Computerforensik. Prof. Dr. Silke Draber Fachhochschule Bonn Rhein Sieg. Vorlesung SS Einführung in TCP/IP

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1 Computer Forensik Fachhochschule Bonn Rhein Sieg Vorlesung SS Einführung in TCP/IP Grundlagen von Netzwerken im Allgemeinen Protokolle und Dienste TCP/IP im Detail TCP/IP Protokollarchitektur Die Internet-Schicht (IP) Die Transport-Schicht (TCP, UDP) Ports Literatur TCP/IP Illustrated Volume 1, The Protocols, W. Stevens, Addion-Wesley, ISBN Page 1 1

2 Netzwerk: Grundlagen (1)» Ein Computer Netzwerk ist eine verbundene Ansammlung von autonomen Computern. Zwei Computer werden als verbunden bezeichnet, wenn sie in der Lage sind Informationen miteinander auszutauschen. Internet:» Ein Internet ist eine Sammlung von verschiedenen physikalischen Netzwerken, die durch ein gemeinsames Protokoll verbunden sind und dadurch ein einzelnes logisches Netzwerk bilden.» Das Internet ist die weltweite Sammlung von verbunden Netzwerken, das das Internet Protokoll (IP) als gemeinsames Protokoll verwendet. 3 Grundlagen (2) Protokolle:» Protokolle sind formale Verhaltensregeln zur Koordinierung der Kommunikation zwischen den Kommunikationspartnern. Die Hauptaufgaben der Protokolle sind: die Adressierung der Kommunikationsendpunkte die Steuerung des Datenflusses die Zuverlässigkeit der Datenübertragungsdienste» Es wird bei der Datenübertragung zwischen zwei Protokollklassen unterschieden: verbindungsorientierte Protokolle (Analogie: altes Telefonsystem) verbindungslose Protokolle (Analogie: Postzustellung) 4 Page 2 2

3 Was ist TCP/IP TCP/IP ist eine Protokollsammlung; der präziseste Name hierfür ist 'Internet Protocol Suite' TCP/IP ermöglicht es Computer Ressourcen über ein Netzwerk zu teilen TCP (Transmission Control Protokoll) und IP (Internet Protokoll) sind die bekanntesten Protokolle aus dieser Sammlung. Daher wurde es zur Gewohnheit mit dem Begriff ' TCP/IP ' die ganze Familie zu bezeichnen. TCP/IP wurde von Forschern rund um das ARPAnet entwickelt. 5 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer 6 a Page 3 3

4 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer Das OSI-Referenzmodell wird oft herangezogen, wenn es um das Design von Netzwerkprotokollen und die theoretische Betrachtung geht. Zusammen mit diesem Modell sind Netzwerkprotokolle entwickelt worden, die jedoch heute kaum eine Bedeutung besitzen. In der Praxis wird hauptsächlich die Familie der TCP/IP- Protokolle eingesetzt. Da das TCP/IP- Referenzmodell sehr speziell auf den Zusammenschluss von Netzen (Internetworking) zugeschnitten ist, bietet das OSI-Referenzmodell einen umfassenderen Ansatz für die Betrachtung von Netzwerkprotokollen. 6 b (dt. Anwendungsschicht) (Schicht 7) stellt den Anwendungen Funktionalitäten zur Verfügung (z.b. Datenübertragung, , Virtual Terminal, etc.) TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer 6 c Page 4 4

5 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer Presentation Layer (dt. Darstellungsschicht) (Schicht 6) standardisiert die Datenstrukturen und ermöglicht den semantisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen (u.a. Kodierung, Kompression, Kryptographie) 6 d TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer Session Layer (dt. Sitzungsschicht) (Schicht 5) stellt Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. 6 e Page 5 5

6 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer (dt. Transportschicht) (Schicht 4) regelt die Segmentierung von Datenpaketen und die Stauvermeidung (engl. congestion control). Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige Ende-zu-Ende Kommunikation (zwischen Sender und Empfänger) zur Verfügung stellt, d.h. für alle Schichten oberhalb der Netzwerkschicht ist die darunterliegende Netzwerktopologie transparent. 6 f TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer (dt. Netzwerkschicht) (Schicht 3) sorgt für die Weitervermittlung von Datenpaketen. (Paketweiterleitung), d.h. Aufbau und Aktualisierung von Routingtabellen, sowie Flusskontrolle. 6 g Page 6 6

7 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer 6 h Data Link Layer (dt. Sicherungsschicht) (Schicht 2) Gewährleistung einer sicheren (d.h. fehlerfreien) Verbindung, Regelung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium. Die Schicht lässt sich in zwei Subschichten aufteilen: die LLC-Schicht (logical link control) und die Mediumzugriffsschicht (medium access control layer). LLC-Schicht: Aufteilen des Bitdatenstromes in Datenrahmen (frames) Hinzufügen von Prüfsummen sowie Verwalten von Quittungen und die Flusskontrolle MAC-Schicht: Regelung von konkurrierenden Zugriffen und Kollisionsbehandlung TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer 6 i Die Physikalische Schicht (Schicht 1, engl. physical layer) Die physikalische Schicht ist für die eigentliche Bitübertragung der Daten zuständig. Hierzu ist eine Standardisierung der Netzwerk-Leitungen und -Anschlüsse sowie ihrer physikalischen Eigenschaften nötig. Die gemeinsame Nutzung eines Übertragungsmediums kann auf dieser Schicht durch ein statisches Multiplexing erfolgen. Page 7 7

8 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer Link Layer 6 j (dt. Anwendungsschicht) umfasst die Protokolle, die mit Anwendungsprogrammen zusammenarbeiten Beispiele: * HTTP - Hypertext Transfer Protocol * FTP - File Transfer Protocol * SMTP - Simple Mail Transfer Protocol - -Versand * POP3 - Post Office Application Protocol (Version 3) Layer - -Abruf * Telnet - Login auf entfernten Rechnern ( remote terminal ) * DNS (Domain Name System) * SNMP - Simple Network Management Protocol TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer Link Layer 6 k Page 8 8

9 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell (dr. Transportschicht) stellt Ende-zu-Ende Verbindung her. Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist das Transport Control Protocol (TCP), das Verbindungen zwischen jeweils zwei Netzwerkteilnehmern zum gesicherten Versenden von Datenströmen herstellt. Beispiele: Presentation Layer * TCP (Transport Control Protocol) - Datenstrom-Übertragung (verbindungsorientiert, zuverlässig) * UDP (User DatagramSession Protocol) - Datenpaket-Übertragung Layer (verbindungslos, unzuverlässig) Data Link Layer Physical Layer Link Layer 6 l TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer (dt. Netzwerkschicht) Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing), d.h. Ermittelung des nächsten Zwischenziels und Weiterleitung der empfangenden Pakete; Network Kern dieser Schicht Layer ist das Internet Protocol (IP), das einen unzuverlässigen, verbindungslosen Paketauslieferungsdienst bereitstellt Data Link Layer Beispiele: * IP (Internet Protocol) - Datenpaket-Übertragung (verbindungslos, Physical unzuverlässig) Layer * ICMP (Internet Control Message Protocol) - Kontrollnachrichten (z.b. Fehlermeldungen) Link Layer 6 m Page 9 9

10 TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Link Layer (dt. Netzzugangsschicht) ist im TCP/IP-Referenzmodell Data spezifiziert, Link enthält Layer jedoch selbst keine Protokolle der TCP/IP-Familie. Sie dient dem Ziel, dass verschiedene Subnetze zusammengeschlossen werden können, Physical Layer wie z.b. * Ethernet - Netzwerkstandard IEEE * Token Bus - Netzwerkstandard IEEE * Token Ring - Netzwerkstandard IEEE * FDDI - Fiber Distributed Data Interface * WLAN - Netzwerkstandard IEEE n Link Layer TCP/IP vs. OSI Schichtenmodell Presentation Layer Session Layer Data Link Layer Physical Layer Link Layer 6 o Page 10 10

11 TCP/IP Architektur (1) - Schichten HTTP SMTP Telnet DNS DHCP Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Internet Protocol (IP) Internetnet Control Message Protocol (ICMP) Link Layer ARP Hardware Interface z.b. Ethernet, WLAN RARP ARP und RARP sind Protokolle, die für die Zuordnung von Ethernet- zu IP-Adressen, die in Netzen wie Ethernet und Token Ring benötigt werden, eingesetzt werden. 7 TCP/IP Architektur - Encapsulation Anwendung Daten Jeder Layer des TCP/IP Stacks fügt Control Informationen zur sicheren Auslieferung der Daten hinzu TCP IP IP Header TCP Header TCP Header Daten TCP Segment Daten Diese Control Informationen nennt man Header Jeder Layer behandelt die vom darüberliegenden Layer gelieferten Informationen als Daten und fügt seinen Header davor Ethernet Ethernet Header IP Header IP Datagram TCP Header Daten Trailer Das Hinzufügen der Auslieferinformationen (delivery information) wird encapsulation genannt Ethernet Frame 46 bis 1500 Bytes 8 Page 11 11

12 TCP/IP Architektur - Demultiplexing Anwendung... Anwendung Anwendung... Anwendung Demultiplexing aufgrund der Ziel Portnummer im TCP bzw. UDP Headers TCP UDP ICMP Demultiplexing aufgrund des Protokoll Wertes im IP Header IP ARP Ethernet Driver RARP Demultiplexing aufgrund des Frame Typs im Ethernet Header Ethernet Frame 9 Standardisierungsprozess Gruppen, die bei der Standardisierung der Internet Technologie wichtig sind» ISOC: Internet Society: The Internet Society is an independent international nonprofit organisation founded in 1992 to provide leadership in Internet related standards, education, and policy around the world.» IAB: Internet Architecture Board: The IAB is chartered both as a committee of the Internet Engineering Task Force (IETF) and as an advisory body of the Internet Society (ISOC). Its responsibilities include architectural oversight of IETF activities, Internet Standards Process oversight and appeal, and the appointment of the RFC Editor. The IAB is also responsible for the management of the IETF protocol parameter registries.» IETF: Internet Engineering Task Force: The Internet Engineering Task Force (IETF) is a large open international community of network designers, operators, vendors, and researchers concerned with the evolution of the Internet architecture and the smooth operation of the Internet. It is open to any interested individual. The IETF Mission Statement is documented in RFC RFC: Request for Comment Alle Standards der Internet Community werden als Request for Comment oder RFC veröffentlicht: 10 Page 12 12

13 Link Layer - Beispiel Ethernet (1) IP Datengramme werden in sog. Ethernet Frames eingepackt die physikalische Adresse (MAC Adresse) besteht aus 6 Bytes Im Ethernet Header werden die MAC Adressen des Senders und des Empfängers übertragen die physikalische Adresse FF:FF:FF:FF:FF:FF ist reserviert und wird für Broadcasts verwendet (diese Frames werden an alle Geräte, die sich in diesem Ethernet Netz befinden, gesendet) Für die Zuordnung IP Adresse <-> Ethernet Adresse bzw.mac-adresse sorgt das Protokoll ARP (Address Resolution Protocol) Befinden sich Sender und Empfänger nicht im gleichen Ethernet Netz, so können sich diese Systeme per Link Layer nicht unterhalten (Weiterleitung der IP Pakete per Router - siehe IP Layer später) Ethernet kann auch andere Netzwerk Protokolle übertragen (z.b. Apple Talk), daher benötigt Ethernet eine Erkennungsmöglichkeit des darüber gelegen s (-> der Ethernet Header sieht hierfür einen 16-bit Frame Type Wert vor) 11 Link Layer - Beispiel Ethernet (2) Ethernet Encapsulation (gemäß RFC 894) - (es gibt wichtige Erweiterungen, auf die wir nicht eingehen, RFC 1042) Ziel Adresse Quell Adresse type Daten CRC CRC Type IP Datengramm Type ARP Request/Reply Padding Page 13 13

14 Wiederholung: IP - Layer (1)» Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing), d.h. Ermittelung des nächsten Zwischenziels und Weiterleitung der empfangenden Pakete;» unzuverlässiges Protokoll (d.h. keine Garantie, dass Pakete ankommen» verbindungsloses Protokoll (d.h. Daten können auf verschiedenen Pfaden ausgeliefert werden) Offizieller Standard von IP ist in RFC 791 festgelegt 13 Format eines IP Datengramms: IP Header (Version 4)» Standard Größe ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) 4-bit version 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum 32-bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 a Page 14 14

15 Format eines IP Datengramms: IP Header Die aktuelle (Version 4) von IP ist 4, daher wird IP oft mit IPv4 bezeichnet» Standard Größe ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) 4-bit version 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum 32-bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 b Format eines IP Datengramms: Größe des IP Headers in 32 Bit Worten; dies IP Header (Version 4) beschränkt die Größe des IP Headers auf 60 Bytes (0xF*4 Bytes)» Standard Größe ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) 4-bit version 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum 32-bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 c Page 15 15

16 Folgende TOS sind definiert IP Header (Version minimize4) delay maximize throuput maximize reliability minimize monetary cost» Standard Größe ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) Format eines IP Datengramms: 4-bit version 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum 32-bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 d Format eines IP Datengramms: IP Header (Version 4) Gesamt Größe des IP Datagramms in Bytes, d.h. die maximale Größe beträgt Bytes (0xFFFF)» Standard Größe ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) 4-bit version 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum 32-bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 e Page 16 16

17 Format eines IP Datengramms: 4-bit version Diese drei Größen ermöglichen das Fragmentieren IP Header (Version 4) bzw. das Zusammensetzen der IP Datengramme (Erinnerung: Ethernet: max Bytes aber IP max» Standard Größe ist (wenn Bytes!) keine Optionen vorhanden sind) 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 32-bit source IP address 32-bit destination IP address 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum Daten 14 f Dieser Wert setzt eine obere Größe an die Anzahl der Router, durch die das IP Datengramm wandern darf Jeder Router dekrementiert diesen Wert Format eines IP Datengramms: IP Header (Version 4) Wird der Wert Null erreicht, so wird das Datagramm verworfen und der Sender mittels ICMP Fehlermeldung» Standard Größe benachrichtigt ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) 4-bit version 8-bit Type of Service 16-bit identification 3-bit flags 16-bit total 13-bit fragmentation offset 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum 32-bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 g Page 17 17

18 IP Header (Version 4) Dieser Wert bezeichnet die Art des verwendeten Protokolls (z.b. Format UDP und TCP) eines und IP wird Datengramms: beim Demultiplexen» Standard Größe des IP ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) Datengramms benötigt (Folie 9) Beispiele: 4-bit 8-bit Type of Service 16-bit total version ICMP: 1 3-bit 16-bit identification 13-bit fragmentation offset flags TCP: 6 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum UDP: bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 h Prüfsumme Gesamt Größe über den des IP IP Header Datagramms (die anderen in Bytes, Protokolle d.h. IP Header (Version haben 4) die maximale ihre eigenen Größe beträgt Prüfsumme), Bytes stimmt (0xFFFF) die Dieser Wert bezeichnet die Art Prüfsumme eines IP des verwendeten Protokolls Datengrammes nicht, so wird (z.b. Format UDP und TCP) eines und IP wird Datengramms: es ohne Fehlermeldung beim Demultiplexen» Standard Größe des IP ist (wenn keine Optionen verworfen vorhanden (die höheren sind) Datengramms benötigt (Folie 9) Schichten müssen dieses Beispiele: Verhalten kompensieren) 4-bit 8-bit Type of Service 16-bit total version ICMP: 1 3-bit 16-bit identification 13-bit fragmentation offset flags TCP: 6 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum UDP: bit source IP address 32-bit destination IP address Daten 14 i Page 18 18

19 IP Header (Version 4) Dieser Wert bezeichnet die Art des verwendeten Protokolls (z.b. Format UDP und TCP) eines und IP wird Datengramms: beim Demultiplexen» Standard Größe des IP ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) Datengramms benötigt (Folie 9) Beispiele: 4-bit 8-bit Type of Service 16-bit total version ICMP: 1 3-bit 16-bit identification 13-bit fragmentation offset flags TCP: 6 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum UDP: bit source IP address 32-bit destination IP address Quell IP Adresse Daten 14 j IP Header (Version 4) Dieser Wert bezeichnet die Art des verwendeten Protokolls (z.b. Format UDP und TCP) eines und IP wird Datengramms: beim Demultiplexen» Standard Größe des IP ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) Datengramms benötigt (Folie 9) Beispiele: 4-bit 8-bit Type of Service 16-bit total version ICMP: 1 3-bit 16-bit identification 13-bit fragmentation offset flags TCP: 6 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum UDP: bit source IP address 32-bit destination IP address Quell IP Adresse Ziel IP Adresse Daten 14 k Page 19 19

20 IP Header (Version 4) Dieser Wert bezeichnet die Art des verwendeten Protokolls (z.b. Format UDP und TCP) eines und IP wird Datengramms: beim Demultiplexen» Standard Größe des IP ist (wenn keine Optionen vorhanden sind) Datengramms benötigt (Folie 9) Beispiele: 4-bit 8-bit Type of Service 16-bit total version ICMP: 1 3-bit 16-bit identification 13-bit fragmentation offset flags TCP: 6 8-bit time to live 8-bit protocol 16-bit header chechsum UDP: bit source IP address 32-bit destination IP address Quell IP Adresse Ziel IP Adresse 14 l Daten Optionen: (haben keine große Bedeutung mehr, u.a. besteht die Möglichkeit das Routing zu beeinflussen, diese Optionen werden aus Sicherheitsgründen von den meisten Firewalls nicht berücksichtigt...) Internet Adressen (1) Jedes System im Internet benötigt eine eindeutige Internet Adresse (kurz IP Adresse). Diese Adressen sind 32 Bit Zahlen, die aber in einen Netzwerkanteil (höherwertige Bits) und einen Hostanteil (niederwertige Bits) strukturiert sind und in der Regel als vier Dezimalzahlen (0-255) geschrieben werden, z.b für den Web Server Class A Class B 0 Network address (8 bit) 1 0 host address (24 bit) Network address (16 bit) host address (16 bit) Class C Class D Network address (24 bit) Multicast group host address (8 bit) Class E Reserved for future use Page 20 20

21 Internet Adressen (2) Diese Standard Struktur (Netzwerk- bzw. Hostadresse) kann lokal geändert werden (eingeführt aufgrund der immer größer werdenden Routing-Tabellen wurde) hierfür wurde die sog. Netzmaske eingeführt, das Netzwerk wird definiert, in dem eine Bitmaske, die Subnetzmaske, auf die IP- Adresse angewandt wird:» wenn ein Bit in der Maske gesetzt ist (1), so wird das entsprechende Bit der Adresse als zum Netzbereich zugehörig betrachtet» wenn ein Bit in der Maske nicht gesetzt ist (0), so wird das entsprechende Bit zum Hostbereich zugehörig betrachtet Beispiel Netz der FH Bonn Rhein Sieg:» IP Adressbereich: » Hexadezimal: C2.5C.40.0-C2.5C.47.FF, Netzmaske: FF.FF.F8.00» Andere übliche Notierungen: /21; / Internet Adressen (3) Die Netzwerkbereiche werden zentral vergeben» durch IANA Internet Assigned Numbers Authority bzw. durch die fünf RIR Regional Internet Registry, d.h. durch AfriNIC (African Network Information Centre) zuständig für Afrika APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) zuständig für die Region Asien/Pazifik ARIN (American Registry for Internet Numbers) Nord Amerika LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) Lateinamerika und Karibik RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) Europa, Naher Osten, Zentralasien» Benötigt man IP Adressen, so wendet man sich jedoch an die sogenannten LIR Local Internet Registry (in der Regel ISPs), die die von den RIRs zugeteilten Adressen weitervergeben 17 Page 21 21

22 IP Routing Benutzer PC IP: GW: MAC: 1:1:1:1:1:1 Server IP: GW: MAC: 4:4:4:4:4:4 Netzwerk: /24 IP2: MAC2: 3:3:3:3:3:3 Router IP1: MAC1: 2:2:2:2:2:2:2 Netzwerk: /24 18 a IP Routing Benutzer PC IP: GW: MAC: 1:1:1:1:1:1 Netzwerk: /24 IP2: MAC2: 3:3:3:3:3:3:3 Router IP1: MAC1: 2:2:2:2:2:2 Server IP: GW: MAC: 4:4:4:4:4:4 Netzwerk: /24 18 b Page 22 22

23 IP Routing Benutzer PC IP: GW: MAC: 1:1:1:1:1:1 Server IP: GW: MAC: 4:4:4:4:4:4 Netzwerk: /24 IP2: MAC2: 3:3:3:3:3:3:3 Router IP1: MAC1: 2:2:2:2:2:2 Netzwerk: /24 Ziel Adresse 2:2:2:2:2:2 Quell Adresse Type 1:1:1:1:1:1 800 IP Datengramm IP Source: ; IP Dest: CRC 18 c IP Routing Benutzer PC IP: GW: MAC: 1:1:1:1:1:1 IP Datengramm IP Source: IP Dest: IP2: MAC2: 3:3:3:3:3:3:3 Router IP1: MAC1: 2:2:2:2:2:2 Server IP: GW: MAC: 4:4:4:4:4:4 Netzwerk: /24 Netzwerk: /24 Ziel Adresse 2:2:2:2:2:2 Quell Adresse Type 1:1:1:1:1:1 800 IP Datengramm IP Source: ; IP Dest: CRC 18 d Page 23 23

24 IP Routing Ziel Adresse 4:4:4:4:4:4 Benutzer PC IP: GW: MAC: 1:1:1:1:1:1 Quell Adresse Type 3:3:3:3:3:3 800 IP Datengramm IP Source: ; IP Dest: CRC Server IP: GW: MAC: 4:4:4:4:4:4 Netzwerk: /24 IP Datengramm IP Source: IP Dest: IP2: MAC2: 3:3:3:3:3:3 Router IP1: MAC1: 2:2:2:2:2:2 Netzwerk: /24 Ziel Adresse 2:2:2:2:2:2 Quell Adresse Type 1:1:1:1:1:1 800 IP Datengramm IP Source: ; IP Dest: CRC 18 e Transport Schicht - UDP Wiederholung:» UDP ist verbindungslos, unzuverlässig, d.h. UDP stellt keine Mechanismen bereit, die garantieren, dass UDP Datengramme beim Empfänger korrekt angekommen sind UDP verwendet 16-bit Zahlen, die sog. Source und Destination Ports, um die Daten an die richtige Anwendung zu senden (z.b. Port 53 für DNS) Offizieller Standard von UDP ist in RFC 768 festgelegt 19 Page 24 24

25 UDP Header Format eines UDP Datengramms:» Größe ist 8 Bytes 16-bit source port number 16-bit UDP 16-bit destination port number 16-bit UDP checksum 8 Bytes Daten (falls vorhanden 20 a UDP Header Format eines UDP Datengramms:» Größe ist 8 Bytes Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess 16-bit source port number 16-bit UDP 16-bit destination port number 16-bit UDP checksum 8 Bytes Daten (falls vorhanden 20 b Page 25 25

26 UDP Header Format eines UDP Datengramms:» Größe ist 8 Bytes Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess 16-bit source port number 16-bit UDP 16-bit destination port number 16-bit UDP checksum 8 Bytes Gesamtgröße des UDP Datengramms (Header und Daten) in Bytes ( redundant mit der Größe des IP Datengramms) Daten (falls vorhanden 20 c UDP Header Format eines UDP Datengramms:» Größe ist 8 Bytes Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess 16-bit source port number 16-bit UDP 16-bit destination port number 16-bit UDP checksum 8 Bytes Gesamtgröße des UDP Datengramms (Header und Daten) in Bytes ( redundant mit der Größe des IP Datengramms) Daten (falls vorhanden UDP Prüfsumme 20 d Page 26 26

27 UDP Header Format eines UDP Datengramms:» Größe ist 8 Bytes Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess 16-bit source port number 16-bit UDP 16-bit destination port number 16-bit UDP checksum 8 Bytes Gesamtgröße des UDP Datengramms (Header und Daten) in Bytes ( redundant mit der Größe des IP Datengramms) Daten (falls vorhanden UDP Prüfsumme Beispiel DNS folgt später (nicht im Detail) Anmerkung: DNS kann bei Bedarf auch TCP verwenden e Transportschicht - TCP (1) Wiederholung: TCP ist verbindungsorientiert und bietet eine zuverlässige Datenstromübertragung (d.h. die Anwendungsschicht kann sich darauf verlassen, dass alle gesendete Daten beim Empfänger ankommen, bei Fehlern sorgt TCP für eine erneute Sendung der Daten)» Hierfür ist es erforderlich, dass vor dem Datenaustausch eine TCP Verbindung eingerichtet wird (i.d. Regel über three way handshake - dazu mehr später)» Eine Analogie stellt eine Telefonverbindung dar: es wird gewählt der Angerufene antwortet mit hallo anschließend meldet sich der Anrufer» TCP verwendet wie UDP ebenfalls 16-bit Zahlen, die sog. Source und Destination Ports, um die Daten an die richtige Anwendung zu senden (z.b. Port 80 für HTTP) Die ursprüngliche Spezifikation von TCP ist RFC Page 27 27

28 Arbeitsweise von TCP: Transportschicht - TCP (2)» Die Daten der Anwendung werden von TCP in Datenblöcke aufgeteilt (die Größe legt TCP fest) (Anmerkung: bei UDP ist die Anwendung für die Größe des IP Datengramms zuständig!)» Der Datenblock, der TCP an IP übergibt wird TCP Segment genannt» TCP verwaltet zu jedem Segment einen Timer, der die Zeitspanne bestimmt, indem der Kommunikationspartner den Empfang quittieren muss» bei Ablauf des Timers ohne Empfangsbestätigung sendet TCP das Segment erneut (das Protokoll legt ebenfalls fest, wie sich der Timer Werte anpassen, dies werden wir uns nicht ansehen)» wenn TCP Daten empfängt, so sendet TCP eine Empfangsbestätigung, diese wird i.d.regel verzögert gesendet, was es ermöglicht, dass mehr als ein Segment bestätigt werden kann und in der Bestätigung auch Daten der Anwendung transportiert werden können (diese Strategie werden wir ebenfalls nicht weiter vertiefen) 22 Transportschicht - TCP (3) Arbeitsweise (Fortsetzung)» Da TCP Segmente als IP Datengramme versendet werden, können diese in falscher Reihenfolgen eintreffen, TCP stellt sicher, dass die Anwendung die Daten in der richtige Reihenfolge bekommt» TCP kann weiterhin doppelte IP Datengramme erkennen und verwerfen» die Systeme (i.d.regel das Betriebssystem) stellt TCP für jede Verbindung eine vorher festgelegten Speicherbereich zur Verfügung» Daher ermöglicht es TCP der Empfangsseite dem Sender mitzuteilen, wenn seine Puffer ausgeschöpft sind (Flow Control) 23 Page 28 28

29 Format eines TCP Segments: TCP Header 16-bit source port nummer 16-bit destination port nummer 32-bit sequence number 32-bit acknowledge number 6-bit reserved 6-bit flags (urg,ack, psh, rst, syn, fin) 16-bit window size 16-TCP checksum 16-bit urgent pointer Daten (if any) 24 a TCP Header Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess Format eines TCP Segments: 16-bit source port nummer 16-bit destination port nummer 32-bit sequence number 32-bit acknowledge number 6-bit reserved 6-bit flags (urg,ack, psh, rst, syn, fin) 16-bit window size 16-TCP checksum 16-bit urgent pointer Daten (if any) 24 b Page 29 29

30 TCP Header Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess Format eines TCP Segments: Die Sequenznummer identifiziert das Byte im Datenstrom des Sender an den Empfänger. Beim Einrichten einer neuen TCP Sitzung (SYN-Flag gesetzt) wird hier die inital sequenz number (ISN) übermittelt 16-bit source port nummer 16-bit destination port nummer 32-bit sequence number 32-bit acknowledge number 6-bit reserved 6-bit flags (urg,ack, psh, rst, syn, fin) 16-bit window size 16-TCP checksum 16-bit urgent pointer Daten (if any) 24 c TCP Header Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess Format eines TCP Segments: Die Sequenznummer identifiziert das Byte im Datenstrom des Sender an den Empfänger. Beim Einrichten einer neuen TCP Sitzung (SYN-Flag gesetzt) wird hier die inital sequenz number (ISN) übermittelt 16-bit source port nummer 16-bit destination port nummer 32-bit sequence number 32-bit acknowledge number 6-bit reserved 6-bit flags (urg,ack, psh, rst, syn, fin) 16-bit window size 16-TCP checksum 16-bit urgent pointer Die acknowledge number enthält die nächste sequence number Daten die der (if any) Empfänger vom Sender erwartet (ist also sequence number +1 vom letzten erfolgreich empfangenden Paket. Diese Feld hat nur dann eine Bedeutung, wenn das ACK-Flag gesetzt ist. (TCP stellt einen full duplex Service bereit, daher muss jeder der Kommunikationspartner eine Sequenznummer unterstützen 24 d Page 30 30

31 TCP Header Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess Format eines TCP Segments: Die Sequenznummer identifiziert das Byte im Datenstrom des Sender an den Empfänger. Beim Einrichten einer neuen TCP Sitzung (SYN-Flag gesetzt) wird hier die inital sequenz number (ISN) übermittelt 16-bit source port nummer 16-bit destination port nummer Größe des TCP Headers in 32 Bit Worten; dies beschränkt die Größe des TCP Headers auf 60 Bytes (0xF*4 Bytes) 6-bit reserved 16-TCP checksum 32-bit sequence number 32-bit acknowledge number 6-bit flags (urg,ack, psh, rst, syn, fin) 16-bit window size 16-bit urgent pointer Die acknowledge number enthält die nächste sequence number Daten die der (if any) Empfänger vom Sender erwartet (ist also sequence number +1 vom letzten erfolgreich empfangenden Paket. Diese Feld hat nur dann eine Bedeutung, wenn das ACK-Flag gesetzt ist. (TCP stellt einen full duplex Service bereit, daher muss jeder der Kommunikationspartner eine Sequenznummer unterstützen 24 e TCP Flags: ACK: die acknowledge number ist gültig RST: Reset der Verbindung (z.b. bei Verbindungsversuch auf Port ohne Anwendung), wird gesendet, wenn ein nicht erwartete acknowledge number Format empfangen eines wird TCP Segments: TCP Header Die Portnummern identifizieren den sendenden bzw. empfangen Prozess Die Sequenznummer identifiziert das Byte im Datenstrom des Sender an den Empfänger. Beim Einrichten einer neuen TCP Sitzung (SYN-Flag gesetzt) wird hier die inital sequenz number (ISN) übermittelt SYN: Synchronisierung der sequence number beim Aufbau der Verbindung FIN: Der Sender hat 0seine Daten gesendet (Signalisierung der Beendigung der Verbindung) bit source port nummer nicht weiter betrachtet werden URG und PSH 16-bit destination port nummer 32-bit sequence number 32-bit acknowledge number 6-bit reserved 6-bit flags (urg,ack, psh, rst, syn, fin) 16-bit window size 16-TCP checksum 16-bit urgent pointer Die acknowledge number enthält die nächste sequence number Daten die der (if any) Empfänger vom Sender erwartet (ist also sequence number +1 vom letzten erfolgreich empfangenden Paket. Diese Feld hat nur dann eine Bedeutung, wenn das ACK-Flag gesetzt ist. (TCP stellt einen full duplex Service bereit, daher muss jeder der Kommunikationspartner eine Sequenznummer unterstützen 24 f Page 31 31

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