Internetwerken

Fysieke netwerkverbinding met routers

Een router is een computer die als speciale taak het verbinden van netwerken heeft. Een router kan netwerken die verschillende technologieën gebruiken met elkaar verbinden, zoals verschillende media, fysieke adresseringssystemen of frameformaten.

Internet-architectuur

Meerdere routers zijn noodzakelijk:•Omdat de CPU en het geheugen in een router worden gebruikt om paketten te verwerken, is de processor in één router niet in staat het verkeer tussen een willekeurig aantal netwerken af te handelen.•Redundantie verbetert de betrouwbaarheid van een internet. Protocolsoftware controleert de internetverbindingen continu en geeft de routers opdracht het verkeer via andere paden te sturen wanneer een netwerk of router niet werkt

Een internet is een virtueel netwerksysteem

The TCP/IP Internet Protocols

Lagenmodellen en TCP/IP-protocollen

IP: Internet Protocol-adressen Een internet is een abstractie, volledig gecreëerd door software Om in een internet uniforme adressering te kunnen bieden, definieert de protocolsoftware een abstract adresseringssysteem dat elke host een uniek adres toekent. Gebruikers, toepassingsprogramma’s en hogere lagen van de protocolsoftware gebruiken de abstracte adressen om te communiceren Het IP-adresseringssysteem Een Internet Adres (IP-adres) is een uniek 32-bits binair getal dat aan een host wordt toegekend en voor alle communicatie met de host wordt gebruikt.

Klasse-indeling van IP-adressen

IP verdeelt de host-adressen in drie primaire klassen. De klasse van een adres bepaalt de plaats van de grens tussen het netwerkprefix en het host-suffix van het adres.

De decimale notatie met punten (dotted decimal notation) is een syntactische vorm die IP-software gebruikt om 32-bits binaire waarden weer te geven bij de interactie met de gebruikers. In deze notatie wordt elke byte decimaal weergegeven en worden de bytes met punten van elkaar gescheiden.Bijvoorbeeld: 192.168.1.25

Klassen en de decimale notatie met punten:

Verdeling van de adresruimte

Internet Service Providers (ISP) leveren netwerknummers aan organisaties,en de Internet Assigned Number Authority zorgt ervoor dat elk netwerkprefix uniek is

Hogeschool Gent 4 netwerknummers:193.190.88.0, 193.190.172.0, 193.190.173.0, 193.190.174.0

interne private nummers: 172.16.0.0 en 192.168.1.0

Subnet and Classless Addressing

Address Masks (subnet masks)[ D = destination IP-address

A = network prefixM = subnet mask ]

A == (D & M)

11111111 11111111 00000000 00000000 (= 255.255.0.0)10000000 00001010 00000000 00000000 (= 128.10.0.0)10000000 00001010 00000010 00000011 (= 128.10.2.3)

applying the bit “and” gives us 10000000 00001010 00000000 00000000 (= 128.10.0.0)

CIDR notation 128.10.0.0/16

CIDR Host Adresses

Private Address Space

The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved the following three blocks of the IP address space for private internets: (www.iana.org)

10.0.0.0 - 10.255.255.255 (10/8 prefix)172.16.0.0 - 172.31.255.255 (172.16/12 prefix)192.168.0.0 - 192.168.255.255 (192.168/16 prefix)

Note that (in pre-CIDR notation) the first block is nothing but a single class A network number, while the second block is a set of 16 contiguous class B network numbers, and third block is a set of 256 contiguous class C network numbers.

Speciale IP-adressen

Routers en het principe van IP-adressering Een IP-adres identificeert geen bepaalde computer, maar een verbinding tussen een computer en een netwerk. Aan een computer met meerdere netwerkverbindingen (bijvoorbeeld een router) moet voor elke verbinding één IP-adres worden toegekend.

Protocol-adressen zijn abstracties, geproduceerd door software; fysieke netwerkhardware weet niet hoe een computer op basis van het protocol-adres gelokaliseerd kan worden. Voordat een pakket kan worden verstuurd, moet het protocol-adres van de volgende hop worden vertaald naar een equivalent hardware-adres.

Binding Protocol Adresses(ARP)

Het omzetten van een protocol-adres in een hardware-adres wordt ‘adresresolutie’ genoemd. Een host of router gebruikt adresresolutie wanneer hij naar een andere computer op hetzelfde fysieke netwerk moet zenden. Een computer spoort nooit het adres op van een computer die op een netwerk op afstand is aangesloten.

Adresresolutie met een opzoektabel:

Adresresolutie met closed-form berekeningHardware_adres = ip_adres & 0xff

Adresresolutie met berichtenuitwisseling door servers door broadcasting: elk toestel onderzoekt adres…

Address Resolution Protocol (ARP)

Het berichtformaat van ARP

Het versturen van een ARP-bericht (encapsulation)

Omdat een router heterogene netwerken kan verbinden, kan deze geen kopie transporteren van een frame dat via een netwerk op een ander netwerk aankomt. Om met heterogeniteit te kunnen omgaan, moet een internet een hardware-onafhankelijk pakketformaat definiëren: een IP-datagram.

als ((masker[i] & D) == bestemming[i]) stuur door naar volgendeHop[i]

Omdat IP is ontworpen voor alle soorten netwerkhardware, kan de communicatie worden verstoord doordat de onderliggende hardware zich misdraagt. Als gevolg daarvan kunnen IP-datagrammen verloren gaan, worden gedupliceerd of vertraagd, en in verkeerde volgorde of met verminkte data worden afgeleverd. Om elk van deze problemen op te lossen, zijn hogere lagen protocolsoftware vereist. Het header-formaat van een IP-datagram

 IP-inkapseling

Transmissie via een internet

Een datagram kan niet groter zijn dan de MTU van een netwerk waarover het wordt verstuurd. Als een router een datagram ontvangt dat groter is dan de MTU van het netwerk waarover het moet worden verstuurd, verdeelt de router het datagram in kleinere stukjes: fragmenten. Elk fragment gebruikt het IP-datagramformaat, maar vervoert slechts een deel van de data.

Wat UDP voor een toepassing doet:•End-to-end. UDP is een transportprotocol dat een onderscheid maakt tussen verschillende programma’s (op één HOST).•Connectionless. De geboden interface is verbindingsloos.•Message-oriented. Een programma verstuurt en ontvangt individuele boodschappen.•Best-effort. Cfr. IP.•Arbitrary interaction. UDP staat een programma toe te communiceren met veel applicaties, van veel applicaties communicatie-data te ontvangen, ofwel te communiceren met exact één andere applicatie.•Operating system independent. UDP kan programma’s identificeren onafhankelijk van het lokale operating system.

Formaat van een UDP-datagram

Wat TCP voor een toepassingsprogramma doet: Verbindingsgerichtheid. TCP biedt een verbindingsgerichte dienst waarin de toepassing eerst een verbinding met een bestemming moet aanvragen en deze verbinding vervolgens kan gebruiken om data te transporteren. Point-to-point communicatie. Elke TCP-verbinding heeft precies twee eindpunten. Volledige betrouwbaarheid. TCP garandeert dat de data die via een verbinding wordt verstuurd, precies zo wordt afgeleverd als deze gezonden is, zonder dat er data ontbreekt of de volgorde niet klopt.Full-duplex communicatie. Bij een TCP-verbinding kan de data in elke richting stromen en kan elk toepassingsprogramma op elk moment data versturen. TCP kan uitgaande en binnenkomende data in beide richtingen bufferen, waardoor de toepassing de mogelijkheid heeft data te versturen en dan met rekenen verder te gaan terwijl de data wordt getransporteerd.

•Stroominterface. We zeggen dat TCP een stroominterface biedt waarin een toepassing een continue reeks bytes over de verbinding zendt. Dat wil zeggen dat TCP niets van records begrijpt en niet garandeert dat de data bij de ontvangende toepassing wordt afgeleverd in stukjes van dezelfde grootte als waarin de data door de zendende toepassing werd getransporteerd.•Betrouwbare verbindingsopbouw. TCP vereist dat wanneer twee toepassingen een verbinding tot stand brengen, beide met de nieuwe verbinding akkoord gaan. Gedupliceerde pakketjes die in voorgaande verbindingen werden gebruikt vormen dan geen geldig antwoord en ze zullen de nieuwe verbinding geen problemen bezorgen.•Elegante verbreking van de verbinding. Een toepassingsprogramma kan een verbinding openen, willekeurige hoeveelheden data versturen en dan verzoeken om beëindiging van de verbinding. TCP garandeert dat het alle data in betrouwbare toestand aflevert voordat het de verbinding sluit.

Het segmentformaat van TCP

Internet Routing

Most hosts use static routing. The host’s routing table contains two main entries: one for the network to which the host attaches and a default entry that directs all other traffic to a specific router (the default gateway).

Each router runs routing software that learns about destinations other routers can reach, and informs other routers about destinations that it can reach. The routing software uses incoming information to update the local routing table continuously.

Routers in the global Internet are divided into groups, where each group is known as an autonomous system. The routers within an autonomous system exchange routing information, which is then summarized before being passed to another group.

Two types of Internet routing protocols exist:Interior Gateway Protocols (IGPs) and Exterior Gateway Protocols (EGPs)

How Interior Gateway Protocols (IGPs) and Exterior Gateway Protocols (EGPs) are used:

Routes and Data Traffic