Systeme II 7te Vorlesung

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1 Systeme II 7te Vorlesung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät Universität Freiburg 2009 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 1

2 Letzte Vorlesung Abschluss Dynamisches IP-Routing Zentraler Algorithmus, Distance Vector -Arbeitet lokal in jedem Router -Verbreitet lokale Information im Netzwerk -Einer/jeder kennt alle Information, muss diese erfahren Optimale Bestimmung der Weglängen zwischen einzelnen Knoten im Netz Hierzu: Shortest Path Umgesetzt mit Dijkstras Algorithmus Generieren eines Graphen des (Teil-)Netzes, wobei jeder Knoten einen Router und jeder Verbindungsstrich einen Link repräsentiert Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 2

3 Letzte Vorlesung Dijkstra: Jeder Knoten wird durch ein Tupel aus Entfernung von der Quelle und dem vorherigen Knoten bezeichnet, initial ist dieses Label leer - Während der Algorithmus voranschreitet, können sich Label ändern, um bessere Wege zu reflektieren Ermittlung des vollen Pfads vom Ziel durch rückwärts vorarbeiten anhand der Label Ermittelter Pfad unterscheidet sich von Hop- Count-Metrik ( oder ) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 3

4 IP als zentrales Protokoll Damit vorerst Abschluss von IP Zentrales Protokoll, welches abstraktes Verbindungsnetz über verschiedene physikalische Netze und abstrakte Funktion für verschiedene Transportprotokolle und insbesondere Anwendungen bereitstellt Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 4

5 Schichten Modell: Applikationsschicht Zurück zum Schichtenmodell, Start von der obersten, der Anwendungsschicht Das was meisten Nutzer, Programmierer interessiert Beispiele DNS WWW Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 5

6 ISO/OSI Schicht 7, TCP/IP Schicht 4/5 7. Anwendungsschicht Schicht mit der Nutzer kommuniziert oder Maschine, Beispiel DHCP (frühere Vorlesung, Übung) Anwendungen verfügen über eine Programmierschnittstelle, um sie plattformspezifischen der Anwendungsprogrammierung zugänglich zu machen Große Vielfalt aller möglichen Funktionen, die sich über Netzwerke abwickeln lassen Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 6

7 ISO/OSI Anwendung (A) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 7

8 DNS Domain Name System Motivation: Menschen kommen mit den 4 byte IPv4-Adressen nicht zu Recht / Keiner kann sich diese Zahlen merken: für Google für Uni Freiburg Was bedeuten? Besser: Natürliche Wörter für IP-Adressen Z.B. oder Das Domain Name System (DNS) übersetzt solche Adressen in IP-Adressen (und umgekehrt) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 8

9 DNS Domain Name System Anwendungsidee: Telefonbuch des Internets Namen deutlich besser merkbar als Zahlen Deshalb insbesondere zu Beginn Streit um Domainnamen / Markennamen Technisch gesehen ist DNS: Weltweit verteilte, lose gekoppelte, über das Internet verknüpfte und verbundene, skalierbare Datenbankanwendung Übersetzung von Objekten in andere Objekte, wobei keine Einschränkung auf IP-Adressen und Rechnernamen Lookup-Mechanismus, der typischerweise im Betriebssystem implementiert wird Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 9

10 DNS Geschichte Die Anfänge s ARPANET Host.txt in Stand gehalten vom SRI-NIC Abruf von einem einzelnen Rechner Probleme Verkehr und Last Namenskollisionen Widerspruchsfreiheit DNS wurde 1983 von Paul Mockapetris erfunden (RFCs 1034 und 1035) Modifiziert, aktualisiert und verbessert durch eine Unzahl von nachfolgenden RFCs (z.b ) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 10

11 DNS Telefonbuch des Internets Ein lookup-mechanismus um Objekte in andere Objekte zu übersetzen Eine weltweit verteilte, locker verbundene, skalierbare und zuverlässige dynamische Datenbank. Bestehend aus drei Komponenten: Einem Namensraum Server, die diesen Namensraum zur Verfügung stellen Namensauflöser (Clients), die Anfragen bezüglich des Namensraum an die Server stellen Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 11

12 Eigenschaften von DNS Daten werden lokal gepflegt, sind aber weltweit abrufbar Kein einzelner Computer hat sämtliche DNS Datensätze Jedes Gerät und jeder Dienst kann DNS Anfragen stellen Empfangene DNS-Daten können lokal gecacht werden, um die Leistung zu verbessern DNS ist ein IP-basierter Dienst Die IP-Welt kann ohne DNS leben (die Menschen vielleicht nicht), aber der DNS ist von IP abhängig (wenn auch DNS für andere Netze denkbar, bspw. WINS für historische NetBIOS) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 12

13 DNS Als IP Dienst DNS ist ein Protokoll in der Anwendungsschicht wie z.b auch HTTP, SSH, DHCP, Meist wird UDP in der Transportschicht eingesetzt, die maximale DNS UDP Packetgröße beträgt 512Byte (beschränkt die Größe von DNS Antworten) Zu lange Antworten werden gekürzt (Information an den Client über das truncate-flag) Für Client-Server-Kommunikation wird der bekannte Port 53 benutzt. (eine Auflistung der ports ist auf unixoiden Systemen unter /etc/services zu finden) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 13

14 Lockerer Zusammenhang der Datenbank Die Datenbank ist immer intern konsistent. Jede Version einer Teilmenge der Datenbank (eine Zone) hat eine laufende Nummer Die Nummer wird nach jeder Änderung der Datenbank erhöht Änderungen an der obersten Instanz der Datenbank werden regelmäßig übernommen (über die Häufigkeit entscheidet der Zonen-Administator) Der Zonen-Administrator legt auch fest, wie lange gecachte Daten gültig bleiben Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 14

15 Skalierbarkeit Die Größe der Datenbank ist nicht beschränkt Ein Server kann über Namen verwalten Keine besonders gute Idee... Keine Beschränkung der Anzahl der Anfragen Anfragen pro Sekunde können ohne Probleme verarbeitet werden Lösung des Problems: Anfragen werden unter Masters, Slaves und Caches verteilt Wegen Transportprotokoll UDP Lastverteilung auch auf IP- Ebene möglich Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 15

16 Zuverlässigkeit Daten werden vervielfältigt Daten vom Master Server können auf mehrere Slaves kopiert werden Clients können Anfragen an den Master Server, eine beliebige Kopie auf den Slave Servern oder die Caches stellen Clients fragen üblicherweise zunächst den lokalen Cache Betrachte die Belegung für den DNS Server im DSL/Cable Router Der lokale Server für den Universitäts-Campus ist , ist ein Cache und Server für uni-freiburg.de Die ist auf mehrere separate Maschinen verteilt (IP Layer switching) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 16

17 Dynamik Datebank kann dynamisch aktualisiert werden Änderung/Löschung/Modifizerung fast jedes Eintrags Beispiel: und viele ähnliche Dienste nutzen diese Eigenschaft Einsatz von sehr kleinen Werten beim TTL Üblicherweise nur eine Richtung der Namensauflösung: vom Namen zur IP Integriert in viele IAD (Internet Access Devices Telco lingo) Änderung an der Master Datenbank löst die Vervielfältigung aus nur der Master kann dynamisch aktualisiert werden und bildet damit einen single point of failure Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 17

18 Funktionsweise Der Namensraum muss hierarchisch aufgebaut werden, um skalieren zu können Die Idee besteht darin, die Position eines Objekts immer feiner zu bestimmen z.b. ein Rechner in einem Institut einer Fakultät einer Universität in einem Land Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 18

19 Namen innerhalb DNS Fully Qualified Domain Name (FQDN) eines Hosts (hier virtueller Webserver des Lehrstuhls) Bezeichner durch Punkte getrennt FREIBURG.DE. Ähnlich wie die gepunktete Schreibweise der IP-Adressen, (gut lesbare Darstellung für Menschen) Die gegebenen Beispiele sind nicht per Definition Hosts: (hostname Webserver innerhalb der subdomain des Rechenzentrums) rz.uni-freiburg.de (hostname Mailserver für das Rechenzentrum, aber gleichzeitig Name der Subdomain) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 19

20 Namen innerhalb DNS DNS stellt eine Abbildung von FQDNs zu verschiedenen Informationen zur Verfügung Namen werden als Schlüssel eingesetzt, wenn Daten im DNS gesucht werden Domainnamen können durch einen Baum dargestellt werden Neue Zweige an den Punkten. Keine (wirkliche) Einschränkung an die Anzahl der Zweige 63 Zeichen max. per Namensbestandteil (zwischen zwei Punkten) 255 Zeichen max. per Name Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 20

21 Namenssystem und Konventionen Beispiele (weit unter den genannten Grenzen nur machen Namen Sinn, die viel länger als eine IP sind!?) freiburg.de ftp.uni freiburg.de electures.informatik.uni freiburg.de Domains sind namespaces Alles unterhalb von.de ist in der de -domain Alles unterhalb von uni-freiburg.de ist in der uni-freiburg.de - domain und in der de -domain Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 21

22 Funktionsweise - Namensraum Jeder Knoten im Baum muss einen Bezeichner haben Der Wurzelknoten hat einen NULL-Bezeichner, geschrieben als. Ansonsten: ein String mit 63 Byte (à 8 Bit) Das DNS Protokoll macht keine Einschränkung an die Binärwerte, die in den Bezeichnern genutzt werden RFCs 852 und 1123 definieren zulässige Zeichen für Hostnamen A-Z, 0-9, und - ( wobei auf Groß/Kleinschreibung nicht geachtet wird) Internationalisierungen (IDNA: Umlaute, chinesische Schriftzeichen,... ) wurden 2003 im RFC 3490 festgelegt Internationale Namen werden zunächst über den nameprep Algorithmus kompatibel gemacht (RFC 3491) und dann per punycode (RFC 3492) in die für DNS erlaubte Zeichenmenge übersetzt. Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 22

23 Funktionsweise Domain-Namen Geschwisterknoten müssen eindeutige Bezeichner haben Der NULL-Bezeichner ist für den Wurzelknoten reserviert Der Domain-Name ist somit eine Folge von Bezeichnern von einem Knoten zur Wurzel, getrennt durch Punkte (. ), gelesen von links nach rechts Der Namensraum hat eine maximale Tiefe von 127 Niveaus Der Domain-Name eines Knotens beschreibt seine Position im Namensraum Übliche top level Domain Namen sind (gewöhnlich drei Zeichen).mil.,.gov.,.edu.,.net.,.com.,.org. jeweils mit besonderer Bedeutung: (military, governemental, education, network infrastructure, (nonprofit) organizations, corporations) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 23

24 Funktionsweise Domain-Namen Länder-Domains (Zwei Buchstacen nach ISO Standard 3166).de,.uk,.cz,.us,.ru,.cn,... Das explosive Wachstum des Internets führte zum Wachstum des domain name space..com und.de sind die größtem toplevel Domains mit jeweils deutlich mehr als zwei Millionen Einträgen Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 24

25 Funktionsweise Kämpfe um Domain-Namen Bei ihrer Einfühung hatten die Endung aus drei Zeichen eine besondere Bedeutung, die heute meist verloren ist Viele Firmen haben mehrere toplevel Domains (ibm.com,net,org, us, de), so das die eigentlich Idee der Aufteilung des Namensraums verschwunden ist Wobei auch hier die Tendenz zur Vereinfachung zu sehen ist (nicht mehr alle Toplevels belegt - sparen!?) Die meisten der Mehrfach-Eintragungen sind nur Verweise Die heute übliche Lösung: eine toplevel Domain und nationale Versionen über Subdomains wie In den ersten Jahren gab es viele Prozesse wegen DNS Eintragungen (Namenskonflikte, Privatpersonen gegen Firmen,...) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 25

26 Zuweisung von Domain-Namen Der resultierende Streit bewegte das US-Wirtschaftsministerium dazu, eine weit aktivere Rolle einzunehmen Dabei wurde eine offizielle Richtline (das White Paper) über die Verwaltung von Internet Ressourcen geschaffen Diese Richtlinie war Ausgangspunkt für die Gründund der ICANN Zu Beginn: non-profit-organisation mit teilweise gewählten Mitgliedern Die Wahl wurde später abgeschafft Hauptaufgabe: Entscheidung über neue top level Domains, z.b..name.,.info.,.biz.,....eu.,.asia., Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 26

27 Funktionsweise - Delegation Administratoren können Subdomains erstellen, um hosts zu gruppieren. Gruppierung z.b. nach Position, Mitgliedschaft in einer Organisation, Ein Administator einer Domain kann die Verantwortung für die Verwaltung einer Subdomain an jemanden übertragen Vorgang vielfach als Delegation bezeichnet Die Eltern-Domain behält Links zur übertagenen Subdomain Die Eltern-Domain merkt sich, an wen die Subdomain übertragen wurde (sogenannter Glue-Record in der Datenbank) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 27

28 Funktionsweise Zonen und Übertragungen Zonen sind Verwaltungsräume Zonen-Administratoren sind für einen Teil des Namensraumens einer Domain verantwortlich Die Befugnis wird von der Domain an die Subdomain übertragen Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 28

29 Delegationen und Forwarder DNS "Forward Allgemein, wo die A-records (kommt gleich) sind Domain-Namen, die von der Eltern-Zone erhalten wurden Registrator, wenn.com,.biz,.org., und ein paar andere Registratur, bei einem Länder Code (DENIC in Frankfurt für de.) Andere Organisationen in anderen Fällen Vertraglich - zwischen Organisationen Formell ein anderer Teil einer großen Organisation Informell zwischen dir und dir selbst Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 29

30 Funktionsweise DNS Hierarchie Der DNS stellt keine Bedingungen in die Implementation der DNS Hierarchie, ausser Eine einzelne Wurzel und damit Singe Point of Failure: Wenn die Nameserver an der Wurzel ausgetauscht werden, kann die Sicht auf die Daten komplett verändert werden (Großer Fall in der Mitte der 90er Jahre der Typ kam 2004 aus dem Gefängniss :-) ) Die Einschränkung an die Bezeichner Wenn eine Seite nicht an das Internet angeschlossen ist, kann es jede Domain Hierarchie einsetzen, die es will Damit ist auch jede beliebige TLD möglich Die Verbindung zum Internet zwingt dann aber zur Verwendung der wirklichen DNS Hierarchie Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 30

31 DNS Resource Record Ressourcen-Einträge: Informationen über Domains, einzelne Hosts, Zusatzinformationen zu Maschinen, spezielle Einträge beispielsweise für Mailfunktion... Inhalt Domain_name: Domain(s) des Eintrags Time_to_live: Gültigkeit (in Sekunden) Class: Im Internet immer IN Type: Siehe Tabelle nächste Folie Value: z.b. IP-Adresse Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 31

32 DNS Resource Record Typ, Bedeutung, mögliche Werte Nicht alle wirklich in Benutzung Weitere für DNSec, ENUM,... Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 32

33 DNS Anfragebearbeitung Anfragen von einem End-System werden zu den vorkonfigurierten Name-Server geschickt Soweit möglich, antwortet dieser Name-Server Falls nicht, wird die Anfrage zu dem bestgeeigneten Name-Server weitergereicht Die Antworten werden durch die Zwischen-Server zurückgeschickt Server darf Antworten speichern (cachen) Aber nur für eine bestimmte Zeit Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 33

34 Ende der siebten Vorlesung Ende der siebten Vorlesung Nächste Vorlesung am Montag an diesem Ort, gleiche Zeit: Weiter im Themenbereich Ausgewählte Protokolle der Applikationsschicht (WWW/HTTP, ) Bitte theoretischen Übungszettel #3 ergreifen, steht auch wieder online zur Verfügung Lösungen zu Zettel #2 werden ebenfalls online bereitgestellt Alle relevanten Informationen auf der Webseite zur Vorlesung: Vorbereitung: Lesen zu WWW/HTTP und in der angegebenen Literatur! Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II 34