Grundlagen TCP/IP. Hasan Tasdemir. Seminar. Internet Universität Dortmund WS 02/03

Transkript

1 Grundlagen TCP/IP Hasan Tasdemir Seminar Internet Universität Dortmund WS 02/03 1

2 Gliederung Grundlagen TCP/IP Der Standardisierungsprozess Das OSI-Referenzmodell Datenübertragung im OSI-Referenzmodell Das TCP/IP-Referenzmodell Vergleich von OSI- und TCP/IP-Referenzmodell Das Internet Protokoll IPv4 2

3 Gliederung Der IPv4-Header Das Internet Protokoll IPv6 Änderungen zu IPv4 im Überblick Der IPv6-Header Die Header-Erweiterungen Migration von IPv4 nach IPv6 Ausblick Literaturverzeichnis 3

4 Einführung Internet populär geworden besonders durch die Entwicklung und den Erfolg durch das World Wide Web Grundlage des Internets ist das Internet Protocol (IP) Problem: geringe Anzahl Class B Netze und Mangel an IP- Adressen 4

5 Der Standardisierungsprozess 1/2 Das Internet hat eigene Organisation, das Internet Architekture Board (IAB) Zwei Hauptgruppen Die Internet Research Task Force (IRTF) Die Internet Engineering Task Force (IETF) Die IAB-Organisation Board IRTF IESG IETF IRSG Breich 1... Bereich n Forschungsgruppen ipngwg dhc ngtrans Arbeitsgruppen 5

6 Der Standardisierungsprozess 2/2 Alle Entscheidungen des IAB werden in Request For Comments (RFC) veröffentlicht Große Anzahl aktiver IETF- Arbeitsgruppen werden unter den Begriff Network Working Group zusammengefasst Wichtigsten Arbeitsgruppen für die Entwicklung von IPv6 - IP Next Generation Working Group (ipngwg) - Dynamic Host Configuration Working Group (dhc) - New Generation Transition Working Group (ngtrans) - Adress Autoconfiguration Working Group (addconf) Wichtigsten Veröffentlichungen - RFC- 2460: Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification - RFC- 2473: Generic Packet Tunneling in IPv6 Specification - RFC- 2205: Resource Reservation Protocol (RSVP) 6

7 Das OSI-Referenzmodell 1/2 Aufgabe: verbinden mehrere Rechner miteinander Problem: wachsenden Vielfältigkeit und der steigenden Komplexität der Systeme durch Inkompatibilitäten Lösung: 1977 entstand das OSI- Referenzmodell (Open System Interconnection) Die Schichten des OSI- Modell (nächste Folie) 7

8 Das OSI-Referenzmodell 2/2 Anwendungsschicht application layer Protokoll der Anwendungsschicht Anwendungsschicht application layer Nachrichten Darstellungsschicht presentation layer Protokoll der Darstellungsschicht Darstellungsschicht presentation layer Nachrichten Sitzungsschicht session layer Protokoll der Sitzungsschicht Sitzungsschicht session layer Nachrichten Transportschicht transport layer Protokoll der Transportschicht Transportschicht transport layer Nachrichten Vermittlungsschicht network layer Protokoll der Vermittlungssschicht Vermittlungsschicht network layer Protokoll der Vermittlungssschicht Vermittlungsschicht network layer Pakete Sicherungsschicht data link layer Protokoll der Sicherungssschicht Sicherungsschicht data link layer Protokoll der Sicherungssschicht Sicherungsschicht data link layer Rahmen Bitübertragungsschicht physical layer Protokoll der Bitübertragungsschicht Bitübertragungsschicht physical layer Protokoll der Bitübertragungsschicht Bitübertragungsschicht physical layer Bits Übertragungsmedium Übertragungsmedium Host A Netzknoten (z.b. Router) Host B 8

9 Datenübertragung im OSI- Referenzmodell 2/2 Sendender Prozess Daten Empfangender Prozess Anwendungsschicht AH Daten Anwendungsschicht Darstellungsschicht PH Daten Darstellungsschicht Sitzungsschicht SH Daten Sitzungsschicht Transportschicht TH Daten Transportschicht Vermittlungsschicht NH Daten Vermittlungsschicht Sicherungsschicht DLH Daten DLT Sicherungsschicht Bits Bitübertragungsschicht Bitübertragungsschicht NH DLH DLT SH Network Header Data Link Header Data link Trailer Session Header TH AH PH Transport Header Application Header Presentation Header 9

10 DAS TCP/IP- Referenzmodell 1/3 TCP/ IP- Protokolle entstammen einem Forschungsprojekt einer Abteilung des amerikanischen Verteidigungsministerium Hieraus entwickelte sich der Dod- Internet- Protkollsatz (Department of defence) Schichtungen der OSI- und TCP/IP- Architektur (nächste Folie die Abbildung dazu) Protokolle des TCP/IP- Modells (übernächste Folie die Abbildung dazu) 10

11 DAS TCP/IP- Referenzmodell 2/3 OSI-Architektur DoD-Architektur (TCP/IP) Anwendungsschicht Anwendungsschicht Darstellungsschicht leer Sitzungsschicht leer Transportschicht Transportschicht Vermittlungsschicht Internetschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht Netzzugangsschicht 11

12 DAS TCP/IP- Referenzmodell 3/3 Telnet FTP SMTP DNS SNTP application level TCP UDP transmission level IP ICMP internet level ARP RARP Ethernet IEEE X.25 network level FTP File Transfer Protocol UDP User Datagram Protocol SMTP Simple Mail Transfer Protocol ARP Address Resolution Protocol DNS Domain Name Service RARP Reverse Address Resolution Protocol SNTP Simple Network Management Protocol IP Internet Protocol TCP Transmission Control Protocol ICMP Internet Control Message Protocol 12

13 Vergleich von OSI- und TCP/IP- Referenzmodell OSI- Referenzmodell TCP/IP- Referenzmodell Grundlegende Prinzipien in Standards umzusetzen Als Beschreibung des Netzdesigns Bietet durch saubere Trennung zwischen Diensten, Schnittstellen ein gute Basis für Änderung auf einzelnen Ebenen des Netzdesigns Keine echte Trennung zwischen Diensten und Protokollen z.b. die Netzzugangsschicht keine Schicht, sondern eine Schnittstelle zwischen Host und Netz und auch die Trennung zwischen physischem Übertragungsmedium und der Umsetzung von Impulsfolgen in Datenfolgen existiert eigentlich nicht. Umfassender Transportdienst für Daten konzipiert, sodass alle dafür benötigten Funktionalitäten werden in der Netzarchitektur berücksichtigt und den Hosts als Dienste angeboten, so dass die Hosts relativ wenig Eigenarbeit leisten müssen Netze so konzipiert, dass Hosts an fast allen Netzwerkprotokollen mitarbeiten müssen 13

14 Das Internet- Protokoll IPv4 Internet- Protokoll ist die Grundlage des TCP/IP- Protokollsatz Hauptaufgaben des Protkolls Wichtigsten Merkmale des IPv4- Protokolls sind: - Verbindungslos - Unbestätigter Betrieb - Adressierung der Transportschichten durch die 32-Bit-Internet- Adressen - Fragmentierung der Transportschichtdaten, falls die maximal zulässige IP- Rahmenlänge von überschritten - Berechnung der Rahmenkopfprüfsumme - Begrenzte Lebensdauer eines Rahmens 14

15 Der IPv4- Header 1/3 Funktion des IP- Headers Funktion des Routers Das Internet- Protokoll IPv4 verfügt ohne optionale Erweiterung über 12 Felder Aufbau des IPv4- Header ( Nächste Folie die Abbildung) 15

16 Der IPv4- Header 2/3 Version Header Length Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum IP Source Address IP Destination Address Options Padding 16

17 Der IPv4- Header 3/3 Erfolg: - Seine Einfachheit - Frühe Verfügbarkeit von freien Implementierungen - Offenlegung von allen technischen Details Aktuelle Probleme: - Popularität: Adressknappheit - Sicherheit: Authentifizierung, Überprüfen der Integrität und Geheimhaltung werden nicht unterstützt - Konfiguration: Plug and Play ist nicht möglich, eine manuelle Konfiguration ist normalerweise nötig - Multimedia-Anwendungen: einen besondere Behandlung der Daten von isochronen Diensten wie Echtzeit- Audio und- Video werden nicht unterstützt - Skalierbarkeit: Routing, Multicast, und andere Bereiche sind nur ungenügend skalierbar 17

18 Das Internet- Protokoll IPv6 1/4 IETF: Aufgeführten Probleme des IPv4 würde man sie beseitigen können? Vorschlag1: Kleinere Änderung des IPv4 Vorschlag2: OSI- Connectionaless Network Protocol (CLNP) Vorschlag3: ENCAPS+SIP (Simple Internet Protocol Plus)+ PIP (The P Internet Protocol) Zusammengeführt dem SIPP (Simple Internet Protocol Plus) Dies wurde zum Internet- Protocol IPv6 18

19 Das Internet- Protokoll IPv6 2/4 ENCAPS IPAE SIP SIPP IPv6 PIP Jan. 92 Juli. 92 Jan. 93 Juli. 93 Jan. 94 Juli

20 Das Internet- Protokoll IPv6 3/4 Mit Veränderung des Benutzer- und Anwendungsprofils muss eien Basisprotokoll folgenden Anforderungen genügen: - Großer Adressraum - Skalierbarkeit - Unterstützung von verschiedenen Servicetypen, insbesondere isochronen Diensten - Unterstützung von sehr langsamen als auch sehr schnellen physischen Medien - Erweiterbarkeit und Anpassbarkeit an neue Anforderungen - Unterstützung von Sicherheitsmaßnahmen (Authentifizierung, Geheimhaltung) - Unterstützung von mobilen Endgeräten 20

21 Das Internet- Protokoll IPv6 4/4 IPv6 wurde unter folgenden Gesichtspunkten entworfen: - IPv4 Funktionen, die selten oder nie benutzt wurden, werden nicht in den Standard- Header aufgenommen - Es sollte flexibler als IPv4 zu handhaben sein - Spätere Erweiterungen sollen möglich sein, ohne Bestehendes ändern zu müssen. Das Kernprotokoll sollte möglichst einfach gehalten werden - Fähigkeiten, die es selbst nicht realisiert, sollten auch nicht verhindert werden, wie z.b.: Managment Accounting Quality of Service- Garantien 21

22 Änderungen zu IPv4 im Überblick Die Neuerungen und Änderungen von IPv6 im Vergleich zu IPv4 lassen sich im wesentlich unter folgenden Punkten zusammenfassen RFC Erweiterungen der Adressmöglichkeiten - Header- Format- Vereinfachung - Verbesserte Unterstützung von Erweiterungen und Optionen - Möglichkeiten zur Flusskennzeichnung - Möglichkeiten zur Erkennung der Echtzeit und zur Geheimhaltung 22

23 Der IPv6- Header Version Header Length Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum 20 Bytes 32-bit Source IP Address 32-bit Destination IP Address Version Traffic Class Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit 128-bit Source Address 40 Bytes 128-bit Destination Address 23

24 Die Header-Erweiterungen 1/3 Bei IPv4 sind alle Optionen in dem Header intergriert Nachteil: -Jeder Router ist so gezwungen, jede Option zu analysieren bevor sie bearbeitet werden kann dies bringt zeitlich Verluste IPv6 umgeht diese Problem, indem es jede Option als eigenen Header realisiert, welche nur von den Endknoten bearbeitet werden sollen IPv6 Header TCP Header + Data Next Header = TCP IPv6 Header Routing Header TCP Header + Data Next Header = Routing Next Header = TCP IPv6 Header Routing Header Fragmentation Header Fragment of TCP Next Header = Routing Next Header = Fragment Next Header = TCP Header + Data 24

25 Die Header-Erweiterungen 2/3 Mit Ausnahme des Hop- by- Hop Options- Headers werden die zusätzlichen Header nicht untersucht oder abgearbeitet, bis das Paket an seinem Ziel angekommen ist IPv6- Header- Erweiterung eine beliebige Länge haben können In der aktuellen IPv6- Spezifikation sind folgende Erweiterungs- Header definiert RFC Hop- by- Hop Options Header - Encapsulated Security Payload Header - Routing Header - Authentication Header - Fragment Header - Destination Options Header 25

26 Die Header-Erweiterungen 3/3 Enthält ein Packet mehr als eine Header- Erweiterung, so sollten diese in folgender Reihenfolge verwendet werden - IPv6 Header - Hop- by- Hop Options Header - Destination Options Header - Routing Header - Fragmentation Header - Authentication Header - Encapsultated Security Playload Header - Destination Options Header - Header höherer Protokollschichten 26

27 Migration von IPv4 nach IPv6 1/2 Schon bei der Entwicklung von IPv6 wurde größeren Wert auf eine leichte Migration von IPv4 auf IPv6 geachtet Folgende Anfoderungen wurden schon bei der IPv6- Entwicklung berücksichtigt RFC-1752: - Ein allmählicher Übergang von IPv4 nach IPv6 muss möglich sein - Wenige oder keien Abhängigkeiten beim Upgraden dürfen vorhanden sein - Es darf keien Umstellungschalter geben um Ipv6 benutzen zu können Der Übergang von IPv4 nach IPv6 findet in zwei Phasen statt nur IPv4 Phase 1 IPv4 / IPv6 Phase 2 nur IPv6 Zeit 27

28 Migration von IPv4 nach IPv6 2/2 Durch die in RFC-1933 beschriebene Mechanismen wird ein allmählicher Übergang ermöglicht: Paralleler Einsatz von IPv4 und IPv6 (Dual IP Layer) Telnet, FTP, etc. TCP, UDP, etc. IPv4 IPv6 Tunneln Ethernet, FDDI, etc. 28

29 Ausblick Mit der Änderung des Basisprotokoll IP alleine ist es nicht getan. Neben den Ändrungen im Basisprotokoll kommt es zu Änderungen in folgenden Bereichen: - Anpassung bestehender Protokolle - Neuentwicklung - Anpassung größere Teile von Betriebssystemen Fazit 29

30 Litearturverzeichnis 1/2 Christian Huitema, IPv6-die neue Generation: Architektur und Implemen-tierung, München: Addison-Wesley-Verlag, 2000 Torsten Braun, Neue Internet-Dienste und virtuelle Netze: Protokolle, Programmierung, und Internetworking, Heidelberg: dpunkt- Verlag, 1999 Ralp Wittman, Martina Zitterbart, Multicast: Protokolle und Anwendungen Heidelberg: dpunkt- Verlag, 1999 Walter E. Proebster, Rechnernetze - Technik, Protokolle, Systeme, Anwendungen, München: R. Oldenbourg Verlag, 1998 Hans Peter Dittler, Das neue Internet-Protokoll: Technik, Anwendung, Migration, Heidelberg: dpunkt- Verlag, 1998 Rumen Stainov, IPnG, Das Internet-Protokoll der nächsten Generation, Bonn: Interna. Thomson Publ.,

31 Litearturverzeichnis 2/2 S. Bradner, A. Mankin, The Recommandation for the IP Next Generation Protocol, RFC 1752, Network Working Group, Januar 1995 Torsten Braun, Martina Zitterbart, Hochleistungskommunikation, Band 2: Transportdienste und protokolle, München: R. Oldenbourg Verlag, 1996 R. Gilligan, E. Nordmark, Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and Routers, RFC 1933, Network Working Group, April 1996 M. Crawford, A Method for the Transmission of IPv6 Packets over Ethernet Networks, RFC 1972, Network Working Group, August 1996 S. Braden, L. Zhang, S. Berson, S. Herzog, S. Jamin, Resource ReSerVation Protocol (RSVP) Version 1 Funktional Specification, RFC 2205, Network Working Group, September 1997 S. Deering, R. Hinden, Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Spezification, RFC 2460, Network Working Group, Dezember 1998 A. Conta, S. Deering, Generic Packet Tunneling in IPv6 Specification, RFC 2473, Network Working Group, Dezember