping – využitı́ ICMP Echo request/replyprogram traceroute – využitı́ ICMP Time exceeded (TTL expired)Eva Hladká (FI MU)3. Sı́ťová vrstvajaro 201760 / 81

IP protokolICMPInternet Control Message Protocol (ICMP) – omezenı́ochrana proti rekurzivnı́

Adresace IPv4: Classful Addressing P rid elov an adres { Classful Addressing Classful Addressing: zcela prvn metoda p rid elov an adres adresn prostor rozd elen do 5 t r d: t r da A: 27 s t , ka zd a z nich 224 uzl u t r da B: 214 s t , ka zd a z nich 216 uzl u t r da C: 221 s t , ka zd a z nich 28 uzl u t r da D: multicastov e adresy