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1 Kommunikationsnetze Praxis Internet Michael Rotert Version 4.0

2 Inhalt Einführung (Teil 1) Lokale Netze (LAN) Topologie, Komponenten Ethernet Punkt-zu-Punkt über Ethernet Virtuelle LANs Internet Ebene 3 Protokolle (Teil 2) Definition, Geschichte Architektur, Protokolle IPv4 (Teil3) IPv4 Header Fragmentierung IPv4 Adressierung IPv4 Routing (Teil 4) Autonome Systeme Routing Protokolle Internet Exchanges Zusatzprotokolle (Teil 5) ARP / RARP ICMP (ping und traceroute) DHCP und NAT IPv6 (Teil 6) Entwicklung, Geschichte IPv6 Header IPv6 Adressierung IPv6 Zusatzprotokolle (Teil 7) Konfiguration, Autokonfiguration Fragmentierung DHCP, ICMP Drahtlose und mobile Netze (Teil 8) Eigenschaften Adressierung/Routing mobiler Benutzer Mobilität in IPv4 Netzen WLAN/Wifi Transportschicht (Teil 9) TCP und UDP Anwendungsschicht (Teil 10) Grundlagen, Architekuren DNS Electronic Mail (SMTP, POP3, IMAP) P2P-Anwendungen Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 2

3 Definitionen TCP/IP TCP/IP ist eine Sammlung von Netzwerkprotokollen, welche die Host-Host Kommunikation in heterogenen Netzen unterstützen. TCP = Transmission Control Protocol IP = Internet Protocol ARPA = [Defense] Advanced Research Project Agency Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 3

4 : Paketvermittlung Geschichte des Internets 1961: Kleinrock Warteschlangentheorie zeigt die Effizienz der Paketvermittlung 1964: Baran Paketvermittlung in Militärnetzen 1967: ARPAnet von der Advanced Research Projects Agency geplant 1969: erster ARPAnet- Knoten in Betrieb 1972: ARPAnet, öffentliche Vorführung NCP (Network Control Protocol), erstes Protokoll zwischen Hosts Erstes -Programm ARPAnet hat 15 Knoten Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 4

5 Geschichte des Internets : Netzwerk von Netzwerken 1970: ALOHAnet Satellitennetzwerk auf Hawaii 1974: Cerf und Kahn Architektur für die Verbindung von Netzwerken 1976: Ethernet: Xerox PARC Späte 1970er: proprietäre Architekturen: DECnet, SNA, XNA Späte 1970er: Pakete fester Größe (später ATM) 1979: ARPAnet hat 200 Knoten Cerf und Kahn: Prinzipien für die Verbindung von Netzen Minimalismus, Autonomie keine internen Änderungen an den einzelnen Netzwerken Best-Effort-Dienst keine Garantien Kein (Verbindungs-) Zustand in den Routern Dezentrale Kontrolle Definition der aktuellen Internetarchitektur Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 5

6 Geschichte des Internets : Neue Protokolle, Ausbreitung des Netzwerkes 1983: Einführung vontcp/ip 1982: Definition des SMTP- -Protokolls 1983: Definition von DNS zur Übersetzung von Namen auf IP- Adressen 1985: Definition von ftp 1988: Überlastkontrolle in TCP Neue nationale Netzwerke: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel Endsysteme sind an einen Verbund von Netzwerken angeschlossen Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 6

7 Geschichte des Internets X: Kommerzialisierung, WWW, neue Anwendungen Anfang 1990er Jahre: ARPAnet wird eingestellt 1991: NSF hebt die Einschränkungen bezüglich der kommerziellen Nutzung des NSFnet auf Anfang 1990er Jahre: Web Hypertext [Bush 1945, Nelson 1960er] HTML, HTTP: Berners-Lee 1994: Mosaic, später Netscape Späte 1990er Jahre: Kommerzialisierung des Web Späte 1990er 200X: Mehr Killeranwendungen: Instant Messaging, P2P- Filesharing Netzwerksicherheit wird immer wichtiger Geschätzte 50 Millionen Endsysteme, 100 Millionen Anwender Backbone-Leitungen mit Gbit/s Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 7

8 Das Internet heute 2007: ~500 Millionen Endsysteme Voice, Video over IP P2P-Anwendungen: BitTorrent (Filesharing), Skype (VoIP), PPLive (Video) Mehr Anwendungen: YouTube, Gaming (allein World of Warcraft hat 9 Millionen Kunden) Mobilkommunikation Folgende 2010+:! > 1 Milliarde Endsysteme, Zuwachs bei SmartPhones! Web 2.0, Web als Plattform! Web 3.0!. Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 8

9 Internet Organisationen RIPE-NCC Network Coordination Center für EU DE-NIC Network Information Center für De Provider z.b.: Telekom, 1&1 ---> Betriebliche Koordination ---> Sicherung der Konnektivität Achtung: Unterschiede zwischen Access-, Content-, Hosting- und Full-Service Providern! ICANN Internet Corporation for Assigned Names and Numbers ISOC Internet Society IAB Internet Architecture Board IETF Internet Engineering Task Force ---> strategische u. techn. Weiterentwicklung ---> Standardisierung der Protokolle Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 9

10 Internet Organisationen (Fortsetzung) IANA Domain Namen Root Zone Management Database of Top Level Domains.int Registry.arpa Registry Adress Ressourcen IDN Practices Repository IP Addresses & AS Numbers Network abuse information Protokoll Zuordnungen Protocol Registries Apply for an assignment Time Zone Database Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 10

11 Protokollfamilie TCP/IP RFC MILnet Festgelegte Basisfkt. Empfohlene und offengelegte Beschreibungen Herstellerspezifische Erweiterungen und Zusatzfunktionen Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 11

12 Internet Protokoll Entwicklung Ziele:» ,» File-Transfer,» Remote login,» Rechenverbund BEDINGUNGEN: - Hardwareunabhängigkeit (Host-Rechner Netzwerktechnologie) - universelle Verbindungsmöglichkeiten - Ende-zu-Ende-Quittungen - standardisierte Anwendungsprotokolle Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 12

13 Internet Wachstum Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 13

14 Internet Volumen Deutschland Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 14

15 Internet Volumen Deutschland Anzahl ISPs 400 Anzahl Ports über 600 Spitzendurchsatz 4 Tbps Durchschnittsdurchsatz 3 Tbps E Exa gr. sechsmal (10 3 ) 6 = Trillion P Peta gr. fünfmal (10 3 ) 5 = Billiarde T Tera gr. viermal (10 3 ) 4 = Billion G Giga gr. (10 3 ) 3 = Milliarde M Mega gr. (10 3 ) 2 = Million k Kilo gr. (10 3 ) 1 = Tausend Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 15

16 PREISVERFALL INTERNETACCESS 5.000,00 DM ,00 DM 4.500,00 DM 4.000,00 DM 4.000,00 DM 50 MB 1. GB 3.500,00 DM 3.000,00 DM 3.200,00 DM 3.100,00 DM 2.500,00 DM 2.000,00 DM 1.500,00 DM 1.000,00 DM 800,00 DM 500,00 DM 0,00 DM 170,00 DM 80,00 DM 35,00 DM 8,00 DM Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 16

17 HAUPTMERKMALE DER TCP/IP ARCHITEKTUR verbindungsloses Protokoll in der Netzwerkschicht Knotenrechner Transportschicht mit Flusskontrolle Fehlerkorrektur Paketresequentialisierung definierte Anwendungsprogramme (ftp, telnet,...) 7 ftp, telnet nfs 6 XDR 5 RPC 4 TCP UDP 3 IP 1,2 Ethernet, Tokenring etc. Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 17

18 Internet Protokolle - Übersicht IPv4 (Internet Protokoll): 32 Bit Adresse, End-to-End Transport von Datenpaketen IPv6 (Internet Protokoll): 128 Bit Adresse, End-to-End Transport von Datenpaketen TCP (Transmission-Control-Protocol) Basis IP, verlässliche Transportverbindungen UDP (User-Data-Protocol) Basis IP, nicht verlässlicher Datagramm Transport ICMP (Internet-Control-Message-Protocol) Basis IP, Übermittlung von Fehler- und Kontrollinformation RIP und OSPF (Routing Protokolle) Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 18

19 7 Application SMTP DNS FTP Telnet 6 Presentation 5 Session 4 Transport TCP UDP NVP 3 Network IP ICMP ARP RARP 2 Data Link Ethernet PDN Others 1 Physical Others: Token Bus, Token Rings etc. ICMP: Internet Control Message Protocol (Zustand IP-Dienste) ARP: Address Resolution Protocol IP-Adresse Ethernetadresse RARP: Reverse ARP Ethernetadresse IP-Adresse TCP: Connection oriented, reliable, byte stream UDP: User Datagram Protocol; unacknowledged, transactionoriented (parallel zu TCP) Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 19

20 7 Application SMTP DNS FTP Telnet 6 Presentation 5 Session 4 Transport TCP UDP 3 Network IP ICMP ARP RARP 2 Data Link Ethernet PDN Others 1 Physical SMTP: Simple Mail Transport Protocol DNS: Domain Name Service (Name-Address Mapping) NSP: Name Service Protocol (=DNS) FTP: File Transfer Protocol TELNET: Virtual Terminal Services für interaktiven Betrieb Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 20

21 Data Link Level keine notwendige Vorr. für TCP/IP Verständnis Ethernet Logical LINK Control Data Link Media Access Control Physical Layer Dest Source Typ Data IP: Ethernet Type Field XNS: Ethernet Type Field Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 21

22 Network Layer Network IP, ICMP, ARP, RARP Data Link Physical Layer IP Gateway Router IP IP IP IP Netz A Netz B Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 22

23 Die Netzwerkschicht des Internets Funktionalität in Hosts und Routern: Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015 Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP) 23

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