Kapittel 5 Nettverkslaget
I dette kapitlet ser vi nærmere på:
Nettverkslaget
IP-protokollen
Format
Fragmentering
IP-adresser
Rutere
Hierarkisk ruting og ruteaggregering
Autonome soner

Nettverkslaget
Skal overføre data fra transportlaget som pakker gjennom nettverket (Internett)
IP-protokollen med pakker og adresser
Ruting
Feilrapp. og informasjonsprotokoller
En protokoll må være implementert i alt utstyr som pakkene passerer
Internett tilbyr en datagramtjeneste (IP-pakke) på nettverkslaget

Nettverkslaget

IP-protokollen (IPv4)
Er en upålitelig protokoll
Ingen sekvenskontroll, feil eller flytkontroll
Opererer forbindelsesløst
Ingen oppkobling av en forbindelse
Nyttelasten i en IP-pakke kan være hva som helst
TCP, UDP, ICMP og IGMP benytter IP-pakker

Formatet på en IP-pakke (IPv4)

Faktiske verdier i en IP-pakke (IPv4)

Fragmentering av IP-pakker (IPv4)
Pakker for store for en lenkelagsramme må fragmenteres
Hvert fragment har fullstendig header og rutes som en vanlig pakke
Fragmentene settes sammen igjen hos mottakeren (forenkler ruterne)
Feltene identifikasjon, flagg og fragmentering benyttes for å sette pakkene sammen igjen

Fragmentering av IP-pakker (IPv4)
Avsender eller mellomliggende rutere kan fragmentere pakker
Mottaker setter fragmentene sammen igjen

IP-adressering (IPv4)
Kommunikasjon krever adressering
I Internett brukes IP-adresser som er hierarkisk oppbygd for å fordele trafikken
Alle nettverkskort har sin unike IP-adresse

IP-adressering (IPv4)
En IP-adresse er 32 bit
Består av en nettadressedel og en nodeadressedel
Eks 200.193.2.3 (punktum desimal form)
11001000 11000001 00000010 00000011
Adresseområde 0.0.0.0 – 255.255.255.255
0’te bit (lengst til venstre) overføres først

IP-adressering (IPv4)
3 ulike nettverk koblet sammen med en ruter

IP-adressering (IPv4)
Hele adresserommet benyttes til et lokalnett

IP-adressering (IPv4)
Adresserommet er delt opp i flere subnett

IP-adressering (IPv4)
Inndeling av adresserom ved klassebasert adressering

IP-adressering (IPv4)
Dette adresserommet er avsatt til private adresser
Private adresser brukes i interne nettverk
Private adresser eksisterer ikke på Internett
Interne nettverk med privat adresser kan kobles til Internett via en NAT-ruter

Rutere
Videresender pakker på den antatt mest gunstige måten ut ifra rutingtabellen
Bestemmer ruter - ruting
I lokalnettrutere settes tabellen opp manuelt
I kjernenettrutere brukes rutingprotokoller

Videresende pakker
En ruter tester følgende:
Er pakken adressert til ruteren selv
Sjekksummen for pakkeheader
Reduserer TTL-feltet med 1 og sjekker >0
Mottakeradressen opp i mot rutertabellen
Størrelsen på pakken i forhold til lenkelagsrammen

Ruting
Hvordan bestemme veien gjennom nettverket? Vi ønsker å velge rute med minst mulig kostnad
Kostnad kan være en funksjon av
Korteste vei målt, i antall hopp
Raskeste vei, målt i kapasitet
Strategiske vei, andre hensyn

Ruting
Rutingtabeller settes ved statiske- eller dynamiske rutingalgoritmer
Statiske rutingalgoritmer betyr manuelt
Dynamiske rutingalgoritmer betyr at rutingtabellene endres etter trafikkbelastning og topologi
Globale rutingalgoritmer setter opp rutingtabellen på bakgrunn av kjennskap til hele nettverket, link-tilstandsalgoritme
Desentraliserte rutingalgoritmer utveksler rutingtabeller med sine naborutere, distanse-vektoralgoritme

Hierarkisk ruting
Tildeling av IP-adresser foregår hierarkisk
Enkle IP-adresser representerer hele adresserom
Forenkler rutingtabellene i de globale ruterne
Adressen 158.38.16.0/20 representerer alle adresser som har de 20 første bitene identisk med denne adressen

Hierarkisk ruting

Ruteaggregering

Hierarkisk ruting
Alle noder i samme nett må kjøre må kjøre samme rutingalgoritme for å gi mening
Dette medfører problemer med volum (skalering) og administrasjon (hvem bestemmer)
Organiserer Autonome Systemer (AS)
Hvert AS administreres av en bedrift eller en ISP
Innenfor hvert AS brukes samme rutingprotokoll
Hver ruter lagrer inform. om de andre ruterne i samme AS
AS kobles sammen med gateway rutere
Gateway rutere snakker sammen med en egen protokoll

Organisering av nettverk
De globale ruterne er organisert i autonome systemer (AS)
Hvert AS administreres av en bedrift eller en ISP
Innenfor hvert AS brukes samme rutingprotokoll
Hver ruter lagrer informasjon om de andre ruterne i samme AS

Organisering av nettverk
Ulike AS kobles sammen av gateway rutere

Organisering av nettverk
Hvert AS kjører sin intra-AS rutingprotokoll
I Internett brukes RIP eller OSPF
Routing Information Protocol. En distanse-vektoralgoritme som bruker antall ruterhopp til å bestemme kostnaden (maks 15)
Open Shortest Path First. Link-tilstandsalgoritme der hver ruter konstruerer et kart over hele subnettet. Kostnader bestemmes av nettadministrator. Tar over for RIP

Organisering av nettverk
For å kartlegge ruter mellom ulike AS brukes inter-AS rutingprotokoller
Alle AS må bruke samme inter-AS rutingprotokoll
I Internett brukes BGP4
Hvilke andre AS kan nås fra nabo-AS
Sprer informasjon om hvilke subnett som kan nås  til interne rutere
Finner de beste rutene til de ulike subnettene

Organisering av nettverk

Organisering av nettverk

Samtrafikk mellom AS i Norge
Alle autonome soner i Norge er direkte eller indirekte koblet opp imot NIX’en i Oslo