Презентация на тему "Сетевой уровень: IP протокол"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Информационные сетиинфокоммуникационные системыи сети

  8. Газизов Тимур Тальгатович, к.т.н., доцент кафедры информатики ТГПУ

• 
  Слайд 2

  Сетевой уровень в Интернете

  На сетевом уровне Интернет можно рассматривать как набор подсетей или автономных систем, соединенных друг с другом. Структуры как таковой Интернет не имеет, но все же есть несколько магистралей. Они собраны из высокопроизводительных линий и быстрых маршрутизаторов. К магистралям присоединены региональные сети (сети среднего уровня), с которыми, в свою очередь, соединяются локальные сети многочисленных университетов, компаний и провайдеров

• 
  Слайд 3

  Интернет – набор Сетей

• 
  Слайд 4

  Протокол IP

  IP-дейтаграмма состоит из заголовка и текстовой части. Заголовок содержит обязательную 20-байтную часть, а также необязательную часть переменной длины

• 
  Слайд 5
  

  Поле Версия содержит версию протокола, к которому принадлежит дейтаграмма Поле Тип службы – единственное поле, смысл которого с годами несколько изменился. Оно было (впрочем, и до сих пор) предназначено для различения классов обслуживания (На практике сегодняшние маршрутизаторы часто вообще игнорируют поле Тип службы.) Поле Полная длина содержит длину всей дейтаграммы, включая как заголовок, так и данные. Максимальная длина дейтаграммы 65 535 байт. В настоящий момент этот верхний предел достаточен, однако с появлением гигабитных сетей могут понадобиться дейтаграммы большего размера. Поля Адрес отправителя и Адрес получателя указывают номер сети и номер хоста.

• 
  Слайд 6

  IP-адреса

  У каждого хоста и маршрутизатора в Интернете есть IP-адрес, состоящий из номера сети и номера хоста. Эта комбинация уникальна: нет двух машин с одинаковыми IP-адресами. Все IP-адреса имеют длину 32 бита и используются в полях Адрес отправителя и Адрес получателя IP-пакетов. IP-адрес, на самом деле, не имеет отношения к хосту. Он имеет отношение к сетевому интерфейсу, поэтому хост, соединенный с двумя сетями, должен иметь два IP-адреса.

• 
  Слайд 7

  Классы сетей

• 
  Слайд 8

  Полноклассовая адресация

  Форматы классов А, В, С и D позволяют задавать адреса до 128 сетей с 16 млн хостов в каждой, 16 384 сетей с 64 тысячами хостов или 2 миллионов сетей (например, ЛВС) с 256 хостами (хотя некоторые из них могут быть специализированными)

• 
  Слайд 9

  Подсети

  Вместо одного адреса класса В с 14 битами для номера сети и 16 битами для номера хоста было предложено использовать несколько другой формат – формировать адрес подсети из нескольких битов. Например, если в университете существует 35 подразделений, то 6-битным номером можно кодировать подсети, а 10-битным – номера хостов. С помощью такой адресации можно организовать до 64 сетей Ethernet по 1022 хоста в каждой (адреса 0 и -1 не используются, как уже говорилось, поэтому не 1024 (210), а именно 1022 хоста). Такое разбиение может быть изменено, если окажется, что оно не очень подходит.

• 
  Слайд 10

  Маски

  Маршрутизатор должен либо содержать таблицу из 64536 записей, либо использовать маску в паре с IP адресом, чтобы точно знать где номер сети, а где адрес маску подсети можно записать в виде 255.255.252.0. Альтернативная запись будет включать /22, показывая, что маска подсети занимает 22 бита.

• 
  Слайд 11

  CIDR – бесклассовая маршрутизация

  класс В слишком велик для большинства контор, которые устанавливают у себя сети. Исследования показали, что более чем в половине случаев сети класса В включают в себя менее 50 хостов С точки зрения маршрутизаторов, адресное пространство IP представляет собой двухуровневую иерархию, состоящую из номеров сетей и номеров хостов. Маршрутизаторы не обязаны знать номера вообще всех хостов, но им необходимо знать номера всех сетей проблема состоит в том, что сложность обработки этих таблиц растет быстрее, чем сами таблицы, то есть зависимость между ними не линейная

• 
  Слайд 12

  Марашрутизация

  Допустим, имеется набор из миллионов адресов, начиная с 194.24.0.0. Допустим также, что Кембриджскому университету требуется 2048 адресов, и ему выделяются адреса от 194.24.0.0 до 194.24.7.255, а также маска 255.255.248.0. Затем Оксфордский университет запрашивает 4096 адресов. Так как блок из 4096 адресов должен располагаться на границе, кратной 4096, то ему не могут быть выделены адреса начиная с 194.24.8.0. Вместо этого он получает адреса от 194.24.16.0 до 194.24.31.255 вместе с маской 255.255.240.0. Затем Эдинбургский университет просит выделить ему 1024 адреса и получает адреса от 194.24.8.0 до 194.24.11.255 и маску 255.255.252.0.

• 
  Слайд 13

  Пример

• 
  Слайд 14
  

  После этого таблицы маршрутизаторов по всему миру получают три новые строки, содержащие базовый адрес и маску. В двоичном виде эти записи выглядят так: Адрес Маска К: 11000010 00011000 00000000 00000000 11111111 11111111 11111000 00000000 Э: 11000010 00011000 00001000 00000000 11111111 11111111 11111100 00000000 0:1100001000011000000100000000000011111111111111111111000000000000 Теперь посмотрим, что произойдет, когда пакет придет по адресу 194.24.17.4. В двоичном виде этот адрес представляет собой следующую 32-битную строку: 11000010 00011000 00010001 00000100 Сначала на него накладывается (выполняется логическое И) маска Кембриджа, в результате чего получается 11000010000110000001000000000000 Это значение не совпадает с базовым адресом Кембриджа, поэтому на оригинальный адрес накладывается маска Оксфорда, что дает в результате; 11000010 00011000 00010000 00000000 Это значение совпадает с базовым адресом Оксфорда. Если далее по таблице совпадений нет, то пакет пересылается Оксфордскому маршрутизатору. Теперь посмотрим на эту троицу университетов с точки зрения маршрутизатора в Омахе, штат Небраска, у которого есть всего четыре выходных линии: на Миннеаполис, Нью-Йорк, Даллас и Денвер. Получив три новых записи, маршрутизатор понимает, что он может скомпоновать их вместе и получить одну агрегированную запись, состоящую из адреса 194.24.0.0/19 и подмаски: 1100001000000000000000000000000011111111111111111110000000000000 В соответствии с этой записью пакеты, предназначенные для любого из трех университетов, отправляются в Нью-Йорк. Объединив три записи, маршрутизатор в Омахе уменьшил размер своей таблицы на две строки.

• 
  Слайд 15

  NAT – трансляция сетевого адреса

  IP-адреса являются дефицитным ресурсом. У провайдера может быть /16-адрес (бывший класс В), дающий возможность подключить 65 534 хоста. Если клиентов становится больше, начинают возникать проблемы. Хостам, подключающимся к Интернету время от времени по обычной телефонной линии, можно выделять IP-адреса динамически, только на время соединения. Тогда один /16-адрес будет обслуживать до 65 534 активных пользователей, и этого, возможно, будет достаточно для провайдера, у которого несколько сотен тысяч клиентов.

• 
  Слайд 16

  трансляции сетевого адреса

  присвоении каждому клиенту (организации) одного IP-адреса (или, по крайней мере, небольшого числа адресов) для интернет-траффика. Внутри организации каждый компьютер получает уникальный IP- адрес, используемый для маршрутизации внутреннего трафика. Однако как только пакет покидает пределы здания фирмы и направляется к провайдеру, выполняется трансляция адреса.

• 
  Слайд 17

  Расположение и работа NAT блока

• 
  Слайд 18

  NAT принцип работы

  С помощью поля Порт источника мы можем решить проблему отображения адресов. Когда исходящий пакет приходит в NAT-блок, адрес источника вида 10.x.y.z заменяется настоящим IP-адресом. Кроме того, поле Порт источникаTCP заменяется индексом таблицы перевода NAT-блока, содержащей 65 536 записей. Каждая запись содержит исходный IP-адрес и номер исходного порта. Наконец, пересчитываются и вставляются в пакет контрольные суммы заголовков TCP и IP. Необходимо заменять поле Порт источника, потому что машины с местными адресами 10.0.0.1 и 10.0.0.2 могут случайно пожелать воспользоваться одним и тем же портом (5000-м, например). Так что для однозначной идентификации процесса отправителя одного поля Порт источника оказывается недостаточно. Когда пакет прибывает на NAT-блок со стороны провайдера, извлекается значение поля Порт источника заголовка TCP. Оно используется в качестве индекса таблицы отображения NAT-блока. По найденной в этой таблице записи определяются внутренний IP-адрес и настоящий Порт источникаTCP. Эти два значения вставляются в пакет. Затем заново подсчитываются контрольные суммы TCP и IP. Пакет передается на главный маршрутизатор компании для нормальной доставки с адресом вида 10.x.y.z.

• 
  Слайд 19

  аналогия с телефонным диспетчером

  У компании есть один общий телефонный номер. Когда люди набирают его, они слышат голос оператора, который спрашивает, с кем именно они хотели бы соединиться, и подключают их к соответствующему добавочному телефонному номеру. Основной телефонный номер является аналогией IP-адреса компании, а добавочные на обоих концах аналогичны портам. Для адресации портов используется 16-битное поле, которое идентифицирует процесс, получающий входящий пакет.

• 
  Слайд 20

  Как считать диапазоны

  перевод номера и маски подсети в двоичный вид По маске определить количество бит, предназначенных для адресации узлов (N) (ПОНЯТЬ ГДЕ НОМЕР ПОДСЕТИ, а ГДЕ НОМЕР УЗЛА) Общее количество адресов равно 2N Начальный адрес: в номере узла все нули Конечный адрес: в номере узла все единицы