Internet-Netzstruktur und TCP/IP-Protokoll

Transkript

1 Internet-Netzstruktur und TCP/IP-Protokoll 1 Internet 2 Referenzmodell 3 Übertragungsmedien und Bitübertragungsschicht 4 Sicherungsschicht 5 Vermittlungsschicht 6 Transportschicht 7 Anwendungsschicht 1

2 1 Internet Umschreibung, Definitionen Menge von Rechnern, die über die ganze Welt verteilt sind und über eine Vielzahl von Subnetzen auf der Basis des IP- Protokollstacks miteinander kommunizieren Gesamtheit aller IP nutzenden Netze Alle Netze, die per erreichbar sind Geschichte Ursprünglich als dezentral organisiertes, störunanfälliges Netz für militärische Anwendungen konzipiert: erstes paketvermitteltes Netz, ARPANET, 1969 TCP/IP ab 1983: IP = Internet Protocol, TCP = Transmission Control Protocol Ab 1986 auch Teile für US-Wissenschaftsnetz genutzt Ab 1989 auch kommerzielle Nutzung durch Online- Diensteanbieter 2

3 Paketvermittlung im Internet Daten IP-Datenpakete Daten Kopf/Header Datagramm Verbindungslose Kommunikation Nachrichtenaustausch und Verbindungsauf-/abbau finden quasi gleichzeitig statt Gesendete Datenpakete enthalten nicht nur Nutzdaten, sondern im Header auch Ursprungs- und Zieladresse 3

4 Prinzipieller Aufbau des Internet Client LAN Router Router LAN Server a/b ISDN Vermittlung ISDN Paketnetz ADSL POP Router Router Server Festverbindung Transportnetz Router Router Server Router Server ISP-Netz Server Intranet POP = Point Of Presence ISP = Internet Service Provider ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line 4

5 Aufbau des Internet Clients = Rechner mit SW beim Anwender Server = Rechner mit SW beim Diensteanbieter Router Datenpaketvermittlungsstelle zur Vernetzung verschiedener Subnetze mittels IP-Protokoll Routing: Wahl des optimalen Datenpaketwegs in Abhängigkeit von Durchsatz, Gebühren, Verzögerung oder Bitfehlerrate fi Routing-Tabelle mit IP-Adressen anderer Router Netze bzw. Subnetze zwischen den Routern, bieten nur Übertragungskapazität Internet-Zugang für Clients Festverbindung POP = Point Of Presence 5

6 POP (Point Of Presence) ADSL = Asymmetric Digital Subsciber Line PPP = Point to Point Protocol a/b ISDN Vermittlung POP Internet Server ADSL a/b- Abschlüsse, Modems ISDN- Abschlüsse ADSL- Abschlüsse Datennetzschnittstelle PPP- Abschlüsse IP-Router 6

7 Internet = IP-basiertes, sich aus Subnetzen bildendes Packetnetz, das Vermittlungs- und Transportnetze zur Übertragung der IP-Pakete nutzt Netz, das mit verschiedenen Protokollen arbeitet (IP, TCP etc.) und andere, darunter liegende Netze nutzt Beschreibung der Netzstruktur mit Referenzmodell 7

8 Referenzmodell TCP/IP OSI Hybrid Anwendung Anwendung 7 Darstellung Netz 6 Anwendung Kommunikationssteuerung 5 Transport Transport 4 Transport Internet Vermittlung 3 3 Vermittlung Rechner an Netz Sicherung Bitübertragung Sicherung Bitübertragung Übertragungsmedium Übertragungsmedium 8

9 2 Referenzmodell Prinzipien beim OSI-Referenzmodell Schichtung der Kommunikationsfunktionen Dienstleistung der einzelnen Schichten Protokolle zur Kommunikation zwischen korrespondierenden Schichten TCP/IP-Referenzmodell Beschreibung der Internet-Netzstruktur mit hybridem Referenzmodell 9

10 3 Übertragungsmedien und Bitübertragungsschicht Übertragungsmedien Kupferkabel Koaxialkabel Lichtwellenleiter Richtfunkkanäle Satellitenkanäle Mobilfunkkanäle Bitübertragungsschicht: Festlegungen für die physikalische Übertragung von Nachrichten über ein Übertragungsmedium. Funktionen u.a. Leitungscodierung, Modulation, Synchronisation, Aktivierung/Deaktivierung, Kabel, Stecker 10

11 Bitübertragungsschicht im Internet Physikalische Zugänge a/b mit Modem: < 56kbit/s ISDN: 128kbit/s LAN: z.b. 10 Mbit/s Festverbindung mit ADSL: 6Mbit/s downstream, 640kbit/s upstream Koaxialkabel mit Kabelmodem: z.b. 4Mbit/s Satellitenkanal: z.b. 4Mbit/s Mobilfunkkanal: 9,6kbit/s PDH-Festverbindung: 64kbit/s, 2Mbit/s, 34Mbit/s, 140Mbit/s (PDH = Plesiochrone Digitale Hierarchie) SDH/SONET-Festverbindung: 155Mbit/s (SDH = Synchrone Digitale Hierarchie; SONET = Synchrones Optical NETwork) 11

12 Transportnetze: Verbindungen werden konfiguriert PDH SDH: z.b. 155Mbit/s, 622Mbit/s ATM, nutzt SDH Richtfunkverbindung Satellitenverbindung Vermittelnde Netze: Verbindungen werden dynamisch auf- und abgebaut Telefonnetz ISDN Packetnetz ATM Vermittelnde Netze nutzen Transportnetze 12

13 4 Sicherungsschicht Sicherungsschicht: Festlegungen für eine gesicherte Übertragung von Daten auf einer Teilstrecke. Funktionen u.a. Schicht 2- Verbindungsauf- und -abbau, Flusssteuerung, Aufteilung der Daten der Schicht 3 in Blöcke, Fehlerüberwachung, Blockwiederholung nach Fehlern Sicherungsschicht im Internet für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen Rechner - POP Router - Router PPP = Point To Point Protocol 13

14 PPP-Protokollgruppe unterstützt Rahmenerstellung inkl. Fehlererkennung Verbindungssteuerung inkl. Festlegung der zu verwendenden PPP- Parameter LCP = Link Control Protocol Festlegung von Parametern der Schicht 3 NCP = Network Control Protocols Vergabe von IP-Adressen zum Zeitpunkt des Verbindungsaufbaus Authentifikation 14

15 Beispiel für Rechner - POP-Kommunikation 1. Modemverbindung aufbauen (Schicht 1) 2. LCP-Protokollverbindung: PPP-Parameter festlegen 3. NCP-Protokollverbindung: dynamische Zuweisung der IP-Adresse 4. IP-Pakete senden und empfangen (Schicht 3) 5. NCP-Protokollverbindung: Freigabe der IP-Adresse 6. LCP-Protokollverbindung: PPP-Verbindung beenden 7. Modemverbindung abbauen (Schicht 1) 15

16 PPP-Rahmenformat Bytes oder 2 variabel 2 oder Flag Adresse z.b Flag Steuerung Protokoll Nutzdaten Prüfsumme Protokollfestlegung LCP- oder NCP- oder IP-Daten Unnummeriert fi keine Rahmenwiederholung 16

17 5 Vermittlungsschicht Vermittlungsschicht: Festlegungen, wie Verbindungen zwischen den Endsystemen in einem Netz realisiert werden. Funktionen u.a. Kopplung der Teilstrecken Ende-zu-Ende, Wegewahl/Routing Vermittlungsschicht im Internet fi IP = Internet Protocol verbindungsloser Nachrichtenaustausch, Datagramm-Dienst für jedes Datenpaket neue Wegesuche fi korrekte Reihenfolge der IP-Pakete nicht sichergestellt 17

18 IP-Datagramm More Fragments Header-Länge Don t Fragment Datagramm-Länge 32 Bit H e a d e r Version IHL Time to Live Identification Type of Service Protocol D F M F Source Address Destination Address Options (0 or more words) Total Length Fragment Offset Header Checksum 20 Byte 64 KByte typ Byte 0 bis 40 Byte Data Paketlebensdauer, max. 255s Zu verwendendes Transportprotokoll, z.b. TCP Ursprungsadresse Zieladresse 18

19 IP-Adressen IPv4: 4 Byte (4 Ziffern) Adressierungsraum codiert Netz- und Rechnernummer weltweit eindeutig fest oder dynamisch zugewiesen zukünftig IPv6: 16 Byte (16 Ziffern) Adressierungsraum Routing für jedes IP-Datagramm Routing-Algorithmus: z.b. Link-State-Routing Jeder Router 1. ermittelt IP-Adressen seiner Nachbarn (HELLO), 2. misst Verzögerung/Leitungskosten zu seinen Nachbarn (ECHO), 3. sendet diese Information an alle anderen Router, 4. berechnet den kürzesten Pfad zu allen anderen Routern Protokoll hierfür z.b. OSPF = Open Shortest Path Find 19

20 Beispiel: Netz mit 720 Routern jeder Router hat 720 Einträge in seiner Routing-Tabelle Hierarchisches Routing: Unterteilung des Netzes in Regionen Beispiel: Netz mit 24 Regionen mit je 30 Routern jeder Router hat 30 lokale und 23 entfernte Einträge in seiner Routing-Tabelle Weitere Schicht 3-Protokolle für Steuerungsaufgaben: u.a. ICMP = Internet Control Message Protocol Für Meldungen und Tests: z.b. Ziel nicht erreichbar, Zeit abgelaufen, Header-Wert unzulässig 20

21 6 Transportschicht Transportschicht: Festlegungen für sichere Ende-zu-Ende- Transportverbindung in heterogenem Netz. Funktionen u.a. Anpassung an unterschiedliche Netzabschnitte, Ende-zu-Ende- Fehlerüberwachung Transportschicht im Internet fi TCP = Transmission Control Protocol verbindungsorientierter Nachrichtentransport fi Handshake TCP-Verbindungen zwischen Endpunkten, sog. Sockets Socket = IP-Adresse + Port-Nummer TCP-Segmente: Numerierung, Quittierung, erforderlichenfalls Wiederholung, Wiederherstellung der Reihenfolge. 21

22 TCP-Segment Header-Länge Bits für Verbindungsaufund abbau 32 Bit Source Port Destination Port H e a d e r Header Length Sequence Number Acknowledgement Number Window Size Checksum Urgent Pointer 20 Byte (64 KByte - 20 Byte Options (0 or more words) Data Nummer des Segments Nummer des nächsten erwarteten Segments Für Flußsteuerung 22

23 Protokollverschachtelung in den Schichten 2-4 PPP-Rahmen IP-Header TCP-Header Nutzdaten 23

24 7 Anwendungsschicht Anwendungsschicht: Festlegungen, wie die durch die Anwendung sich ergebenden Aufgaben ausgeführt werden. Funktionen u.a. Zuverfügungstellung einer direkten Kommunikation zwischen den Endsystemen für die Anwendung, Identifikation und Berechtigungsprüfung für Kommunikationspartner Anwendungen z.b. elektronische Post Usenet: Diskussionsforen Internet Relay Chat: plaudern (chat) per Tastatureingaben Telnet: Zugriff auf entfernte Rechner File Transfer: Dateitransfer World Wide Web (WWW): Homepages abrufen 24

25 Adressierung, z.b. DNS = Domain Name System Anwendung Domäne der obersten Ebene ASCII-Zeichenkette fi binäre IP-Adresse ursprünglich zentrale Datei mit Liste aller Rechner und IP-Adressen. Hosts holten sich nachts die Infos heute: hierarchisches, auf Domänen aufgebautes Benennungsschema; implementiert als verteiltes Datenbanksystem Name IP-Adresse lokaler Name Server Name Server Name Server der obersten Ebene der angef. Domäne 25

26 World Wide Web (WWW) Rechner (Server) mit Homepages, die über Hyperlinks miteinander vernetzt sind. Können über Adresse URL = Uniform Resource Locater Protokoll Servername Dateiname mittels Protokoll HTTP = HyperText Transfer Protocol von Rechner mit Browser-SW (Client) angesprochen und angezeigt werden. 26

27 HTML (HyperText Markup Language)-Seite anzeigen 1. URL in Browser eingeben 2. Browser fragt DNS nach der IP-Adresse von 3. DNS gibt die Antwort Browser baut zu Port 80 von eine TCP-Verbindung auf 5. Browser sendet Anfrage /virtual/tours/index.htm 6. Server sendet Datei index.htm 7. TCP-Verbindung wird abgebaut 8. Browser zeigt Text von index.htm an 9. Browser liest sequentiell alle Bilder von index.htm ein und zeigt sie an (pro Bild neue TCP-Verbindung) 27

28 Literatur und Links Tanenbaum, A. S.: Computernetzwerke. Prentice Hall Gralla, P.: So funktioniert das Internet. Markt & Technik ETH Zürich: Einführung in Rechnernetze FH Deggendorf: Internet und Multimedia Berufskolleg Ahaus: Online-Internetkurs 28