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1 September 003 Digitale Vermittlung Dozent : Dipl.-Ing. Hans Thomas IP - Technik für Multimedia - Anwendungen Seite 1 Grundprinzipien des IP Struktur des IP-Datagramms 4 3 Adressenvergabe 5 4 Routing in IP-Netzen 7 5 Gesicherte Übertragung mit TCP 9 6 Voice over IP 6.1 Besondere Anforderungen durch Voice Nutzung von MPLS Anbindung an vorhandene TDM-Netze 13 Anhang mit 8 Bildern

2 Grundprinzipien IP anfangs Zusammenschaltung verschiedener Computernetze ( USA-Militär und Universitäten ) inzwischen gewachsen zum " Netz der Netze " o paket - orientierte Übertragung o verbindungslose Steuerung o Client - Server - Technologie Regel : Client fragt beim Server ab Ausnahme : Push Technologie Fol-1-1 vor Bild 1-1

3 OSI- Modell IP - Layer Application 7 Presentation 6 4 www, http, SMTP usw Session 5 Transport 4 3 TCP, UDP Network 3 IP ( IP-MPLS ) Data link Physical 1 1 Ethernet, ATM, ISDN o.ä. IP - Layer : Address Switching Label Routing IP - Layer 3 : end-to-end Protocol Bild 1-1 : Schichten ( Layer ) im IP vs OSI-Referenzmodell

4 Steuerungsprotokolle für IP - Netze Verbindungssteuerung ( OSI-Schicht 3 / IP-Layer ) Internet Protocol ( IP ) einfach, robust, verbindungslos, nur ADR-Auswertung mit Sicherheitsfunktion ( OSI-Schicht / IP-Layer 4 ) Transmission Control Protocol ( TCP ) ohne Sicherheitsfunktion User Datagram Protocol ( UDP ) bei real time - Anforderungen Reservierungs Protokolle ( RTP ) Label Switching Protokoll ( MPLS ) Fol-1- nach Bild 1-1

5 Applikationen auf IP - Basis File Transfer FTP -Service SMTP Hypertext http World Wide Web www Voice over IP VoIP Chatten Newsgroup Video Streaming Fol-1-3 nach Fol-1-

6 Übertragung und Routing in IP - Netzen Routing der Pakete an jedem Router gemäß IP Adresse viele hops unterschiedliche Wege der einzelnen Pakete Überlast oder Fehler im IP - Netz Delay Jitter Paketverluste keine garantierte QoS nur " Best Effort " Fol 1-4 nach Fol 1-3

7 Data Informationsfeld Anzahl Oktett Version Header Length Type of Service ( TOS ) Total Lenght Identification Flags Fragment Time to Live ( TTL ) Protocol ( Layer 4 ) Header Checksum Header 4 Source IP Address 4 Destination IP Address var. IP-Options / Padding max Daten Version üblich IP Version 4 Header Length Total Length Länge in 3-Bit-Worten (üblich 5) Länge des IP-Datagramms in Oktetts IP Address Vergabe gemäß Bild 3-1 Bild -1 : Aufbau eines IP - Datagramms

8 Klasse charakte- ristische adressierbare Netze ( Net ID ) *) adressierbare Hosts je Netz ( Host ID ) *) Bits ( Class Specification ) Anzahl Bits Anzahl Anzahl Bits Anzahl 1) A 0 B 10 C D 1110 für Multicast in CUG E *) Einige der max 4,3 Mrd Adressen sind für besondere Prozeduren reserviert ( Loopback-Infos, broadcast, Standard-Route, Home-Netze gemäß RFC 1918 ) 1) verbesserte Adressen-Ausnutzung durch Subnetz-Maskierung angewandt!!! Bild 3-1 : Adressenvergabe beim IP (Vers. 4)

9 Schreibweise der IP - Adressen Am Beispiel einer Host-Adresse in einem B-Klasse Netz: Bin r Notation Hosts im B-Netz Hosts im Subnetz Dotted Decimal Notation Domain Name Notation mercedes-benz.de zus tzliche Subnetz - Maskierung a) / 4 b) Fol-3-1 nach B 3-1

10 Routing - Grundsätze Local Traffic alle Host im eigenen Netz bekannt wird direkt terminiert Remote Traffic zum eigenen Gateway Router Direktes Routing für vorbestimmte, bekannte Netze Rest zu weiteren Default Routern Forwarding ROUTING Hop by Hop ROUTING Konsequenzen für Verkehr Delay Jitter Verlust von Zellen ( bei Überlast / Fehlern im Netz ) nur Best Effort möglich Fol-4-1 nach Fol-3-1

11 Info-Protokolle innerhalb und zwischen IP - Netzen sammelt Daten in Routing Information Base RIP = Routing Information Protocol akzeptiert jede Info, alte Einträge bleiben lange erhalten, hat Schwächen bei großen Netzen OSPF = Open Shortest Path First entwirft aus den vielen Meldungen sogenannte Graphen = Landkarten für seine Area, RFC 147 und 38, alle 30 min Keep-Alive-Infos IS-IS = Intermediate System to IS sehr ähnlich zu OSPF BGP = Border Gateway Protocol zwischen großen IP-Netzen, kann Einträge durch Sub-Maske zusammenfassen, ermöglicht ein "Pollicing" der Nachrichten aus fremden Netzen mögliche Metriken Routing - Tabellen Hop Count ( Minimum ) Bandbreite ( große BB bevorzugt ) Netzkosten ( Least Cost Routing ) Belastung ( schwer beherrschbar ) Verzögerung Zuverlässigkeit Fol-4- nach Fol-4-1

12 Data Informationsfeld Anzahl Oktett IP - Header Source Port Number Destination Port Number Sequence Number TCP - Header var. Acknowledgement Bits Data Offset Spare Spare Control Bits Window Header Checksum Priority optional Daten Port Number Sequence No Ack Bits Control Bits temporär je Verbindung Zufallszahl + Offset der Segmente Quittierte Sequence No 6 verschiedene Nachrichten Bild 5-1 : Aufbau eines TCP-Segments

13 Ergänzende Aspekte bei Voice - Verkehr Paketaussendung etwa alle 10ms Pakete dann nur etwa 100 Byte lang minimaler Paketverlust wegen rt kein TCP möglich kleines Delay, kein Jitter Ohr sehr empfindlich mögliche Lösungsansätze : Netze ohne Überlast dedizierte Netze Quality of Service in IP Netzen einführen Fol-6-1 nach B-5-1

14 Methoden für QoS Bildung fester Wege notwendig " Tunnel " IntServ ( Integrated Services ) durch vorherige Wege - Reservierung je Verbindung Reservierungs Protokolle DiffServ ( Differentiated Services ) durch Merkmal je Datenpaket ( Nutzung des TOS Feldes im IP - Header ) Routing im IP Layer mittels eines zusätzlichen Labels Label Switching Protokoll MPLS = Multi Protocol Label Switching Fol-6- nach Fol-6-1

15 Data Anzahl Bits 1 8 Shim Header Label Anzahl Bits Exp S Time to Live ( TTL ) IP- Header TCP- Header Daten Label Tunnel-Weg gleicher Serviceklassen Exp S Experimental Bits Bottom of Stack-Bit TTL Time to Live ( aus IP-Header kopiert ) Bild 6-1 : Aufbau des MPLS - Labels

16

17 Billing ISDN-DM VPN IP-IN Call Center Customer Care Network Management Center Application-Server. Control. Globale IP - Plattform Router Firewall Media Gateway Signalling GW Customer IP VPN CPE-Router TDM - Netze : Carrier Netze Provider - Netze Mobilfunk - Netze Sonder - Netze : VoIP-Netz... IP-phone PBX Bild 6-3 : integriertes IP-Netz der Zukunft ( mit VoIP )

18 Applic. Server IP - Netz H.33 MGCP MeGaCo SIP-T MGC AG MG SG MG SG DSS1 PBX VSt SS7 STP PSTN DSS1 PBX Signal - Fluss IP-Media-Fluss ( IP / MPLS ) Bild 6-4 : Einsatz von Gateways für vorhandene TDM-Netze

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