DIG IN TO Nätverksteknologier
CCNA 1 Nätverksskikt
Agenda Host-till-host kommunikation IPv4 protokoll förbindelselös IPv4 protokoll otillförlitlig leverans IPv4 protokoll media oberoende Styrinformation i IP header IPv4 Exhaustion och IPv4 Depletion IPv4 begränsningar IPv4 adresser IPv4 och IPv6 header IPv4 och IPv6 adresser IPv4 routing 2
Host-till-host kommunikation Nätverksskiktet tillhandahåller tjänster för kommunikation över ett/flera nätverk. Nätverksskiktet använder fyra grundläggande processer: Adressering Inkapsling Vägval (Routing) Kapsling av L3 Protokoll IPv4 och IPv6 IPX AppleTalk CLN/DECNet Data Segment Packet Frame 01001100011 Data Segment Packet Frame 01001100011 3
IPv4 protokoll Nätverksskiktets tjänster genomförs av Internet Protocol. IPv4 är för närvarande den mest använda versionen av IP, men också IPv6 är i bruk. IP har utformats som ett protokoll med få funktioner och därmed bär låg styrinformationsmängd (overhead). IP erbjuder endast funktioner som är nödvändiga för paketleverans från avsändaren (source) till destinationen. 4
IPv4 protokoll - otillförlitligt Varken avsändaren eller mottagaren är medvetna om varandra. IP-protokollet tillhandahåller otillförlitliga tjänster, det innebär: mindre styrinformationsmängd i paket-header att hantera. Inga fel-kontroll på dataöverföringar Inga övervakningar av dataströmmar Inga bekräftelser av paketleveranser därmed inga återsändningar mindre leveransförseningar därmed snabba paketleveranser Det kan dock leda till fel. TCP eller andra protokoll hjälper till med säkerhetsfunktioner 5
IPv4 protokoll media oberoende IPv4 och IPv6 arbetar oberoende av transmissionsmedier. Det åligger OSI Datalänkskiktet att förbereda ett IP-paket för sändning genom olika transmissionsmedier. Men transmissionsmedier designas till en viss MTU. Paket kan tas bort I vissa fall kan en mellanliggande enhet, vanligtvis en router, behöva utföra paketfragmentering. DATA 6
Styrinformation i IP header Version: 0100 = 4 (IPv4); 0110 = 6 (IPv6) IHL Header Length: ger kombination 8421=1111=15; 15x4 = 60 byte max; 0101 = 5; 5x4 = 20 byte min (no options), vanligt värde 5 eller 6 dvs. 20 eller 24 byte. Type of Service: (8 bits) binärt värde som indikerar bl a paketets prioritet och andra kvalitativa tjänster. Packet Length: (16 bits) anger paketets längd inklusive dess header. 7
Styrinformation i IP header Identification: (16 bits) identifierar fragment av ett paket. Flag: (3 bits) R, DF, MF MF flaggan talar om att ett visst paket har fragmenteras och flera paketfragment följer. DF flaggan indikerar att fragmenteringen av paketet inte är tillåtet. Fragment Offset: (13 bits) identifierar den ordning i vilken paketfragment placeras i återuppbyggnaden. 8
Styrinformation i IP header Time-to-Live: anger paketets livslängd under överföringen. TTL-värdet minskar med minst ett varje gång paketet bearbetas av en router (vid varje hopp). Protokoll: indikerar protokollet som ska hantera inkapslade data (data payload). Exempelvärden är: 01 ICMP; 06 TCP; 17 UDP osv. Header Checksum: fältet används för felkontroll i pakethuvudet. 9
Styrinformation i IP header Om vi använder en nätverksanalysator exempelvis Wire Shark ser vi i IP-header en sekvens av hexadecimala siffror, till exempel sekvensen: 45000056b1ae40003506586b58831e68c0a803f5. För att öka tydligheten separeras siffrorna i grupper av fyra. Eftersom varje siffra kodas med 4 binära bitar, ett par av siffror utgör 1 byte. 10
Styrinformation i IP header 4500 0056 b1ae 4000 3506 586b 5883 1e68 c0a8 03f5 IP version 4 (4500 0056) IHL mäts i 32-bitars ord (4500 0056, 5 4 byte=20 byte) Nästa byte är ofta just 00 och representerar fältet Service Type (4500 0056). Fältet används för att kunna skilja olika trafiktyper. Packet längd (0056) anger paketets storlek inklusive header 0x16^3 + 0x16^2 + 5 16^1 + 6 16^0=0+0+80+6=86 byte 11
Styrinformation i IP header 4500 0056 b1ae 4000 3506 586b 5883 1e68 c0a8 03f5 Identifikation (b1ae 4000 ) är en identitet som används bland annat vid fragmentering. Flaggor, 3 bitar är reserverade för flaggor (RR-DF-MF). Dessa tre flaggor tillsammans med offset värdet (13 bitar) bildar två byte. Värdet 4 (b1ae 4000) betecknas binärt 0100 och det innebär att flaggan DF är satt (0100), därmed paketet får inte fragmenteras. Fragment offset består av 13 bitar 4000 i binär 0100 0000 0000 0000. 12
Styrinformation i IP header 4500 0056 b1ae 4000 3506 586b 5883 1e68 c0a8 03f5 TTL värdet motsvarar antal router ska ett paket kunna passera innan paketet tas bort från nätverket. 3506 586b, 3 16^1 + 5 16^0=53 IP protokollet kan inte hantera mer än 255 routerhopp, fältet är åtta bitar stort. Protokoll (3506 586b, 06=TCP) tolkas som TCP inkapslad i IP Header Checksumma (3506 586b ) används för att kunna detektera fel i IP-headern. 13
Styrinformation i IP header 4500 0056 b1ae 4000 3506 586b 5883 1e68 c0a8 03f5 Source IP adress (5883 1e68 c0a8 03f5 = 88.131.30.104) 58 = 0101 1000 = 64 + 16 + 8 = 88 83 = 1000 0011 = 128 +3 =131 1e = 0001 1110 = 16 + 8 + 4 + 2 =30 68 = 0110 1000 = 64 + 32 + 8 = 104 Destination IP adress (5883 1e68 c0a8 03f5 =192.168.3.245 c0 = 1100 0000 = 128 + 64 = 192 a8 = 1010 1000 = 128 + 32 + 8 = 168 03 = 0000 0011 = 3 f5 = 1111 0101 = 128 + 64 + 32 + 16 + 4 + 1 = 245 14
IPv4 Exhaustion Countdown plan Process i vilken tilldelas IPv4 adresser från reserver. ARIN fram till 2016-06-01 Fas 1 (2011-02, /8 tilldelning) fas 2 (2012-09, /8 last 3 reserver) fas 3 (2013-08, /8 sista reserv) fas 4 (2014-04) LACNIC fram till 2019-10 Fas 0 (2013-10, /9 tilldelning) fas 1 (2014-05, /10 reservtilldelning) fas 2 (2014-06, /10 3 reservtilldelning) fas 3 (2017-02, /10 reservtilldelning) RIPE NCC 2018-05-13 15
IPv4 Depletion RIPE NCC Stage I RIP NCC fortsätter tilldela IPv4 adresser i enlighet med gällande policy Stage II RIPE NCC fortsätter till IPv4 adresser Stage III RIPE NCC tilldelar sista /8 IPv4 adresser Stage IV - RIPE NCC tilldelar endast IPv6 adresser 2011 2012 2012 2018 2018-05-13 16
IPv4 begränsningar Depletion inte längre tilldelas IPv4 adresser, endast undantag Routing-tabellens storlek växer och växer med fler och fler nätverksenheter, mer routing information att hantera, längre tid att dirigera nätverkstrafik. NAT var skapad för att tillåta privata adresser deltar på Internet, men end-to-end kommunikationsteknik är inte lätt att implementera. 2018-05-13 17
IPv4 adresser IP adresser är hierarkiska, består av nätverk och host. Nätverksdelen är gemensamt för alla datorer i ett nätverk. Nätverksdelen kallas också PREFIX (antal nätverksbitar). Nätmasken separerar delarna. IP adresser kan konfigureras statiskt IP adresser kan konfigureras dynamiskt 192 168 10 0 255 255 255 0 192 168 10 10 1100 0000 1010 1000 0000 1010 0000 1010 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 1100 0000 1010 1000 0000 1010 0000 0000 DHCP 2018-05-13 18
IPv4 och IPv6 header IPv4 är 32 bitar bredd och IPv6 64 bitar Varje rad i IPv4 innehåller 32 bitar eller 4 byte, 5 x 4 = 20 byte Varje rad i IPv6 innehåller 64 bitar eller 8 byte, 5 x 8 = 40 byte. Source och Destination adresser är bägge på 128 bitar eller 16 byte 2018-05-13 19
IPv4 och IPv6 header Till skillnad från IPv4 har IPv6 en Main header och flera Extension header. Gul: samma fält för bägge protokoll Mörk blå: försvinner Ljus blå: byter namn och placering Grönt: ny fält i IPv6 2018-05-13 20
IPv4 och IPv6 adresser Många, jätte många IPv6 adresser General Electric 3.0.0.0/8 IBM 9.0.0.0/8, Hewlett Packard 15.0.0.0/8 Apple 17.0.0.0/8, Ford Motor 19.0.0.0/8 9 253 125 201 8 bitars grupp 16 bitars grupp 2001 : 0DB8 : 85A3 : 08D3 : 1319 : 8A2B : 0370 : 7334 2018-05-13 21
CCNA 1 Nätverksskikt Routing
Klientens beslut Datatrafik genereras av klientenheter och då behöver varje klient ta ett beslut: Local host or Remote host? Klientenheten jämför sin egen nätverksadress och destinationens med hjälp av nätmasken och AND funktion. 239.12.5.45 REMOTE 221.125.55.5 LOCAL 239.12.5.15 REMOTE 221 125 55 5 1101 1101 0111 1101 0011 0111 0000 0101 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 1101 1101 0111 1101 0011 0111 0000 0000 221 125 55 0 239 12 5 0 2018-05-13 23
Default Gateway Nätverkshanterare som kan vidarebefordra IP-paket till andra nätverk. Nätverkshanterare som har flera interface uppkopplat till olika nätverk. När klienter behöver skicka IP-paket till mottagare som tillhör andra nätverk skickar paketet till Default Gateway. Nätverkshanterare eller router har en lista på flera väg till olika destinationer. Routes Direct Remote Direkt anslutet Direkt anslutet Direkt anslutet 2018-05-13 24
Direkt anslutna nätverk När routers interface IP-konfigureras och aktiveras skapas det poster i routing-tabellen markerade med bokstaven C och L C identifierar nätverksadressen till vilket ett specifikt interface är uppkopplat till. L identifierar den lokala IP-adressen ett interface har konfigurerats med. 2018-05-13 25
Sammanfattning Nätverksskiktets främsta uppgift är att dirigera data från avsändare till destinationen oberoende av signaltyp. IP erbjuder endast nödvändiga funktioner för paketleverans. IP routing garanterar inte tillförlitlig leverans och inte heller upprättar en anslutning innan data överförs. Varken avsändaren eller mottagaren är medvetna om varandra. Fel i dataöverföringen och andra säkerhetsfunktioner hanteras av andra protokoll som till exempel TCP. IPv4 och IPv6 arbetar oberoende av transmissionsmedier. Klienten avgör om destinationsnätverks är lokalt eller avlägsen. 26