Kommunikationsnetze 1. TCP/IP-Netze 1.1 IP. University of Applied Sciences. Kommunikationsnetze. 1. TCP/IP-Netze 1.1 IP

Transkript

1 Kommunikationsnetze

2 Gliederung 1. Die OSI- und TCP/IP-Schichtenmodelle 2. Kurze Geschichte von IP 3. Aufbau eines IP-Pakets 4. IP-Adressen, Klassen und Routing 5. Subnetze 6. NAT und private IP-Adressen 7. DHCP 8. IP Multicast 9. IPv6 10. Mobile IP Gliederung

3 7 Anwendungsschicht 6 Darstellungsschicht 5 Sitzungsschicht Anwendungsschicht Telnet, FTP, SMTP, HTTP, DNS, NFS 4 Transportschicht Transportschicht TCP, UDP 3 Vermittlungsschicht 2 Sicherungsschicht 1 Bitübertragungsschicht IP-Schicht Netzzugangsschicht IP ARP/RARP ICMP 1. Das OSI-Schichtenmodell

4 1969 DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) entwickelt ARPANET 1974 Entwicklung von TCP/IP 1975 Integration von TCP/IP in Berkeley Unix Ab 80 Anschluss vieler Unis über das National Science Foundation NET 1983 Trennung MILNET und ARPANET/Internet 1990 Auflösung des ARPANET 1992 Gründung der Internet Society mit dem Standardisierungsgremium Internet Engineering Task Force (IETF) 2. Kurze Geschichte von IP

5 3.1.1 Struktur eines IP-Pakets RFC: 791 INTERNET PROTOCOL DARPA INTERNET PROGRAM PROTOCOL SPECIFICATION September 1981 prepared for Defense Advanced Research Projects Agency Information Processing Techniques Office 1400 Wilson Boulevard Arlington, Virginia Kurze Geschichte von IP by Information Sciences Institute University of Southern California 4676 Admiralty Way Marina del Rey, California

6 3. Struktur eines IP-Pakets Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum Source Address Destination Address Options Padding Example Internet Datagram Header 3. Struktur eines IP-Pakets

7 4. IP-Adressen, Klassen und Routing Darstellung IP-Adressen: Dezimale Punktnotation (Dotted decimal notation) Denn: 1* * * * * * * *2 0 = = IP-Adressen, Klassen und Routing

8 IP-Adressklassen A 0 Netzwerk Host Host Host B 1 0 Netzwerk Netzwerk Host Host C Netzwerk Netzwerk Netzwerk Host IP Multicast Experimentelle Netze 4. IP-Adressen, Klassen und Routing

9 Beispiel: Die IP-Adresse von = = Diese Adresse gehört zu einem Klasse B-Netz Adressklasse Erstes Oktett Anzahl Netze Hosts pro Netz A B * C * Multicast Experimentell IP-Adressen, Klassen und Routing

10 Besondere Adressen Dieser Rechner Broadcast in diesem Netz 0.x.y.z: Rechner x.y.z in diesem Netz (für Klasse A) 127.x.y.z: Loopback-Adresse, Senden von Daten an den eigenen Rechner (Wert x.y.z wird ignoriert) Alle Bits der Hostnummer gleich 0: Adresse des Subnetzes Alle Bits der Hostnummer gleich 1: Broadcast-Adresse im Subnetz 4. IP-Adressen, Klassen und Routing

11 IP-Vernetzung Jeder Netzstrang hat eine Netznummer Jeder Rechner hat eine Rechnernummer innerhalb des Netzes Rechner mit gleicher Netznummer sind direkt erreichbar, andere nur über Router Router haben mehrere IP-Nummern, eine pro Netzwerk 4. IP-Adressen, Klassen und Routing

12 IP-Routing (Klassen-basiert) eth A: A C eth1 eth eth0: B: eth1: C: ISDN eth: eth: IP-Adressen, Klassen und Routing

13 IP-Routing (Klassen-basiert) A: eth0: B: eth1: A C C: ISDN eth: eth: eth eth ISDN ( ) 4. IP-Adressen, Klassen und Routing

14 IP-Routing (Klassen-basiert) A: ISDN ( ) eth0: B: ISDN ( ) eth1: eth C: ISDN A C eth: eth: IP-Adressen, Klassen und Routing

15 5. Subnetze Problem: Für durchschnittliches Firmennetz sind Klassen A und B zu groß (und es gibt zu wenige davon). Lösung: Fixed Length Subnet Mask (FLSM) A- und B-Netze können weiter in Subnetze unterteilt werden (gilt auch für C, aber hier nicht praxisrelevant) Dazu werden die ersten Bits aus dem Host-Teil der Adresse zur Subnetzadresse gemacht Angabe, welche Bits zur Subnetzadresse gehören, durch Subnetzmaske 5. Subnetze

16 Beispiel: Subnetze eines Klasse-B-Netzes ( ) kann in folgenden Subnetzen liegen: Klasse-B-Netz mit Netzwerkmaske : AND = = (Netzwerkadresse) (Broadcastadresse) AND NOT = = (Hostadresse) 5. Subnetze

17 Anzahl der Subnetze und Hosts Werden von den x Bits des Hostteils der Adresse y als Subnetzadresse verwendet, so erhält man 2 y -2 Subnetze und 2 x-y -2 Hosts pro Subnetz Tabelle für Subnetze der Klasse C Anzahl der Bits Subnetzmaske Anzahl der Subnetze Anzahl der Hosts Subnetze

18 6. Network Address Translation Weltweite Knappheit an IP-Adressen Es kann eine offizielle IP-Adresse für mehrere Workstations verwendet werden. Sicherheit Es ist von außerhalb nur der Router der die Übersetzung der IP-Adressen vornimmt, direkt ansprechbar. Einfache und flexible Netz-Administration Da die Rechner im LAN keine offiziellen (providerabhängigen) IP-Adressen haben, ist ein Providerwechsel leicht möglich. RFC 1918: Address Allocation for Private Internets. The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved the following three blocks of the IP address space for private internets: (10/8 prefix) (172.16/12 prefix) ( /16 prefix) 6. NAT und private IP-Adressen

19 NAT Private IP- Adresse wird durch öffentl. Adresse aus Pool ersetzt src NAT Router src src src dst Dynamic NAT-Table dst Dynamic NAT-Table Internal IP External IP NAT und private IP-Adressen Harald Schultz 2002

20 NATP Pool enthält nur eine öffentl. Adresse Private IP- Adresse wird durch öffentl. Adresse + zufällig gewählte (eindeutige) Portnummer ersetzt src :1257 NAT Router src :63400 dst :80 dst : Masquerading-Table src :4325 src :63401 dst :23 dst :23 Internal IP/Port : :4325 Masquerading - Table Local NAT-Port NAT und private IP-Adressen Harald Schultz 2002

21 7. Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Aufgabe: Versorgung eines neuen Rechners mit IP-Parametern Erspart manuelle Konfiguration DHCP-Server teilt Rechnern in seinem bereich temporär IP-Adressen zu Neuer Rechner sendet UDP-Paket DHCPDISCOVER an die Broadcast-Adresse DHCP-Server im gleichen Netz: Server antwortet an die MAC-Adresse des neuen Rechners DHCP-Server in anderem Netz: Anfrage wird von DHCP-Relay weitergeleitet 7. DHCP

22 8. IP Multicast Beispiel: Life-Streaming von Video IP Unicast Last proportional zur Anzahl der Clients hohe, unkalkulierbare Last an Server und im Backbone IP Multicast Last unabhängig von Anzahl der Clients Konstante Netzlast auf allen Segmenten 8. IP Multicast

23 9. IP v6 IPv4 (1978) 32 Bit-Adressen: 2 32 = Adressen H = log 10 (Anzahl vergebener Adressen)/32 H nimmt in der Praxis nie den maximalen Wert 0,30103 an, sondern nur 0,22 bis 0,26 D.h. praktisch zwischen und Hosts adressierbar IPv6 (1996) Ziel: Im Jahr 2020 soll jedes der 100 elektronischen Geräte, die jeder der 10 Milliarden Menschen besitzt, über IPv6 adressierbar sein. H = 0,22 muß berücksichtigt werden Lösung: 128 Bit-Adressen Beispiel: FEDC:BA98:7634:5321:FE34:DA34:23D3:22E4 9. IP v6

24 Wieviel ist 2 128? Anzahl der Moleküle in einem Mol 6, (2 63 ) (bei Gasen 22,4 Liter unter Normalbedingungen) Anzahl der Atome der Erde (2 170 ) (D.h. je 2 42 Atomen kann eine IP-Adresse zugewiesen werden.) Man könnte damit jedem Quadratmillimeter der Erdoberfläche IPv6-Adressen zuweisen 9. IP v6

25 Zahnarzt-Büro: Verbindungslokale Adresse Idee: Eindeutige Adresse der Netzwerkkarte als lokale IPv6-Adresse IEEE EUI-64-Adresse (weltweit) eindeutig Ethernet-Adressen (IEEE-802) können umgewandelt werden FE80:0:0:0:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX 10 Bit 54 Bit 64 Bit EUI IP v6

26 1000 Computer geliefert Idee: Verbindungslokale Adresse als 64 LSB der IPv6-Adresse Check mit Neighbor Discovery Protocol auf unwahrscheinliche Kollisionen Multicast-Anfrage an All Routers (FF02:2), um vom nächsten IPv6- Router den Rest der Adresse zu erhalten. 48 Bit 16 Bit 64 Bit 001 TLA RES NLA SLA VLAdr 9. IP v6

27 10. Mobile IP Modell: Mobilfunk Ziele: Transparenz Mobile Geräte (Handy, PDA, Notebook, Wearable Devices, etc.) sollen überall funktionieren und immer (über eine feste IP-Adresse) erreichbar sein (Roaming, An- und Abkopplung) Kompatibilität Alle Schichten unterhalb IP (Layer 1 und 2) sollen unterstützt werden, Kommunikation mit normalen Routern und Rechnern soll gewährleistet sein Sicherheit Authentifizierte Registrierungsnachrichten 10. Mobile IP

28 Terminologie Mobile Host / Mobile Node (MH / MN) Das mobile Gerät, welches das Roaming durchführt Home Agent (HA) Spezieller Router, der sich im eigenen LAN um den MN kümmert Foreign Agent (FA) Spezieller Router, der sich im fremden LAN um den MN kümmert Mobile Router (MR) Der eigentliche Router-Teil der Agents (egal, ob FA oder HA). Correspondent Node (CN) Das Zielsystem der mobilen IP-Verbindung Begriffsdefinitionen MIPv4

29 Terminologie (2) Home Address (HAd) Adresse des MN, wenn er sich im home network (HN) aufhält ( echte IP) Care-Of-Address (COA) Vom FA zugewiesene Adresse des MN, wenn er sich im foreign network (FN) aufhält Die Adressen des MN

30 William Stallings: Mobile IP. IPJ 4,2

31 Kommunikationsablauf Mobile IP 1. Server X möchte ein IP-Paket an den Mobile Node A senden. Er adressiert das Paket an die HAd des Mobile Node. 2. Der Home Agent von A weiß, dass sich A nicht in seinem Heimatnetz aufhält, sondern in einem fremden Netz. Er verpackt das IP-Paket an A daher in ein anderes IP-Paket ( Tunneling ), und sendet es an den Foreign Agent des Netzes, in dem sich A gerade aufhält. 3. Der Foreign Agent entfernt das äußere IP-Pakete wieder und verpackt das IP-Paket mit Ziel A in ein Layer-2-Protokoll (z.b. Ethernet) mit der Layer-2- Zieladresse von A. In diesem IP-Netz wird also ein völlig fremdes IP-Paket weitergeleitet. 4. A beantwortet das IP-Paket mit Absender A und Ziel X. 5. Dieses Paket wird vom Foreign Agent einfach durchgelassen. Alternative: Co-Located COA