Internet Protocol

Historie, současnost a vývoj do budoucnosti Internet Protocol 1.5.2009 Anna Biernátová, Jan Faltys, Petr Kotek, Pavel Pokorný, Jan Šára

ARPANET – historický základ • První počítačová síť • Návrh v roce 1966-1969 • Defense AdvancedResearchProjectsAgency (DoD) • Založena na přepojování paketů • První přenesená zpráva • 29.10.1969 22:30 • První dvě písmena slova login • Použitý porotokol • BBN Report 1822 (navržen jako spolehlivý) • Později nahrazen NCP (Network ControlProtocol)

Projekty, které dále ovlivnily Internet • RAND • Vojenská síť • RAND Corporation (US) • NPL Network • Komerční síť • NationalPhysicalLaboratory (GB) • Princip packet-switching • CYCLADES • Vědecká síť • Institut de Recherche d’ Informatique et d’ Automatique (Fr) • Mezisíťové spojení (inter-networking)

TCP/IP model sítě • Struktura počítačové sítě je podle modelu TCP/IP rozdělena do 4 (někdy 5 vrstev) • Link Layer (vrstva síťového rozhraní) • fyzické spojení hostů (hardware) • Ethernet, FDDI • Internet Layer (síťová vrstva) • Spojení mezi sítěmi, adresování a směrování • Transport Layer (přenosová vrstva) • Zajištění zabalení dat do paketů pro přenos po síťové vrstvě • ApplicationLayer (aplikační vrsta) • Popis konkrétní služby • HTTP (Web); FTP; POP3, IMAP, SMTP (email); DHCP, SNMP, DNS (řízení sítě)

Internet Protocol • Protokol 2. úrovně (Internet Layer) • Verze 4 popsána v dokumentu RFC 791 (září 1981) • Navrhnut pro sítě s přepojováním paketů • Princip „Besteffort“ - nejlepší snahy • Nezaručuje doručení paketu • Zaručuje integritu dat (kontrolní součet) • Umožňuje propojení sítí • Inter-networking

IPv4 - adresa • Identifikuje dané zařízení v síti • Každé zařízení může mít více adres • 32 bitové číslo (4 294 967 296 adres k dispozici) • Příklady zápisu

IPv4 – adresování a směrování • Propojení sítí vyžaduje rozlišit, zda je příjemce ve stejné nebo jiné síti • Rozlišení na základě adresy IP • Společná část adresy pro několik zařízení – adresa sítě • Data v rámci jedné sítě se předávají přímo, data mimo síť pomocí routeru (gateway, směrovače) • V současnosti se používá systém CIDR (ClasslessInter-DomainRouting) • Více významné bity adresy identifikují síť, zbylé hosta • Počet bitů tvořících adresu sítě se zapisuje /n • Pro konfiguraci se adresa sítě a hosta rozlišuje tzv. maskou

IPv4 – příklady adres • Adresa: 192.0.2.13/24 • Odpovídající maska podsítě: 255.255.255.0 • Binárně 1100 0000.0000 0000.0000 0010.0000 1101 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000 • Adresa: 10.10.2.125/18 • Odpovídající maska podsítě: 255.255.192.0 • Binárně 1100 0000.0000 0000.0000 0010.0000 1101 1111 1111.1111 1111.1100 0000.0000 0000

IPv4 – speciální adresy • V adresovém prostoru IPv4 jsou některé bloky adres vyhrazeny pro speciální použití • Privátní sítě • Určeny pro použití v LAN • Pakety s těmito adresami nejsou přeposílány do okolních sítí • 10.0.0.0/8 • 172.16.0.0/12 • 192.168.0.0/16 • Vícesměrové vysílání • Pakety s touto adresou jsou určeny pro více počítačů v rámci sítě • 224.0.0.0/4 • Všesměrové vysílání • Pakety jsou určeny pro všechny počítače v rámci sítě • 255.255.255.255

IPv4 – speciální adresy • Loopback (localhost), místní smyčka • 127.0.0.0/8 • Adresa označuje aktuální počítač • Použití pro přístup ke službám běžícím na aktuálním počítači nebo pro testování funkcí TCP/IP • Zeroconf (Link-local), automatická konfigurace • 169.254.0.0/16 • Tuto adresu si přiřadí počítač sám v případě, že nemá adresu nastavenou pevně a není k dispozici konfigurační server (DHCP) • Všechny uvedené speciální adresy nejsou veřejně směrovatelné • Pakety s těmito adresami nesmí opustit lokální síť/aktuální počítač

Protokol TCP • Protokol 3. vrstvy – Transport Layer • Zajišťuje komunikaci koncových bodů (end-to-end) • Rozlišuje na zdrojovém a cílovém zařízení bod pro připojení pomocí portu (navíc k IP adrese) • Principy • Spolehlivý přenos • Zajištění pořadí (příjemce obdrží data v pořadí v jakém byla odeslána) • Použití pro služby, kde je důležitá kompletnost přenosu • WorldWide Web • E-mail • File transfer protocol

Navázání a ukončení spojení TCP • Navázání pomocí 3-wayhandshake • Ukončení pomocí 4-wayhandskahke SYN,seq=x FIN SYN,seq=y/ACK=x+1 ACK FIN ACK=y+1 ACK

Protokol UDP • Protokol 3. vrstvy – Transport Layer • Zajišťuje komunikaci koncových bodů (end-to-end) • Rozlišuje na zdrojovém a cílovém zařízení bod pro připojení pomocí portu (navíc k IP adrese) • Návrh • Nespolehlivý přenos • Bez zajištění pořadí • Použítí • Stream multimedia • VoIP • některé protokoly pro řízení IP sítě (DHCP, DNS, …)

Fenomény spojené s IP • Everythingover IP • Díky úspěchu protokolu je většina služeb a aplikací přepracována pro podporu TCP/IP • Výhody protokolu IP • Otevřený standard • Nezávislý na specifické službě nebo OS • Vrstvený návrh umožňuje separovat služby od centrální sítě • Služby provozované po IP • Klasické služby: email, IM, www • Multimédia: VoIP, Video on Demand

Fenomény spojené s IP • IP overeverything • Návrh protokolu umožňuje přenos dat po téměř libovolném médiu • Metalické sítě, bezdrátové sítě, optické vedení, poštovní holubi … • Mnohá média nebyla původně pro IP navržena, ale kvůli jeho úspěchu byla upravena pro jeho podporu

IP overAvianCarrier • Popsáno v RFC 1149 (duben 1990) • Aktualizace v RFC 2549 (IP over Avian Carriers with Quality of Service) (duben 1999) • Reálná implementace Bergen Linux user group (Norsko) 28.4.2001 • Odeslání 9 ping paketů na vzdálenost 5 km • Příjem 4 odpovědí • Záznam výpisu programu ping PING 10.0.3.1 (10.0.3.1): 56 data bytes 64 bytesfrom 10.0.3.1: icmp_seq=0 ttl=255 time=6165731.1 ms 64 bytesfrom 10.0.3.1: icmp_seq=4 ttl=255 time=3211900.8 ms 64 bytesfrom 10.0.3.1: icmp_seq=2 ttl=255 time=5124922.8 ms 64 bytesfrom 10.0.3.1: icmp_seq=1 ttl=255 time=6388671.9 ms

Vyčerpání adresového prostoru IPv4 • Enormní nárůst počtu zařízení používajících protokol TCP/IP • Mobilní zařízení • Zařízení trvale připojená • Vysokorychlostní připojení domácností/kanceláří • Rozvržení adres IPv4 poskytuje relativně malé množství veřejně přidělitelných adres • Historicky přidělovány institucím velké bloky adres

Vyčerpání adresového prostoru IPv4 • Techniky oddalující úplné vyčerpání • NAT (překlad adres) • Několik zařízení se „schová“ za jednu veřejnou adresu • Komplikuje provozování některých služeb (vyžadujících příchozí připojení) • CIDR • Jemnější dělení adresového prostoru • IPv6 • Nová verze protokolu z větším (2128) adresovým prostorem, • Přechod na IPv6 je v zásadě jediné trvalé řešení

IPv6 • Nová verze Internet Protocol • Návrh popsán v RFC 2460 (prosinec 1998) • Změny proti IPv4 • Větší adresový prostor (2128≈ 3,4×1038) • „Jumbograms“ – pakety o velikosti až 4 GiB • Optimalizace přenosu pro sítě s odpovídající podporou • V IPv4 je max. velikost paketu 65536 B • Protokoly vyšších vrstev se nemění

Vlastnosti IPv6 • Podpora QoS • Snaha pokrýt potřeby multimediálních aplikací • Povinné zabezpečení (IPSec) • Podpora mobilních zařízení • Zachování adresy a spojení při změně polohy • Automatická konfigurace • I bez DHCP je schopno zařízení zjistit parametry sítě a začít komunikovat s okolím • Snazší zpracování routery • I přes zvětšení adresy 4x, zvětšila se celá hlavička pouze 2x • Přesunutí některých dat z hlavičky do volitelné části • Nemusí přepočítávat kontrolní součet

IPv6 adresa • 128 bitů dlouhé číslo • Zápis jako osm skupin po čtyřech hexadecimálních znacích • 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 • Úvodní nuly se nemusí psát • 2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334 • Skupinu nul lze nahradit :: • 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334 • Lze udělat pouze jednou (jinak vzniká nejednoznačnost)

Přechod na IPv6 • Specifikace z roku 1998 • Nasazení IPv6 je přesto pomalé • Starší zařízení nemají podporu IPv6 (a není možné toto změnit) • Výrobce odmítá vytvořit aktualizace • ISP nechtějí investovat do infrastruktury • Malá informovanost koncových zákazníků o potřebě IPv6

Zdroje • Dokumenty RFC • 768 (User DatagramProtocol) • 791 (Internet Protocol) • 793 (TransmissionControlProtocol) • 1122 (Requirementsfor Internet Hosts - CommunicationLayers) • 2460 (Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification) • A související dokumenty • http://www.blug.linux.no/rfc1149/

Internet Protocol