ネットワーク（5）

IP (Internet Protocol)

信頼性が無い ... IP Packet が相手に到達するかどうかが保証されない
コネクションレス ... 個々の IP Packetは個別に処理される (後続のIP Packet に関する情報を管理しない)

IP Header

                     1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 (32bits width)
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|  IHL  |Type of Service|        Total Length           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|       Identification          |Flags|    Fragment Offset      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Time to Live |    Protocol   |       Header Checksum         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                     Source Address                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                  Destination Address                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|               Options (may exist)                             |
                 ...
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                 Data                                          |
                  ...
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

ネットワーク上を流れるデータの Byte Order (= Network Byte Order)は Big Endian である。すなわち、32ビット幅のデータは、0〜7, 8〜15, 16〜23, 24〜31の順で流れる。

(注) 32ビットのデータ 0x12345678 をメモリの0番地〜3番地に記憶する場合、 Archtectureによって以下のように異なる。ちなみに、MC68000やSPARCは Big Endian, Intel の 80486, Pentium などは Little Endian である。

Endian	0番地	1番地	2番地	3番地
Big Endian	0x12	0x34	0x56	0x78
Little Endian	0x78	0x56	0x34	0x12

Version --- 現在は4 (IPv4)。次は IPv6。
IHL (ヘッダ長) --- (Optionを含めた) IP Headの長さ(ただし4byte単位)。 4bit幅なので表わせる最大値は 15 * 4 = 60 (byte)となる。
Type Of Service --- 3bitの先行フィールド(現在は無視)、4bitのTOS (最小遅延、最大through put, 最大信頼性、最小金銭コスト)、1bitの未使用ビット(必ず0) で構成される。(RFC1340,RFC1349)。 Fig.3.2参照(telnet,rlogin→最小遅延、ftp data→最大through put, SNMP,IGP(RIP)→最大信頼性)。
Total Length --- IPパケットの全長。(Total Length - IHL) で IPのデータ長がわかる。
Identification --- あるホストによって送出された各データグラムを識別するためのもの(データの送信順に+1される)。
Flags, Fragment Offset --- データグラムが分割されたときに、その断片を追跡するのに使う
Time to Live --- システムを通過すると減らされる数値。ネットワーク内にループが発生したときでも、パケットが無限に存在し続けないようにする。
Protocol --- (データが、たとえばTCPパケットであるかUDPパケットであるかを示す)プロトコル番号
Header Checksum --- ヘッダが転送中に壊れていないかを、受信側が確認するために使う
Srouce/Destination Address --- Source(発信元)、Destination(受信先)のIPアドレス
Option フィールド --- セキュリティ、ハンドリング制限事項、レコード・ルート(経路を記録する)など。現在ではあまり使われていない。

(例)renoir(133.99.10.7) から vermeer (133.99.10.3) にtelnetしていて'a'と
タイプしたときのIPパケット
tcpdump -c 1 -x 'port 23'
vermeer# tcpdump -c 1 -x 'port 23'
tcpdump: listening on le0
11:08:13.973330 renoir.tsuda.ac.jp.1024 > vermeer.tsuda.ac.jp.telnet: P 2716420308:2716420309(1) ack 243695523 win 17520 (DF) [tos 0x10]
                         4510 0029 7099 4000 4006 ab55 8563 0a07
                         8563 0a03 0400 0017 a1e9 48d4 0e86 7fa3
                         5018 4470 6e8c 0000 6161 6161 6161

133.99.10.7 = 0x85630a07, 133.99.10.3 = 0x85630a03

IP routing

通信の際に、目的地までIPパケットを届ける責任はIP層にある。 IPパケットの目的地への届け方を決定する仕事を routing (ルーティング、経路制御)と呼ぶ。同一のネットワーク(PPPなどのPoint-to-Point、またはEthernetなどの共有ネットワーク)上のマシンが目的地である場合は、相手に直接送る(たとえば、Ethernet経由の場合は、そのマシンの Ethernet AddressをARPで調べて直接送りつける)。しかし、他のネットワーク上のマシンが目的地である場合は、経路制御は router に委ねられる。

routerとは、複数のネットワーク上に接続されたシステムであり、他のネットワークへのデータグラムは、まずrouterに送られる。

経路制御表(Routing Table)

各計算機は個々の目的地への経路を示す、routing table(経路制御表)を持っている。routing tableを見るには "netstat -n -r" を使う

経路制御の手順

経路制御表を見て、送り先のアドレスが特定のホスト経路に合致すれば、その経路が使われる。
送り先のアドレスが、ネットワーク経路に合致すれば、その経路が使われる。
上の2つに当てはまらなければ、default経路を使う。
default経路もなければ、エラーとなる。

例1. Fig.3.3 同じネットワーク上の計算機に送る

例2. Fig.3.4 ルータを経由して他のネットワーク上の計算機に送る

subnet mask (サブネット・マスク)

IP Address をネットワーク部(ネットID＋サブネットID)とホスト部にわけて考える。ネットワーク部を表わすビットを1にした32ビットのパターンをsubnet maskと呼ぶ。

    ホスト部 all 0 --- ネットワーク・アドレス
    ホスト部 all 1 --- ブロードキャスト・アドレス

特殊なIPアドレスも存在する(Fig.3.9)。

IP Address			Available?		説明
NetID	SubnetID	HostID	SRC	DST
0		0	OK	NG	このネット上のこのホスト自身(制限あり)(*1)
0		hostid	OK	NG	このネット上の特定のホスト(制限あり)(*1)
127		Any	OK	OK	loopback address
-1		-1	NG	OK	limited broadcast (転送されない)(*2)
NetID		-1	NG	OK	NetIDのnet direct broadcast (*3)
NetID	SubnetID	-1	NG	OK	subnet direct boradcast to netid.subnetid
NetID	-1	-1	NG	OK	all subnet direct broadcast to netid (*4)

(*1) ... bootpなどでホストのIPアドレスを取得する際に使う
(*2) ... 255.255.255.255
(*3) ... subnetを使わない場合
(*4) ... 本来は全てのサブネットに転送すべきだが、現在の多くの実装では転送しない

ifconfigコマンド --- ネットワーク・インターフェイスの設定を行ったり、参照したりする
netstat -rコマンド --- ネットワーク・インターフェイスの情報を出力する

karel.tsuda.ac.jp# ifconfig -a
le0: flags=63
        inet 133.99.194.1 netmask ffffff00 broadcast 133.99.194.255
        ether 8:0:20:19:e7:b1 
le1: flags=63
        inet 133.99.10.1 netmask ffffff00 broadcast 133.99.10.255
        ether 8:0:20:19:e7:b1 
lo0: flags=49
        inet 127.0.0.1 netmask ff000000 

karel.tsuda.ac.jp# netstat -in
Name  Mtu  Net/Dest      Address        Ipkts  Ierrs Opkts  Oerrs Collis Queue 
le0   1500 133.99.194.0  133.99.194.1   2149806 0    2033336 0    113552 0     
le1   1500 133.99.10.0   133.99.10.1    1697755 0    2045358 29   59620  0     
lo0   1536 127.0.0.0     127.0.0.1      152766  0    152766  0    0      0     

 karel.tsuda.ac.jp# netstat -nr
Routing tables
Destination          Gateway              Flags    Refcnt Use        Interface
133.99.161.121       133.99.194.250       UGH      0      0          le0
127.0.0.1            127.0.0.1            UH       3      1279       lo0
133.99.161.126       133.99.194.250       UGH      0      0          le0
133.99.161.127       133.99.194.250       UGH      0      0          le0
default              133.99.194.250       UG       1      281896     le0
133.99.144.0         133.99.194.250       UG       0      1722       le0
133.99.128.0         133.99.194.250       UG       0      19633      le0
133.99.160.0         133.99.194.250       UG       0      1484       le0
133.99.192.0         133.99.194.250       UG       0      712        le0
133.99.145.0         133.99.194.250       UG       0      0          le0
133.99.161.0         133.99.194.250       UG       0      3469       le0
133.99.193.0         133.99.194.250       UG       0      0          le0
133.99.162.0         133.99.194.250       UG       0      19         le0
133.99.10.0          133.99.10.1          U        6      71977      le1
133.99.194.0         133.99.194.1         U        24     151456     le0
133.99.195.0         133.99.194.250       UG       0      520        le0
133.99.196.0         133.99.194.250       UG       0      0          le0
133.99.102.0         133.99.194.250       UG       0      0          le0
133.99.198.0         133.99.194.250       UG       0      1015       le0