Сети ЭВМ и телекоммуникации

1. Сети ЭВМ и телекоммуникации

2. DHCP DHCP (DynamicHostConfigurationProtocol — протокол динамической конфигурации узла)  — это сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. • Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к серверу DHCP, и получает от него нужные параметры. • Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. • Протоколпозволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. • DHCP используется в большинстве крупных (и не очень) сетей TCP/IP.

3. История DHCP Стандарт протокола DHCP был принят в октябре 1993 года. Действующая версия протокола (март 1997 года) описана в RFC 2131. Новая версия DHCP, предназначенная для использования в среде IPv6, носит название DHCPv6 и определена в RFC 3315 (июль 2003 года).

4. Распределение IP-адресов • Протокол DHCP предоставляет три способа распределения IP-адресов: • Ручное распределение– администратор сопоставляет аппаратному адресу (для Ethernet сетей это MAC-адрес) каждого клиентского компьютера определённый IP-адрес. • Автоматическое распределение– каждому компьютеру на постоянное использование выделяется произвольный свободный.IP-адрес из определённого администратором диапазона. • Динамическое распределение– способ аналогичен автоматическому распределению, за исключением того, что адрес выдаётся компьютеру не на постоянное пользование, а на определённый срок. Это называется арендой адреса. По истечении срока аренды IP-адрес вновь считается свободным. • Некоторые реализации службы DHCP способны автоматически обновлять записи DNS, соответствующие клиентским компьютерам, при выделении им новых адресов.

5. Опции DHCP • Помимо IP-адреса, DHCP также может сообщать клиенту дополнительные параметры, необходимые для нормальной работы в сети. • Список стандартных опций можно найти в RFC 2132. • Наиболее часто используемые опции: • IP-адрес хоста клиента; • IP-адрес маршрутизатора по умолчанию; • маска подсети; • адреса серверов DNS; • имя домена DNS. • Некоторые поставщики программного обеспечения могут определять собственные, дополнительные опции DHCP.

6. Описание протокола • Протокол DHCP является клиент-серверным, то есть в его работе участвуют клиент DHCP и сервер DHCP. • Передача данных производится при помощи протокола UDP, при этом сервер принимает сообщения от клиентов на порт 67 и отправляет сообщения клиентам на порт 68.

7. Структура сообщений DHCP • Сообщение протокола DHCP разбивается на поля, каждое из которых содержит определённую информацию. • Все поля, кроме последнего (поля опций DHCP), имеют фиксированную длину.

8. Поля опций DHCP

9. Пример процесса получения адреса • Предположим, клиент ещё не имеет собственного IP-адреса, но ему известен его предыдущий адрес — 192.168.1.100. • Процесс состоит из четырёх этапов: • Обнаружение DHCP; • Предложение DHCP; • Запрос DHCP; • Подтверждение DHCP.

10. Обнаружение DHCP • Вначале клиент выполняет широковещательный запрос по всей физической сети с целью обнаружить доступные DHCP-серверы. Он отправляет сообщение типа DHCPDISCOVER, при этом в качестве IP-адреса источника указывается 0.0.0.0 (так как компьютер ещё не имеет собственного IP-адреса), а в качестве адреса назначения — широковещательный адрес 255.255.255.255. • Клиент заполняет несколько полей сообщения начальными значениями: • В поле xid помещается уникальный идентификатор транзакции, который позволяет отличать данный процесс получения IP-адреса от других, протекающих в то же время. • В поле chaddr помещается аппаратный адрес (MAC-адрес) клиента. • В поле опций указывается последний известный клиенту IP-адрес. В данном примере это 192.168.1.100. Это необязательно и может быть проигнорировано сервером. • Сообщение DHCPDISCOVER может быть распространено за пределы локальной физической сети при помощи специально настроенных агентов ретрансляции DHCP, перенаправляющих поступающие от клиентов сообщения DHCP серверам в других подсетях.

11. Предложение DHCP • Получив сообщение от клиента, сервер определяет требуемую конфигурацию клиента в соответствии с указанными сетевым администратором настройками. • В данном случае DHCP-сервер согласен с запрошенным клиентом адресом 192.168.1.100. Сервер отправляет ему ответ (DHCPOFFER), в котором предлагает конфигурацию. • Предлагаемый клиенту IP-адрес указывается в поле yiaddr. • Прочие параметры (такие, как адреса маршрутизаторов и DNS-серверов) указываются в виде опций в соответствующем поле. • Это сообщение DHCP-сервер отправляет хосту, пославшему DHCPDISCOVER, на его MAC. • Клиент может получить несколько различных предложений DHCP от разных серверов; из них он должен выбрать то, которое его «устраивает».

12. Запрос DHCP • Выбрав одну из конфигураций, предложенных DHCP-серверами, клиент отправляет запрос DHCP (DHCPREQUEST). • Запрос рассылается широковещательно, при этом к опциям, указанным клиентом в сообщении DHCPDISCOVER, добавляется специальная опция: • идентификатор сервера — указывающая адрес DHCP-сервера, выбранного клиентом (в данном случае — 192.168.1.1).

13. Подтверждение DHCP • Сервер подтверждает запрос и направляет это подтверждение (DHCPACK) клиенту. • После этого клиент должен настроить свой сетевой интерфейс, используя предоставленные опции.

15. Прочие сообщения DHCP • Отказ DHCP Если после получения подтверждения (DHCPACK) от сервера клиент обнаруживает, что указанный сервером адрес уже используется в сети, он рассылает широковещательное сообщение отказа DHCP (DHCPDECLINE), после чего процедура получения IP-адреса повторяется. Использование IP-адреса другим клиентом можно обнаружить, выполнив запрос ARP. • Отмена DHCP Если по каким-то причинам сервер не может предоставить клиенту запрошенный IP-адрес, или если аренда адреса удаляется администратором, сервер рассылает широковещательное сообщение отмены DHCP (DHCPNAK). При получении такого сообщения соответствующий клиент должен повторить процедуру получения адреса. • Освобождение DHCP Клиент может явным образом прекратить аренду IP-адреса. Для этого он отправляет сообщение освобождения DHCP (DHCPRELEASE) тому серверу, который предоставил ему адрес в аренду. В отличие от других сообщений DHCP, DHCPRELEASE не рассылается широковещательно. • Информация DHCP Сообщение информации DHCP (DHCPINFORM) предназначено для определения дополнительных параметров TCP/IP (например, адреса маршрутизатора по умолчанию, DNS-серверов и т. п.) теми клиентами, которым не нужен динамический IP-адрес (то есть адрес которых настроен вручную). Серверы отвечают на такой запрос сообщением подтверждения (DHCPACK) без выделения IP-адреса.

16. ARP • ARP (AddressResolutionProtocol — протокол определения адреса) — протокол предназначен для определения адреса канального уровня по известному адресу сетевого уровня. • Протокол низкого уровня. • Наибольшее распространение этот протокол получил благодаря повсеместности сетей IP, построенных поверх Ethernet, поскольку практически в 100 % случаев при таком сочетании используется ARP.

17. Описание ARP • Описание протокола было опубликовано в ноябре 1982 года в RFC 826. • ARP был спроектирован для случая передачи IP-пакетов через сегмент Ethernet. Общий принцип, предложенный для ARP, был использован для сетей других типов. • Существуют следующие типы сообщений ARP: • запрос ARP (ARP request) • ответ ARP (ARP reply). • Перед тем как передать пакет сетевого уровня через сегмент Ethernet, сетевой стек проверяет кэш ARP, чтобы выяснить, не зарегистрирована ли в нём уже нужная информация об узле-получателе. Если такой записи в кэше ARP нет, то выполняется широковещательный запрос ARP. • Записи в кэше ARP могут быть статическими и динамическими. • Пример добавления статической записи: arp -s <IP-адрес> <MAC-адрес> • Записи в таблице ARP, созданные динамически, остаются в кэшев течение 2-х минут. Если в течение этих двух минут произошла повторная передача данных по этому адресу, то время хранения записи в кэше продлевается ещё на 2 минуты. Эта процедура может повторяться до тех пор, пока запись в кэше просуществует до 10 минут. После этого запись будет удалена из кэша, и будет отправлен повторный запрос ARP.

18. Принцип работы • Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно. • Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. • В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес.

19. Структура пакета • Hardware type (HTYPE) Каждый транспортный протокол передачи данных имеет свой номер, который хранится в этом поле. Например, Ethernet имеет номер 0x0001. • Protocol type (PTYPE)  Код протокола. Например, для IPv4 будет записано 0x0800. • Hardware length (HLEN)  Длина физического адреса в байтах. Ethernet адреса имеют длину 6 байт. • Protocol length (PLEN)  Длина логического адреса в байтах. IPv4 адреса имеют длину 4 байта. • Operation Код операции отправителя: 1 в случае запроса и 2 в случае ответа. • Sender hardware address (SHA) Физический адрес отправителя. • Sender protocol address (SPA) Логический адрес отправителя. • Target hardware address (THA)  Физический адрес получателя. Поле пусто при запросе. • Target protocol address (TPA)  Логический адрес получателя.

20. Пример

21. RARP • RARP (ReverseAddressResolutionProtocol — Обратный протокол преобразования адресов) — протокол сетевого уровня, выполняет обратное отображение адресов, то есть преобразует аппаратный адрес в IP-адрес. • Протокол применяется во время загрузки узла . • Например: • компьютер при инициализации интерфейса посылает групповое сообщение-запрос со своим физическим адресом. • Сервер принимает это сообщение и просматривает свои таблицы в поисках соответствующего физическому, IP-адреса. • После обнаружения найденный адрес отсылается обратно на запросивший его узел. • Другие станции также могут «слышать» этот диалог и локально сохранить эту информацию в своих ARP-таблицах. • RARP позволяет разделять IP-адреса между не часто используемыми хост-узлами. После использования каким либо узлом IP-адреса он может быть освобождён и выдан другому узлу. • RARP является дополнением к ARP, и описан в RFC 903.

22. ICMP • ICMP (InternetControlMessageProtocol — протокол межсетевых управляющих сообщений) — сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. • ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных. • Например, запрашиваемая услуга недоступна, или хост, или маршрутизатор не отвечают. • Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.

23. ICMP • Протокол ICMP описан в RFC 792 и RFC 950, является стандартом Интернета. • Формально ICMP использует IP (ICMP-пакеты инкапсулируются в IP пакеты), и является неотъемлемой частью IP, следовательно обязателен при реализации стека TCP/IP. • Текущая версия ICMP для IPv4 называется ICMPv4.В IPv6 существует аналогичный протокол ICMPv6. • ICMP-сообщение строится из IP-пакетов, сгенерировавших ICMP-ответ. • Каждое ICMP-сообщение инкапсулируется непосредственно в пределах одного IP-пакета, и, таким образом, как и UDP, ICMP является ненадежным. • ICMP не используется непосредственно в приложениях пользователей сети.

24. Использование ICMP-сообщений • ICMP-сообщения (тип 12) генерируются при нахождении ошибок в заголовке IP-пакета (за исключением самих ICMP-пакетов, чтобы не привести к бесконечно растущему потоку ICMP-сообщений об ICMP-сообщениях). • ICMP-сообщения (тип 3) генерируются маршрутизатором при отсутствии маршрута к адресату. • Утилита Ping, служащая для проверки возможности доставки IP-пакетов использует ICMP-сообщения с типом 8 (эхо-запрос) и 0 (эхо-ответ). • Утилита Traceroute, отображающая путь следования IP-пакетов, использует ICMP-сообщения с типом 11. • ICMP-сообщения (тип 5) используются маршрутизаторами для обновления записей в таблице маршрутизации отправителя. • ICMP-сообщения (тип 4) используются получателем (или маршрутизатором) для управления скоростью отправки сообщений отправителем.

25. Формат пакета ICMP

26. Типы пакетов ICMP • 0 — Эхо-ответ • 1 — Зарезервировано • 2 — Зарезервировано • 3 — Адресат недоступен • код 0 — Сеть недостижимакод 1 — Узел недостижимкод 2 — Протокол недостижимкод 3 — Порт недостижимкод 4 — Необходима фрагментация, но установлен флаг ее запрета (DF)код 5 — Неверный маршрут от источникакод 6 — Сеть назначения неизвестнакод 7 — Узел назначения неизвестенкод 8 — Узел источник изолированкод 9 — Сеть административно запрещенакод 10 — Узел административно запрещенкод 11 — Сеть недоступна для ToSкод 12 — Узел недоступен для ToSкод 13 — Коммуникации административно запрещеныкод 14 — Нарушение порядка предпочтения узловкод 15 — Активно отсечение порядка предпочтения • 4 — Сдерживание источника (отключение источника при переполнении очереди) • 5 — Перенаправление • код 0 — Перенаправление пакетов в сетьКод 1 — Перенаправление пакетов к узлуКод 2 — Перенаправление для каждого типа обслуживания (TOS)Код 3 — Перенаправление пакета к узлу для каждого типа обслуживания • 6 — Альтернативный адрес узла • 7 — Зарезервировано • 8 — Эхо-запрос • 9 — Объявление маршрутизатора (RFC-1256) • код 0 — Нормальное объявление маршрутизаторакод 16 — Не маршрутизировать обычный трафик • 10 — Запрос маршрутизатора (RFC-1256) • 11 — Превышение временного интервала (для дейтаграммы время жизни истекло) • код 0 — Время жизни пакета (TTL) истекло при транспортировкекод 1 — Время жизни пакета (время сборки фрагментов) истекло при дефрагментации

27. Типы пакетов ICMP • 12 — Неверный параметр (проблема с параметрами дейтаграммы: ошибка в IP-заголовке или отсутствует необходимая опция) • код 0 — Указатель говорит об ошибкекод 1 — Отсутствует требуемая опциякод 2 — Некорректная длина • 13 — Запрос метки времени • 14 — Ответ с меткой времени • 15 — Информационный запрос • 16 — Информационный ответ • 17 — Запрос адресной маски (RFC-950) • 18 — Отклик на запрос адресной маски (RFC-950) • 19 — Зарезервировано (для обеспечения безопасности) • 20-29 — Зарезервировано (для экспериментов на устойчивость к ошибкам) • 30 — Трассировка маршрута (RFC-1393) • 31 — Ошибка преобразования дейтаграммы (RFC- 1475) • 32 — Перенаправление для мобильного узла • 33 — IPv6 Where-Are-You (где вы находитесь) • 34 — IPv6 I-Am-Here (я здесь) • 35 — Запрос перенаправления для мобильного узла • 36 — Отклик на запрос перенаправления для мобильного узла • 37 — Запрос доменного имени (DomainNameRequest) • 38 — Ответ на запрос доменного имени (DomainNameReply) • 39 — SKIP • 40 — Photuris • код 0 — Зарезервированокод 1 — Неизвестный индекс параметров безопасности (UnkownSecurityParametersIndex)код 2 — Параметры безопасности верны, но произошла ошибка аутентификации (ValidSecurityParameters, butAuthenticationFailed)код 3 — Параметры безопасности верны, но произошел сбой при расшифровке (ValidSecurityParameters, butDecryptionFailed)код 4 — Требуется проверка подлинности (NeedAuthentication)код 5 — Требуется авторизация (NeedAuthorization) • 41-255 — Зарезервировано

28. Пример • Эхо сообщение о недостижимости адресата содержит следующие поля: • Заголовок (4 байта): тип – 3; возможные коды – [0,15]; контрольная сумма ; • Пустое поле 32 бита; • Данные исходной диаграммы (первые 64 бита).

29. Сообщение о перенаправлении дейтаграммы • Сообщение посылается шлюзом, при условии существования более короткого маршрута. • Формат сообщения: • Заголовок (4 байта): тип – 5; возможные коды – [0,5]; контрольная сумма; • Адрес более выгодного шлюза (4 байта); • Данные исходной дейтограммы (первые 64 бита). При муршрутизации от источника данное сообщение никогда не высылается.

30. Сообщение эхо-запрос и эхо-ответ • Используется для тестирования соединения между узлами сети. • Сообщение запроса и ответа имеют одинаковый формат дейтограммы: • Заголовок (4 байта): • Тип (Эхо-запрос – 8, Эхо-ответ – 0); • Код не используется; • Контрольная сумма; • Идентификатор; • Последовательный номер; • Данные – имеет переменную длину. • Идентификатор и последовательный номер используются для определения соответствия эхо-запросов в эхо-ответы.

31. Обмен информацией о маршрутах • Такие пакеты используются маршрутизаторами (один раз в 10 мин), передаются широковещательно. • Формат сообщения объявление маршрутизатора: • Заголовок (4 байта): Тип – 9; Код; Контрольная сумма; • Число адресов – количество адресов машрутизатора, указанных в сообщении (байт); • Длина адреса – число 32-битных слов, необходимых для указания записи каждого маршрутизатора (байт); • Время жизни – максимальное время выраженное в секундах, в течении которого адреса маршрутизатора могут считываться (2 байта); • Адрес маршрутизатора – ip-адрес интерфейса маршрутизатора (4 байта для ipv4); • Уровень приоритета – предпочтительность для каждого маршрута (4 байта для ipv4).

32. ICMP-сообщение «запрос-маршрутизатора» • Передается при включении маршрутизатора и необходимости немедленного получения информации о соседних маршрутизаторах. • Формат сообщения: • Заголовок: Тип – 10; Код; Контрольная сумма; • 32 бита нулей.