6105 Operativsystem og nettverk Leksjon 6a Nettverkslaget: IP versjon 4 Nettverkslaget i TCP/IP Timeglassmodellen Hvorfor behøver vi IP? IP-nett, IP-adresser og nettmasker (repetisjon) Oppdeling av IP-nett, subnett IP-protokollen og IPv4-pakkeformat IPv4 nettverkskonfigurasjon og verktøy i Linux Pensum [Hallsteinsen] Kap. 5.1-5.6 Relevante lenker http://en.wikipedia.org/wiki/ipv4 http://www.youtube.com/watch?v=vmmcyls03gg 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 1
Nettverkslaget i TCP/IP OSI modell TCP/IP modellen Lag 5-7 Applikasjoner / app.protokoller FTP filoverføring POP e-post HTTP web DNS Streaming Lag 4 Transport lag TCP - Transmission Control Protocol forbindelsesorientert UDP forb.løs Lag 3 Nettverkslag (Internetlag) IPv4 IP - Internet Protocol IPv6 Lag 1 og 2 Link/linjelag Nettverk 1 f.eks. Ethernet Nettverk 2 f.eks. WLAN Nettverk 3 f.eks. UMTS 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 2
Timeglassmodellen "Alt over IP IP over alt" Applikasjonslaget HTTP SMTP SFTP POP IMAP SNMP DHCP DNS Streaming Telefoni Transportlaget TCP UDP Nettverkslaget IP Link-lag og fysisk lag Ethernet Token Ring WLAN ATM Frame Relay ISDN DSL GSM GPRS UMTS LTE Figuren er hentet fra Frode Sørensen: Innføring i nettverk, IDG Books Norge 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 3
Nettverkslaget og IP Nettverkslagets oppgaver Overføre datapakker mellom maskiner (ikke applikasjoner)» Transportlaget tar seg av overføring helt fram til applikasjonene Rute pakkene riktig/beste vei gjennom nettverket Timeglassmodellen (se forrige foil) Alt over IP» IP frakter pakker for mange ulike protokoller på høyere lag IP over alt» IP kan transportere pakker gjennom mange ulike typer underliggende (fysiske) nettverk IP kan betraktes som Internetts postvesen Alle nettverkspakker må behandles av IP Det finnes andre nettverksprotokoller også, men i dag er IP enerådende 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 4
Hvorfor behøver vi IP? Ruter WAN Ruter Ruter Ruter LAN LAN Figuren er hentet fra Frode Sørensen: Innføring i nettverk, IDG Books Norge Vertsmaskiner IP = Internet Protocol Protokoll for å overføre pakker gjennom nett-av-nett (internett) Pakkene vil passere flere nettverk og rutere mellom avsender og mottaker Prog.vare i ruterne må "forstå" IP, dvs. IP protokollen må være implementert i dem 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 5
Hvorfor behøver vi IP? Internett består av mange sammenkoblede nettverk Nettverkslaget kobler sammen flere (ulike) nettverk Kobler sammen flere LAN til et WAN Kobler sammen flere LAN med ulik teknologier på lag 1 og 2 Rutere med ett bein (nettkort) i hvert nett For å kunne transportere data til maskiner i andre nett Lenkelaget (lag 2) transporterer data bare innenfor samme LAN Rutere (lag 3) kan videresende data til et hvilket som helst nett For å kunne adressere data utenfor LAN Fysiske adresser / MAC adresser (lag 2) fungerer bare i samme LAN IP-adresser fungerer globalt i hele Internett 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 6
Hvor finner vi IP? Datamaskin Datamaskin Applikasjonsprotokoll Applikasjonsprotokoll Transportprotokoll Transportprotokoll Ruter Ruter Nettverksprotokoll Nettverksprotokoll Nettverksprotokoll Nettverksprotokoll Lenkelag Lenkelag Lenkelag Lenkelag Fysisk lag Fysisk lag Fysisk lag Fysisk lag Bjørn Klefstad Innføring i datakommunikasjon 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 7
Hvor finner vi IP? På datamaskiner (endemaskiner) Alle maskiner må ha IP-protokollen for å kunne sende og motta IP-pakker Maskiner med flere nettkort har én IP-adresse for hvert nettkort I rutere Ruterne må ha IP-protokollen for å kunne behandle IP-pakkene Høyere lags protokoller finnes vanligvis ikke i rutere» De skal kun videresende IP-pakker, ikke behandle innholdet!» Transport og applikasjonslaget er ikke involvert her! Rutere har også én IP-adresse for hvert nett de er koblet til IKKE i svitsjer Svitsjer behandler pakker (rammer) på lenkelaget og inneholder ikke IP» Kommer tilbake til dette senere i emnet. "Unntak": Svitsjer som kan administreres via webgrensenitt vil inneholde full TCP/IP stakk for administrasjon, men IP er ikke involvert i svitsingen. 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 8
IP-nett Tre IP-nett koblet sammen med en ruter: 158.45.1.4 158.45.1.1 Ruter 158.45.3.1 158.45.3.5 158.45.3.4 158.45.1.3 158.45.1.2 158.45.2.1 158.45.3.3 158.45.3.2 158.45.2.2 158.45.2.3 IP-nett 1: 158.45.1.0/24 IP-nett 2: 158.45.2.0/24 IP-nett 3: 158.45.3.0/24 Bjørn Klefstad: Innføring i datakommunikasjon, Tisip, 2008 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 9
IP-nett Med et IP-nett menes et logisk nett der alle maskiner har IP-adresser i samme adresseområde dvs. der nettadressen og nettmasken er felles for alle maskiner maskinene kan sende data til direkte til hverandre uten å gå via en ruter maskinene har felles kringkastingsdomene, dvs. de kan sende data til alle andre maskiner i nettet ved hjelp av en kringkastingsadresse Internett og WAN er satt sammen av mange IP-nett Hvert IP-nett har en unik nettadresse Rutere bruker nettadressen til mottaker når de videresender IP -pakker En bedrift / organisasjon kan ha ett eller flere IP-nett Et IP-nett kan deles i flere mindre nett subnett Et subnett er et selvstendig IP-nett 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 10
IP-adresser (repetisjon) 32 bits binære tall (4 bytes) som skrives på denne formen: som 32 bits binærtall: 10000000.00100111.11000000.00100111 som 4 desimaltall: 128. 39. 192. 39 1. byte 2. byte 3. byte 4. byte Maskinene kan få IP-adresse (og DNS-tjeners adresse) på to måter: Automatisk tildelt fra en DHCP tjener (På klientmaskiner) Manuelt konfigurert på hver maskin (På tjenermaskiner) 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 11
Nettverksmaske (repetisjon) IP-adressen består av to deler: Nettdel angir adressen til IP-nettet der maskinen er tilkoblet Maskindel - angir adressen til hver maskin i IP-nettet Lengden på hver del kan variere for ulike IP-nett Nettmasken bestemmer hvor lang nettadressen er Eksempel: Maskiner med lik nettadresse tilhører samme IP-nett. Nettmaske IP-adresse Nettdel Maskindel 128. 39. 192. 39 10000000.00100111.11000000.00100111 11111111.11111111.11111110.00000000 255. 255. 254. 0 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 12
CIDR-notasjon for IP-nett CIDR = Classless Internet Domain Routing Nettmasken kan også angis som antall 1-er bit, f.eks. slik /24 Adressen til IP-nettet på forrige foil kan da skrives slik: 128.39.192.0/23 Angir et IP nett der:» adresseområdet starter på 128.39.192.0» det er 23 1-er bit i nettverksmasken» de 23 første bitene er nettdelen» de 9 siste bitene er maskindelen, dvs. 2 9 =512 adresser i nettet» IP-adressene i nettet er 128.39.192.0 128.39.193.255 IP-nettet som brukes i det virtuelle lokalnettet i labøvingene skrives slik: 192.168.52.0/24 adresseområdet starter på 192.168.52.0 det er 24 1-er bit i nettverksmasken de 24 første bitene (3 byte) er nettadressen de 8 siste bitene (1 byte) er maskinadressen IP-adressene i nettet er 192.168.52.0 192.168.52.255 Tidligere ble IP adressene organisert i klasser Klasse A-, B-, og C-nett med faste størrelser I dag benyttes bare klasseløse nett (CIDR) Gir full fleksibilitet i hvordan IP-nettene deles opp 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 13 Class Leading bits Size of network number bit field Size of rest bit field Number of networks Addresses per network Class A 0 8 24 128 (2 7 ) 16.777.216 (2 24 ) Class B 10 16 16 16.384 (2 14 ) 65.536 (2 16 ) Class C 110 24 8 2.097.152 (2 21 ) 256 (2 8 ) Se: https://en.wikipedia.org/wiki/classful_network
Nettmasken kan ha vilkårlig lengde IP nett og nettmaske Skillet mellom nettadresse og maskinadresse kan settes hvor som helst i IP -adressen! Et IP-nett kan deles ytterligere opp (i subnett) ved å utvide nettmasken Hvis en organisasjon ønsker å dele sitt adresseområde i flere IP-nett F.eks. hvis man har svært få maskiner i hvert IP-nett» Enkelte ISPer tildeler små IP-nett med bare 4 IP-adresser til sine kunder Nettmaske desimal Nettmaske binær Maskelengde Nodeadr. IP-adresser 255.255.255.252 11111111.11111111.11111111.11111100 /30 2 bit 4 255.255.255.248 11111111.11111111.11111111.11111000 /29 3 bit 8 255.255.255.240 11111111.11111111.11111111.11110000 /28 4 bit 16 255.255.255.224 11111111.11111111.11111111.11100000 /27 5 bit 32 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 /26 6 bit 64 255.255.255.128 11111111.11111111.11111111.10000000 /25 7 bit 128 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 /24 8 bit 256 255.255.240.0 11111111.11111111.11110000.00000000 /20 12 bit 4096 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 /16 16 bit 65536 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 /8 24 bit 2 24 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 14
Oppgave IP adresser og nettmasker 1. Lovlige IP adresser i lab-nettet er 10.42.42.0 10.42.42.255 Hva blir nettverksmasken for lab-nettet? 2. Hvor mange IP-adresser er det i IP nett med disse nettverksmaskene? a) 255.255.128.0 b) 255.255.255.128 c) 255.255.255.252 d) 255.255.240.0 3. Hva blir nettmasken for disse IP-nettene? a) 10.0.0.0/7 b) 158.36.216.0/22 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 15
IP er et pakkesvitsjet nettverk datapakke ruter 7 5 8 4 2 9 6 3 1 Bjørn Klefstad: Innføring i datakommunikasjon Kalles også datagramnettverk Data overføres som separate pakker med begrenset størrelse Pakkene kan sendes (rutes) forskjellige veier gjennom nettet Rutere sørger for at pakkene sendes "beste" veg gjennom nettet 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 16
Reserverte IP-adresser Nettverksadressen Angir adressen til IP-nettet (ikke noen enkelt maskin) Alle bit i nodeadressen er 0, dvs. laveste nodeadresse i IP-nettet Eksempel: 158.45.3.0 (nettmaske 255.255.255.0) IP-kringkastingsadresse Brukes for å adressere pakker til alle maskiner i IP-nettet Alle bit i nodeadressen er 1, dvs. høyeste nodeadresse i IP nettet Eksempel: 158.45.3.255 (nettmaske 255.255.255.0) Multicastadresser Brukes for å sende pakker til flere mottakere samtidig Adresser i IP-nettet 244.0.0.0/4 er reservert for dette Brukes primært av UDP Forutsetter at rutere støtter multicastprotokollene 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 17
Private IP-adresser (repetisjon) Reserverte adresseområder Nettverk Kommentar 10.0.0.0-10.255.255.255 10.0.0.0/8 2 24 adresser 172.16.0.0-172.31.255.255 172.16.0.0/12 2 20 adresser 192.168.0.0-192.168.255.255 192.168.0.0/16 2 16 adresser 169.254.0.0-169.254.255.255 169.254.0.0/16 Link lokale adresser Private IP-adresser skal ikke brukes på Internett Dvs. ikke på maskiner/nettkort som er knyttet direkte til Internett Private IP-adresser videresendes ikke av rutere i Internett! Beregnet for bruk i "lukkede" IP-nett IP-nett som er gjemt bak en ruter, og usynlige for Internett. Ruteren gjør adresseoversetting (NAT) for pakkene rutes ut på Internett. Private IP-nett er usynlige for hverandre unngår adressekonflikt med like private adresser Private IP-adresser kan brukes "fritt" av alle. Hvorfor? "Sparer" offisielle adresser på maskiner som ikke har behov for det. Har begrenset problemet med for få adresser i IP versjon 4 Link lokale adresser (Automatisk Privat IP-adresse) Brukes til automatisk «selvkonfigurering» når DHCP eller statisk adr. ikke finnes. «Zero Configuration Network» 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 18
Oppdeling av IP-nett / adresseområder IP-nett 150.60.70.0/24 Deles opp i f.eks. 4 subnett Subnett 2 150.60.70.128/26 Subnett 3 150.60.70.192/27 Ruter Subnett 1 150.60.70.0/25 Et IP-nett kan deles i mindre subnett Hvert av subnettene blir et eget IP-nett Subnettene må knyttes sammen med en ruter Eksempel: IP-nettet 150.60.70.0/24 kan f.eks. deles i 4 subnett: Subnett 4 150.60.70.224/27 Subnett Nettadresse Nodeadresser Antall noder Subnettmaske 1 150.60.70.0/25.000-127 128 255.255.255.128 2 150.60.70.128/26.128-191 64 255.255.255.192 3 150.60.70.192/27.192-223 32 255.255.255.224 4 150.60.70.224/27.224-255 32 255.255.255.224 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 19
Oppgave ISP IP-nett 1 IP-nett 3 IP-nett 2 IP-adresser tildelt fra ISP: 128.39.1.0-31 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 20
Oppgave Din ISP har tildelt deg følgende IP-adresser: 128.39.1.0-31 Adressene skal deles i tre IP-nett» ett nett med 16 adresser» to nett med 8 adresser Nettene kobles sammen med en ruter. Bestem følgende verdier for de tre IP-nettene Nettverksadresse Nett 1 Nett 2 Nett 3 Nettverksmaske 128.39.1.0.128.192 CIDR-adresse 255.255.255.128.192.192 Ruterens IP-adresse i de tre nettene 128.39.1.0/25 /26 /26 Kringkastingsadresse for nettene 128.39.1.1.129.193 128.39.1.127.191.255 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 21
IP - Internet Protocol IP overfører data fra transportlaget Mottar datapakker (segmenter) fra TCP / UDP på transportlaget» Legger på et IP-hode (IP-header) med protokollinformasjon for IP Sender pakkene ut på nettet ved hjelp av lenkelaget (lag 2)» Linjelaget lager rammer med rammehode og hale (footer) 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 22
Repetisjon transportlaget Frakter data mellom to applikasjoner Portnummer er adresse til applikasjonene To protokoller TCP pålitelig, forbindelsesorientert UDP upålitelig, forbindelsesfri Overfører data som segmenter ved hjelp av nettverkslaget TCP: UDP:» TCP hos avsender deler datastrømmen fra applikasjonen i segmenter» TCP hos mottaker setter sammen segmentene til opprinnelig datastrøm» Applikasjonene må dele data i segmenter før de leveres til UDP 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 23
Tjenester til høyere lag IP (Internet Protocol) Upålitelig pakketjeneste (men gjør sitt beste)» garanterer ikke at pakkene kommer fram til mottaker» garanterer ikke at pakkene er feilfrie, dersom de kommer fram» garanterer ikke at pakkene kommer fram i riktig rekkefølge Forbindelsesløs» ingen logisk "forbindelse" mellom avsender og mottaker» hver pakke behandles og rutes uavhengig av andre pakker» ingen kvittering for mottatte pakker Transportlaget (eller app.laget) må sikre feilfrihet! Applikasjonene bruker ikke IP direkte, men går via TCP/UDP i lag 4 Transportlagsprotokollene må sikre feilfrihet hvis det er behov for det. 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 24
Pakkeformat i IPv4 0 15 16 31 4-bit versjon 4-bit headerlengde 8-bit type of service (TOS) 16-bit totallengde (byte) 16-bit identifikasjon 3-bit flagg 13-bit fragmentering 8-bit time to live (TTL) 8-bit protokoll 16-bit headersjekksum 32-bit avsenders IP-adresse min. 20 byte IP-hode 32-bit mottakers IP-adresse Tilleggsinformasjon (lite brukt) Nyttelast Husk: Nyttelast i IP = alt som kommer fra transportlaget TCP/UDP hode + data fra applikasjonslaget 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 25
Pakkeformat i IPv4 Versjon Angir hvilken IP-versjon som har sendt pakken (4 eller 6) Headerlengde Angir lengden på IP hodet (i antall 32 bits grupper) Viser hvor nyttelasten starter i pakken. Type Of Service Tjenestetype / kvalitet. Brukes lite i IPv4. Totallengde Angir hvor lang hele IP-pakken er i bytes. (hode + nyttelast) Max lengde: 2 16 = 65 535 bytes. Vanligst i LAN: ca. 1500 bytes. Identifikation Entydig ID for hver pakke. Benyttes hvis pakken må deles opp Flagg (fragmenteres) underveis i nettet. Se egen foil senere. Fragmentering Angir fragmentets plass (offset) i den opprinnelige IP-pakken. Time To Live (TTL) Pakkens levetid, dvs. maksimalt antall rutere som pakken kan passere. Reduseres med 1 av hver ruter. Ved 0 kastes pakken. Protokoll Tallkode som forteller hvilken høyerelagsprotokoll som har sendt pakkene (1=ICMP, 6=TCP, 17=UDP). Nødvendig for at IP på mottakersiden kan levere pakkeinnholdet korrekt. Headersjekksum Sjekksum som gir beskyttelse mot feil i IP-hodet (men ikke i nyttelasten) Må beregnes på nytt i hver ruter p.g.a. endringen av TTL feltet! Avsenders IP-adresse IP-adressen til (opprinnelig) avsender av IP-pakken Mottakers IP-adresse IP-adressen til (endelig) mottaker av IP-pakken Tilleggsinformasjon Variabelt felt for tilleggsopplysninger. Lite brukt. 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 26
IPv4-pakkehode i WireShark 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 27
IPv4 i Ubuntu Linux Vise maskinens IP-adresse: Generell skrivemåte (syntaks): $ ifconfig <interface> Eksempel: $ ifconfig eth0 Endre maskinens IPv4-adresse (midlertidig): Generell skrivemåte (syntaks): ifconfig [interface] [AF] [ipadr.] netmask [nettmaske] broadcast [kringkast.adr.] Eksempler: $ sudo ifconfig eth0 inet 10.42.42.99 netmask 255.255.255.0 broadcast 10.42.42.255 $ sudo ifconfig lo inet 127.0.0.1 Krever root-rettighet bruk sudo! 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 28
Flere IPv4-adresser på samme nettkort Linux tillater flere IP-adresser på samme nettkort Eksempel IPv4-konfigurasjon i filen /etc/network/interfaces: auto eth0 iface eth0 inet static address 10.42.42.99 netmask 255.255.255.0 network 10.42.42.0 gateway 10.42.42.1 dns-nameservers 10.42.42.5 128.39.198.39 dns-search nettlab.hit.no iface eth0 inet static address 10.42.42.98 netmask 255.255.255.0 dns-nameservers 10.42.42.5 128.39.198.39 dns-search nettlab.hit.no iface eth0 inet static address 10.42.42.69 netmask 255.255.255.0 dns-nameservers 10.42.42.5 128.39.198.39 dns-search nettlab.hit.no Kun èn default ruter fordi alle IP-adressene er i samme IP-nett /etc/init.d/networking Skript for å starte/stoppe/restarte nettverket: sudo service networking {start stop reload restart force-reload} 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 29
IPv4-verktøy i Linux ifconfig vise eller endre lokal IP konfigurasjon på maskinen Eks: ifconfig /all viser all konfigurasjonsinformasjon om alle nettkort ping Sjekker om en maskin kan nås på nettet og er i stand til å svare Eks: ping home.hit.no ber om svar fra maskinen home.hit.no route viser innholdet i maskinens lokale IP rutertabell Eks: route PRINT viser alt innhold i rutingtabellen traceroute sjekker og viser ruten fra lokal maskin til en angitt maskin Eks: traceroute home.hit.no viser alle rutere på vegen fram til maskinen home.hit.no pathping likner traceroute, men viser også statistikk over pakketap (tar lengre tid) Eks: pathping home.hit.no viser alle rutere på vegen fram til maskinen home.hit.no Tilsvarende kommandoer finnes for IPv6 se leksjon 6c 6107 Operativsystem og nettverk Jon Kvisli, HSN Nettverkslaget: IPv4 30