Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 8

En presentation över ämnet: "Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 8"— Presentationens avskrift:

1 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.

2 Figure 2.2 Internet layers
TCP, UDP IP Ethernet

3 Figure 2.4 An exchange using the Internet model

4 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.

5 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.

6 Figure 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.

7 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.

8 Figure 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.

9 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.)

10 Figure Example 3

11 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.

12 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

13 Figure 2.16 Summary of duties

14 Figure 12.1 Addressing techniques

15 Adresser till min dator
Fysisk MAC-adress, 48 bitar: E2-4F-54-04 IP-adress, 32 bitar: Intern NAT-IP-adress (Network Address Translation): IP-subnetmask: 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: URL till ftp-fil på min dator: 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:

16 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.

17 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 C-4D-1B (example address) NIC for a laptop

18 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

19 IP-adresser 32-bit adress i dagens IP version bit i IPversion 6. Exempelvis har Utbildningsradions www-server IP-adressen binärt. På punkterad decimalform blir det Hexadecimalt blir det C10C5B1F.

20 Figure 19.9 Dotted-decimal notation

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

22 Example 2 Change the following IP addresses from dotted-decimal notation to binary notation. a b Solution We replace each decimal number with its binary equivalent (see Appendix B): a b

23 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.

24 Figure 9.5 IP address formats and classes

25 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.

26 Figure 19.13 Netid and hostid

27 Figure 19.10 Finding the class in binary notation

28 Example 3 Solution Find the class of each address:
b Solution See the procedure in Figure 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.

29 Figure 19.12 Finding the class in decimal notation

30

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

32 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 = FFFF0000 (sexton 1:or och sexton 0:or) betyder att de första 16 bitarna i IP-adressen är Net-ID, övriga är Host-ID.

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

34 Figure 19.21 Addresses in a network with and without subnetting

35 Figure 19.22 Hierarchy concept in a telephone number

36 Table 19.1 Default masks Class In Binary In Dotted-Decimal Using Slash
/8 B /16 C /24

37 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.

38 Example 8 A router outside the organization receives a packet with destination address 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 The router ANDs this mask with the address to get 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.

39 Figure Subnet mask

40 Example 9 A router inside the organization receives the same packet with destination address 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 The router applies the mask to the address, The subnet address is 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.

41 Example 9.2 The administrator of a campus LAN is assigned a single class B IP address of 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.

42 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

43 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 = through to Mask = Network 2: Addresses = through to Mask = 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.

44 Answer: Network 1 Netid = /xxxx xxxxxxxx Network 2 Netid = / xxxxxxxx Hence Network 1 Hostid = /0001 xxxxxxxx

45

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

47 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.

48 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

49 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.

50

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

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

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

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

55 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 Svar, TTL, storlek, osv. Dator Dator

56 Figure 14.3 Some examples of DNS zones.

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

58 Table 19.2 Default masks Range 10.0.0.0 to 10.255.255.255 224
Total to 224 to 220 to 216

59 Figure NAT

60 Figure 19.26 Address translation

61 Figure Translation

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

63 Figure ARP operation

64 Figure 20.5 Four cases using ARP

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

66 Example 1 A host with IP address and physical address B has a packet to send to another host with IP address 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.

67 Figure Example 1

68 Figure IPv6 address

69 Figure Tunneling

70 Figure 20.24 Header translation