Föreläsning 8 Introduktion historia protokollstacken Internet protokoll (IP) Adressering Paketformat Förmedling IPv6 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 1 Historia ARPANET föregångare till Internet US Department of Defense (DOD) Defense Advanced Research projects Agency (DARPA) Internet anses ha skapats 1969 mål: att bygga ett decentraliserat nätverk som överlever kärnvapenattacker eller andra stora katastrofer (nätverket funderar trots att en del av nätverket förstörs) 1988: Finnish University Network (FUNET) kopplas till Internet 1991: World Wide Web (WWW), första implementationen från CERN 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 2 Grundprinciper End-to-End principen flödes- och felkontroll i ändpunkterna, inte i själva nätet klienterna sköter styrningen, nätverket ansvarar för växling IP over Everything IP körs över Ethernet, pollettring, osv. annat sätt att koppla nätverk: translation Connectivity is its own reward mervärde av att koppla sig till ett globalt nätverk, som är väl utbyggt och där man kan komma åt många tjänster och nå många personer snöbollseffekt 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 3
Begrepp MTU (Maximum Transmission Unit) största möjliga paket som kan skickas över en länk klient-server-modellen (client-server model) iterativa och parallella (concurrent) servers socketar - Application Programming Interface (API) till TCP/IP datagram: benämnig för paketen som skickas i Internet (analogi telegram) oberoende av andra paket innehåller tillräckligt med information för växling 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 4 Internetprotokollens skikt tillämpning transport nät länk 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 5 Basprotokollen Internet Protocol (IP) Transport Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Domain Name System (DNS) 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 6
Andra protokoll Gruppkommunikation (multicast) Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) Internet Group Management Protocol (IGMP) Fel- och kontrollmeddelanden Internet Control Message Protocol (ICMP) kommandot ping använder ICMP eko kommandot traceroute utnyttjar ICMP Resursreservering, RSVP Address Resolution Protocol (ARP) används för att få Ethernetadressen från IP adressen Reverse Address Resolution Protocol (RARP) används för att få IP addressen från Ethernet adressen 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 7 Länkskiktet (1/2) Uppgifter: skicka och ta emot IP datagram skicka och ta emot ARP paket skicka och ta emot RARP paket TCP/IP stöder flera olika länktekniker: Ethernet pollettring SLIP PPP 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 8 Länkskiktet (2/2) Ethernet använder adresser med 48 bitar Ethernetpaketen har en CRC i slutet MTU 1500 Serial Line IP (SLIP) för att koppla maskiner i hemmet till Internet över modem Point-to-Point Protocol (PPP) ett mer utvecklat protokoll än SLIP 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 9
Nätverkskiktet (1/3) Internet Protocol (IP) förflytta datagram genom en mängd nätverk kopplade till varandra otillförlitlig datapaketförmedling arbetshästen i nätet Globalt unika adresser 32 bitar för närvarande i IP version 4 10000000 01000000 00100000 00010000 skrivs som 127.64.32.16 128 bitar i kommande IP version 6 skivs hexadecimal i sextonbitars grupper: 891A:F23:19AB:0:0:0:0:3C en sträng av nollor kan ersättas av :: 891A:F23:19AB::3C IPv4 adresser skivs efter förleden ::FFFF: eller :: 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 10 Nätverkskiktet (2/3) Adressen består av två delar Mest signifikanta bitar: nätidentitet används för att välja väg för datagrammet från nät till nät Minst signifikanta bitar: värddator identitet används för att peka ut mottagardator på destinationsnätet brytpunkten godtycklig! svårt för en väljare att veta hur många bitar som ska användas för vägvalet 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 11 Nätverkskiktet (3/3) IP adresserna delas in i klasser (hierarkisk adressrymd) Subnet masks: används för att ytterligare dela upp addressrymden loopbackaddressen: 127.0.0.1 i IPv4 privata adresser (t. ex nät 10) för intern användning, bör inte synas i publika Internet Unicast: sändning till en address Broadcast: sändning till alla mottagare på en länk multicast: sändning till flera mottagare anycast (IPv6): sänd till den närmaste servern av en viss typ 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 12
20 oktetter Paketformat (1/2) 0 4 8 16 19 31 Vers. HL Tjänstetyp Identifikation Flg Längd Fragment position Livstid Protokoll Sändaradress Kontrollsumma Mottagaradress Optioner Fyllning 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 13 Paketformat (2/2) Huvud består av: versionsnummer (4 för IPv4) längd på huvudet (anger antalet ord på 32 bitar) tjänstetyp: minimera fördöjning, maximal kapacitet, maximal pålitlighet, minimera kostnaden paketets totala längd (maximalt 65535) Identifikation Flaggor och Fragment Position: används för fragmentering Livstid (Time-To-Live, TTL) Protokoll: definierar transportprotokoll kontrollsumma för huvudet adresser Network byte order = Big Endian 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 14 Fragmentering Om paketet är större än MTU på någon länk, måste datagrammet delas Paketet sätts ihop i ändpunkten Identifikationen samma i varje fragment flaggorna berättar om det kommer flera fragment Fragment positionen berättar positionen för fragmentet i det ursprungliga datagrammet 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 15
IPv6 (1/2) utgånsgpunkt: IPv4 har fungerat bra, IPv6 bör byggas enligt samma filosofi de största ändringarna: ökad adressrymd 128 bitar långa adresser anycast adresser enklare huvud minska processeringskostnaden för elementära IP paket begränsa huvudets bandbreddskostnad 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 16 IPv6 (2/2) bättre stöd för optioner och extensioner all extra processering sker medelst extensioner effektivare fortskickning (forwarding) mindre krav på längden för optioner flexibilitet: lättare att introducera nya optioner 64-bit inpassning detta tillsammans med förutsägbara huvudlänger gör växlingen mer effektiv datasäkerhet IPsec obligatoriskt att implementera stöd för flöden paket som hör till ett visst flöde märks ämnat för realtidstrafik 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 17 Paketformat version 6 (1/3) 40 oktetter 0 4 16 24 31 Vers. Prio Lastens längd Flödesidentifikation Sändaradress Nästa huvud Hoppgräns 1 2 3 Mottagaradress 7 10 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 18
Paketformat version 6 (2/3) Versionsnummer (6 för IPv6) Prioritet för paket från samma sändare Trafikklass och flödesidentifikation: används för ett speciellt flöde, tänkt att användas för att stöda realtidstrafik Lastens längd: Huvudet har en fast längd, så vi behöver endast veta lastens längd 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 19 Paketformat version 6 (3/3) Nästa huvud: för paket som kräver special behandling läggs extensioner - nya huvud - in efter grundhuvudet Hoppgräns: motsvarar IPv4 livstid adresser ingen kontrollsumma 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 20 Jämförelse av huvuden (1/2) IPv4 huvudlängd behövdes, optionerna kunde vara av variabel längd IPv6 huvudlängd fast, inget längdfält behövs Ingen tjänstetyp i IPv6 Prioritet: önskad leveransprioritet för paketet i förhållande till andra paket från samma sändare prioritet och flödesidentifikation i IPv6 ämnade för realtidstrafik Fragmentering i IPv6 fragemteringsekstension fragmentering endast mellan ändpunkterna inga fält relaterade till fragmentering i bashuvudet 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 21
Jämförelse av huvuden (2/2) Längd för nyttolast i IPv6, Total längd i IPv4 Nästa huvud i IPv6 motsvarar Protokollfälter i IPv4 Hoppgräns i IPv6 motsvarar Livslängd i IPv4 bättre term semantiskt ingen kontrollsumma i IPv6 minskad processeringskostnad för huvudet risk för att oavslöjade fel leder till felaktigt vägval minimal, underliggande enkapsulerinsmekanismer har kontrollsummor (t ex Ethernet) längre adresser i IPv6 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 22 Extensioner (1/2) Hop-by-hop huvudet valbar tilläggsinformation, måste undersökas i varje nod på vägen Växlingshuvudet sändarbaserat vägval (source routing) Fragmenteringshuvudet fragmentering mellan ändpunkterna Destinationsoptioner valbar tilläggsinformation, måste undersökas enbart i destinationen 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 23 Extensioner (2/2) Extensionerna relaterade till säkerhet (AH, ESP) Ett paket kan innehålla flera ekstensioner rekommenderad ordning för extensionerna specifierat i IPv6 dokumenten 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 24
Exempel IPv6 header TCP header Next header = + data TCP IPv6 header Routing header Fragment header TCP header Next header = Next header = Next header = + data Routing Fragment TCP 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 25 Andra ändringar Autokonfiguration en maskin utför automatiskt konfigurationsprocessen för anslutning till Internet Plug and Play dynamiska adressförändringar och användning av flera adresser samtidigt önskvärt i vissa situationer Autokonfiguration inte en del av IPv4 idag existerar dock DHCP (stateful autoconfiguration) 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 26 Tillståndsfri autokonfiguration IPv6 introducerar tillståndsfri autokonfiguration (stateless autoconfiguration) börja med att ansluta sig till all nodes multicast group (adress FF02::1) sänd ett förfrågningsmeddelande (solicitation message) (ICMP) till all routers adressen (FF02::2) router tillkännagivande sänds tillbaka till nodens länknivå adress Adressen som skall användas måste vara unik: neighbor discovery is used 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 27
Paketförmedling Växling: kopplingsinformation: växlingsstabell vägval uppdateringsalgoritm för växlingsstabellen, samt protokoll för detta Mottagaradressen jämförs bit för bit med lagrade nätidentiteter längden inte känd i förväg om ingen identitet stämmer skickas paketet på en förbestämd väg 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 28 Växling (1/3) Självständigt nät (Autonomous system, AS) avskiljer skilda administrativa enheter: varje enhet kan kontrollera en grupp nätverk och routrar ISP, universitet, stora företag fördelar mindre växlingstabeller i basnätverket mindre växlingstabeller i det lokala nätverket isolerar nätverksproblem Växlingstabellstorlek i basnätverket idag kring 105 000 nätidentiteter 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 29 Växling (2/3) Olika former av protokoll distansvektorprotokoll länktillståndsprotokoll (link state protocol) Växling inom ett självständigt nät: Routing Information Protocol (RIP) baserad på Bellman-Ford-Fulkerson algoritmen Open Shortest Path First (OSPF) Dijkstras algoritm Växling mellan självständiga nät Border Gateway Protocol (BGP) 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 30
Problem i Internet tillväxten: IPv4 addressrymden håller på att ta slut har lett till användning av Network Address Translators (NAT) NAT bryter mot end-to-end principen växlingstabellerna växer (routing explosion) Classless InterDomain Routing (CIDR) för att underlätta problemen en kontinuerlig del av addressrymden delas ut till en ISP Växling: route storms route loops 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 31 Trender Tillämpningar baserade på WWW och Java stöd för mobilitet (Mobile IP) standardisering för tillfället frusen tills säkerhetsproblemen fixats säkerhetsaspekter Elektronisk handel? stöd för multimedia RTP (Real Time Transport Protocol) SIP (Session Initiation Protocol) 11/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 32