Internet protocol (IP) adres. IP: begrippen, configuratie en beheer. MAC-adressering

Transcriptie

1 Internet protocol (IP) adres IP: begrippen, configuratie en beheer MAC-adressering IP-adressen en routering Tools: toekennen (ifconfig) en statische routing (route) Beheer: ping, netstat, traceroute IP: netwerk-onafhankelijk protocol : verzenden van datapakket van A naar B echter geen betrouwbare dienst, daarvoor moet het TCP protocol zorgen. IP adres: een opeenvolging van 4 bytes opgedeeld in twee delen: { het eerste deel identificeert het netwerk, het tweede deel specificeert de op dat netwerk. In het IP-protocol wordt een hiërarchische adressering gebruikt. Class A:0 net(7) (24) Class B:10 net(14) (16) Class C:110 net(21) (8) Class D:1110 multicast groepen(28) MAC-adressering Fysieke laag, bijv. Ethernet: Media Access Layer adres Adres van de netwerkkaart: 48 bits lang bijv. 00:50:ba:ac:55:15 Broadcast adres: 48 bits die allemaal op 1 staan een pakket dat als bestemmeling het broadcast-adres heeft, komt aan bij alle systemen op het lokale netwerk Een netwerkkaart haalt een pakket van het netwerk: MAC-adres van het eigen systeem als bestemmeling bestemmeling is het broadcast-adres multi-casting versturen van pakketten naar groepen van machines promiscuous mode: alle pakketten, ongeacht de bestemming (netwerksniffers) Elke computer heeft op het LAN twee adressen: het IP-adres nodig voor het InterNet niveau het MAC-adres dat alleen binnen het eigen LAN gebruikt wordt Leggen van de koppeling tussen een IP-adres en bijbehorend MAC-adres: ARP Toekennen van adressen Internet router A B C Y X P geen één-op-één correspondentie tussen IP-adres en systeem: per netwerkinterface is er één IP-adres; een router heeft dus minstens twee IP-adressen elk netwerk heeft zijn eigen IP-netwerkadres: de IP-routeringsprogrammatuur gaat er van uit dat machines met eenzelfde IP-netwerkadres zich op dezelfde fysieke kabel bevinden wat juist het IP-netwerkadresgedeelte, is wordt aangegeven door de subnetmask het is niet aan te raden om meerdere IP-netwerkadressen te gebruiken in één fysiek netwerk (omwille van IP-routeringsprogrammatuur) Q

2 IP: broadcasting Normaal heeft een IP-pakket als bestemming één computer. Broadcasting: techniek om een IP-pakket te richten aan alle systemen binnen een bepaald netwerk: een lokale broadcast: adres is met alle bits op 1 hiermee worden alle systemen binnen het eigen netwerk (inclusief het eigen systeem) aangesproken een directe broadcast: adres is gelijk aan het netwerknummer en alle overige bits gelijk aan 1; zo n adres staat voor alle systemen binnen het aangegeven netwerk: spreekt alle machines in het netwerk aan pakketten met een IP-adres van deze vorm kunnen gerouteerd worden: men kan er alle systemen binnen een ander netwerk mee aanduiden hiervoor is wel nodig dat de tussenliggende routers het broadcast-pakket doorgeven Een toepassing: verbinding maken met een boot-server. Subnetting Organisatie met drie netwerken die elk relatief klein zijn: verspilling van klasse C IP-netwerkadressen. Subnetting: meerdere netwerken maken gebruik van één IP netwerkadres. Machinegedeelte: splitsen in een subnetwerknummer en het eigenlijke machinenummer: bits subnet nummer 3 bits nummer 5 bits Voorbeeld: Internet router A B C Y X Broadcast-adres voor het subnet is P Q Speciale IP-adressen het loopback-netwerk: het netwerk 127: hierin is meestal slechts één aanwezig met adres , dat het eigen systeem aangeeft. Gebruik: om servers te benaderen die op het eigen systeem draaien. het adres kan als afzenderadres gebruikt worden om de eigen machine aan te duiden; dit kan alleen in boot-situaties gebruikt worden. adres is geen geldig bestemmingsadres; in veel implementaties wordt het wel gebruikt om de default route aan te duiden. het adres : lokale broadcast het gedeelte gelijk aan 255: directe broadcast Private Internets kunnen door elke organisatie vrij gebruikt worden: A-klasse: tot B-klasse: tot C-klasse: tot Deze adressen worden op het Internet niet gerouteerd. Om verbinding met het Internet te realiseren: NAT of Network Address Translation. Netwerkmasker Alle machines in een netwerk moeten weten of er al dan niet van subnetting gebruikt gemaakt wordt. Het IP-adres kan computer met nummer 33 in het netwerk aanduiden of kan nummer 1 zijn in het subnet 32. Het netwerkmasker : welk deel van het IP-adres voor het netwerknummer en welk deel voor het subnetnummer gebruikt wordt: met : klasse C zonder subnetting met : klasse B zonder subnetting met : klasse B met subnetting: subnetnummer van 8 bits en een machinenummer van 8 bits met : klasse B met subnetting: subnetnummer van 6 bits en een machinenummer van 10 bits met : klasse C met subnetting: subnetnummer van 3 bits en een machinenummer van 5 bits

3 Problemen: Classless InterDomain Routing bijna geen klasse-b adressen meer beschikbaar; klasse-c adres meestal te klein omvang van de routeringstabellen van de core routers; groepjes van klasse-c adressen toekennen maakt dit nog erger. Oplossing: netwerk-prefix : voorste bits in een IP-adres lengte niet beperkt tot 8, 16 of 24 bits, maar variabel tussen 13 en 27 bits Voorbeeld : /27 : een reeks van 32 adressen in een klasse-c adres notatie /27 geeft de lengte van het prefix aan; met zo n CIDR adres kunnen dus 8 verschillende organisaties van een IP-netwerkadres voorzien worden; elk netwerk kan 30 computers bevatten. Routering: de routes naar meerdere netwerken kunnen in routeringstabellen samengevat worden: /8 alles tussen en /16 alles tussen en /22 alles tussen en Broadcast: ARP/RARP frame Hardware type = 1 (10Mb Ethernet) Protocol type = 0806 (IP) Length of hardware address = 6 bytes Length of protocol address = 4 bytes Opcode 1 (ARP request) Sender s hardware address = A03 Sender s protocol address = [ ] Target hardware address = Target protocol address = [ ] 18 bytes frame padding In de aanvraag is het hardware adres van de bestemmeling gelijk aan 0: de aanvrager kent op dat moment dit adres niet. Antwoord: ARP/RARP frame Hardware type = 1 (10Mb Ethernet) Protocol type = 0806 (IP) Length of hardware address = 6 bytes Length of protocol address = 4 bytes Opcode 2 (ARP reply) Sender s hardware address = C Sender s protocol address = [ ] Target hardware address = A03 Target protocol address = [ ] 18 bytes frame padding In het antwoord is dit uit nullen bestaande hardware adres vervangen door het MAC adres. A Y B Address Resolution Protocol Bij inkapseling van een IP-pakket in een fysiek pakket, is het nodig om het MAC-adres van de ontvanger in te vullen. Hoe kan de zender (A) op basis van het IP-adres van de ontvanger (B) het MAC-adres van de ontvanger te weten komen? Mogelijke oplossing: een tabel (bestand) met de correspondentie tussen IP-adressen en MAC-adressen. Nadeel: statisch en elk systeem op het netwerk moet zo n tabel hebben veel werk bij toevoegen van een systeem of veranderen van netwerkkaart Praktische oplossing: ARP 1. A zet een MAC-broadcast-frame op het netwerk: wat is het MAC-adres van de met IP-adres B? 2. elke machine op het lokale netwerk ontvangt dit pakket en verwerkt dit 3. slechts één machine antwoordt, degene die zich aangesproken voelt, en dat is B. verschillende LAN s Zender A en ontvanger B zitten op een verschillend netwerk, met ertussen een router R: A X 1. Zender A doet een broadcast voor het MAC-adres van router R. 2. IP-pakket van A naar B wordt ingekapseld in een Ethernet pakket met bestemmeling het MAC-adres van R. 3. Router R doet een broadcast voor het MAC-adres van bestemmeling B. 4. Router R verandert in het Ethernet pakket de zender (zijn MAC-adres) en de bestemmeling (MAC-adres van B). 5. In het ingekapselde IP-pakket wordt de TTL met 1 verlaagd en het geheel wordt doorgestuurd naar B. Merk op: IP-header: adressen van oorspronkelijke zender en uiteindelijke bestemmeling fysieke header: afzender en bestemming van de huidige stap R B Z

4 ARP-cache ARP is eenvoudig een flexibel: een nieuwe in een netwerk wordt vanzelf ontdekt. Nadeel: vertraging op het verzenden van ht IP-pakket: eerst moet een ARP-vraag/antwoord afgehandeld worden (mbv. een broadcast) Oplossing: ARP-antwoorden worden door elke een tijdje (< 0.5u) bijgehouden ARP is een protocol dat automatisch ingeschakeld wordt en onzichtbaar zijn werk doet. Soms is het nuttig om de ARP-cache toch met de hand te manipuleren. Voorbeeld: twee s in eenzelfde netwerk hebben toevallig een zelfde IP-adres toegewezen gekregen. Wanneer één van de twee s zijn IP-adres wijzigt, kan het zijn dat in de ARP-caches van sommige andere systemen op dit netwerk verkeerde informatie staat en dit tot een half uur. Toepassing: het ontdekken van dubbele IP-adressen: Systeem doet bij het opstarten een ARP voor zijn eigen IP-adres. Indien het antwoord het MAC-adres van een ander systeem bevat, dat gebruikt dat systeem hetzelfde IP-adres. IP: routering Een boodschap die moet verstuurd worden van een naar een andere maakt een reis door het Internet en passeert daarbij onderweg de routers van een aantal tussenliggende netwerken: LAN router WAN ICMP: Internet Control Message Protocol Integraal onderdeel van IP, met als taken foutafhandeling en versturen van controleboodschappen router krijgt een IP-pakket binnen met een bestemmingsadres dat hij niet kan bereiken router stuurt een ICMP destination unreachable boodschap naar de afzender een krijgt een pakket binnen voor een UDP-applicatie die niet actief is stuurt een ICMP destination unreachable boodschap naar de afzender ICMP routing redirect boodschappen om de routering aan te passen telkens een IP-pakket een router passeert, wordt het TTL veld met 1 verlaagd wanneer dit TTL veld gelijk wordt aan 0, wordt een ICMP time exceeded pakket teruggestuurd naar de afzender van het pakket programma ping: ICMP echo request en echo reply controleren of een andere computer op IP-niveau bereikbaar is IP: routering Een router die een pakket binnen krijgt, moet een beslissing nemen: 1. Is het pakket bedoeld voor een bestemming op een direct verbonden netwerk? Zo ja, dan kan het pakket afgeleverd worden bij de bestemming. 2. Zo nee, dan wordt het pakket doorgestuurd naar een router van een ander netwerk dat dichter bij de uiteindelijke bestemming ligt. Dit beslissingsproces (routering) vindt plaats op netwerklaagniveau en is één van de belangrijkste taken van het IP-protocol. Er zijn twee soorten routers: speciaal daarvoor ingerichte apparaten (bijv. Cisco); general-purpose computersystemen die met meerdere netwerken verbonden zijn (multihomed ); de routeringsfunctie moet in het OS wel geactiveerd zijn door het zetten van een variabele (ipforwarding).

5 Routeringstabel Elk systeem (zowel router als ) dat TCP/IP gebruikt, beschikt over een routeringstabel. Hierin is weergegeven hoe andere s en netwerken bereikt kunnen worden. directe routes: corresponderen met netwerken waarmee een systeem rechtstreeks is verbonden netwerkroutes: geven voor een bepaald netwerk aan wat de volgende stap op weg naar dat netwerk is routes: geven voor een bepaalde aan wat de volgende stap op weg naar die is default route: de route die gebruikt wordt als een of router niet weet hoe een bepaalde bestemming bereikt kan worden; normaal is dit een route naar een slimmer systeem, dat wel raad zal weten met het pakket. Belangrijkste routeringsbeslissing van een : moet het pakket op het lokale netwerk afgeleverd worden of moet het naar een router verstuurd worden. IP routing algoritme Een pakket met een bepaalde bestemming wordt gerouteerd door de volgende procedure te doorlopen: 1. bevindt de bestemming zich in het netwerk waarmee we direct verbonden zijn zo ja, dan kan het pakket rechtstreeks afgeleverd worden 2. is er een route voor de bestemming zo ja, gebruik dan deze route 3. is er een netwerkroute voor de bestemming zo ja, gebruik dan deze route 4. is er een default route zo ja, gebruik deze dan 5. in alle andere gevallen genereer een foutmelding network unreachable en negeer het pakket Statische en dynamische routering: zie later Routering: voorbeeld A Netwerk B D Netwerk naar Internet C Routeringstabel van machine A: Bestemming Volgende stap naar bestemming Type route direct netwerk default default route voor loopback IP initialisatie Bij het starten van een systeem moeten alle IP-instellingen geïnitialiseerd worden: ofwel voorziet het systeem zelf in zijn instellingen ofwel gaat het systeem te rade bij een boot-server die hem alle instellingen verschaft. Boot-protocollen: RARP (reverse address resolution protocol): het systeem bepaalt wat het IP-adres is bij een bepaald (namelijk het eigen) MAC-adres. BOOTP (boot protocol): naast het IP-adres kunnen allerlei andere parameters doorgegeven worden. DHCP (dynamic configuration protocol): hierbij worden dynamisch IP adressen uitgedeeld.

6 Configuratie van een netwerkinterface Instellen van de belangrijkste IP-parameters: IP-adres, netwerkmasker en default router. ifconfig eth netmask ifconfig lo Door de netwerkinterface te configureren wordt een directe route toegevoegd aan de routeringstabel. Activeren van een interface ifconfig eth1 up Deactiveren van een interface ifconfig eth1 down Opvragen van informatie van een interface ifconfig eth0 Opvragen van informatie en statistieken van alle netwerkinterfaces netstat -i Testen verbinding : ping interfaces opvragen : netstat -i protocolstatistieken opvragen : netstat -s alle connecties opvragen : netstat -a routeringstabel : netstat -rn routering : traceroute netwerkverkeer monitoren opvragen : tcpdump of ethereal Resultaat van ifconfig: Opvragen van de routeringstabel netstat -r[n] Configuratie van de routering Toevoegen (of verwijderen) van een route route add [-] netmask gw route add [-] netmask dev eth0 Toevoegen (of verwijderen) van een netwerkroute route add [-net] netmask gw route add [-net] netmask dev eth0 Toevoegen (of verwijderen) van de default route route add default gw Om iets te verwijderen moet in plaats van add del gebruikt worden. eth0 eth1 Link encap:ethernet HWaddr 00:80:C8:FB:24:38 inet addr: Bcast: Mask: UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets: errors:0 dropped:118 overruns:0 frame:0 TX packets: errors:3 dropped:0 overruns:3 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes: ( Mb) TX bytes: ( Mb) Interrupt:10 Base address:0xb000 Link encap:ethernet HWaddr 00:50:BA:AC:51:1E inet addr: Bcast: Mask: UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets: errors:0 dropped:21 overruns:0 frame: TX packets: errors:3 dropped:0 overruns:3 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes: ( Mb) TX bytes: ( Mb) Interrupt:5 Base address:0xa800

7 Kernel Interface table Iface MTU Met RX-OK RX-ERR RX-DRP RX-OVR TX-OK TX-ERR TX-DRP TX-OVR Flg eth BMRU eth BMRU lo LRU Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll lan chaplin lo loopback local Routing tables Destination Gateway Flags Refs Interface Pmtu UH 0 lo UH 0 lan U 2 lan UG 0 lan UG 0 lan U 0 lo default UG 0 lan IP-speciale dienst: fragmentatie Elk fysiek netwerk heeft zijn eigen karakteristieken, bijv. maximale pakketgrootte (MTU): Ethernet < 1500 bytes; X.25 < 576 bytes; FDDI < 4352 Een IP-pakket dat vertrekt op een Ethernet en dan via een X.25 netwerk moet passeren: dit pakket moet op een bepaald moment in kleinere stukjes geknipt worden om dan later weer aan elkaar geplakt te worden. Fragmentatie is een dure operatie: het knip- en plakwerk; het opnieuw versturen van alle fragmenten wanneer er eentje verloren gaat. Oplossing: fragmentatie voorkomen door de pad-mtu te berekenen: de grootst mogelijke pakketgrootte waarbij fragmentatie toch niet nodig is. C PPP-verbinding A B Proxy-ARP Bedrijfsnetwerk wordt gevormd door A, B en andere. Machine C is een systeem van een thuiswerker en is via een PPP-verbinding gekoppeld aan het bedrijfsnetwerk. Omdat de PPP-verbinding eigenlijk een apart fysiek netwerk is, zou daarvoor een apart (sub)netwerk moeten gebruikt worden. Praktisch gezien zou het systeem C een nummer in het bedrijfsnetwerk moeten krijgen, bijv Probleem wanneer B een IP-pakket naar C moet sturen: B zal een ARP-verzoek voor het MAC-adres van C doen, maar hierop komt geen antwoord. Oplossing: proxy- A geeft in naam van C antwoord op ARP-verzoeken voor C. Als antwoord geeft A zijn eigen MAC-adres op en dus gaan de andere machines er van uit dat het MAC-adres van C dat van A is. Systeem B zal zijn IP-pakket met als bestemmeling C bij A afleveren. Systeem A zal dit pakket via de PPP-verbinding dan verder doorsturen naar C. IP-speciale dienst: source routing De afzender van een IP-pakket geeft een volledige routebeschrijving naar de bestemming op; deze bestemming zal ook de de omgekeerde route gebruiken voor de retourpakketten. loose source routing: de afzender geeft een aantal tussenstations op waar het pakket verplicht moet passeren op weg naar de bestemming; er mogen onderweg ook andere tussenstations gepasseerd worden strict source routing: de afzender specificeert de volledige routebeschrijving. Weinig gebruikt: maximaal 10 adressen omdat het optiegedeelte in de IP-header ten hoogste 40 bytes is: nogal beperkt in het huidige internet beveiliging: iemand gebruikt een IP-adres dat niet van hem is en probeert via source routing te bereiken dat de antwoorden bij hem terecht komen in plaats van bij de echte eigenaar van da IP-adres (IP spoofing). Moderne routers kunnen ingesteld worden dat zij verzoeken om source routing niet honoreren.

8 Reverse Address Resolution Protocol 1. een systeem in bootfase zet een broadcast-frame op het netwerk met de vraag wat is het IP-adres dat hoort bij het MAC-adres X (X is het eigen MAC-adres) 2. een systeem waarop een RARP-server aanwezig is, geeft antwoord; de beheerder van deze RARP-server moet wel ingesteld hebben wat de koppeling tussen fysieke adressen en IP-adressen is Nadelen een protocol onmiddellijk boven de fysieke laag, dus onderdeel van het besturingssysteem een RARP-server kan niet als applicatieproces opgezet worden gebruik van fysieke broadcasting: dus lokaal; er moet op het lokale net een RARP-server aanwezig zijn het antwoord bevat alleen het IP-adres; andere informatie kan niet doorgespeeld worden. BOOTP: Boot Protocol gebruik van een IP-broadcast ( ) om een BOOTP-server te zoeken + Naast het IP-adres kan allerlei andere informatie doorgegeven worden: default router, domeinnaam, netwerkmasker, name-server,... van belang voor diskless werkstations: de bootfile met als inhoud: de besturingssoftware voor het diskless station + BOOTP-verzoeken kunnen via een proxy-mechanisme doorgespeeld worden naar BOOTP-servers in andere fysieke netwerken op het lokale net is een BOOTP-server aanwezig die alle verzoeken in ontvangst neemt en deze dan doorspeelt aan de echte BOOTP-server op het andere netwerk + gebouwd op UDP, poorten 67 (server) en 68 (client): een BOOTP-server kan als applicatieproces geïmplementeerd worden een BOOTP-pakket kan slechts 64 bytes aan configuratieparameters bevatten geen faciliteiten voor het dynamisch uitdelen van IP-adressen een groep van IP-adressen die gekoppeld zijn aan een groep van systemen, kunnen voor een bepaalde periode uitgedeeld worden packet formaat Broadcast: Antwoord: ARP/RARP frame ARP/RARP frame Hardware type = 1 (10Mb Ethernet) Hardware type = 1 (10Mb Ethernet) Protocol type = 8035 (IP) Protocol type = 8035 (IP) Length of hardware address = 6 bytes Length of hardware address = 6 bytes Length of protocol address = 4 bytes Length of protocol address = 4 bytes Opcode 3 (RARP request) Opcode 4 (RARP reply) Sender s hardware address = C Sender s hardware address = A03 Sender s protocol address = [ ] Sender s protocol address = [ ] Target hardware address = A03 Target hardware address = C Target protocol address = [ ] Target protocol address = [ ] 18 bytes frame padding 18 bytes frame padding DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Overeenkomsten met BOOTP: UDP-poorten 67 en 68, IP-broadcasting methode, een router die als proxy-server voor verzoeken kan optreden Een DHCP-pakket: 312 bytes voor configuratieparameters Dynamisch uitdelen van IP-adressen: DHCP-server beschikt over een groep van beschikbare IP-adressen. Deze adressen kunnen uitgedeeld worden zolang de voorraad strekt. Dit is voor een bepaalde periode. Nadien worden adressen weer aan de groep toegevoegd. Eén DHCP-server kan meerdere groepen van IP-adressen bijhouden en deze koppelen aan groepen van machines. essentieel: IP-adressen worden uitgedeeld voor een bepaalde tijdsperiode na zo n lease moet de client het adres weer inleveren of een verlenging aanvragen Verschillen protocol type en opcode Het antwoord bevat het IP-adres.

9 Het beheer van DHCP is veel eenvoudiger dan dat van BOOTP. toevoegen van een client in een BOOTP-netwerk vereist steeds een configuratie op de BOOTP-server; in een DHCP-omgeving neemt de DHCP-server een adres uit de groep om uit te delen. Nadelen: probleem voor servers die de toegang tot hun diensten afschermen op basis van het IP-adres van de bezoeker lastig voor frequente gebruikers van videoconferencing en webtelefonie dat ze niet onder een vast IP-adres bereikbaar zijn voor anderen integratie van DHCP met naamgeving in DNS: indien een bepaalde computer een vaste naam moet hebben maar het IP-adres verandert steeds, moet dus telkens de DNS-boekhouding aangepast worden; oplossing is DNS dynamic updates.