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1 Outline Introduction IP Address & MAC Address TCP/UDP/ICMP IP Gateway, Network Mask, TTL Routing Protocol Network Address Translation (NAT) Domain Name System (DNS) Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) / Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) HyperText Transfer Protocol (HTTP) Protocol Virtual Private Network (VPN) 1

2 1. IP address and Mac address IP (Internet Protocol ) 通訊協定定義於 RFC 791 網際網路所使用的網路層 (network layer) 通訊協定, 負責傳送資料到指定位址, 但並不確認資料是否正確傳達, 是一種無連結 (Connectionless) 的通訊協定 負責做封包 (Packet) 路徑選擇 (Routing), Packet 分割 (Fragmentation) 及重組 (Reassembly) Max packet size: Bytes 2

3 無連結導向 (Connectionless-oriented) 在資料傳送前, 並不透過事先的連線協調及建立連線才傳送資料 ; 在資料送達對方時亦不送回確認資訊, 所以效率較高, 但錯誤率相對也較高 廣告郵件是一種無連結傳送, 廠商將廣告傳單加上地址交由郵局寄送, 但不能確定地址與收件人是否正確, 也不能確定收件人是否能正確收到資料 無連結傳送也可用來建立連結導向的傳送, 在上面廣告郵件的例子中, 可使用回函的方式來確認消費者是否接收到廣告郵件 3

4 連結導向 (Connection-oriented) 在發送資料前會建立一個連結, 並使用錯誤檢查等方式確保資料能夠正確無誤的傳送, 如果發生錯誤會自動嘗試重傳資料 電話是一種連結導向的通訊方式, 使用者必須先確定電話號碼, 然後撥電話, 若是無人接聽則無法建立連結, 若是接聽則發話與受話端可藉由交談來確認資料正確傳遞 4 返回

5 1.1 IP address Internet Protocol Version 4 (IPv4) 用來辨別裝置或主機唯一的識別碼由 32 Bits 組成, 即共可有 2 32 = 4,294,967,296 個位址 由網路位址 (network addr) 及主機位址 (host addr) 兩部分組成 依照網路位址和主機位址的分配, 分成五種 Class: 5

6 1.1.1 Classless InterDomain Routing (CIDR) CIDR 是節省 Class B 位址的一個變通措施 使用 CIDR 即可代表數個 Class C 取代以往需要使用一個 Class B 之位址浪費, 可節省位址 以一個 IP 位址和一個代表 Bits 的數字組成 例 : /21 及 /21 可視為同一網域 由左至右比對到第 21 個 Bits 相同, 視為同網域 network mask:

7 netid 每一組 IP 位址的第一個 IP 位址, 即為該組 IP 位址的網路號碼 (netid) 例 : / 24 -> broadcast 每一組 IP 位址的最後一個 IP, 即為該組 IP 位址的廣播位址 (broadcast) 例 : / 24 ->

8 Subnetting 將一較大的網路區段切割成幾組較小的網路 使用於 Interior Routing Protocol 例如 : / 16 可將一個 B 級網路分成 256 個較小網路 / / / / 24 8

9 1.1.2 Private address RFC 1918 不需申請, 可直接使用 不能讓 Routing Information 流到單位外的網路上 需透過位址轉換 NAT(Network Address Translation) 才能對外連線 可用之 Private Address 範圍 : ~ ( /8) ~ ( /12) ~ ( /16) 9

10 Supernetting 由數個較小的網路區段組合成單一較大網路 使用於 Exterior Routing Protocol 可減少 Routing Table 的 Entry 數 例如 : / 20 ( ~ ) 將 16 個 C 級網路合成一個 /20 較大網路 netid: range: ~ netmask: broadcast:

11 1.2 IP protocol header 11

12 Version(4 bits) IP Protocol 的版本, 目前為 IPv4, 下一代為 IPv6 Header Len(4 bits) IP Header 的長度 (5~15), 預設為 5( 即為 5 4=20Bytes) [ 註 :5rows,4Bytes/row] Type of Service(8 bits): QOS 參數 ( 目前作為 Differentiated Services,RFC 3317, RFC 2474) Precedence (3 bits): 代表封包的重要性, 值愈高表愈重要 D (1bit): 設定 0 為一般延遲, 設定 1 為低延遲 (Low delay) T (1 bit): 設定 0 為一般傳送量, 設定 1 為高的傳送量 (Throughput) R (1 bit): 設定 0 為一般 Reliability, 設定 1 為高的 Reliability C (1 bit): 設定 0 為一般 Cost, 設定為 1 為低 Cost Unused (1 bits): 未使用 12

13 Total Length(16 bits) 總長度 (IP header + data,576 ~ Bytes) 單位為 Byte Identification 用來識別 Datagram 使用, 分割與依序重組 Flags Bit 0: reserved, must be zero Bit 1: (DF) 0 = May Fragment, 1 = Don't Fragment. Bit 2: (MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments. 13

14 Fragment Offset 0 ~ 8191 ( = ) 分割後封包的位移量 以 8 bytes 為基本位移單位 最大總資料量 = = bytes Time to Live (TTL) 封包在網路的存活時間 每經過一個 Router 計數器自動減一, 直至 0 為止, 便將封包丟棄 (Discard) 14

15 Protocol 0: 保留 1:ICMP,Internet Control Message 2:IGMP,Internet Group Management 5:ST,Stream 6:TCP,Transmission Control 8:EGP,Exterior Gateway Protocol 9:IGP,Any private interior gateway 17:UDP,User Datagram Protocol 其他請參考 rfc1700 Assigned Numbers 15

16 Header Checksum IP Header 的錯誤檢查碼, 將 IP Header 中所有 16-bit 的 word 轉為 1 的補數相加後, 再取一的補數, 此值即為 Checksum 值 Source IP Address 來源 IP 位址 Destination IP Address 目的 IP 位址 Options 選擇性欄位 Data 真正傳送的資料 16

17 17 IP Header Checksum 計算範例 ea ddd+0385+d348+fe06=3b68a 進位的 3 加回 b68a 中,3+b68a=b68d, 換成二進位為 再取其補數 e f d d d d a e

18 1.3 Mac address 每張網路卡出廠時即擁有一個全世界獨一無二的位址 ( 身份代號 ) 目的在於直接相鄰設備間的定址, 適用於同一網路中 由 6 個 bytes 組成, 例 :00:10:F3:03:28:B0 MAC Layer 之位址, 負責和 Physical Layer 溝通 18

19 MAC Address Broadcast Address FF:FF:FF:FF:FF:FF Multicast Address 01:00:5E:xx:xx:xx 19

20 Linux 指令 : ifconfig ifconfig - 網路介面控制程式 由指令及其輸出結果可看出系統之設計以及相關設定之作用 範例 :ifconfig eth0 eth0 Link encap:ethernet Hwaddr 52:54:AB:ED:6F:61 inet addr: Bcast: Mask: UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets:46299 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:189 TX packets:3057 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:100 Interrupt:5 Base address:0xece0 20

21 網路卡接收 Packet 的依據 在以下四種情況中, 網路卡會擷取封包 Destination MAC Address 為該網路卡的 MAC Address 廣播位址 (Broadcast Address) 群播位址 (Multicast Address) 當網路卡在 Promiscuous Mode Promiscuous Mode 時 Ethereal 預設即是 Promiscuous Mode 21

22 MAC Address 與 IP Address 為何不使用 MAC Address 為定址方法? 各 MAC Protocol 之 MAC Address 無法統一 MAC Address 無法有任何之階層觀念 設計 IP Address 供定址使用 IP Address 的設計精神 : 階層式 IPv4 使用 32 Bits 位址 IPv6 使用 128Bits 位址 22

23 1.3.2 Address Resolution Protocol (ARP) Address Resolution Protocol,RFC903 作業系統之網路核心會有兩者對應之表格 :ARP Table 區域網路 IP 連線之步驟 : 發送者查詢 ARP Table 中是否有接收者之 MAC Address 若無, 進行 ARP 查詢接收者之 MAC Address 發送者對接收者以查到的 MAC Address 發送資料 23

24 ARP 的運作機制 (1) 24

25 ARP 的運作機制 (2) 25

26 ARP 的運作機制 (3) 26

27 ARP 的運作機制 (4) 27

28 ARP 的運作機制 (5) 28

29 Linux 指令 : arp 其功能是列出系統的 ARP Table, 以及設定及刪除 ARP Table 中之欄位 29

30 範例架構 30

31 IP & MAC Address 為何有需要兩個 Address ( IP, MAC)? IP Address IP Address 形成階層式架構, 方便在路徑的繞徑 (Routing) 不同網路, 方便更改電腦的 IP Address 成為該網路的 Domain MAC Address Ethernet 網卡 MAC Address 前三位元組為製造商的號碼, 看似有階層式架構, 但購買者分佈各地, 實際上卻無法形成階層架構 適用時機僅在同一網路內 31

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