Сети и системы телекоммуникаций Управляющие протоколы сетевого уровня ИМКН УрФУ Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня План Место управляющих протоколов в моделях OSI и TCP/IP Internet Control Message Protocol (ICMP) Address Resolution Protocol (ARP) Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 2 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Место в моделях OSI и TCP/IP Модель OSI Модель TCP/IP Прикладной Представления Прикладной Сеансовый Транспортный Транспортный Сетевой Интернет Канальный Сетевых интерфейсов Физический 3 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Сетевой уровень в TCP/IP Прикладной HTTP SMTP Транспортный TCP Сетевой Ethernet FTP UDP IP ARP Сетевых интерфейсов DNS ICMP DHCP WiFi DSL 4 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протоколы сетевого уровня IP — передача данных ICMP — диагностика и мониторинг сети ARP — определение глобальным IP-адресам локальных адресов по DHCP — автоматическое конфигурирование хостов в сети 5 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол ICMP ICMP (Internet Control Message Protocol) — протокол межсетевых управляющих сообщений Определен в RFC 792 ICMP — средство оповещения о проблемах с доставкой пакетов • Протокол IP использует передачу без установления соединения • Нет гарантии доставки пакетов 6 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол ICMP Примеры сообщений об ошибках: • Закончилось время жизни пакета (TTL) • Запрещено фрагментировать пакет (установлен флаг DF), а для передачи нужна фрагментация Сообщения отправляются не всегда • Нет сообщений о проблемах с пакетами ICMP IP или ICMP не обязаны обрабатывать сообщения ICMP • Нет исправления ошибок • Нет повторной отправки пакетов 7 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня 1 байт 1 байт 2 байта Тип сообщения Код сообщения Контрольная сумма 2 байта 2 байта Заголовок Формат пакета ICMP Зависит от типа и кода сообщения Зависит от типа и кода сообщения Поле данных 8 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Формат пакета ICMP Поля заголовка: • Тип — идентификатор типа сообщения • Код — идентификатор кода сообщения об ошибке • Контрольная сумма Данные • Заголовок и первые 8 байт данных IP-пакета Сообщения ICMP: • Сообщения об ошибках (host unreachable) • Сообщения запрос-ответ (ping) • Передаются в IP-пакетах 9 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Типы ICMP-сообщений Тип Назначение сообщения 0 Эхо-ответ 3 Узел назначения недостижим 4 Подавление источника 5 Перенаправления маршрута 8 Эхо-запрос 11 Истечение времени жизни пакета 12 Проблемы с параметрами 13 Запрос отметки времени 14 Ответ отметки времени 17 Запрос маски 18 Ответ маски 10 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Коды ошибок (для типа 3) Код Причина 0 Сеть недостижима 1 Узел недостижим 2 Протокол недостижим 3 Порт недостижим 4 Ошибка фрагментации 5 Ошибка в маршруте источника 6 Сеть назначения неизвестна 7 Узел назначения неизвестен 8 Узел-источник изолирован 9 Административный запрет 11 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Применение ICMP Диагностика сети Утилиты: • ping • traceroute (tracert в Windows) 12 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита ping Простое сети средство проверки работоспособности Эхо-протокол: • Эхо-запрос ICMP (Тип = 8) • Эхо-ответ ICMP (Тип = 0) Проверка доступности по сети конкретного хоста 13 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита ping >ping vk.com Обмен пакетами с vk.com [87.240.131.120] с 32 байтами данных: Ответ от 87.240.131.120: число байт=32 время=42мс TTL=49 Ответ от 87.240.131.120: число байт=32 время=41мс TTL=49 Ответ от 87.240.131.120: число байт=32 время=41мс TTL=49 Ответ от 87.240.131.120: число байт=32 время=42мс TTL=49 Статистика Ping для 87.240.131.120: Пакетов: отправлено = 4, получено = 4, потеряно = 0 (0% потерь) Приблизительное время приема-передачи в мс: Минимальное = 41мсек, Максимальное = 42 мсек, Среднее = 41 мсек 14 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Тип = 8/0 Код = 0 Идентификатор запроса Контрольная сумма Порядковый номер Заголовок Формат ICMP-сообщения ping Поле данных Данные Эхо-запроса или Эхо-ответа 15 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита traceroute Утилита, позволяющая проследить маршрут от отравителя к получателю Находит адреса всех маршрутизаторов, которые проходит пакет через 16 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита traceroute >tracert vk.com Трассировка маршрута к vk.com [87.240.131.120] с максимальным числом прыжков 30: 1 3 ms 1 ms 1 ms 10.113.192.62 2 1 ms 1 ms 1 ms 10.255.34.10 3 101 ms 4 4 ms 1 ms 1 ms 10.255.31.1 5 1 ms 4 ms 1 ms 10.255.31.9 6 1 ms 1 ms 1 ms 10.96.242.1 7 * 15 41 ms 1 ms * * 41 ms 10 ms 10.255.34.4 Превышен интервал ожидания для запроса. 42 ms srv120-131-240-87.vk.com [87.240.131.120] Трассировка завершена. 17 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита traceroute traceroute использует сообщение «Время жизни истекло» (тип 11) для поиска маршрутизаторов Сначала traceroute отправляет IP-пакет с TTL = 1 • Первый маршрутизатор принимает его, уменьшает TTL до 0 и понимает, что пакет нужно отбросить • Первый маршрутизатор отправляет ICMP-сообщение «Врем жизни истекло», Тип = 11 • traceroute запоминает адрес маршрутизатора traceroute отправляет пакет с TTL = 2 Так продолжается до тех пор, пока IP-пакет не достигнет получателя 18 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита traceroute Tanenbaum, Wetherall Computer Networks 5e 19 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол ARP ARP (Address Resolution разрешения адресов Protocol) — протокол Хостам необходимо знать локальный адрес получателя для отправки кадров по локальной сети 20 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол ARP ARP (Address Resolution разрешения адресов Protocol) — протокол Хостам необходимо знать локальный адрес получателя для отправки кадров по локальной сети Задача ARP: • По известному глобальному (IP-адресу) найти локальный адрес (в технологии канального уровня) Типы ARP: • Для широковещательных сетей • Для глобальных сетей (без широковещания) 21 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP в широковещательных сетях IP: 192.168.2.1 MAC: 12:34:56:78:9A:D0 22 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP в широковещательных сетях IP: 192.168.2.1 MAC: 12:34:56:78:9A:D0 REQUEST У кого IP-адрес 192.168.2.1? 23 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP в широковещательных сетях IP: 192.168.2.1 MAC: 12:34:56:78:9A:D0 REQUEST У кого IP-адрес 192.168.2.1? REPLY У меня: 12:34:56:78:9A:D0 24 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP в широковещательных сетях Схема работы: • Хост-отправитель широковещательно рассылает ARP Request — запрос локального адреса «У кого адрес IP1» • Все хосты получают широковещательный запрос • Хост с адресом IP1 сообщает свой локальный адрес, отправляя ARP Reply хосту-отправителю, остальные хосты запрос игнорируют • Хост-отправитель получает ответ и извлекает из него локальный адрес Для Ethernet локальный адрес — MAC-адрес 25 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Формат ARP-запроса Поле Значение Тип сети Тип протокола Длина локального адреса Длина глобального адреса 1 2048 6 4 Операция Локальный адрес отправителя Глобальный адрес отправителя 1 1C:75:08:D2:49:45 172.16.10.88 Локальный адрес получателя Глобальный адрес получателя 00:00:00:00:00:00 172.16.10.253 26 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Формат ARP-ответа Поле Значение Тип сети Тип протокола Длина локального адреса Длина глобального адреса 1 2048 6 4 Операция Локальный адрес отправителя Глобальный адрес отправителя 2 00:1С:С5:34:В3:01 172.16.10.253 Локальный адрес получателя Глобальный адрес получателя 1C:75:08:D2:49:45 172.16.10.88 27 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP-запрос в Wireshark 28 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP-запрос в Wireshark 29 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP-ответ в Wireshark 30 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP-ответ в Wireshark 31 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP-таблица Хост кэширует ответы ARP • Нет необходимости каждом отправлении запрашивать MAC-адрес при ARP-таблица хранит данные о соответствии MAC и IP-адресов IP-адрес MAC-адрес Тип 172.16.10.253 00:1С:С5:34:В3:01 Динамический 172.16.10.88 Статический 1C:75:08:D2:49:45 32 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP-таблица Типы записи в ARP-таблице: • Динамические — создаются в результате рассылки ARP-запросов • Статические — создаются администраторами вручную Команды работы с ARP-таблицей: • arp -a — просмотр таблицы • arp -s — добавление статической записи • arp -d — просмотр записи 33 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Срок жизни записей ARP Динамические записи в таблице ARP имеют срок действия • У компьютера может измениться IP-адрес • После истечения срока действия запись удаляется из таблицы ARP Добровольное ARP-сообщение (gratuitous ARP) • Отправка ARP-запроса со своим IP-адресом • Используется для сообщения о новом IP-адресе • Предотвращение назначения одинаковых IP-адресов 34 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня ARP в глобальных сетях В сетях, где нет широковещания, нельзя разослать запрос локального адреса всем компьютерам • Сеть IP поверх X.25 Решение: • Таблицы, формируемые вручную администратором • ARP-серверы — выделенные ведущие ARP-таблицы маршрутизаторы, 35 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол динамической конфигурации хостов Для работы в сети компьютеру нужен IP-адрес 36 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол динамической конфигурации хостов Для работы в сети компьютеру нужен IP-адрес Как компьютеру включении? узнать свой IP-адрес при 37 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол динамической конфигурации хостов Для работы в сети компьютеру нужен IP-адрес Как компьютеру включении? узнать свой IP-адрес при Как компьютер узнает свой локальный адрес? 38 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) — протокол динамической конфигурации хостов Для работы в сети компьютеру нужен IP-адрес Как компьютеру включении? узнать свой IP-адрес при Как компьютер узнает свой локальный адрес? • NIC (Network Interface Controller) 39 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Методы назначения IP-адресов Вручную: • IP-адрес назначается вручную каждому компьютеру в сети • В крупной сети высокие трудозатраты • Постоянный IP-адрес 40 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Методы назначения IP-адресов Вручную: • IP-адрес назначается вручную каждому компьютеру в сети • В крупной сети высокие трудозатраты • Постоянный IP-адрес Автоматически: • Используется протокол DHCP • Требуется создание DHCP-сервера • Не нужна ручная настройка компьютеров • IP-адрес может меняться 41 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP Клиент DHCP • Компьютер, который получает IP-адрес автоматически Сервер DHCP • Компьютер, адресов который обеспечивает • Ведет таблицу выделенных избежать дублирования назначение IP-адресов, IP- чтобы 42 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP 43 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DISCOVER 44 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DISCOVER OFFER 45 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DISCOVER OFFER REQUEST 46 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DISCOVER OFFER REQUEST ACK 47 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP D O DISCOVER OFFER R REQUEST A ACK 48 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня DHCP DISCOVER Как клиенту узнать, куда слать запрос? • Первоначально у клиента нет сетевых настроек • Не знает адрес DHCP-сервера 49 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня DHCP DISCOVER Как клиенту узнать, куда слать запрос? • Первоначально у клиента нет сетевых настроек • Не знает адрес DHCP-сервера Широковещательная DISCOVER рассылка пакетов DHCP • IP (32 бита): 255.255.255.255 • Ethernet (48 бит): FF:FF:FF:FF:FF:FF 50 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Сообщения протокола DHCP DHCP DISCOVER — широковещательный запрос на поиск DHCP-сервера в сети DHCP OFFER — предложение IP-адреса DHCPсервером клиенту DHCP REQUEST клиентом — запрос IP-адреса DHCP- DHCP ACK — подтверждение назначения IP-адреса DHCP-клиенту DHCP RELEASE — освобождение IP-адреса DHCPклиентом 51 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DHCP REQUEST 192.168.1.125 DHCP DISCOVER DHCP-клиент 192.168.1.125 DHCP ACK OFFER 192.168.1.125 DHCP-сервер 52 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP Зачем три сообщения с одинаковым IP-адресом? • DHCP OFFER • DHCP REQUEST • DHCP ACK 53 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP Зачем три сообщения с одинаковым IP-адресом? • DHCP OFFER • DHCP REQUEST • DHCP ACK В сети может быть несколько DHCP-серверов • Все серверы присылают клиенту IP-адреса (DHCP OFFER) • Клиент запрашивает IP-адрес только у одного DHCPсервера DHCP REQUEST) 54 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Протокол DHCP DHCP-cервер должен находиться в той же сети, что и клиент Поиск DHCP-серверов осуществляется с помощью широковещательного запроса • Широковещательный запрос не выходит за границы сети (маршрутизатор) DHCP Relay — устройство, которое принимает широковещательные запросы и пересылает их DHCP-серверу • Коммутатор, маршрутизатор и др. 55 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Способы назначения IP-адресов Постоянный • Выделенный IP-адрес для каждого MAC-адреса Динамический • Выделение компьютеру любого IP-адреса из пула адресов Пул адресов • Список (диапазон) DHCP-сервер IP-адресов, которые назначает 56 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Выделение IP-адресов Сколько IP-адресов сервера? нужно для Компьютеры могут появляться (ноутбуки, планшеты и т.п.) пула и DHCP- исчезать 57 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Выделение IP-адресов Сколько IP-адресов сервера? нужно для Компьютеры могут появляться (ноутбуки, планшеты и т.п.) IP-адреса назначаются фиксированный срок не пула и навсегда, DHCP- исчезать а на • Lease time (срок аренды) 58 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Аренда IP-адресов После завершения срока аренды IP-адрес должен быть возвращен в пул DHCP-сервера Что делать, если компьютер хочет продолжить работу в сети? 59 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Аренда IP-адресов После завершения срока аренды IP-адрес должен быть возвращен в пул DHCP-сервера Что делать, если компьютер хочет продолжить работу в сети? • Повторный запрос IP-адреса 60 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Аренда IP-адресов После завершения срока аренды IP-адрес должен быть возвращен в пул DHCP-сервера Что делать, если компьютер хочет продолжить работу в сети? • Повторный запрос IP-адреса Что делать, если компьютер истечения срока аренды? отключился до 61 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Аренда IP-адресов После завершения срока аренды IP-адрес должен быть возвращен в пул DHCP-сервера Что делать, если компьютер хочет продолжить работу в сети? • Повторный запрос IP-адреса Что делать, если компьютер истечения срока аренды? отключился до • IP-адрес будет считаться занятым, пока не закончится срок аренды 62 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Освобождение IP-адреса После того, как компьютер закончил работу, он может вернуть IP-адрес в DHCP-пул • Сообщение DHCP RELEASE Команда • ipconfig /release Получение нового IP-адреса • ipconfig /renew 63 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Конфигурационная информация Для работы в сети нужен не только IP-адрес 64 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Конфигурационная информация Для работы в сети нужен не только IP-адрес DHCP предоставляет: • IP-адрес • Маску подсети • Маршрутизатор по умолчанию (gateway) • Адреса DNS-сервера, NTP-сервера и т.д. • Маршруты 65 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня DNS DNS (Domain Name System) — доменная система имен IP-адреса неудобны для запоминания людьми Решение — давать компьютерам удобные имена • www.urfu.ru • www.vk.com Как из доменного имени получить IP-адрес? 66 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня DNS DNS обеспечивает отображение доменных имен в IP-адреса и наоборот DNS-сервер • Сервер, который хранит доменных имен и IP-адресов таблицу соответствия Утилиты для DNS: • nslookup • dig (UNIX) 67 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита nslookup >nslookup urfu.ru Server: sk5-410-wdc1.at.urfu.ru Address: 10.34.240.10 Name: urfu.ru Address: 212.193.82.20 68 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита nslookup >nslookup urfu.ru Server: sk5-410-wdc1.at.urfu.ru Address: 10.34.240.10 Name: urfu.ru Address: 212.193.82.20 69 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита nslookup >nslookup 212.193.82.20 Server: sk5-410-wdc1.at.urfu.ru Address: 10.34.240.10 Name: sk5-410-portal-proxy.at.urfu.ru Address: 212.193.82.20 70 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита nslookup >nslookup 212.193.82.20 Server: sk5-410-wdc1.at.urfu.ru Address: 10.34.240.10 Name: sk5-410-portal-proxy.at.urfu.ru Address: 212.193.82.20 71 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита nslookup >nslookup urfu.ru t04-505-wdc-phy.at.urfu.ru Server: t04-505-wdc-phy.at.urfu.ru Address: 10.114.240.10 Name: urfu.ru Address: 212.193.82.20 72 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Утилита nslookup >nslookup urfu.ru t04-505-wdc-phy.at.urfu.ru Server: t04-505-wdc-phy.at.urfu.ru Address: 10.114.240.10 Name: urfu.ru Address: 212.193.82.20 73 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня IP-адрес и DNS-имя С точки зрения компьютеров в сети IP-адрес и DNS-имя равнозначны DNS-имя адресов может отражаться на несколько IP- 74 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня IP-адрес и DNS-имя >nslookup vk.com Server: sk5-410-wdc1.at.urfu.ru Address: 10.34.240.10 Non-authoritative answer: Name: vk.com Addresses: 2a00:bdc0:3:103:1:0:403:900 2a00:bdc0:3:103:1:0:403:901 2a00:bdc0:3:103:1:0:403:902 87.240.131.117 87.240.131.99 87.240.143.241 75 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня IP-адрес и DNS-имя >nslookup vk.com Server: sk5-410-wdc1.at.urfu.ru Address: 10.34.240.10 Non-authoritative answer: Name: vk.com Addresses: 2a00:bdc0:3:103:1:0:403:900 2a00:bdc0:3:103:1:0:403:901 2a00:bdc0:3:103:1:0:403:902 87.240.131.117 87.240.131.99 87.240.143.241 76 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Итоги Место управляющих протоколов в моделях OSI и TCP/IP Internet Control Message Protocol (ICMP) Address Resolution Protocol (ARP) Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 77 Сети и системы телекоммуникаций. Управляющие протоколы сетевого уровня Вопросы? 78