Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 8 Repetition av TCP/IP-modellens 5 nivåer Adressering på Internet: MAC-adresser, IP-adresser, subnet-masker, NAT, DNS-namn, portnummer, URL:er.

Figure 2.2 Internet layers TCP, UDP IP Ethernet

Figure 2.4 An exchange using the Internet model

Lager 1 Det fysiska lagret ansvarar för transmission av enskilda databitar från en nod till nästa. Detta kan innefatta: Kontakter Elektriska nivåer Modulation Multiplextekniker Bitsynkronisering Kretskoppling Exempel: RS232.

Lager 2 Datalänklagret är protokoll för transmission av ramar (frames) från en nod till nästa. Detta kan innefatta: Fleraccessprotokoll (multiple access control=MAC) för att undvika kollisioner Adressering inom LAN:et/länken (nätverkskortens fysiska MAC-adresser eller nivå 2-adress). Felhantering (t.ex. vid trådlös kommunikation eller telefonnätsmodem) Exempel: Ethernet ligger på lager 1 och 2.

Figure 2.8 Example 1 I Figure 2.8 sänder en nod med fysisk adress 10 en ram (dvs ett paket på nivå 2) till en nod med fysisk adress 87. De två noderna är förbundna med en länk. Ramens huvud (header H2) innehåller bl.a. avsändarens och mottagarens fysiska adress. Ibland används en svans (trailer T2) som innehåller felrättande och/eller felupptäckande kod.

Lager 3 Nätverkslagret ansvarar för vidareförmedling av paket “end-to-end”, dvs via kedjan av datalänkar från den ursprungliga källan till den slutliga destinationen. Detta innefattar WAN- adressering (t.ex. IP-adresser) och routingprotokoll. Exempel: IP-protokollet.

Figure 2.11 Example 2 I figur 2.11 vill vi sända data från en nod med logisk nätverksadress (IP-adress) A och fysisk adress 10 till en nod med IP-adress P och fysisk adress 95. De två enheterna befinner sig i olika LAN. Därför kan vi inte enbart använda deras fysiska adress. Den fysiska adressen kan enbart användas vid kommunikation inom ett LAN. De två routrarna förstår av IP-adressen vilken väg paketen ska vidareförmedlas, och ändrar paketets fysiska adressering.

Lager 4 Transportlagret ansvarar för leverans av meddelanden “end-to-end”, från en process på avsändardatorn till en process på mottagardatorn. Detta kan innefatta: portnummer, virtuell kretskoppling, dvs flödesstyrning, felkontroll, segmentnumrering, omsändning, ordning av segment. (TCP-protokollet. Ej UDP- protokollet.)

Figure 2.14 Example 3

Example 3 Figur 2.14 exemplifierar transportlagret (UDP-protokollet). Data som kommer från högre lager förses med en TCP-header, som innehåller portnummer j och k. Avsändarprocessens portnummer är j och mottagarprocessens portnummer är k. Eftersom meddelandets storlek är större än nätverkslagret kan hantera, delas datat i två segment (två paket). Nätverkslagret lägger till nätverksadresserna (A och P) till varje paket.

Lager 5: Applikationslagret är kommunikationsprotokoll för att tillhandahålla en komplett kommunikationstjänst till slutanvändaren. Exempel: HTTP för web FTP för filöverföring. SMTP och POP3 för Internet e-post

Figure 2.16 Summary of duties

Figure 12.1 Addressing techniques

Adresser till min dator Fysisk MAC-adress, 48 bitar: 00-00-E2-4F-54-04 IP-adress, 32 bitar: 193.10.250.187. Intern NAT-IP-adress (Network Address Translation): 10.14.1.63. IP-subnetmask: 255.255.0.0 DNS-namn (Domain namn Service): mageripc.itm.miun.se, där itm.miun.se är DNS-suffix, och .se är toppdomän. URL till webbsida på webbserver på min dator: http://mageripc.itm.miun.se:portnummer/filkatalog/filnamn.typ URL till ftp-fil på min dator: ftp://användanamn:lösenord@mageripc.itm.miun.se/filkatalog/filnamn.typ Filnamn till fil vid delad diskaccess till min dator: \\mageripc.itm.miun.se\filkatalog\filnamn.typ (Av säkerhetsskäl inte tillgänglig utanför nätet.) E-postadress till användare på en e-postserver på min dator: användarnamn@mageripc.itm.miun.se

System och protokoll för översättning mellan olika adresseringstekniker ARP (Address resolution protocol) översätter IP-adress till fysisk adress. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) kan ge varje dator en ledig IP-adress, och talar om för en dator med en viss fysisk adress vilken dess IP-adress är vid varje omstart. DNS (Domain Name Server) är ett system av databaser som översätter mellan IP-adress och DNS-adress. NAT (Network Address Translation) är en server, ofta i anslutning till företagets brandvägg, som modifierar IP-paketen genom att byta ut intern avsändar-IP-adress och portnummer till extern IP-adress + portnummer vid utgående paket, och vice versa vid inkommande. På så sätt kan många dela på samma externa IP-adress.

Network Interface Card (NIC) NIC for a desktop Each device on Ethernet network has its own interface card (NIC) to connect to the network The NIC is usually plugged into the device and has a 6 bytes (48 bits) physical address The physical address is normally written in hexadecimal notation 02-11-02-2C-4D-1B (example address) NIC for a laptop

Ethernet Addressing Each station recognizes three classes of addresses. Unicast address (for one-to-one communication) Broadcast address (for one-to-all communication) Optionally, one or more multicast addresses (for one-to-many communication, i.e. to a group of users) Major reason for broadcast is address discovery. Brodcast Ethernet address is all 1s, or in hexadecimal FF : FF : FF : FF : FF :FF Multicast addresses are used for specialized link layer functions. Ethernet addresses are unique First three bytes assigned to manufacturer by IEEE, the other three bytes assigned by the manufacturer

IP-adresser 32-bit adress i dagens IP version 4. 64-bit i IPversion 6. Exempelvis har Utbildningsradions www-server IP-adressen 1010 0001 0000 1010 0101 1011 0001 1111 binärt. På punkterad decimalform blir det 193.12.91.31. Hexadecimalt blir det C10C5B1F.

Figure 19.9 Dotted-decimal notation

Example 1 Change the following IP addresses from binary notation to dotted-decimal notation. a. 10000001 00001011 00001011 11101111 b. 11111001 10011011 11111011 00001111 Solution We replace each group of 8 bits with its equivalent decimal number (see Appendix B) and add dots for separation: a. 129.11.11.239 b. 249.155.251.15

Example 2 Change the following IP addresses from dotted-decimal notation to binary notation. a. 111.56.45.78 b. 75.45.34.78 Solution We replace each decimal number with its binary equivalent (see Appendix B): a. 01101111 00111000 00101101 01001110 b. 01001011 00101101 00100010 01001110

IP-adressklasser Prefix = Net-ID. Anger nät, t.ex. för ett nät som kontrolleras av en Internet-operatör eller ett företag. Fungerar som riktnummer Suffix = Host-ID. Anger dator Basadress = Första IP-adressen i nätet, dvs med Net-ID=0 Multicasting = En-till-många, dvs gruppkommunikation Broadcasting = En till alla. Förr användes klass A- B och C-adresser, där de första 8, 16 respektive 24 bitarna är Net-ID, och återstående bitar är Host-ID. De första 1-4 bitarna anger klass.

Figure 9.5 IP address formats and classes

Example 9.1 Assuming the IP address formats shown in Figure 9.5, derive the range of host addresses for classes A, B, and C. Give your answer in dotted decimal notation and also straight decimal.

Figure 19.13 Netid and hostid

Figure 19.10 Finding the class in binary notation

Example 3 Solution Find the class of each address: b. 11110011 10011011 11111011 00001111 Solution See the procedure in Figure 19.11. a. The first bit is 0; this is a class A address. b. The first 4 bits are 1s; this is a class E address.

Figure 19.12 Finding the class in decimal notation

Figure 9.6 Subnet addressing: (a) address structure; (b) example.

Klasslösa adresser Idag används klasslösa adresser med hjälp av IP-masker. En 1:a i IP-masken betyder att motsvarande bit i adressen tillhör Net-ID. Exempel: IP-masken 255.255.0.0 = FFFF0000 (sexton 1:or och sexton 0:or) betyder att de första 16 bitarna i IP-adressen är Net-ID, övriga är Host-ID.

Note: A network base address is different from a netid. A network base address has both netid and hostid, with 0s for the hostid.

Figure 19.21 Addresses in a network with and without subnetting

Figure 19.22 Hierarchy concept in a telephone number

Table 19.1 Default masks Class In Binary In Dotted-Decimal Using Slash 11111111 00000000 00000000 00000000 255.0.0.0 /8 B 11111111 11111111 00000000 00000000 255.255.0.0 /16 C 11111111 111111111 11111111 00000000 255.255.255.0 /24

Note: The network address can be found by applying the default mask to any address in the block (including itself). It retains the netid of the block and sets the hostid to 0s.

Example 8 A router outside the organization receives a packet with destination address 190.240.7.91. Show how it finds the network address to route the packet. Solution The router follows three steps: The router looks at the first byte of the address to find the class. It is class B. The default mask for class B is 255.255.0.0. The router ANDs this mask with the address to get 190.240.0.0. The router looks in its routing table to find out how to route the packet to this destination. Later, we will see what happens if this destination does not exist.

Figure 19.23 Subnet mask

Example 9 A router inside the organization receives the same packet with destination address 190.240.33.91. Show how it finds the subnetwork address to route the packet. Solution The router follows three steps: The router must know the mask. We assume it is /19, as shown in Figure 19.23. The router applies the mask to the address, 190.240.33.91. The subnet address is 190.240.32.0. The router looks in its routing table to find how to route the packet to this destination. Later, we will see what happens if this destination does not exist.

Example 9.2 The administrator of a campus LAN is assigned a single class B IP address of 150.10.0.0. Assuming that the LAN comprises 100 subnets, each of which is connected to an FDDI backbone network using a subnet router, define a suitable address mask for the site if the maximum number of hosts connected to each subnet is 70.

Answer: A class B IP address means that both the netid part and the local part are each 16 bits. Hence the simplest way of meeting this requirement is to divide the local part into two: 8 bits for the subnetid and 8 bits for thehostid. This will allow for up to 254 subnets and 254 hosts per subnet ignoring all 1s and all 0s. The address mask, therefore, is 255.255.255.0

Example Two networks that are attached to the Central and South American backbone have been allocated the following block of class C addresses: Network 1: Addresses = 200.64.16.0 through to 200.64.31.255 Mask = 255.192.16.0 Network 2: Addresses = 200.64.17.0 through to 200.64.17.255 Mask = 255.255.255.0 Assuming the CIDR addressing scheme, determine the address of a host attached to network 1 that will produce a match with the mask of network 2.

Answer: Network 1 Netid = 11001000 01000000 0001/xxxx xxxxxxxx Network 2 Netid = 11001000 01000000 00010001/ xxxxxxxx Hence Network 1 Hostid = 11001000 01000000 0001/0001 xxxxxxxx

Figure 9.23 Multicasting over a LAN: (a) address allocation principle;

Example 9.6: Multicasting addresses Derive the hexadecimal form of representation of the following link-local multicast addresses: (i) a permanently-assigned multicast group address of 67, (ii) a transient multicast group address of 317.

Answer: The formats of the two types of multicast addresses were shown in Figure 9.31(d). Hence: The most-significant 16 bits are FF02 = permanently-assigned, link-local and FF12 = transient, link-local. A permanently-assigned multicast group address of 67 = 0043 (hex). Hence IPv6 address = FF02 :: 67. (ii) A transient multicast group address of 317 = 013D (hex). Hence IPv6 address = FF12 :: 13D

Example 9.7: IPv6 addressing A datagram is to be sent from a source host with an IPv6 address of A to a destination host with an IPv6 address of B via a path comprising three IPv6 routers. Assuming the addresses of the three routers are R1, R2, and R3 and strict source routing is to be used, (i) state what the contents of the initial values in the various fields in the extension header will be and (ii) list the contents of the source and destination address fields in the main header and the segments left field in the extension header as the datagram travels along the defined path.

Figure 9.31 IPv6 addresses: (a) prefix formats and their use;

Figure 9.31 IPv6 addresses: (b) IPv4 address types;

Figure 9.31 IPv6 addresses: (c) provider-based unicast address format;

Figure 9.31 IPv6 addresses: (d) multicast address format.

ICMP (Internet Control Message Protocol) Fel inträffar Skickar felmeddelande, diagnostik tillbaks. Sändningen lyckas Skickar paket Används för överföring av information om tillgänglighet och kommunikationsproblem. Ping-programmet använder ICMP för att kontrollera om en extern dator är påslagen och går att nå från Internet. ICMP används också för att meddela när att ett system inte går att hitta. Ping 211.181.211.30 Svar, TTL, storlek, osv. Dator 211.181.211.30 Dator

Figure 14.3 Some examples of DNS zones.

Figure 14.4 Example showing the sequence of messages exchanged for a local name resolution.

Table 19.2 Default masks Range 10.0.0.0 to 10.255.255.255 224 Total 10.0.0.0 to 10.255.255.255 224 172.16.0.0 to 172.31.255.255 220 192.168.0.0 to 192.168.255.255 216

Figure 19.25 NAT

Figure 19.26 Address translation

Figure 19.27 Translation

Table 19.3 Five-column translation table Private Address Private Port External Address External Port Transport Protocol 172.18.3.1 1400 25.8.3.2 80 TCP 172.18.3.2 1401 ...

Figure 20.2 ARP operation

Figure 20.5 Four cases using ARP

An ARP request is broadcast; an ARP reply is unicast. Note: An ARP request is broadcast; an ARP reply is unicast.

Example 1 A host with IP address 130.23.3.20 and physical address B23455102210 has a packet to send to another host with IP address 130.23.43.25 and physical address A46EF45983AB. The two hosts are on the same Ethernet network. Show the ARP request and reply packets encapsulated in Ethernet frames. Solution Figure 20.6 shows the ARP request and reply packets. Note that the ARP data field in this case is 28 bytes, and that the individual addresses do not fit in the 4-byte boundary. That is why we do not show the regular 4-byte boundaries for these addresses. Note that we use hexadecimal for every field except the IP addresses.

Figure 20.6 Example 1

Figure 20.15 IPv6 address

Figure 20.23 Tunneling

Figure 20.24 Header translation