Vorlesung: Netzwerke (TK) WS 2011/12 Kapitel 1 Vorbereitung für Praktikum Session 03

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1 Vorlesung: Netzwerke (TK) WS 2011/12 Kapitel 1 Vorbereitung für Praktikum Session 03 Prof. Dr. Michael Massoth [Stand: ] 3-1

2 3-2 Vorbereitung auf Praktikum: Versuch 1 Hausaufgabe: Schriftliche Vorbereitung für Versuch 1, per einschicken bis spätestens ein Tag vor dem Praktikum (23:59 Uhr) 3-2

3 3-3 Allgemeine Informationen (4): Praktikum Starttermine Zug D für Versuch Nr. 1: Gruppe Mi23y2: in D14/304, um 10:15 Uhr Gruppe Mi23x1: in D14/304, um 10:15 Uhr Gruppe Mi23y1: in D14/304, um 10:15 Uhr Gruppe Mi23x2: in D14/304, um 10:15 Uhr ACHTUNG: Jeder (Studierende, Laboringenieur, Tutor und Dozent) muss bis spätestens 13:30 Uhr fertig sein. 3-3

4 3-4 High-Level Übersicht: Netzwerkschicht Netzwerk- bzw. Vermittlungsschicht 3-4

5 Übersicht Network Layer 3-5 Protokolle und deren wesentlichen Funktionen im Network Layer (L3) Application TCP and/or UDP Routing-Protokolle: Algorithmen zur Wegefindung Austausch von Routing-Daten Routing Tabelle IP IP Protokoll: Adressierung, Forwarding Fragmentierung ICMP Protokoll: Fehlerbenachrichtigung Signalisierung ARP Protokoll: Übersetzung von IP- in physikalische MAC-Adresse Data Link Physical Layer 3-5

6 IP und ICMP 3-6 Spezifikationen: Internet Protocol, IETF RFC 791, September 1981 Internet Control Message Protocol, IETF RFC 792, September 1981 Beide RFCs wurden im Internet Standard No. 5 zusammengefasst Eigenschaften: IP stellt einen Header im Network Layer zur Verfügung - Einfache Spezifikation auf wenigen Seiten - Einzig zu lösendes Problem ist die Fragmentierung von IP-Paketen ICMP wird für Fehlermeldungen und Test des Netzwerks verwendet - Zwischen Hosts und Routern, sowie zwischen Routern - Fehler werden durch fehlerhafte IP-Pakete oder durch Nichterreichbarkeit von Netzen, Hosts, Routern oder Diensten verursacht 3-6

7 IPv4-Adressierung

8 IPv4 Header Version HLen TOS Length Ident Flags Offset TTL Protocol Checksum SourceAddr DestinationAddr Options (variable) Data Pad (variable) Felder im IPv4-Header: Version des IP-Protokolls (4 Bit) Länge des Headers (4 Bit) Type of Service (TOS) für Quality of Service Länge des Gesamtpakets Identifier, Flags und Fragment Offset dient der Fragmentierung Time To Live: Sender setzt per Default = 256, jeder Router verringert um 1, bei 0 wird Paket verworfen Upper Layer Protocol 3-8

9 IPv4-Packet

10 Internet Control Message Protocol 3-10 Internet Control Message Protocol (ICMP) Eigenschaften: ICMP-Nachrichten werden als Nutzdaten in IP-Packeten übertragen ICMP-Paket enthält Typ, Code und ggf. die ersten 8 Byte des IP- Pakets, welches eine Fehlermeldung verursacht hat ICMP wird u.a. direkt von Ping und indirekt von Traceroute verwendet 3-10

11 Beispiel für IP und ICMP: traceroute 3-11 Das Traceroute Tool: Sender sendet IP-Paket an Ziel mit TTL=1 Erster Router empfängt IP-Paket, setzt TTL=0, verwirft das IP- Paket und sendet ICMP-Nachricht an Sender Sender sendet IP-Paket an Ziel mit TTL=2 Zweiter Router empfängt IP-Paket, setzt TTL=0, verwirft das IP- Paket und sendet ICMP-Nachricht an Sender usw. Beispiel: 3-11

12 3-12 High-Level Übersicht: Transportschicht Transportschicht 3-12

13 Übersicht Transport Layer 3-13 Protokolle im Transport Layer (L4) Application TCP, UDP and RTP Routing-Protokolle: Algorithmen zur Wegefindung Austausch von Routing-Daten Routing Tabelle IP IP Protokoll: Adressierung, Forwarding Fragmentierung ICMP Protokoll: Fehlerbenachrichtigung Signalisierung ARP Protokoll: Übersetzung von IP- in physikalische MAC-Adresse Data Link Physical Layer 3-13

14 Transmission Control Protocol 3-14 Transmission Control Protocol (TCP): Stellt den darauf aufbauenden Applikationen über eine (virtuelle) Verbindung einen verlässlichen Vollduplex-Datenstrom zur Verfügung Ein Anwendungsprogramm kann über eine TCP-Verbindung Bytefolgen in beliebiger Stückelung oder Größe schicken, ohne sich Gedanken über die Paketgröße, die Reihenfolge oder Formen der Fehlerkorrektur machen zu müssen Auf einzelnen Rechnern sind mehrere Serverprogramme installiert neben der Adressierung von Rechnern müssen auch einzelne Dienste (Programme) adressiert werden können TCP: Zuverlässiger Byte-Strom mit integrierter Flusskontrolle 3-14

15 TCP ist ein Byte-orientiertes Protokoll 3-15 Application process TCP Send buffer Write bytes Segment Segment Segment Transmit segments Application process TCP Receive buffer Read bytes Der Sender schreibt Bytes in eine TCP-Verbindung, der Empfänger liest sie aus TCP puffert am Quell-Host ausreichend Bytes vom sendenden Prozess, bis ein Paket (=Segment) einer angemessenen Größe zusammenkommt Dann sendet TCP dieses Segment an seinen Partner auf dem Ziel-Host Merke: TCP ist ein zuverlässiges Byte-orientiertes Protokoll. Kein nachrichtenorientiertes Protokoll Anfrage/Antwort- Anwendungen (Client/Server, Request/Response) tauschen immer Nachrichten aus! 3-15

16 TCP Header: Überblick source port destination port sequence number acknowledgment number header length 0 flags advertized window checksum urgent pointer options payload 3-16

17 TCP Header (1) 3-17 Source Port: (Länge 16 Bit) Sende adresse des Prozesses oder Dienstes des Absenders. Durch den Sende-Port wird definiert, für welches höhere Protokoll die Daten bestimmt sind. Destination Port: (Länge 16 Bit) Bezeichnung des Sockets (Dienst oder Prozess) im Rechner des Empfängers. Sockets bleiben für die Dauer einer Verbindung gleich 3-17

18 TCP Header (2) 3-18 Sequence-Number: (Länge 32 Bit) Jedem über TCP übertragenen Datenpaket weist der Sender eine Sendenummer zu, die das erste Byte im Datenpaket kennzeichnet. Anmerkung: Die Sequenznummer ist die Nummer, mit der die richtige Reihenfolge der ankommenden Daten sichergestellt wird. Beim Verbindungsaufbau wird eine Zufallszahl als Initial Sequence Number (ISN) eingetragen. Das erste Datenpaket erhält somit den Wert ISN

19 TCP Header (2) 3-19 Acknowledgement-Number: (Länge 32 Bit) Empfänger bestätigt damit dem Sender alle empfangenen Daten und zeigt gleichzeitig an, welche Sendenummer beim nächsten Datenpaket erwartet wird. Data Offset = Header Length: (Länge 4 Bit) Anzahl der 32-Bit- Worte im TCP Header. Relevant für die Berechnung des Datenteils, der auf den Header folgt 3-19

20 TCP Header (3) 3-20 URG=1: Urgent Pointer, markiert Vorrangdaten ACK=1: Acknowledgement, bestätigt den Empfang von Daten PSH=1: Push, Daten sofort an höheres Protokoll weitergeben RST=1: Reset, Sender will die Verbindung beenden SYN=1: Synchronisiere Sequenznummern FIN=1: Verbindung ist entgültig abgebaut, es folgen keine weiteren Daten mehr Window Size: Anzahl der Datenoktetts (Bytes), die Empfänger bereit ist, zu empfangen (=Größe des Empfangspuffers) 3-20

21 TCP Verbindungsaufbau 3-21 Client SYN=1, Seq=ISN=x SYN=1, ACK=1, Ack=x+1, Seq=ISN=y ACK=1, Ack=y+1, Seq=x+1 Server Daten t t Der TCP Drei-Wege-Handschlag (engl. Three-Way-Handshake) animiert Ack=Acknowledgement-Number Seq=Sequenz-Number SYN=Synchronisationsflag ISN=Initial Sequence Number 3-21

22 TCP Verbindungsaufbau 3-22 A TCP Verbindungsaufbau B TCP Verbindungsaufbau (kurz gefasst, in einfachen Worten): 1. TCP-Segment 1: Verbindungssynchronisation SYN-Flag = 1 Meine Sequenznummer = ISN A = x 2. TCP-Segment 2: Bestätigung der Synchronisation SYN-Flag = 1 Bestätigung deine Sequenznummer A = x+1, ACK-Flag = 1 Meine Sequenznummer B = ISN B = y 3. TCP-Segment 3: Bestätigung der Verbindung ACK-Flag = 1 Bestätiging deine Sequenznummer B = y

23 TCP SYN Paket

24 TCP Verbindungsaufbau 3-24 TCP Verbindungsaufbau: Zusammenfassung TCP-Verbindungen sind Full-Duplex Beide Verbindungen (Hin- und Rück) müssen aufgebaut werden Benutzt wird der sog. 3-Way Handshake SYN-Flag = 1 dient zum Aufbau (Synchronisation) ACK-Flag = 1 dient zur Anzeige einer Bestätigung (Quittung) Sequenz- und Quittungsnummern beziehen sich auf Bytes 3-24

25 Port, Socket und eindeutige TCP-Verbindung 3-25 Port: Eindeutige Zuordnung der TCP-Pakete zur nächsthöheren Schicht bzw. zum Anwendungsprozess) Socket: Eindeutige Adresse einer TCP-Verbindung, zusammengesetzt aus IP-Adresse und Port-Nummer Eindeutige TCP-Verbindung: 4-Tupel aus [Sender IP-Adresse, Sender Port-Nummer, Empfänger IP-Adresse, Empfänger Port-Nummer] oder mit anderen Worten {Sender-Socket, Empfänger-Socket} 3-25

26 TCP Sliding Window Algorithmus 3-26 Merke: Die TCP Variante des Sliding Window Algorithmus gewährleistet: 1. Die zuverlässige Übertragung von Daten in einem Byte-Strom 2. Die Übertragung der Daten in der richtigen Reihenfolge 3. Eine Flusskontrolle zwischen Sender und Empfänger Integrierte Flusskontrolle: Bei TCP wird keine feste Sliding- Window Größe benutzt, sondern dem Sender vom Empfänger advertised (bekannt gemacht). Dies geschieht durch das Feld AdvertisedWindow im TCP- Header Empfänger wählt einen geeigneten Wert für AdvertisedWindow auf der Grundlage des Speicherplatzes aus, der der Verbindung für die Zwischenspeicherung von Daten zugewiesen ist 3-26

27 3-27 High-Level Übersicht: DNS Domain Name System (DNS) 3-27

28 Domain Name System 3-28 Domain Name System (DNS): DNS stellt eine weltweit verteilte Namensdatenbank dar DNS besitzt eine hierarchische Namenstruktur DNS bildet Namen auf Information (z.b. IP-Adressen) ab Vorteil: Information/Adresse, auf die abgebildet wird, kann sich ändern Bsp: Mailserver von IEEE (z.b. für 3-28

29 Domain Name System 3-29 Domain Name System (DNS): Teil des Namensraums der Internetdomänen Der DNS-Namensraum wird in nicht überlappende Zonen aufgeteilt. Beispiel: 3-29

30 DNS-Namensraum 3-30 DNS-Namensraum: Der Namensraum ist hierarchisch in Domänen (Domains) aufgeteilt Eine Zone entspricht einem Teilbaum des Namensbaums us Länder de se... arpa net org gov mil edu com Funktion (vorrangig innerhalb der USA) fh-darmstadt IEEE yale fbi rz gemini eng tk www

31 3-31 High-Level Übersicht: DHCP Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 3-31

32 Dynamic Host Configuration Protocol (1) 3-32 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP): Vereinfachung der Installation und Verwaltung von vernetzten Rechnern Liefert Rechnern notwendige Informationen über IP-Adresse, DNS- Server-Adresse, Domain-Namen, Subnetz-Masken, Router etc. Damit weitgehend automatische Integration eines Rechners in das Internet bzw. Intranet Client/Server-Modell: Ein Client sendet via MAC-Broadcast eine Anfrage an einen DHCP- Server (unter Umständen über ein DHCP-Relay) DHCPDISCOVER DHCPDISCOVER Server Client Client Relay 3-32

33 Dynamic Host Configuration Protocol (2) 3-33 Non-DHCP Client DHCP Client IP Adresse 1 IP Adresse 2 DHCP Client DHCP Server DHCP Datenbank IP IP Adresse 1 IP IP Adresse 2 IP IP Adresse

34 Arbeitsweise von DHCP 3-34 DHCP Client DHCP Servers DHCP DISCOVER DHCP OFFER DHCP REQUEST DHCP Acknowledgment 3-34

35 3-35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Noch Fragen? Fragen und Diskussion 3-35

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