A hálózati réteg és az IPv4 protokoll

A hálózati réteg szerepe a kommunikációban

• A hálózati réteg feladatai közé tartozik a végberendezések címzése, a beágyazás, a forgalomirányítás és a kicsomagolás.

A hálózati réteg protokolljai

• Az IPv4 (Internet Protocol Version 4) és az IPv6 (Internet Protocol Version 6) a hálózati réteg legfontosabb protokolljai.
• Ritkábban használt protokollok az IPX (Novell Internetwork Packet Exchange), az AppleTalk és a CLNS/DECNet (Connectionless Network Service).

Az IP-protokoll jellemzői

• Az IP protokoll összeköttetés-mentes és "legjobb szándékú" (nem megbízható), a megbízhatósági feladatokat a szállítási rétegre bízza.
• Az IP protokoll közegfüggetlen.

Az IPv4 csomag felépítése

• Az IPv4 csomag két részből áll: az IP-fejlécből, ami a csomag jellemzőit határozza meg, és az adattartalomból, ami a 4. rétegbeli szegmens információkat és a tényleges adatokat tartalmazza.

A legfontosabb IPv4-fejléc mezők

• A verzió mező az IP-csomag verzióját határozza meg 4 biten; IPv4 esetén ez az érték mindig 0100.
• A differenciált szolgáltatások (Differentiated Services, DS) a csomagok prioritását adják meg, az első 6 bit a szolgáltatási minőség (Quality of Service, QOS) biztosításához használják, az utolsó 2 bit pedig a hálózati torlódás esetén a csomagvesztések elkerülésére szolgál.
• Az élettartam (Time-To-Live, TTL) a csomag élettartamát korlátozó 8 bites bináris szám.
• A protokoll mező 8 bites érték, ami meghatározza a csomagban szállított adattartalom típusát; a leggyakoribb értékei: 0x01 (ICMP), 0x06 (TCP), 0x11 (UDP).
• A forrás IP-cím a csomag forrásállomásának címét megadó 32 bites bináris szám.
• A cél IP-cím a csomag célállomásának címét megadó 32 bites bináris szám.

Az azonosításra és érvényesítésre használt mezők

• Az internet fejléc hossz (Internet Header Length, IHL) egy 4 bites érték, ami megadja a csomag fejlécében található 32 bites szavak számát.
• A teljes hossz (Total Length) a teljes csomag (fejléc és adat) bájtokban mért hosszát adja meg.
• A fejléc ellenőrző összeg (Header Checksum) egy 16 bites mező az IP-csomag sértetlenségének ellenőrzésére.
• Az azonosítás (Identification) egy 16 bites szám, ami egyértelműen azonosítja az IP-csomag egy darabját.
• A jelzők (Flags) a csomag feldarabolásának módját meghatározó 3 bit.
• A csomagdarab eltolás (Fragment Offset) egy 13 bites érték, ami a csomag darabokból történő összeállításánál megadja a csomagok sorrendjét.

Az IPv4 korlátai

• Elfogytak az IPv4-címek, megnövekedett az irányítótábla méret az interneten, és hiányoznak a végponttól végpontig tartó kapcsolatok.

Az IPv6 kibővített tulajdonságai

• Az IPv6-címek 128 bites hierarchikus felépítésűek, ami megnövekedett címtartományt biztosít.
• Az IPv6-fejléc kevesebb mezőt tartalmaz, ami továbbfejlesztett csomagkezelést eredményez.
• A nagy számú nyilvános IPv6-címnek köszönhetően nincs szükség címfordításra (NAT).
• Az IPv6 támogatja a hitelesítést és a titkosítást, ami integrált biztonságot nyújt.

Az IPv6-csomag fejléc mezői

• A verzió mező 4 biten adja meg az IP-csomag verzióját, ami IPv6 esetén 0110.
• A forgalom osztály (Traffic Class) 8 biten megegyezik az IPv4-fejléc differenciált szolgáltatások (Differentiated Services, DS) mezőjével, ezen belül egy 6 bites DSCP (Differentiated Services Code Point) érték osztályozza a csomagokat, és egy 2 bites ECN (Explicit Congestion Notification) mező szolgál torlódásvezérlésre.
• A folyamcimke (Flow Label) segítségével a forgalomirányítók és a kapcsolók értesíthetők, hogy egy csomagfolyam esetén ugyanazt az útvonalat használják, így a csomagokat nem kell összerendezni.
• Az Adatmező hossza (Payload Length) mező 16 bites, és megegyezik az IPv4-fejléc Total Length mezőjével.
• A Következő fejléc (Next Header) mező 8 bites, és megegyezik az IPv4 Protokoll mezőjével.
• Az Ugrás korlát (Hop Limit) mező 8 bites, és az IPv4 csomag TTL-mezőjének felel meg.
• A forrás IP-cím (Source Address) mező 128 bites, és a küldő állomás IPv6 címét adja meg.
• A cél IP-cím (Destination Address) mező 128 bites, és a fogadó állomás IPv6-címét adja meg.

Forgalomirányítás

• Egy állomás által küldött csomag címzettje lehet saját maga (a 127.0.0.1-es visszahurkolási interfészt használva), helyi állomás vagy távoli állomás.
• Egy helyi állomás nem tárol irányítási információkat a helyi hálózaton kívül lévő, távoli célállomásokról, ezért az alapértelmezett átjáró irányítja a forgalmat a helyi hálózatról a távoli hálózatok eszközeihez, mivel rendelkezik a szükséges információkkal.

Állomás irányítótáblái

• Az állomás irányítótáblái tartalmazzák a közvetlen kapcsolatot a visszahurkolási interfészhez (127.0.0.1), a helyi hálózati útvonalakat, amik az állomáshoz csatlakozó hálózatokat automatikusan bekerülnek az állomás irányítótáblájába, és a helyi alapértelmezett útvonalat, amin keresztül minden távoli hálózat elérhető.
• Az állomás irányítótábláinak megjelenítésére használható a route print vagy a netstat -r parancs (Linuxon route vagy netstat -r).
• Az állomás irányítótáblái tartalmaznak interfész listát, IPv4- és IPv6-irányítótáblákat.
• Az IPv4 irányítótábla tartalmazza a célhálózatot, a hálózati maszkot, az átjárót, az interfészt és a mértéket.
• Az IPv6 irányítótábla tartalmazza az interfész azonosítókat, a mértéket, a célhálózatot és az átjárót.

A forgalomirányító irányítótáblái

• A forgalomirányító irányítótáblái tartalmaznak közvetlenül csatlakozó útvonalakat és távoli útvonalakat.
• A forgalomirányító irányítótábláinak megjelenítésére használható a show ip route parancs.
• A forgalomirányító irányítótáblái tartalmazzák a célhálózatot, a célhálózathoz tartozó mértéket (metrikát) és a célhálózat eléréséhez szükséges átjárót.
• A közvetlenül csatlakozó hálózatokat "C"-vel jelölik, a forgalomirányító interfészére mutató útvonalat "L"-lel jelölik.

Távoli hálózatok

• Az "S" betűvel jelölt útvonalakat a rendszergazda kézzel hozta létre, ezeket statikus útvonalaknak nevezzük.
• A "D" betűvel jelölt útvonalakat a forgalomirányító dinamikusan tanulta meg más forgalomirányítótól az EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) segítségével.
• Az "O" betűvel jelölt útvonalakat a forgalomirányító dinamikusan tanulta meg más forgalomirányítótól az OSPF (Open Shortest Path First) protokoll segítségével.
• A távoli hálózatra vonatkozó irányítótábla bejegyzések tartalmazzák az útvonal forrását, a célhálózatot, az adminisztratív távolságot, a mértéket, a következő ugrást, az útvonal időbélyegét és a kimenő interfészt.

Forgalomirányítók

• A forgalomirányítók megtalálhatók vállalati telephelyeken, WAN-okban és szolgáltatóknál.

A forgalomirányítók alapvető elemei

• A forgalomirányítók alapvető elemei közé tartozik az operációs rendszer (OS), a központi feldolgozó egység (CPU), a véletlen elérésű memória (RAM), a csak olvasható memória (ROM), a flash memória és a nemfelejtő véletlen hozzáférésű memória (NVRAM).

CPU

• A CPU végrehajtja az operációs rendszer utasításait, mint például a rendszerindítást, a forgalomirányítási és kapcsolási feladatokat.

Operációs rendszer

• Minden Cisco eszköz a Cisco Internetwork Operating System (IOS) szoftvert használja.

RAM

• A Cisco IOS, aktív konfigurációs fájl (running-config), IP irányítótábla, ARP gyorsítótár (cache), és a csomagpuffer a RAM-ban tárolódik.
• Az IOS az indítási folyamat során a RAM-ba másolódik.

ROM

• A ROM-ban tárolódnak az indítási utasítások, az alap diagnosztikai szoftver (ami minden összetevőn végrehajtja a bekapcsolási önellenőrzést, power-on self-test, POST) és a csökkentett IOS.

NVRAM

• Az NVRAM-ban található az indító konfigurációs fájl (startup-config).

Flash memória

• A Flash memóriában található az IOS és más rendszerfájlok.

Csatlakozók

• A forgalomirányító csatlakozói közé tartoznak a konzol portok, az AUX port, a LAN-interfész és a kiterjesztett, nagy sebességű WAN-interfész.
• A felügyeleti portok sávon kívüliek, míg a hálózati interfészek sávon belüliek.
• A Cisco forgalomirányító parancssora elérhető konzolon, Telnet vagy SSH-n keresztül (utóbbiakhoz aktív hálózati interfész szükséges), illetve AUX-porton keresztül.

A forgalomirányító interfészei

• A forgalomirányító interfészei lehetnek Ethernet LAN-interfészek vagy soros WAN interfészek.

A Cisco IOS működése

• A Cisco IOS működésébe beletartozik a címzés, interfészek kezelése, forgalomirányítás, biztonság, QoS és az erőforrás felügyelet.

Rendszerindító fájlok

• A rendszerindító fájlok közé tartozik az IOS-képfájl és az indító konfigurációs fájl.
• A rendszerindítási folyamat lépései: az önellenőrzés (POST) és a rendszerindító program (bootstrap) betöltése, a Cisco IOS szoftver megkeresése és betöltése, valamint az indító konfigurációs fájl megkeresése és betöltése, vagy belépés beállítási (setup) módba.

show version

A show version parancs segítségével az IOS verziója, a ROM rendszerindító programja, az IOS helye, a CPU típusa, a RAM mennyisége, az interfészek, az NVRAM és a flash memória mennyisége, valamint a konfigurációs regiszter (gyári alapértelmezett értéke 0x2102) tekinthető meg.

Kezdeti konfiguráció

• Az eszköz nevének megadása a hostname globális konfigurációs paranccsal történik.
• A privilegizált EXEC mód jelszava az enable secret paranccsal adható meg, a felhasználói EXEC mód jelszava a konzol porton kiadott login és password parancsokkal állítható be, a virtuális hozzáférést az EXEC módhoz hasonlóan védhetjük le a virtuális terminál (vty) porton.
• A service password-encryption globális konfigurációs parancs megakadályozza a jelszavak egyszerű szövegként való megjelenítését a konfigurációs fájlban.
• Jogos használatra vonatkozó üzenet írása a banner motd (message of the day) globális paranccsal történik.
• A konfiguráció elmentése a copy run start paranccsal, ellenőrzése pedig a show run paranccsal történik.

Interfészek konfigurálása

• Az interfészek konfiguráláshoz interfész konfigurációs módba kell lépni az interface típus-és-szám globális konfigurációs paranccsal.
• IPv4-cím és alhálózati maszk beállításához az ip address ip_cím alhálózati_maszk parancsot kell használni.
• Az interfész aktiválása a no shutdown paranccsal történik.
• Az interfész konfiguráció ellenőrzésére szolgáló parancsok: show ip interface brief, ping, show ip route, show interfaces, show ip interface.

Alapértelmezett átjáró beállítása kapcsolókon

• A kapcsolók felügyeleti IP címének konfigurálása:
  • S1(config)# interface vlan1
  • S1(config-vlan)# ip address 192.168.10.51 255.255.255.0
  • S1(config-vlan)# no shut
• Az alapértelmezett átjáró beállítása:
  • S1(config)# ip default-gateway 192.168.10.1