< Cisco szerint a hálózat

Ethernet

Szerző: Sallai András

Copyright © Sallai András, 2018

Licenc: CC Attribution-Share Alike 4.0 International

Web: https://szit.hu

Fogalmak

VLAN

A VLAN a Virtuális LAN rövidítése. Egy LAN hálózaton belül több virtuális hálózatot hozunk létre, amelyek úgy működnek, mintha valóban különálló hálózatok lennének.

Az Etherent működése

Az Ethernet a legelterjedtebb LAN technológia. A következő szabványok tartoznak ide:

IEEE 802.2

IEEE 802.3

A csomagokat keretekbe ágyazzuk, ahol a következő funkciókat látjuk meg:

keret határolás

A bitek határait jelölni kell a szinkronizálás miatt

címzés

A keretbe helyezzük el a MAC címet.

hibaelhárítás

A keret egy ciklikus redundancia ellenőrzést tartalmaz, CRC használatával.

Az MAC al-réteg feladata a bitek fizikai közegre írása, illetve annak olvasása.

Az Etherent logikailag sín (vagy busz) topológián alapszik. Ez azt jelenti, hogy az azonos hálózati szegmensen elhelyezkedő eszközök osztoznak a közegen.

MAC cím

A MAC cím elvileg az egész világon egyedi. A számok kiadását az IEEE végzi. Minden gyártó rendelkezik egy 3 bájtos azonosítóval. Ezt nevezzük OUI számnak. Az utolsó három bájt a NIC azonosító.

gyártó	interfész
OUI	NIC
24 bit	24 bit
00-8f-23	4a-fb-03

Keretek továbbítása

Ethernet szabványok

1973	Etherent	Dr. Robert Metcalf – Xerox Corp.
1980	DIX Etherent II	Digital Equipment Corp.
1983	IEEE 802.3 10 BASE-5	10 Mb/s Ethernet vastag koaxiális kábel
1985	IEEE 802.3a 10 BASE-2	10 Mb/s Ethernet vékony koaxiális lábel
1990	IEEE 802.3i 10 BASE-T	10 Mb/s Ethernet csavartérpár (TP)
1993	IEEE 802.3j 10 BASE-F	10 Mb/s Ethernet üvegszálas optikai
1995	IEEE 802.3u 100 BASE-xx	100 Mb/s Ethernet csavartérpár
1998	IEEE 802.3z 1000 BASE-X	Gigabit Ethernet optikai üvegszálon
1999	IEEE 802.3ab 1000 BASE-T	Gigabit Ethernet csavartérpáron
2003	IEEE 802.3ae 10G BASE-xx	10 Gbit/s (1,250 MB/s) Ethernet fényvezető szálon
2006	IEEE 802.3an 10G BASE-T	10 Gigabit Ethernet csavartérpáron

Mezőméretek bájtban

Kétféle keretezés létezik. Az egyik az IEEE 802.3-as, a másik a DIX – Ethernet II.

IEEE 802.3
7	1	6	6	2	46 – 1500	4
előtag	start bit	cél cím	forrás cím	hossz	802.2 fej adat	ellenőrző összeg
DIX – Ethernet
8	6	6	2	46 – 1500	4
előtag	cél cím	forrás cím	típus	802.2 fej adat	ellenőrző összeg

Az Etherent II. és a IEEE 802.3 szabvány minimum és maximum értékei:

minimum 64 bájt

maximum 1518 bájt

Az értékek magában foglalják az összes bájtot MAC-cím mezőtől az ellenőrző összegig. Az előtag és a keretező mező nincs a keret méretében.

Ha egy keret 64 bájtnál kisebb ütközési keretnek tekintendő, amelyet az állomások automatikusan eldobnak.

1998-ban IEEE 802.3ac szabványban kiterjesztették a keret maximális méretét 1522-re. Ez plusz 4 bájt. Ennek segítségével a keret lehetővé teszi a virtuális helyi VLAN használatát. Lehetővé válik a QoS, azaz a felhasználói prioritás használata.

4 bájt QoS és VLAN számára.

A keret 5-dik mezője

A keret ötödik mezője most akkor hossz vagy típus? Valahogy meg kell különböztetni az IEEE 802.3 és az Ethertnet II keretet.

A következő szabályt vehetjük figyelembe:

Ha az érték >= 1536, akkor típus

Ha az érték ⇐ 1500, akkor hossz

Az 1536 hexadecimálisan 0x0600, az 1500 pedig 0x05DC.

Az adatmező

IEEE 802.3
7	1	6	6	2	46 – 1500	4
előtag	start bit	cél cím	forrás cím	hossz	802.2 fej adat	ellenőrző összeg

Az adatmező 45-1500 bájt között lehet. Tartalma a harmadik rétegből egy csomag, amely általában IPv4. A keret minimális mérete 64 bájt. Ha túl kicsi, a minimális méretre növeljük, kitöltővel (pad).

Az FCS mező

A CRC összeget kiszámolja a küldő, majd beteszi az FCS mezőbe. A fogadó is kiszámítja, majd összehasonlítja.

Ethernet MAC

Windowson

ipconfig /all

[...]
Fizikai cím ..................: 08-00-27-1B-61-0C
[...]

[...]
Physical Address ……….: 00-22-F2-83-F2-C4
[...]

Linuxon

ifconfig

[...]
HWaddr bc:5f:f4:7e:38:5d
[...]

ip address show

[...]
link/ether 00:25:22:f1:4e:07
[...]

Cisco IOS

R1#show interface GigabitEthernet 0/0

[...]
0007.ec3e.d501
[...]

Ethernet címzés

egyedi címzés

szórásos címzés

csoportos címzés

A szórásos (broadcast) cím: FF-FF-FF-FF-FF-FF. Ezt használja a DHCP és az ARP is. Az IP cím ilyenkor csupa 1-es.

A multicast IPv4 címtartomány a következő: 224.0.0.0 – 239.255.255.255. Csak célként használható tartomány. Multicast esetén a MAC cím mindig így kezdődik: 01-00-5e. A végzdőése a csoportos IP cím alsó 23 bitjét átalakítjuk 6 hexadecimális karakterré.

Az Ethernet MAC és az IP

A hálózaton az eszközök két címmel rendelkeznek:

fizikai cím, azaz MAC cím

logikai cím, azaz IP cím

A helyi hálózatban használjuk a MAC címet, az egész Interneten az IP címet. A fizikai címet az IP cím alapján kapjuk meg. De hogyan kapjuk meg az IP címet? Az IP cím tartománynév alapján kerül meghatározásra. Ehhez a programok a DNS (Domain Name System) rendszert használják. A tartománynévből (domain név) derül ki, hogy hova kell küldeni. A tartománynevet általában a felhasználó adja meg.

208.110.105.22 zold.hu

Egy adat, amely a hálózaton utazik tartalmaz MAC és IP címeket:

cél MAC AA:AAA:AA:BB:BB:BB	forrás MAC AA:AA:AA:AA:AA:AA	forrás IP 196.198.22.87	cél IP 205.124.100.35	adat	utótag

Melyik hálózati eszköz mit használ ebből?

PC, laptop stb. (végberendezések): MAC cím

Switch: MAC cím

Router: IP cím

ARP

Az ARP

Az ARP az Address Resolution Protocol rövidítése. Címmeghatározó protokollnak nevezhetjük. A következő funkciókat biztosítja:

IPv4 cím és MAC cím összerendelés

táblázatban nyilvántartás vezetése

A keretek továbbítás előtt ki kell deríteni mi a címzett MAC címe. Ezt az IP címből derítjük ki. Ezen a szinten (2. hálózati réteg) tudjuk mi az IP cím, csak meg kell kérdezni a hálózaton kinek van ilyen IP címe, és mi az ő MAC címe.

Példa 01

A következő példában A gép szeretne C gépnek üzenetet küldeni. Az A gép ezért egy ARP szórást indít a hálózaton. Az ARP kérésben a cél MAC cím ilyenkor: FFFF.FFFF.FFFF. A forrás cím, természetesen saját MAC címe.

Ez az üzenetet mindenki megkapj:

Akinek nem szól az eldobja. A célgép megtartja és válaszol a forrásnak, elküldve saját MAC címét:

Ha meg van a MAC cím A gép elindítja a tényleges üzenetet, eltárolja a MAC cím táblájában az IP cím MAC cím összerendelést, egy darabig.

A MAC cím IP cím alapján történő felderítését nevezzük ARP protokollnak. A hálózati eszközök egy táblázatot tartanak fenn a kiderített MAC és IP cím összerendelések számára. Egy IP cím MAC cím összerendelés két módon kerülhet a táblázatba:

az eszköz mindig figyeli a forgalmat, ha kap egy összerendelést feljegyzi

ARP kérést küld

Az ARP táblázatban minden bejegyzés időbélyeggel van ellátva. Ha egy címről nem jön keret adott ideig, a táblából törlésre kerül.

Nem válaszol a cél

Mi történik, ha egy ARP kérésre nem érkezik válasz? A csomag eldobásra kerül, a felsőbb rétegekbe egy értesítés indul.

Küldés más hálózatba

A cél IP cím nem a helyi hálózaton van, akkor az alapértelmezett átjáró felé kell küldeni az adatokat. Ez általában egy router. Az ARP protokollnak ekkor a router MAC címét kell kiderítenie.

Az alábbi ábrán láthatjuk, hogy a router g0/0 nevű interfészen fogadja az adatokat.

A router a s0/0/0 interfészen küldi tovább, de a keretben már az s0/0/0 interfész MAC címe szerepel majd.

ARP kezelése az egyes operációs rendszereken

Windows

egy MAC cím táblában tartásának ideje: 2 perc

ha használja bejegyzést, akkor kap még +10 percet

ARP tábla megjelenítése:

arp -a

C:\Users\janos>arp -a
Kapcsolat: 192.168.5.101 --- 0xb
Internetcím Fizikai cím Típus
192.168.5.1 a0-f3-c1-d7-5c-7a dinamikus
192.168.5.5 bc-5f-f4-7e-38-5d dinamikus
192.168.5.255 ff-ff-ff-ff-ff-ff statikus
224.0.0.2 01-00-5e-00-00-02 statikus
224.0.0.22 01-00-5e-00-00-16 statikus
224.0.0.252 01-00-5e-00-00-fc statikus
239.0.0.1 01-00-5e-00-00-01 statikus
239.255.255.250 01-00-5e-7f-ff-fa statikus
255.255.255.255 ff-ff-ff-ff-ff-ff statikus
C:\Users\janos>

ARP bejegyzés törlése

arp -d 192.168.5.5

Az egész ARP tábla törlése (csak rendszergazdai joggal):

arp -d *

Linux

ARP tábla megjelenítése:

arp

root@mars:~# arp
Address HWtype HWaddress Flags Mask Iface
192.168.5.101 ether 08:00:27:1e:10:79 C enp1s0
192.168.5.1 ether a0:f3:c1:d7:5c:7a C enp1s0
root@mars:~#

ARP bejegyzés törlése:

arp -d 192.168.5.101

Cisco IOS

ARP tábla megjelenítése:

R1#show ip arp

ARP problémák

ARP kérések nagyon megterhelhetik a hálózatot, ha egyszerre nagyon sok érkezik.

Az ARP és IP cím összerendelések meghamisíthatók. Ezt nevezzük ARP-spoofingnak.

Az ARP-spoofing kezelésében a swith használata már egy kezdetleges megoldást nyújt, mivel tanul. A swith első arp kérést még mindenhova továbbítja, de tanulás után már csak arra a portra küldi az ARP üzeneteket, ahol a cél és a forrás kommunikál.

A switch működése

A switchek a 2. hálózati réteben (Layer 2) dolgoznak.

Az Ethernet ugyan sín topológia alapján működik, de a switchek minden egyes kapcsolatot külön kezelnek pont-pont alapon.

A tanulási folyamat után a switch MAC cím alapján szűr, és csak azokra a portokra küldi ki az adatokat, ahol az adott eszköz található. A kapcsoló ehhez egy MAC címtáblát épít.

A kapcsolók az egyes portokon kétféle üzemmódban képesek működni:

fél-duplex

duplex

Kétféle kapcsolás

Tárol-és-továbbít (store-and-forward)

közvetlen kapcsolás (cut-through)

Tárol és továbbít

Pufferben tárolja a keretet, amíg az teljesen meg nem érkezik. Megérkezés után hibaellenőrzés következik. QoS esetén ez nélkülözhetetlen.

A main kapcsolók csak ezt használják.

Közvetlen kapcsolás

A keretet részeit azonnal továbbítja, még az egész keret megérkezése előtt. Hátránya, hogy hibás keretek is továbbításra kerülnek így.

A közvetlen kapcsolásnak két módja létezik:

gyors-kapcsolás

leggyorsabb, mivel legkisebb a késleltetés

töredékmentes kapcsolás

az első 64 bájt megvárja, amíg letöltődik

így van egy fajta hibaellenőrzés

a tárol és továbbít és a gyors-kapcsolás között

Van olyan kapcsoló, amelyik alapból közvetlen kapcsolást használ, de ha túl sok hiba van, akkor átkapcsol tárol és továbbít módba. A hibák arányának csökkenése esetén vissza vált közvetlen továbbításra.

Layer 3 kapcsoló

A csomagtovábbítási döntésekhez IP címeket is használ. Azt is megtanulja melyik porthoz milyen IP cím tartozik. Képes forgalomirányításra is.