IP routing und traceroute

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1 IP routing und traceroute Seminar Internet-Protokolle Dezember 2002 Falko Klaaßen 1

2 Übersicht zum Vortrag Was ist ein internet? Was sind Router? IP routing Subnet Routing traceroute 2

3 Was ist ein internet? Verbund mehrerer physikalischer Netzwerke Austausch von Datenpakete zwischen den Netzwerken funktioniert wie ein einziges Netzwerk benutzt (meistens) das TCP/IP Protokoll versteckt Details der Netzwerktechnik Wie kann man Netzwerke verbinden? 3

4 Wie kann man Netzwerke verbinden? Netzwerke direkt untereinander verbinden Netzwerk A Netzwerk B Netzwerk C Netzwerk D 4

5 Wie kann man Netzwerke verbinden? zentrale Verteilerknoten Knoten 1 Netzwerk A Netzwerk B Netzwerk C Netzwerk D Knoten 2 5

6 Wie kann man Netzwerke verbinden? mittels Router Router 1 Netzwerk A Netzwerk B Router 2 Router 3 Netzwerk C Netzwerk D 6

7 Was sind Router? verbinden zwei oder mehr Netzwerke physikalisch haben zwei oder mehr IP Adressen leiten Datenpakete zwischen Netzwerken weiter 7

8 Was sind Router? kümmern sich nicht um die Art, oder den Zweck, der Daten nutzen Netzwerke zum Weiterleiten der Daten sind nicht verantwortlich, wie Netzwerke Daten weiterleiten 8

9 Einige Begriffe Routing: Prozess der Wahl eines Weges, über den Datenpakete gesendet werden sollen. Routing Information: Information mit deren Hilfe Routing Entscheidungen getroffen werden. 9

10 IP Routing wird an einem Beispiel erklärt Host A versendet ein IP Datagramm 1. an Host B 2. an Host C 10

11 Beispiel-Netzwerk (Class B) Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk Netzwerk 4 Host Host A Host Host B Host C

12 1. Daten im gleichen Netzwerk versenden Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk Netzwerk 4 Host Host A Host Host B Host C

13 2. Daten über mehrere Netzwerke versenden Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk Netzwerk 4 Host Host A Host Host B Host C

14 Bestimmen, ob zwei Computer im gleichen Netzwerk sind Woher weiß A, ob B bzw. C im gleichen Netz liegt oder nicht? Vergleich des Netzwerk Präfix der IP Adresse mit eigenem IP Präfix Übereinstimmung Beide im gleichen Netzwerk andernfalls in verschiedenen 14

15 1. Fall: A und B im gleichen A kann Daten direkt an B senden, ohne Router zu benutzen Netzwerk 1. Bestimmen der physikalischen Adresse von B 2. Verkapseln und Adressieren des Datagramms in einen Frame 3. abschicken des Frames Netzwerk 1 Host Host A Host Host B Direct delivery 15

16 2. Fall: A und C in verschiedenen Netzwerken A kann Daten nicht direkt an C senden Daten werden über mehrere Netzwerke versendet indirect delivery Weg von A nach C erfolgt in drei Abschnitten 16

17 1. Host A sendet Datenpaket an Start -Router Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk Netzwerk 4 Host Host A Host Host B Host C

18 2. Paket wird vom Start - zum Ziel -Router weitergeleitet Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk Netzwerk 4 Host Host A Host Host B Host C

19 3. Paket wird vom Ziel -Router zum Host C geschickt Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk Netzwerk 4 Host Host A Host Host B Host C

20 Weg Host A Start -Router A kann Daten nicht direkt an C schicken A muss Router wählen, an den er Daten sendet Initiale Routing Entscheidung A bestimmt physikalische Adresse des Routers A adressiert Frame und verpackt Datagramm A schickt Frame los Router Netzwerk 1 Host Host A Host Host B

21 Weg Start -Router Ziel -Router Netzwerk 2 Netzwerk Router Router 1 Router ( Start -)Router extrahiert Datagramm aus Paket IP Software bestimmt nächsten Router auf Weg zum Ziel adressiert Frame und verpackt Datagramm schickt Frame an nächsten Router wiederholen bis Router erreicht, der mit Netzwerk des Ziel-Hosts verbunden ist 21

22 Ziel -Router Host C Ziel -Router extrahiert Datagramm bestimmt physikalische Adresse von C verpackt Datagramm in Frame, adressiert Frame sendet Frame direkt an C Router Netzwerk 4 Host C

23 Bleiben noch zwei Fragen zu klären Woher weiß der Host an welchen Router er das Paket zu schicken hat, um das Ziel zu erreichen? Woher weiß der Router wohin er das Paket weiterleiten muss? 23

24 Table-Driven Routing IP Routing Algorithmus verwendet IP Routing Tabellen (routing tables) in RT (Routing Tabelle) steht wie man jedes mögliche Ziel erreichen kann sowohl Host als auch Router haben RT vor senden eines Pakets, schaut IP Software in RT und entscheidet wohin Paket geschickt wird 24

25 Next-Hop Routing RT merkt sich nicht jeden Host im Internet sondern: nur jedes einzelne Netzwerk im Internet! Vorteile: 1. weniger Daten 2. RT leichter aktuell zu halten 3. weniger Berechnungen 25

26 Next-Hop Routing RT weißt jedem Netzwerk-Eintrag ein Ziel zu Datentuppel (N, R), mit N = Netzwerk-IP des Zieles, R = IP des nächsten Routers auf Weg zum Ziel oder R = deliver directly deliver directly Host ist direkt vom Router M erreichbar Alle Router R sind mit dem Router M über Netzwerke direkt verbunden Datenpaket springt (hops) von einem Router zum Nächsten, bis es direkt zum Host gesendet werden kann 26

27 Routing Tabelle für Router 2 aus dem Netzwerk-Präfix Beispiel Netzwerk 2 Netzwerk 3 Router Router 1 Router Netzwerk Netzwerk 1 Router zum Ziel Direct Delivery Direct Delivery Direct Delivery Netzwerk 4 27

28 Netstat 28

29 Routing Algorithmen zum Erstellen der Routing Tabellen Router tauschen Routing Informationen aus, um RT zu erstellen Routing Software fällt Routing Entscheidungen anhand von Annahmen über den optimalen Weg Diverse Routing Algorithmen dazu: Andrew S. TanenBaum, Computernetzwerke, 3. revidierte Auflage, Kapitel 5, S. 375 ff. 29

30 Default Routes zusammenfassen mehrerer Einträge der RT zu Default Fall soll Datagramm gesendet werden, schaut IP Software in RT, um Ziel zu finden. Existiert kein Eintrag mit Ziel, wird Datagramm an Default geschickt Möglichkeit RT klein zu halten weniger Tests besonders nützlich für Netzwerke mit nur einem Router 30

31 Default Routes (Beispiel) Routing Tabelle für Host A (ohne Default Route) Netzwerk-Präfix Router zum Ziel Direct Delivery Router Netzwerk 1 Host Host A Host Host B Routing Tabelle für Host A (mit Default Route) Netzwerk-Präfix Router zum Ziel Direct Delivery Default

32 Host-Specific Routes möglich einzelne Hosts in RT einzutragen mehr Kontrolle für Netzwerk Admins Möglichkeit der Zugangskontrolle (z.b. aus Sicherheitsgründen) nützlich beim Debuggen von RT oder Netzwerkverbindungen 32

33 Der IP Routing Algorithmus 1. IP des Ziels (Z) aus Datagramm extrahieren Datagramm 2. Netzwerk-Präfix (N) berechnen und mit RT Einträgen vergleichen 3. Fallunterscheidung? Netzwerk- Präfix Router zum Ziel Direct Delivery Direct Delivery Direct Delivery Default

34 Der IP Routing Algorithmus Fallunterscheidung a) N stimmt mit direkt verbundenem Netzwerk überein direkt and Z schicken? Netzwerk- Präfix Default Router zum Ziel Datagramm Direct Delivery Direct Delivery Direct Delivery A A A 34

35 Der IP Routing Algorithmus Fallunterscheidung b) existiert Eintrag mit Host-Specific Route für Z Datagramm an entsprechenden Router senden Netzwerk- Präfix Default Router zum Ziel Datagramm Direct Delivery Direct Delivery Direct Delivery? B 35

36 Der IP Routing Algorithmus Fallunterscheidung c) RT enthält Eintrag zum Ziel-Netzwerk leite Daten an entsprechenden Router weiter? Netzwerk- Präfix Default Router zum Ziel Datagramm Direct Delivery Direct Delivery Direct Delivery C 36

37 Der IP Routing Algorithmus Fallunterscheidung d) wenn Default Eintrag vorhanden schick Daten weiter zum entsprechenden Router e) ansonsten Routing Fehler? Netzwerk- Präfix Default Router zum Ziel Datagramm Direct Delivery Direct Delivery Direct Delivery D 37

38 Wie leiten Router Datenpakete weiter? Checksumme (CKS) überprüfen CKS korrekt TTL dekrementieren TTL größer 0 CKS neu berechnen und setzen Routing Algorithmus anwenden 38

39 Wie leiten Router Datenpakete weiter? erhaltene IP Adresse und Datagramm an Netzwerk Interface Software (NIS) des entsprechenden Netzwerkes übergeben NIS bestimmt physikalische Adresse der IP NIS erstellt und adressiert Frame NIS verpackt Datagramm und versendet Frame 39

40 Behandlung eingehender Datenpakete 1. Router: Paket nicht für Router bestimmt weiterleiten Paket an Router adressiert Datagramm selber bearbeiten 2. Hosts: Paket nicht an Host gerichtet ignorieren (wegschmeißen) und nichts unternehmen Paket an Host gerichtet annehmen und verwenden 40

41 Subnetze ohne Subnetting: IP Adresse in Netzwerkund Host-Teil aufgeteilt mit Subnetting: Netzwerk-, Subnetz- und Host-Teil Beispiel: Class B Netzwerk mit Subnetz Bit Maske gibt an welche Bits der IP Adresse für Subnetz verwendet werden 41

42 Subnetze Bit für Subnetting verwendet = 1 Bit für Host verwendet = 0 Subnetz Maske für Maske muss Klasse des Netzwerkes berücksichtigen Router der Subnetze zulässt, muss IP Adressen entsprechend interpretieren 42

43 Variable-Lenght Subnets Maske kann Bits im dritten und vierten Oktett der Subnetz Maske beliebig verwenden für Subnetting Router und Hosts des Netzwerkes müssen wissen, welche Masken verwendet werden Subnet Routing 43

44 Subnetz Routing Tabelle RT hat 3 Felder (Subnetz Maske, Netzwerk Adresse, next hop Adresse) Methode: Bitweise Boolean and

45 Subnetz Routing Algorithmus Paket soll weitergeleitet werden: 1. Vergleiche Netzwerk-Teil von Ziel-IP mit IP-Präfix direkt verbundener Netzwerke Match: sende direkt an Ziel 2. kein Match: IP Adresse des Ziels wird bitweise, mittels Boolean and, mit Maske verknüpft Ergebnis vergleichen mit Netzwerk Adresse in RT Match: Paket an next hop versenden kein Match: wiederhole 2. bis Match, sonst Routing Fehler 45

46 Aktuelles Routing Verfahren Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Internet Working with TCP/IP Vol. 1 Principles, Protocols and Architectures Douglas Comer, David L. Stevens Kap ff, S. 164 ff 46

47 traceroute geschrieben von Van Jacobson Programm zum Feststellen welchen Weg Datenpakete nehmen benutzt ICMP und TTL schickt IP Datagramme an den Ziel-Host 47

48 traceroute verschickt erste Datenpaket mit TTL von 1 erste Router setzt TTL auf 0 Paket wird verworfen und ICMP time expired Nachricht an Ursprungs-Host geschickt ICMP Nachricht enthält IP des Routers traceroute misst Zeit bis ICMP time expired erhalten schickt neues Paket mit TTL 2, dann 3 usw. 48

49 traceroute woher weiß traceroute wann das Ziel erreicht ist? traceroute schickt UDP Pakete an Ziel- Host Port den die UDP Pakete nehmen sollen, ist über laufen normalerweise keine Dienste Ziel-Host sendet ICMP port unreachable Message zurück 49

50 traceroute 50

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