™ IP Address & MAC Address

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)

Gateway

™

LAN 對 WAN 之出入口

ƒ 一般而言，Gateway就如同區域網路的出口，若有資 料要傳送到Internet上，均需透過它，再經過中間的 Router轉送到其他Router上，最後再到達目的端。

™

主要的功能是連接不同的網路架構，而且必須視 架構不同而轉換不同的通訊網路協定層級

™

用來連接不同的通訊協定網路，例如：

TCP/IP，X.25，Systems Network

Architecture (SNA)等，Gateway必須將 所接收的 Packet，轉換成目的位址之網路所能 瞭解的資料格式(訊息格式轉換，位址轉換，以

™

X.25

ƒ 一種專用於資料終端設備與封包交換網路間的CCITT 協定

ƒ CCITT: Consultative Committee for International Telegraph and Telephone 國際電報電話諮詢委員會

™

SNA

ƒ IBM 主機系統所使用的通信協定

舉例說明

™

如下圖，ADSL ATU-R做為其他電腦上網的Gateway

™

假設PC1要傳送Packet到Gateway之流程：

ƒ 藉由PC1上Gateway的設定：藉ARP 找到Gateway 之 MAC Address

ƒ 由PC1 之Netmask，決定哪些目的IP 需要送到Gateway 轉出去

CYUT NC

簡單驗證實驗

ADSL ATU-R 當Gateway

™

PC 1 是使用Windows2000作業系統執行以 下的指令歩驟：

1. arp –a

2. ping 168.95.1.1 3. arp –a

4. route print

執行結果說明

™

arp -a

執行結果說明

™

ping 168.95.1.1

執行結果說明

™

arp -a

執行結果說明

™

route print

CYUT NC

Routing Table的意義

Routing Table

™

當Router 設備接收到 Packet 之後，它會依 照 Packet 的目的地 IP（Destination IP Address）決定要對 Packet 做怎樣的動作

ƒ 諸如從某個網路介面轉送、忽略或是傳回不予轉送的 訊息；而做這些決策的依據，就是 Routing Table。

™

Routing Table可能以不同資料結構存在於所 有具有Layer 3網路以上功能的設備中，包含 PC、Firewall、Router，甚至有網路功能的 PDA。

Linux Host Routing Table範例 (ip route)

™

例如以下是一 Linux Host 的 Routing

Table，使用 /sbin/ip route (使用mask bit方式列) 命令，或使用 /sbin/route命令 如下頁。

[root@gr /]# /sbin/ip route

61.218.155.224/28 dev eth1 scope link src 61.218.155.226 192.168.2.0/24 dev eth0 scope link src 192.168.2.254 192.168.0.0/24 dev eth0 scope link src 192.168.0.10 192.168.254.0/24 dev eth0 scope link src 192.168.254.254 10.0.0.0/16 dev eth0 scope link src 10.0.0.10

172.16.0.0/16 dev eth0 scope link src 172.16.0.10

127.0.0.0/8 dev lo scope link

default via 61.218.155.225 dev eth1

Linux Host Routing Table範例(route)

[root@gr /]# /sbin/route Kernel IP routing table

Destination Gateway Genmask Metric Iface NAT

61.218.155.224 * 255.255.255.240 0 eth1

192.168.2.0 * 255.255.255.0 0 eth0

192.168.0.0 * 255.255.255.0 0 eth0

192.168.254.0 * 255.255.255.0 0 eth0

10.0.0.0 * 255.255.0.0 0 eth1

172.16.0.0 * 255.255.0.0 0 eth0 127.0.0.0 * 255.0.0.0 0 lo default 61.218.155.225 0.0.0.0 0 eth1

Routing Table Entry

™

一般Routing Table Entry 搜尋規則是根據IP Packet之目的地IP (Destination IP) ，於

Routing Table中以

Longest Prefix Length Longest Prefix Length Match

Match

為原則進行查詢

ƒ 即當比對時從最前面比對過來符合長度最長的選擇法

™

Default為

0.0.0.0 / 0，即任意 0.0.0.0 / 0

IP 皆符合條

件。若合乎該Entry 的條件，則依照其指定的規 則轉送 Packet

Routing Table Entry

™

若一Packet 進入其網路核心之 Destination IP 為 61.218.155.236 ，與第一個 Entry 的 61.218.155.224/28 從頭開始比對有28 bits相同，因此符合條件。

目的地 IP 二進位

00111101 11011010 10011011 1110 1100

目的地IP 61.218.155.236

與以下 Routing Table entry 比對，決定從何介面送出

Longest Prefix Length Match

Routing Table Entry

61.218.155.236 00111101 11011010 10011011 1110 1100

√

√

√

16

Longest Prefix Length Match

Routing Table Entry

™

此Routing Table Entry 告訴當網路核心進 行 Routing Decision 時，目的地IP的前 28 bits 若是與 61.218.155.224 前面的28

bits 相同，則經由介面 eth1 送出

™ scope link

是說明符合條件的 IP，與其直接 相連，其 Destination MAC 可藉由 ARP 得 知，src 61.218.155.226 則是說明

eth1 介面使用IP 為 61.218.155.226

™

結論：合乎條件共有 1,2,5 等三個，但是 Entry 1 是 match 最長的第一筆記錄 28

bits，因此由 Entry 1 的網路介面即 eth1 送

Static & Dynamic Routing

™

Static Routing

ƒ 由系統管理員因網路所需，設置固定的路徑表，稱為 靜態（static）路徑表

ƒ 一般在系統安裝時就根據網路的配置情況預先設定

™

Dynamic Routing

ƒ Router根據網絡系統的運行情況而自動調整的路徑表

ƒ 路由器根據Routing Protocol提供的功能，自動學習和 記憶網路運行情況，在需要時自動計算數據傳輸的最 佳路徑。

™

TCP/IP中重要的routing protocol

ƒ Routing Information Protocol (RIP), Open Shortest Path First (OSPF), Border Gateway Protocol (BGP) (Chapter 5)

ifconfig 與Static Route Entry

™

ifconfig指令除了設定ip及netmask之外，還 會自動新增一筆對應的static route entry

Routing的選擇

Routing Table 與 Routing Protocol

Router與Router之間交

換Route資訊，進而更

新Routing Table

™

Router的設計可分為

ƒ Fast Path: 需要快速查詢Routing Table並決策Packet 如何轉送，故需使用硬體晶片或Network Procerssor 設計加速Routing Table查詢。

ƒ Slow Path: 速度不需太快，可用一般CPU處理Routing Protocol。

Gateway 和Router

™

Gateway

ƒ 較廣義的名詞，用來連接不同的網路，甚至不同的通 訊協定，從第三層到第七層OSI皆有可能

ƒ Gateway可以是Router、防火牆、Proxy，所以說 Gateway 不一定是指Router

™

Router

ƒ 是指尋找、決定最佳的傳輸路徑，並根據這些路徑建 立Routing Table轉送 Packet或者是過濾 Packet的網 路裝置

CYUT NC

Application Gateway

VoIP Gateway連接PSTN與Internet

™

可轉換應用層的應用稱為 Application

Gateway，有些則稱為Application Level Gateway (ALG)

e-mail Application Gateway

Application Gateway代理telnet與ftp

Application Gateway代理telnet與ftp

可設計成分散伺服器的負擔平衡的設備

Default Gateway

Default Gateway

™

當兩台電腦在不同網域互傳 Packet 時

ƒ 電腦會先查詢自己的Routing Table，找出往另一台電 腦的路由

ƒ 如果另一台電腦的網域不在自己的Routing Table內，

就會送往Default Gateway，由Default Gateway負責 轉送 Packet

™

一般固接式的ADSL都是設定ADSL ATU-R 做 為Default Gateway

Default Gateway的三種設定

™

由ISP 配發，指定Default Gateway，如固接 專線或固接ADSL，用戶端必須自行設定

Default Gateway

™

使用DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, RFC 1541, RFC 2131) 自動取得

Default Gateway，如Cable Modem

™

使用PPP (The Point-to-Point Protocol, RFC 1661) 取得Default Gateway，例如：

Modem 撥接；或撥接計時制ADSL使用PPPoE (PPP over Ethernet)取得 (事實上也使用

PPP)

藉由 ip route 設定default gateway

藉由PPPoE設定Default Gateway

實驗架構圖

™

PC3原Default Gateway為 192.168.10.254

PC1還沒有執行PPPoE上網撥接程式

抓取封包觀察

™

192.168.10.101 連線遠端的 61.219.36.250

PC1還沒有執行PPPoE上網撥接程式

查詢Routing Table

™

原始的 Default Gateway為 192.168.10.254

PC1執行PPPoE上網撥接程式後

™

經由 PPP 取得網路IP、Gateway與DNS 等 設定後，並更動 Routing Table，將Default Gateway 設為由 PPP取得的 Gateway IP

PC1執行PPPoE上網撥接程式後

抓取封包觀察

上網撥接程式，同時使用Ethereal 擷取 Packet

PC1執行PPPoE上網撥接程式後

查詢Routing Table

Default Gateway 已改變為PPP取得之Gateway IP

CYUT NC

Linux Router

Linux Router

™

使用一般PC加上 Linux，經過適當的設定並結 合Routing Protocol 即可成為一小型的

Router使用

™

若更進一步於硬體Routing與Packet處理方面 加強，如使用Intel IXP系列 Network

Processor 或 IBM PowerNP系列，這些硬 體結合 Linux 可以設計為一商業用之Router

Linux router open Source

™

網路上有許多的Open Source程式碼，但是當 使用時，多少需要加以修正與增加功能，甚至改 變原始程式以配合硬體

ƒ [1] Linux Router Project, http://www.linuxrouter.org/

ƒ [2] Free Cisco, http://www.freesco.org/

ƒ [3] IBM PowerNP, http://www.ibm.com

ƒ [4] Intel IXP系列 Network Processor,

http://www.intel.com

ƒ [5] Linux Routing Protocol, http://www.zebra.org

Linux Router實例

™

原本PC 1 與 PC 4 之間無法使用HTTP溝通

™

經由Linux 遶送使PC 1 與 PC 4 之間可經 HTTP溝通

若兩個Hub連接在一起，

但仍無法使PC1與PC4通

訊，因為他們在不同網域

利用NetGuru實作

192.168.1.2 255.255.255.0 Default Gateway:

192.168.1.254 192.168.1.1

255.255.255.0 Default Gateway:

192.168.1.254

192.168.2.1 255.255.255.0 Default Gateway:

192.168.2.254

192.168.2.2 255.255.255.0 Default Gateway:

192.168.2.254 eth0:192.168.1.254

255.255.255.0 Default Gateway:

192.168.3.254

eth2:192.168.2.254 255.255.255.0

Default Gateway:

192.168.3.254

NetGuru架構圖

設定 Host A eth0

™

ifconfig eth0 192.168.0.1 netmask 255.255.255.0

™

ip route add default via 192.168.0.254

設定Host B eth0

™

ifconfig eth0 192.168.0.254 netmask 255.255.255.0

完成此命令除了設定介面 IP 與Network Mask 外，

ifconfig 還幫您自動設了一靜態Route 的Entry

192.168.0.0/24 dev eth0 scope link src 192.168.1.254

相當於執行了

ip route add 192.168.1.254/24 dev eth0

設定Host B eth2

™

ifconfig eth2 192.168.2.254 netmask 255.255.255.0

完成此命令除了設定eth1介面 IP 與Network Mask 外，

ifconfig 也還幫您自動設了一靜態Route 的Entry

192.168.2.0/24 dev eth2 scope link src 192.168.2.254

相當於執行了

ip route add 192.168.2.254/24 dev eth2

設定Host C eth2

™

ifconfig eth2 192.168.2.3 netmask 255.255.255.0

™

ip route add default via 192.168.2.254

CYUT NC

Linux Proxy ARP

概說

™

Proxy 一詞可以用在各種場合，我們可想像其 為代理人，當您想與某方完成一任務時，可以透 過代理人間接幫您完成，但除了完成任務之外，

此代理人還可以幫助加速、掃毒或紀錄等

™

如最常用的即是WEB Proxy，也就是常用的瀏 覽器Proxy 設定中使用的Proxy Server。最 有名的 WEB Proxy 即為 squid

（http://www.squid-cache.org/）

Proxy ARP

™

Proxy是代理來源端向目的端提出請求，對於來 源端而言，所面對的是Proxy，而目的端所回應 的，也是以為來自Proxy ，但事實的來源主機 卻是在Proxy後面。

™

Proxy ARP主要是針為ARP的協定，來源端送 出ARP的廣播時，Proxy ARP必須知道(記錄) 它另一端的主機情形，而代理回應，並將該MAC Address的資料轉送至另一端。例如：撥接伺

服器便代理兩端電腦的功能Proxy ARP 。

範例說明

PC 1 與 PC 4 必須透過 Proxy ARP 才能溝通

PC 4 的 MAC Address 為 Linux eth0 的 MAC Address， 而對PC 4的 ARP Request回應 PC 1 的 MAC Address 為 Linux eth2

利用NetGuru實作

NetGuru架構圖

NetGuru內部 Host B

NetGuru內部 Host B

下達

Proxy ARP 指令

™

arp –i eth1 –Ds 192.168.1.1 eth1 netmask 255.255.255.255 pub

™

arp –i eth0 –Ds 192.168.1.10 eth0 netmask 255.255.255.255 pub

NetGuru內部 Host A

NetGuru內部 Host C

NetGuru內部 Host B 抓取eth0的封包

NetGuru內部 Host B 抓取eth1的封包

CYUT NC

實驗導引

實驗 5.1 Routing設定與TTL觀察

實驗 5.1 Routing設定與TTL觀察

實驗目的

™

了解如何設定Gateway

™

了解routing相關概念

™

了解default route的意義

™

了解TTL相關概念

™

觀察route與TTL的變化

第一次routing架構圖

Step 1: 實驗環境設定

™

停用與實驗無關的網卡

™

Host A:

ƒ ifconfig eth1 down

ƒ ifconfig eth2 down

™

Host B:

ƒ ifconfig eth1 down

™

Host C:

ƒ ifconfig eth0 down

ƒ ifconfig eth1 down

Step 2:設定Host B為Host A的 default gateway

™

Host A:

™

Host B:啟用ip forward功能

ƒ echo “1” > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

™

復習：何謂default gateway

Step 3: 連線測試

™

Host B:

ƒ 開啟Ethereal，interface選eth0，以觀察連線測試之封 包

™

Host C:

ƒ 開啟Ethereal，interface選eth2，以觀察連線測試之封 包

™

Host A:

ƒ ping 192.168.2.3

ƒ 觀察是否有回應，並探討其原因

ƒ

復習

Step 4: 問題排除

™

設定Host C回到192.168.0.0/24的路徑

ƒ ip route add default via 192.168.2.2

™

上面做法是使ICMP request和reply的路徑相 同，然而ICMP request和reply的路徑不一定 相同，如接下來的步驟所示

第二次routing架構圖

Step 5: 實驗環境設定

™

Host A的eth1回復預設值:

ƒ ifconfig eth1 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0

™

Host B:

ƒ 沿用之前步驟的設定值不需更改

™

Host C的eth1回復預設值:

ƒ ifconfig eth1 192.168.1.3 netmask 255.255.255.0

Step 6:設定路徑

™

設定Host C往192.168.0.0/24的路徑

™

Host C:

ƒ ip route add 192.168.0.0/24 via 192.168.1.1

ƒ 使Host C藉由192.168.1.1直接到達Host A(不經Host B 轉送封包)

Step 7: 連線測試

™

Host C:

ƒ 開啟Ethereal，interface選eth2，以觀察連線測試之封 包

™

Host A:

ƒ 開啟Ethereal，interface選eth1，以觀察連線測試之封 包

™

Host A:

ƒ ping 192.168.2.3，觀察TTL值並探討其原因

ƒ traceroute 192.168.2.3

問題與討論

™

為何在Host C Ethereal所觀察到的ICMP封 包其TTL值為63?

™

為何在Host A Ethereal所觀察到的ICMP封 包其TTL值為64?

™

為何ping 192.168.2.3的TTL值為64?ping 回復的TTL值是由哪一主機所決定?

™

為何Step 4(p.69)所設定Host C到

192.168.0.0/24的路徑(default route)在 上步驟(Step 7)的連線測試沒有生效?

™

發出ICMP request封包的interface是否必 須與接收ICMP reply的interface相同?

分析封包行經路徑

™

ICMP request

™

ICMP reply

Step 8:更改TTL預設值

™

Host C:

ƒ echo “260”> /proc/sys/net/ipv4/ip_default_ttl

ƒ ping 192.168.0.1

ƒ 討論其TTL=64的意義，並分析封包行經路徑

™

Host A:

ƒ ping 192.168.2.3

ƒ 討論其TTL=4的意義，並分析封包行經路徑 Hint: TTL的極大值為255