Nivell d'internet TCP/IP
De Guifi.net - Wiki Català
|
25px
Aquesta wiki forma part dels materials d'un curs
| |
|---|---|
| Curs: | |
| Fitxers: | |
| Repositori SVN: | https://svn.projectes.lafarga.cat/svn/iescopernic/ServeisInternet/moodle/Wifi |
| Usuari: | anonymous |
| Paraula de pas: | sense paraula de pas |
| Autors: | Sergi Tur Badenas |
NOTA: Si busqueu l'eina/ordre ip consulteu ip
| Nivell 1: | Nivell_d'interfície_de_xarxa_TCP/IP |
| Nivell 2: | Nivell_d'internet_TCP/IP |
| Nivell 3: | Nivell_de_transport_TCP/IP |
| Nivell 4: | Nivell_d'aplicació_TCP/IP |
Contingut
Correspondència amb nivells OSI
El nivell de xarxa és l'encarregat de realitzar les tasques bàsiques per transportar les dades des d'un origen fins a una destinació a traves d'una xarxa.
Aquest nivell correspon al nivell 3 de xarxa de la OSI. Són pràcticament iguals, simplement canvia el nom i la família de protocols TCP/IP es centra només en el protocol IP.
En canvi correspon al nivell 3 de l'arquitectura TCP/IP.
Xarxes WAN
A diferència de les xarxes d'àrea local on s'utilitzen protocols de medi compartit o LANS conmutadas (Ethernet) les xarxes WAN tenen una estructura de malla on les màquines estan connectades punt a punt amb una sola connexió entre màquines o un nombre limitat de connexions en sistema redundant en el cas de nodes troncals.
Entre cada màquina hi ha una connexió a nivell d'enllaç (nivell 2 OSI). Un dels protocols més utilitzats és PPP (connexions cable i ADSL) però hi ha d'altres com Frame Relay o ATM.
Wide Area Network (WAN)
- El nivell de xarxa treballa amb tot tipus de xarxes però adquireix la seva raó de ser quan treballem amb múltiples xarxes.
- A la xarxa formada per aquest subconjunt de xarxes o subxarxes de l'anomena WAN (Wide Area Network)
Un exemple de xarxa LAN que podria ser considerada xarxa WAN (un conjunt de subxarxes LAN):
Protocol IP
IP és el protocol més utilitzat a nivell de xarxa ja que és el protocol de la xarxa Internet. Aquest protocol ha sofert forces canvis i modificacions des de la seva primera versió, actualment (--acacha 03:37, 26 abr 2010 (UTC)) la versió del protocol que s'està utilitzant és la versió 4 (Ipv4) que data del 1980. Al 1996 es va proposar la versió IPv6 que tot i que actualment les adreces IP de la versió 4 s'estan exhaurint encara no està prou implantat a Internet.
IP és un protocol Best Effort (el millor esforç possible), és a dir intenta transmetre els paquets el millor possible per la xarxa però no pot assegurar:
- Que els paquets arribin
- Que els paquets arribin correctament (sense errors)
- Que els paquets arribin en ordre
NOTA: És el nivell superior (transport) és qui fa el control d'errors
La Internet Engineering Task Force (IETF) és qui s'encarrega de definir el protocol IP.
Les funcions del protocol IP són:
- Control de la xarxa/subxarxa
- Encaminament: Determinar la ruta (nodes de xarxa pels quals circular) més adequada per als paquets
- Identificació: Els nodes han de tenir una identificació única que els permeti distingir dels altres nodes i localitzar-los a la xarxa. ADREÇES IP
- Control de la congestió: determina quins són els camins menys congestionats (similar al trànsit rodat)
- Interconnexió de xarxes
El protocol IP treballa amb blocs de dades de xarxa (3-PDU) anomenats paquets.
Breu història
TCP/IP va ser creat pel DoD (Departament of Defense) dels Estats Units amb l'objectiu de crear una xarxa que sobrevisques a qualsevol circumstància (per exemple un atac Nuclear). La idea era que les comunicacions funcionessin encara que un moment concret un o més nodes de xarxa estiguin caiguts.
IP ha anat creixent a mesura que Internet anava creixent. Per exemple la primera versió d'IP era per a xarxes de com a màxim 25 màquines (32 màquines). La següent versió era per a 24(16) xarxes i 28 (256) màquines per xarxa. La versió actual suporta 232(4.294.967.296 màquines)
Actualment uns 4 billions d'adreces no són suficients adreces. S'està implantant poc a poc el protocol IPv6 amb 2128 (3,4x1038 màquines).
Consulteu IPv6.
Encaminament
És el mecanisme pel qual en una xarxa els paquets es fan arribar d'un origen a una destinació seguint un camí o ruta concreta. Cada node de la xarxa, quan rep un paquet a de prendre una decisió de que fer amb aquest paquet:
- Quedar-se el paquet quan ell és el destinatari
- Enviar al paquet cap a un altre node veí (FORWARDING)
- O potser eliminar el paquet per què és incorrecta.
Els routers o encaminadors són els dispositius/nodes de xarxa que s'encarreguen de l'encaminament a nivell de xarxa.
L'encaminament és una funció típica en les xarxes WAN ja que a diferència de les xarxes LAN, el medi o canal de comunicació no és compartit sinó que s'utilitzen enllaços punt a punt (PPP) on cada node de la xarxa esdevé en un router o encaminador.
Vegeu també Encaminament.
L'encaminament pot ser estàtic o dinàmic, en tots dos casos s'utilitzin taules de rutes, és a dir una base de dades composta per una taula on a cada fila és defineix una ruta possible. En el cas d'encaminament estàtic aquestes taules només són canviades pels administradors dels encaminadors i en el cas dinàmic les taules es poden modificar segons canvis en l'entorn (per exemple un encaminador pot modificar la seva taula de rutes de forma automàtica segons les indicacions d'un altre encaminador de la xarxa).
L'encaminament normalment es fa salt a salt Hop by Hop, és a dir, cada encaminador només decideix quin és el següent pas en la ruta d'un paquet, deixant la resta de passos per als encaminador subsegüents. Podem veure un exemple d'encaminament salt a salt:
Consulteu:
Adreces IP
Les adreces IP estan constituïdes per 32 bits o el que és el mateix una mica menys de 4300 millions d'adreces. Com veurem en l'apartat de subxarxes aquesta quantitat teòricament tan alta s'ha demostrat insuficient per al creixement espectacular d'Internet.
Hi ha diferents notacions o formes d'escriure una adreça IP, però la més normal és la notació decimal amb punts o Dotted quad:
- Exemple: 207.142.131.235 correspon als 32 bits: 11001111.10001110.10000011.11101011
La majoria d'aquests formats es poden comprovar/utilitzar en els navegadors moderns.
Al quadre de la dreta podeu veure un llista de formats possibles.
Els dos formats més utilitzats són el decimal (Dotted quad) utilitzat pels humans i el binari, utilitzat per les màquines. Per tal de convertir una adreça d'un format a l'altre podeu utilitzar ipcalc i o la calculador del sistema (suporta treballar directament en format binari).
- TransformarFormatinariIPv4.png
IPv4 a format binari
- TransformarFormatinariIPv4.png
IPv6 a format binari
Recursos:
Subxarxes
En xarxes, una subxarxa és un rang d'adreces lògiques IP que s'assigna a una organització. Les subxarxes estableixen una partició jeràrquica de les adreces de xarxa d'una organització. Típicament els routers constitueixen els límits entre subxarxes.
El primer sistema de subxarxes va ser el sistema classful network Addresses que dividia l'espai d'adreces IP de xarxa en 5 classes diferents. Més endavant va aparèixer el sistema CIDR que permetia refinar el sistema d'assignació de xubxarxes.
Les subxarxes no són cap invent nou. La majoria de xarxes grans utilitzant el concepte de subxarxa. Per exemple la xarxa telefònica o PSTN(Public Switched Telephone Network) també utilitza subxarxes. Per a un nº telèfon concret: +34 93 894 05 50
- +34: Codi de país (Espanya)
- 93: Codi de província (Barcelona)
- 894: Codi de ciutat/zona (Sitges)
- Número:05 50: Número de l'abonat
- PSTN.png
Codis de província
- PSTN1.png
Comarques
- PSTN2.png
Codis de país
Recursos:
- Subnetting a la wikipedia (en)
- Subredes a la wikipedia (es)
- man ipcalc
- Calculador web de subxarxes i traducció d'adreces IP a diferents
Màscara de xarxa
La màscara determina quins bits estan reservats a la xarxa i quins bits a les màquines. La màscara més utilitzada és la màscara:
255.255.255.0
o en format binari:
11111111.11111111.11111111.00000000
Que correspon a la màscara de les adreces IP de classe C.
Les màscares tenen el format de les adreces IP (dotted quad i el format binari) però no tots els valors són possibles.
IMPORTANT: En format binari, la màscara ha de tenir tots els uns junts i al principi, seguit d'un sèrie de ceros.
Per tant, només són vàlides les màscares que tenen els valors:
255, 254, 252, 248, 240, 224, 192, 128
Per què s'utilitza aquest format? doncs:
- Els bits de l'esquerre, marcats amb uns (1s) s'utilitzen per indicar la xarxa
- Els bits de la dreta, marcats amb ceros (0s) s'utilitzen per identificar una màquina dins d'una xarxa concreta
Exemples
Una escola dividida en aules:
- Aula 1: Totes les adreces IP comencen per 192.168.201 (màscara 255.255.255.0)
...
- Aula 4: Totes les adreces IP comencen per 192.168.204 (màscara 255.255.255.0)
La màscara 255.255.255.0:
- Ens indica que estem a una xarxa de 254 màquines
- Ens indica quines adreces IP són de la nostra xarxa
- Hi ha una adreça màxima i una adreça mínima dins de la xarxa
Podeu obtenir tota la informació sobre una (sub)xarxa amb ipcalc:
$ ipcalc 192.168.201.0/255.255.255.0 Address: 192.168.201.0 11000000.10101000.11001100. 00000000 Netmask: 255.255.255.0 = 24 11111111.11111111.11111111. 00000000 Wildcard: 0.0.0.255 00000000.00000000.00000000. 11111111 => Network: 192.168.201.0/24 11000000.10101000.11001100. 00000000 HostMin: 192.168.201.1 11000000.10101000.11001100. 00000001 HostMax: 192.168.201.254 11000000.10101000.11001100. 11111110 Broadcast: 192.168.201.255 11000000.10101000.11001100. 11111111 Hosts/Net: 254 Class C, Private Internet
Per exemple l'Aula 1:
Network(N)/Hosts (H) NNNNNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH MÀSCARA : 255.255.255.0 / 11111111.11111111.11111111.00000000 IP xarxa: 192.168.201.x / 11000000.10101000.11001001.00000000 Màquina1: 192.168.201.1 / 11000000.10101000.11001001.00000001 Màquina2: 192.168.201.2 / 11000000.10101000.11001001.00000010 Màquina3: 192.168.201.3 / 11000000.10101000.11001001.00000011 Màquina4: 192.168.201.4 / 11000000.10101000.11001001.00000100 Màquina5: 192.168.201.5 / 11000000.10101000.11001001.00000101 Màquina6: 192.168.201.6 / 11000000.10101000.11001001.00000110 Màquina7: 192.168.201.7 / 11000000.10101000.11001001.00000111 Màquina8: 192.168.201.8 / 11000000.10101000.11001001.00001000 Màquina9: 192.168.201.9 / 11000000.10101000.11001001.00001001 ............................................................. Màqui252: 192.168.201.250/11000000.10101000.11001001.11111010 Màqui252: 192.168.201.251/11000000.10101000.11001001.11111011 Màqui252: 192.168.201.252/11000000.10101000.11001001.11111100 Màqui252: 192.168.201.253/11000000.10101000.11001001.11111101 Màqui252: 192.168.201.254/11000000.10101000.11001001.11111110 Màqui255: 192.168.201.255/11000000.10101000.11001001.11111111
Classes IP. Classful Networks
Quan van començar a aparèixer les xarxes d'àrea Local es va crear un pegat per resoldre el problema de les subxarxes. Aquest pegat és el sistema definit al 1981 per el RFC 791, que permetia tres tamanys de xarxa diferents (classes A, B i C):
Amb aquest sistema ja va aparèixer el concepte d'IPS reservades.
Recursos:
Classless Inter-Domain Routing. CIDR
Classless Inter-Domain Routing CIDR és un sistema que es va introduir el 1993 i és l'última especificació de com les adreces IP s'han d'interpretar i per tant és el sistema que s'utilitza actualment (fins que no s'implanti IPv6) i reemplaça el sistema antic (classful networks). Aquest sistema augmenta la flexibilitat en la creació de subxarxes i permet:
- Un ús més eficient de les adreces IP
- Un sistema més senzill d'establir les rutes
Amb CIDR podem establir subxarxes utilitzen bits previàment reservats a adreces de màquina com a bits de subxarxa. El procés el podem veure en el següent gràfic:
Amb aquest sistema, podem conèixer si dues adreces estan a la mateixa subxarxa simplement veient si comparteixen els bits de la mascara de subxarxa (els que estan a 1) són iguals en les dues adreces. Exemple:
Podem utilitzar l'operació AND binaria:
x y x AND y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
Per a partir d'una adreça IP i la seva màscara obtenir l'adreça de xarxa):
L'adreça de broadcast s'obté substituint els 0 de l'adreça de xarxa corresponents a bits de host per 1.
Recursos:
Adreces Reservades. Xarxes privades
Diferents RFCs defineixen valors d'IP que no es poden utilitzar lliurament ja que estan reservats per a usos concrets.
D'aquesta llista els rangs més importants són els reservats a IPs de xarxes LAN privades. Tenim 3 rangs reservats, un per cada clase IP (A,B i C):
Capçalera IP
Una capçalera IP té les següents parts:
La mida de la capçalera IP pot variar depenent de la longitud del seu camp d'opcions. Com a mínim ocuparà 5 WORDS (5x32 bits cada paraula) i com a màxim 16 words. Com la mida de les opcions és variable sempre hi ha uns bits anomenats padding que permeten omplir fins arribar a omplir una paraula (és a dir, la capçalera IP sempre serà un múltiple de 32).
- Version' (bits 0-3). Número de versió IP. IPv4 (0100), IPv6 (0110).
- IHL (Internet Header Length) (bits 4-7). Ens indica en format binari quantes paraules (WORDS=32 bits) té la capçalera IP. Mínim 5.
- Type of Service, DSCP, ECN (bits 8-15). Camp conflictiu perquè s'ha canviat diferents cops la seva implementació.
- Total Length (bits 16 - 31). Ens indica la mida del paquet en octets (bytes). D'aquí s'extreu que la mida màxima d'un paquet IP és 65535. La mida mínima és 576 bytes. La mida més utilitzada de paquet actualment és 1500 byte en xarxes Ethernet i en la majoria de connexions a Internet.
- Identification (bits 32 - 46). S'utilitza per identificar paquets fragmentats i poder reagrupar-los.
- Flags - bits 47 - 49. S'utilitzen per recuperar paquets fragmentats. El primer bit està reservar i no s'utilitza (valor 0 fixe), el segon bit indica si el paquet està fragmentat(0) o no (1) i el tercer bit indica si aquest és l'últim fragment (0) o hi ha més fragments (1).
- Fragment Offset - bits 50 - 63. conté el número de fragment.
- Time to live (bits 64 - 72). Indica quant de temps el paquet haurà de continuar viu o, el que normalment és el mateix, quants salts (hops) li queden de vida. Cada procés o router ha de disminuir en 1 aquest contador i si el paquet arriba a 0 cal eliminar-lo. Evita que un paquet estigui donant voltes per la xarxa indefinidament. Abans de destruir el paquet, la màquina ha d'enviar un paquet ICMP Time exceeded a qui ha enviat el missatge.
- Protocol (bits 73 - 80). Indica el protocol del següent nivell (TCP, UDP or ICMP, etc.). Els números els assigna Internet Assigned Numbers Authority (IANA) i es poden trobar a la seva pàgina principal
- Header checksum (bits 81 - 96). Un codi de cheksum per comprovar que no hi ha errors.
- Source address (bits 97 - 128). Adreça IP d'origen (32 bits).
- Destination address (bits 129 - 160). Adreça IP destinació (32 bits).
- Options (bits 161 - 192 <> 478). És l'únic camp de mida variable. Aquest camp conté opcions però no és opcional i és un dels camps més complexes de la capçalera IP. Conté coses com timestamps, SACK. Comença amb un resum de 8 bits que es fa saber quines opcions utilitzem. Podem trobar un resum de les opcions aquí o la descripció completa a IANA
- Padding (mida variable): Bits de farciment. Fan que la capçalera ocupi sempre un múltiple de 32 bits.
Recursos:
Configuració IP de nodes de xarxa
Paràmetres necessaris per configurar un paràmetre de xarxa. Dos tipus
Paràmetres imprescindibles
- Adreça IP
- Màscara de xarxa
Paràmetres “opcionals”
- Porta d'enllaç
- Servidors de DNS
NOTA: Aquests paràmetres no són imprescindibles per tal que una màquina és pugui comunicar amb altres màquines de la mateixa xarxa!
Altres paràmetres
- Adreça de difusió, adreça de xarxa, adreça MAC
Consulteu Pràctiques_de_configuració_de_nodes_de_xarxa.
Adreça IP
Consulteu Adreça IP
Màscara de xarxa
Consulteu Màscara de xarxa
Gateway
NOTA: aka com Gateway/Pasarel·la/Router/Encaminador
Té múltiples noms però la seva definició és:
La porta d'enllaç és el node de la xarxa local que ens permet connectar-nos a una altra xarxa
Pot ser el router ADSL que ens dona accés a Internet, un router que ens connecta a la xarxa d'una institució, etc.
Consulteu també Encaminament
Servidor de DNS
Són una eina per facilitar l'ús de la xarxa. Ens permeten treballar a un nivell més humà (o menys de màquina) i treballar amb noms en comptes d'adreces IP.
Per tal de treballar amb noms de màquina, hem d'utilitzar un servidor de DNS que s'encarregarà de traduir els noms en adreces IP.
El servidor de DNS no és imprescindible. Per exemple si s'espatlla el DNS del vostre proveïdor d'accés a Internet sempre podeu accedir a una web de a través de la seva IP.
$ ping www.iescopernic.com PING www.iescopernic.com (80.34.23.149) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 149.Red-80-34-23.staticIP.rima-tde.net (80.34.23.149): icmp_seq=1 ttl=252 time=106 ms 64 bytes from 149.Red-80-34-23.staticIP.rima-tde.net (80.34.23.149): icmp_seq=2 ttl=252 time=108 ms http://80.34.23.149/moodle
Consulteu també DNS.
Protocol ICMP
Consulteu ICMP
Protocol ARP
Consulteu ARP.
X.25
X.25 és un protocol del nivell 3 de xarxa
Recursos:
Routers/Encaminadors
Consulteu Encaminament
Firewalls
Consulteu l'article Firewalls/Tallafocs.
Iptables
Consulteu l'article Netfilter/iptables.
