The network is the computer. Computernetzwerk- Grundlagen. Bedeutung der Schichten. 7 Schichten Modell. Sommersemester

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1 Institut für Meteorologie und Geophysik Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie Computernetzwerk- Grundlagen Sommersemester 2014 The network is the computer Vernetzung zwischen Rechnern ermöglicht bessere Nutzung der Ressourcen Kommunikation benötigt standardisierte Schnittstellen und Protokolle Schichtaufbau der Kommunikation versteckt die Komplexität/Diversität der Vernetzung. Beispiel: Jemandem einen Auftrag geben Was (Gegenstand des Auftrages) In welcher Sprache (Deutsch/Englisch) Wem (Franz Beispiel) Wie (per , Telefon, Brief, Schall)? 7 Schichten Modell ISO=International Standards Organization OSI=Open Systems Interconnect TCP/IP Modell Bedeutung der Schichten Physical, Datalink layer: Netzwerkkabel, Netzwerkkarten, i.e. Hardware Bestimmen max. Geschwindigkeit des Netzwerks Wireless (54Mbit), Ethernet ( Mbit) ADSL (1.5Mbit) MAC-Adressen (Eindeutige Identifizierung für Netzwerkkarten) Network layer: Ermöglicht das Finden anderer Rechner Netzwerkprotokoll meist Internet Protokoll (IP), auch X.25 IP-Adresse (v4, v6) Router, Modems Hardware, die Pakete einsammelt/weiterverteilt 1

2 Internet Domains Im Network Layer (IP Protokoll) wird die Abbildung der IP-Adresse (z.b ) auf einen Rechnernamen (z.b. exner20.img.univie.ac.at) festgelegt. Sie erfolgt manuell oder automatisch (DHCP) Der Weg ins Internet erfolgt über einen Router (dessen Adresse bekannt sein sollte) Das Domain Name Service (DNS) regelt Abbildung der Namen auf IP-Addressen Jeder Domain Name hat einen bestimmten Addressraum reserviert. z.b:.univie.ac.at= ???.???; img.univie.ac.at= ??? Bedeutung der Schichten Transport Layer: TCP (Transmission Control Protocol), UDP User Datagram Protocol Regeln das sichere Versenden von Paketen (Protokolle prüfen, ob Paket vollständig übertragen worden ist) Sehr universell, wird von Computern, Handys, Druckern usw. verwendet Session/Application Layer Anwendungsspezifische Protokolle, z.b. HTTP, HTTPS, SSH, FTP, VNC, SAMBA, AFP Netzwerkanwendungen Internet Browser, ssh client, vnc client Web Server, ssh server, vnc server 7-Schichten Modell vs TCP/IP (Internet) Einkapselung von Daten Segments Packets Frames Programmieren in der Meteorologie, SS

3 Weg der Datenpakete Netzwerk-Diagnose Daten werden interpretiert Daten werden aufbereitet Daten werden weitergeschickt Hardware- und IP-Adresse: ifconfig a (Linux, Mac), ipconfig /a (Windows) Verbindung zu anderen Rechnern ping xxx.xxx.xxx.xxx traceroute hostname (Linux,Mac) tracert hostname (Windows) Aufbau einer TCP/IP Netzwerkverbindung Man benötigt: Eine Netzwerk Serveranwendung und eine Netzwerk Clientanwendung Eindeutige Rechneradressen (IP-Adressen) Eine Port Adresse Ein Anwendungsprotokoll Eine physikalische Verbindung (Kabel oder Funk) Beispiele: Anzeigen einer Webseite mit einem Browser Verbindung mit secure shell (ssh) HyperText Transfer Protocol 1) Browser schickt Anfrage an Server ProtokollIP-Adresse Port Dateiname 2) Verbindungsaufbau Der Server fordert von seinem Betriebssystem einen Server Socket an. Dort wartet es auf Anfragen Das Betriebssystem des Clients erstellt einen Network Socket (=IP-Adresse und Port Nummer) und schickt eine Verbindungsanfrage Router schicken Anfrage an den richtigen Server Das Betriebssystem des Servers erstellt nun einen extra Network Socket und schickt die Anfrage an das richtige Programm (z.b. Webserver) 3

4 Ablauf einer Network Session HyperText Transfer Protocol 3) Webserver und Browser kommunizieren über die Verbindung zwischen den Sockets. Format des Antworttexts (MIME-Typ) ist im Header des Antworttexts festgelegt. MIME=Multipurpose Internet Mail Extension 4) Zusatz: HTTPS (port 443) S=secure Wie HTTP, nur wird die Kommunikation zwischen den Sockets verschlüsselt. (SSL=secure socket layer) Server muss in internationaler Datenbank als Trusted Host registriert sein, sonst gibt es Warnungen X-Windows X-Windows, in den 80er Jahren entwickelt, ist die Grundlage für grafische Benutzeroberflächen in Linux/Unix X-Server: Rechner/Software die ein Anzeigegerät (Display) verwalten. Dazu gehört auch ein Window X-Client: Anwendungen, die den Bildschirm nutzen wollen, z.b. xterm, emacs Das lokale Display hat meist die Nummer 0. Bei mehreren Bildschirmen eine höhere Nummer Um das Fenster auf einen anderen Rechner zu schicken, kann man eingeben xterm display srvx11.img.univie.ac.at:0 Das klappt nur, wenn der X-Server am anderen Ende das zulässt. (xhost + eingeben). Meist wird es aus Sicherheitsgründen verhindert. Besser ist es, getunnelte X-Verbindungen (siehe oben) zu verwenden. Konzept von X-Windows Eingabe und Darstellung finden auf dem lokalen Rechner statt, verwaltet vom X-Server X-Clients auf dem lokalen Rechner oder auf einem fremden Rechner nutzen die vom X-Server zur Verfügung gestellten Ressourcen 4

5 Andere Display Server Apple benutzt einen stark erweiterten X-Server (Cocoa) Windows hat einen eigenen Display Server (Desktop Window Manager). Auf allen Betriebssystemen gibt es die Möglichkeit, virtuelle Bildschirme einzurichten. Diese existieren nur im Computerspeicher, können aber von entsprechenden Klienten abgerufen werden. Das dazugehörige Protokoll heißt Remote Framebuffer Protocol (RFP). VNC (Virtual Network Connection) ist eine Client/Serversoftware die es implementiert. Mit ihr können nicht nur einzelne X-clients sondern ganze Displays eines anderen Rechners am lokalen Rechner dargestellt werden. VNC ist plattformunabhängig. VNC Server sind frei oder gegen geringe Gebühren erhältlich, z.b. RealVNC. VNC Clients gibt es frei auf allen Plattformen. Apple benutzt es für sein Screen Sharing. VNC ist nicht standardmäßig verschlüsselt. Daher ist es meist durch Firewalls geblockt und muss dann getunnelt werden VNC Ports vncserver geometry mmmmxnnn \vncserver kill :xx xx=letzte 2 Stellen der Portnummer Secure Shell (ssh) Protokoll Das ssh Protokoll (port 22) Zugriff auf eine Kommandoshell eines Rechners im Internet Die Verbindung (session) ist verschlüsselt (encrypted) und sie bleibt bestehen bis sie vom ssh-client oder vom Server unterbrochen wird (z.b. durch timeout) Ersetzt ältere unverschlüsselte Protokolle (telnet, rsh, ftp) Erlaubt tunneln unverschlüsselter Protokolle Authentifizierung mit password oder public keys Secure Shell (ssh) Protokoll ssh [ p 22] a???????@srvx7.img.univie.ac.at gewöhnlicher Kommandoshellzugang auf dem Server ssh a???????@srvx7.img.univie.ac.at ls a Ausführen eines Kommandos auf dem Server ssh -X a???????@srvx7.img.univie.ac.at Kommandoshellzugang mit getunneltem X-Protokoll ssh X -f a???????@srvx7.img.univie.ac.at xterm Startet xterm am srvx7 in eigenem Fenster und gibt Terminal wieder frei 5

6 Firewalls Firewalls sind Programme auf Routern oder Computern, die IP Pakete filtern. Es werden nur Pakete durchgelassen, die an bestimmte ports zu bestimmten Rechnern addressiert sind, bzw. von bestimmten Rechnern kommen. Mit Firewalls kann man: Rechner gänzlich unsichtbar machen Unsichere (unverschlüsselte oder schlecht definierte) Protokolle sperren Bestimmte ports sperren, z.b. NFS, Samba, ftp, vnc Häufig durchgelassen werden: Secure shell Pakete (ssh, port 22) HTTPS (port 443) Secure Shell (ssh) Protokoll scp Kopieren einer Datei vom Server ins lokale Verzeichnis sftp Aufbau einer verschlüsselten ftp Verbindung ssh L 5901:srvx11.img.univie.ac.at:59?? a???????@srvx11 VNC Desktop mit Nummer?? wird auf Nummer 1 am lokalen Rechner getunnelt Goto Server vnc://localhost:5901/ ssh L 5994:srvx7.img.univie.ac.at:80 a???????@srvx11 Port 80 am remote Server wird zu port 5994 am lokalen Rechner Webbrowsen über Secure Shell Authentifizierung Ssh kennt 2 Authentifizierungsmöglichkeiten: password und Public keys. Public keys sind sehr praktisch, weil man sich oftmalige Passwordeingabe erspart. Auch kann man dann ssh, scp etc. in shell scripts verwenden. Rezept: Rufe ssh-keygen -t rsa auf dem lokalen Rechner auf. Kein password vergeben. Kopiere den Public key in die Datei.ssh/authorized_keys am Server Nun versuchen, sich vom lokalen Rechner am Server anzumelden. Es sollte nun keine Passwordabfrage geben. 6

7 Netzwerkdateisysteme Dateibäume anderer Rechner werden ins lokale Dateisystem eingehängt. Für Anwendungen ist nicht feststellbar, ob Dateien lokal oder im Netz gespeichert sind. NFS = Network File System (Linux/Unix, sehr schnell) SAMBA/CIFS = Einhängen von Windows-Dateibäumen in Linux, Einhängen von Linux Dateibäumen in Windows AFP = Apple File Protocol FTP = File Transfer Protocol Datenfluss bei NFS gemounteter Datei Anwendung Grau= Betriebssystem Hardware Unix-Dateisysteme Baumstruktur Beginnen immer mit / (=root) Auf Speichermedien Dateibäume, die in den / - Baum eingehängt (gemountet) werden df zeigt verschiedene Speichermedien und ihre Einhängepunkte an Als Netzwerkprotokoll wird meist nfs oder cifs verwendet. 7