TCP IP Crashkurs für Studis. Agenda

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1 TCP IP Crashkurs für Studis Daniel Beuchler Agenda Lesen bildet IP Überblick ARP (Link Layer am Beispiel Ethernet) Adressierung Routing I Routing II (dynamisches) TCP DNS Vertrackte Protokolle... FTP Befehle f. die Praxis 1

2 Literatur TCP-IP Bibeln Douglas E. Comer Internetworking with TCP/IP Vol. I W. Richard Stevens TCP/IP Illustrated Vol. I Firewall Literatur (Klassiker) Zwicky / Cooper / Chapman Building Internet Firewalls (O Reilly) Vorsicht... Viel Schrott verfügbar TCP/IP vs. OSI Schichten 4444 $ $! * +# *+ -,. /,0 OSI $ % $ $ &% (% '% # ))))!" # * +# *+ IP 2

3 TCP/IP Dienste und Anwendungen 798;: 4 $ $ "! # $ $ "!1! 1 )))) )))) ) ) : = * $ 1 % < -.> % & +',.-0/ ,6( '( )!! % %%!!! Data CCCC DFE4G CCCC H4IPK5E4MFN4O HJILK5E4MFNJO Q O GG"KJE4MN4O K4EJMN4O % %% ; SN5G STNJG UPHJOXW K4EJMN4O UVH4OXW KJE4MN4O % %% ; 11 1 SN5G STNJG UPHJOXWY?ADFDFNJRFR UVH4OXW?AD DFN5RFRZK4E5MFN4O K4E5M NJO % %% ; ; [^];_ \[^];_ ` ;` a a 3

4 IP Protokoll Basistransporteinheit Definition des Adressierungsschemas (32 Bit / Netz und Maske) Routing Pakete finden den Weg zum Ziel und zurück (!!!) Fragmentierung und Reasemblierung Eigenschaften von IP Verbindungsloses Protokoll Prüsumme gegen Verfälschen (nicht im kryptographischen Sinne!) Nicht gesichert gegen mehrfache Zustellung Nicht gesichert gegen Verlust Kein zugesicherter Empfangszeitpunkt Protokollnummer adressiert höherliegende Schicht 4

5 Aufbau eines IP Pakets Routing Router verarbeiten Pakete, deren Ziel IP-Adresse nicht Ihre eigene ist (IP-Forwarding) <- WICHTIG!!! Routing kann auch auf einem Interface stattfinden Wenn ein Gerät Multihomed ist, routet es noch lange CCCC DFE4G CCCC H4I CCCC DFE4G CCCC H4I HJI Q O Q O GGGG H 4G TH JG NJO N4O H 4G TH JG NJO N4O Q O Q O GGGG IJG I5G N4O IJNJG I5N4G IJG I5G N4O IJNJG I5N4G IJG I5G N4O IJNJG I5N4G IJG I5G N4O IJNJG I5N4G SN5G UPHJOXWY?ADFD N5RFR UVH4OXW? DFDFN5R R SN5G UPHJOXWY?ADFD N5RFR UVH4OXW? DFDFN5R R SN5G UPHJOXWY?ADFD N5RFR UVH4OXW? DFDFN5R R SN5G UPHJOXWY?ADFD N5RFR UVH4OXW? DFDFN5R R STNJG SN5G STNJG SN5G STNJG SN5G 5

6 Fragmentierung Pakete werden auf dem Weg zum Ziel manchmal in mehrere IP-Pakete fragmentiert MTU bestimmt maximale Paketlänge PMTU ist die maximale MTU auf dem Weg zum Ziel Pakete werden eigentlich am Zielsystem reasembliert Uneigentlich findet das fragmentieren/reasemblieren irgendwo statt Fragmentierung ist ein sehr sehr kompliziertes aber spannendes Thema ;-) ICMP Internet Control Message Protocol Control heißt Steuern Über ICMP werden Steuersignale Statusinformationen und Fehlermeldungen übertragen Beispiele: PING / Host Unreachable / Redirect ICMP ist *RICHTIG* wichtig Frage: Wie wird bei ICMP ein State realisiert? 6

7 Transport Protokolle UDP=User Datagram Protocol Verbindungslos Unquittiert Adressierung über Ports TCP=Transmission Control Protocol Verläßlicher Bytestrom Vollduplex Adressierung über Ports Ports werden Clientseitig dynamisch vergeben Serverseitig Well Known Ports Socket / Session ARP Gebräuchliches Ethernet Framing: DIX (Dec Intel Xerox) / Ethernet VII 802.3Q (Vlans) Auch: SNAP... CSMA/CD Zugriff auf Medium 48 Bit Adressen auf Layer 2 Statisch in Netzwerkkarten verankert (3 Byte Hersteller / 3 Byte eindeutig) 7

8 ARP / Framing! #!"# $ $! '( & *) ( ( + ' ( & ' 7#" "%$&" : : " ( $,$ : + $,$ : -. :0$ MTU Bemerkungen Aus Physikalischen Gründen können Frames auf Netzen nur bestimmte Größen (Minimum/Maximum) haben Beispiel Ethernet: 1500 Byte Nutzdaten Maximal Auf dem Weg zum Ziel können viele unterschiedliche Medien mit unterschiedlichen MTUs traversiert werden Beispiele: ISDN / Frame Relay / FDDI / ATM / PPPoE 8

9 Was tut ein ARP? Adress Resolution Protocol Dynamische Bindung von IP-Adressen auf MAC Adressen und umgekehrt (Reverse-ARP) Einträge leben vom OS festgelegte Zeit Das ist wichtig!!! Gratious ARP / Proxy ARP... Weniger wichtig IP-Adressierung 32 Bits ergeben eine IP Adresse (IP V4) Mit Adressen werden Hosts / Netze adressiert Netze und Hosts werden durch eine Bitmaske getrennt Classes (ABCDE) mittlerweile obsolet (D: Multicast / E: Reserved) JHJG 5H4G GGGG N N JN4DFC 4NJD C LEJBI4HJG PE4BIJH4G E4G EJG CCCC HJI H4I 9

10 ? Trotzdem: Die Klassen ;-) %C G %C G * %C G %C G * %C G %C G * _ a () 1 Netzmasken Netzmasken sind für Routing entscheidend 1en stehen für Netz / Nullen für Host Masken haben keine Lücken ( nicht ) Hosts: Entscheiden ob Ziel Lokal angeschlossen ist oder ob ein Router adressiert werden muß Router: wie bei Host, aber Masken fassen Netze zusammen Beispiele! 10

11 Schreibweisen / Notationen / Beispiele / 24 = ist Klasse? ist Klasse? /16 umfasst und Adressen interpretieren Klassengrenze aus Präfix ermittelbar Netzgrenze aus Netzmaske ermittelbar Netz Nr. Subnetz Nr. Host Nr. Direct delivery: Indirect delivery: Ermittlung der Zielstationsadresse mit ARP Ermittlung des Next Hop (ARP auf Router) 11

12 Sub-/Super-netting Masken vor / hinter Klassengrenzen setzen (Zusammenfassen: Supernet / Unterteilen: Subnet /1 ist Supernet /24 ist Subnet Alle Host-Bits 0 = This Net Alle Host-Bits 1 = Alle Hosts (Net Directed Broadcast) Beispiel: /24 = Netz = This Net = Broadcast Hosts haben Platz; Adressen mit Sonderbedeutung /8 reserviert für Loobback /0 ist Default Route Reservierte site local Bereiche: / / / Broadcast... Adressen werden durch NIC vergeben Gute Adresskonzepte sind... Schwierig! (aber nie anhand der Inventarnummern!) 12

13 Aufwachen! Routing Routing findet auf Layer 3 (IP Schicht) statt Routing findet normalerweise auf Basis der Ziel-IP- Adresse statt Routing sorgt dafür, dass ein Paket den Weg zum Ziel findet Router haben Routingtabellen und entscheiden für sich LOKAL an welchen nächsten Router sie ein Paket schicken... Autonome Systeme Inter AS-Routing / Inner AS-Routing Sprachgebrauch Autonome Systeme im Internet AS-Numbers Firma ist beispielsweise Autonomes System Provider A AS=12 Provider B AS=11 Autonomes System Firma 1 Autonomes System Firma 2 13

14 #### #### Routing wird realisiert: IP-Routing Statisches (Routen von Hand eingetragen) Dynamisches (Software mit Routing Protokollen übernimmt eintragen der Routen) RIP,HELLO BGP4 Distance Vector Protokollfamilie AS Routingprotokolle (IGPs) OSPF Link State Protokollfamilie Path Vector Protokollfamilie AS-AS Routingprotokolle EGPs Funktionsweise Routingtable hat Informationen wer erreichbar ist und wie (direkt oder über Router) Über welches Interface? $ $ $ $ &&&& $ $ $ $!!!5# ## 8888 # 5 #### #### % $ $ &&&& #### #### % & " "" &&&& #### #### " & """ &&& $ $ $ $!!!5# ## 8888 # 5 #### #### " $ $ $ $ " $ $ $ $ " $ $ $ $ " $ $ $ $ STNJG SN5G UVNJO UPN5O W W W W???? SN5G STNJG UPN5O UVNJO W W W W SN5G STNJG UPN5O UVNJO WWWW 14

15 Vorgänge beim Routing Routing Software Route Kommando Netstat Kommando UDP TCP ja ICMP nein Paket für uns? Routing Table IP Layer IP output (berechne next hop) IP forwarding Source routing verarbeite IP Optionen IP input queue Network interfaces Routing Table Ziel Netze / Hosts (H=Host Flag) IP Adresse des Next Hop (G-Gateway Flag) (bzw. Interface f. Direct Delivery) 15

16 Suchmechanismus Routes 4 * %! " # $% ;:! " # # & '( & ) 4 * # ; 6 # ;:! " # # 4 * 87 ` 9 ;:! " # # *%N4C I+ N-,.4N5WFE4I4I5G /0 12 3"N4JB N5O LNJB 4I5, Dynamisches Routing Ist eine andere Baustelle! Aber sehr spannend OSPF BGP 16

17 TCP TCP ist richtig (richtig!!!) kompliziert Verbindungs auf-/abbau Timeout Maximum Segment Size TCP Half Close TCP State Transition Sim Open/Close TCP Options Nagle Algorithm Sliding Windows... Data Flow / PUSH... Slow Start Urgent Mode Congestion Avoidance Jede Menge ICMP Nachrichten Etc. etc. etc. TCP State- Machine 17

18 TCP minimal Session TCP für Netzwerker IP Adressen + Ports = Socket 7 Pakete ergeben eine vollständige Session Open: SYN (hin) / SYN ACK (rück) / ACK (hin) Sequence Numbers sind ausgehandelt; Daten fließen Close: FIN (hin) / ACK (rück)... MTU beeinflußt Max Win Size MTU Path Discovery ist wichtig ICMPs dürfen nicht vollständig gefiltert sein (Unreachables) 18

19 Socket auf.. Bytes rein Bytes raus TCP für Programmierer DNS DNS mapped Namen auf IP Adressen und umgekehrt 19

20 Vertrackte Protokolle FTP Anwendungen benötigen manchmal mehrere Datenkanäle Programmierer sollte man *NIE* ein Protokoll entwerfen lassen ;-) Kommentar zu FTP What the heck were they thinking? Getrennte Data / Control Connection Daten werden vom Server zum Client geschickt Befehle f. die Praxis Ifconfig Konfiguration der Interfaces unter Unix Netstat anzeigen der Sockets (netstat an; netstat -apn) anzeigen der Routes (netstat rn) Route anzeigen einfügen u. löschen von Routes Arp ARP Cache bearbeiten und einsehen 20

21 Ping Traceroute tracert FTP Telnet Nslookup Snoop / tcpdump Wichtige Tools 21

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