02 Internet als Medium

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1 02 Internet als Medium Technische Grundlagen Gliederung Einleitung Historie Grundstrukturen Netzwerk Protokolle / Dienste Schichtenmodell 1

2 Einleitung In der Zukunft könnte es Computer geben, die weniger als 1,5 Tonnen wiegen. Aus der Zeitschrift Popular Mechanics 1949 Literatur-Hinweise W. R. Stevens: TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols, Addison-Wesley Klassiker, leider etwas veraltet (87 ) D. E. Comer: Internetworking with TCP/IP Vol. I: Principles, Protocols and Architecture, 4th edition, Prentice Hall Vierte Auflage relativ aktuell (78 ) D. E. Comer: Computernetzwerke und Internets mit Internet- Anwendungen, 3. Auflage, Prentice Hall (50 ) D.E. Comer: TCP/IP (58 ) Lienemann: TCP/IP-Grundlagen, 2. Auflage, Heise Verlag (40 ) (nicht zu empfehlen) J.F. Kurose, K.W. Ross, Computer Networking (engl.) sehr gut verständlich und ausführlich 2

3 Weitere Informationsquellen Diverse RFC (Request for Comment) Originalquellen und kostenlos, teilweise nicht einfach zu lesen und nicht didaktisch aufgebaut. Sehr gute Quelle: Gute Einstiegsseite für viele technische Themen zum Computer Diverse Bücher der Cisco Press, leider alle extrem teuer. Historie (1) 1969: Projektgruppe des US-Verteidigungsministeriums entwickelt das ARPANET -> 4 verbundene UNI-Rechner 1972: das ARPANET wird erstmals veröffentlicht -> inzwischen 40 Rechner -> erste -programme, FTP werden entwickelt 1973: eigentliche Gründungsdatum des Internet 1976 Geburtsstunde von TCP/IP (International Federation of Information Processing) 1982: Gründung des Eunet (Europäisches UNIX Netzwerk) -> erste Verbindungen zwischen Holland, Skandinavien und Großbritannien 3

4 Historie (2) 1983: ARPANET auf TCP/IP - Basis, Aufteilung in forschungsorientierten (NSFNet) und militärischen Teil (MILNET) -> 4000 angeschlossene Rechner 1987: Unterstützung vontcp/ip durch IBM 1988 Simple Gateway Monitoring Protocol (SGMP) wird überarbeitet. Resultat Simple Network Management Protokoll (SNMP) 1990: das ARPANET wird offiziell aufgelöst und geht im Internet auf -> Entwicklung von HTTP, HTML und der ersten Browser am CERN in Genf Historie (3) 1992: Veröffentlichung des WWW als Internetanwendung -> mittlerweile Knotenrechner 1994: die Massenmedien machen das Internet publik -> Gründung von Netzbetreibern, Anbieter von Internet- Diensten Ende 1999: das Internet besteht aus 72 Millionen Hosts und 250 Millionen Online-Nutzern weltweit Chaotisches Netzwerk -> Wandlung des Internet vom reinen Wissenschaftsnetz zum Super-Information-Highway und kommerziellen Netz 4

5 Vielfalt der Protokolle Link-Layer-Protokolle IEEE 802 (Ethernet), SLIP, PPP Cyclic Redundancy Code (CRC) Address Resolution Protocol (ARP, RARP) IP-Protokoll IP-Header Subnetze, Statisches Routing Internet Control Message Protocol (ICMP) Vielfalt der Protokolle User Datagram Protocol (UDP) Path MTU Discovery Transmission Control Protocol (TCP) Überblick, TCP-Header Verbindungsauf- und abbau Interaktive und Massen-Daten Sliding Windows Nagle-Algorithmus Slow Start Timeout-Berechnung 5

6 Vielfalt der Protokolle Dynamische Routing-Protokolle Distanzvektor-Protokolle Verbindungsstatus-Protokolle Beispiele RIPv1, RIPv2 OSPF Domain Name System (DNS) Vielfalt der Protokolle Electronic Mail Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Post Office Protocol (POP3) (Internet Message Access Protocol (IMAP4)) World Wide Web Uniform Ressource Identifier (URI) Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Header, Caching, Authentifizierung, Cookies Crawling 6

7 Internet und die Wolke host Internet Vermittlung im Internet host router 7

8 Inter-Netzwerk host LAN router Internet Autonome Systeme (AS) host router 8

9 TCP/IP und ISO/OSI TCP/IP Protokoll Stapel ISO/OSI-Referenzmodell Application Application Presentation Session Transport Network Data Link Transport Network Data Link Physical Link Layer (auch: data-link layer oder network interface layer) Enthält die Treiber des Betriebssystems und die zugehörige Interfacekarte Behandelt alle hardwareabhängigen Probleme der Übertragung Wichtige Protokolle des Link Layers: Ethernet, Tokenring, FDDI, ATM, SLIP, PPP Schnittstelle zum Network Layer ARP: Address Resolution Protocol RARP: Reverse Address Resolution Protocol 9

10 Network Layer (auch: internet layer) Behandelt die Bewegung von Paketen durch das Netzwerk Wegwahl (Routing) Wichtige Protokolle des Network-Layers: IP: Internet Protocol ICMP: Internet Control Message Protocol IGMP: Internet Group Management Protocol Transport Layer Organisiert den Datenfluss für die Anwendungsschicht Wichtige Protokolle des Transport Layers: UDP: User Datagram Protocol Versendet sog. datagrams ohne Garantie der Übertragung (unreliable) TCP: Transmission Control Protocol Verlässlicher Transport (reliable) Segmentierung in Pakete 10

11 Application Layer Behandelt die Anforderungen der jeweiligen Anwendung, z.b. Telnet FTP: File Transfer Protocol SMTP: Simple Mail Transfer Protocol SNMP: Simple Network Management Protocol HTTP: Hypertext Transfer Protocol... Application App. App. App. App. Transport TCP UDP ICMP IGMP Network IP ARP Hardware Interface RARP Link 11

12 Protokolle und Dienste FTP Protokoll Application FTP Client FTP Server Dienst TCP Protokoll Transport TCP TCP IP Protokoll Network IP IP Ethernet Protokoll Link Treiber Treiber Ethernet Verbindung mit Router FTP Protokoll Application FTP Client FTP Server TCP Protokoll Transport TCP TCP IP Protokoll Network IP IP IP Ethernet Protokoll Router IP Protokoll Ethernet Protokoll Link Treiber Treiber Treiber Treiber Ethernet Token Ring 12

13 Ethernet Adressen Identifiziert eine Ethernet-Karte eindeutig Adressierung innerhalb eines LANs 48 bit (6 Byte) Schreib-Konvention: hexadezimal 00:01:02:eb:0e:57 Selten auch: eb-0e-57 Internet Adressen Jedes Interface muss mind. eine eindeutige Internet Adresse besitzen. Kurz: IP Adresse 32-bit Adressen (IPv4) Schreib-Konvention: dotted-decimal

14 Internet Adressen Class A Class B Class C Class D Class E 7 bits 24 bits 0 Net ID Host ID 14 bits 16 bits 1 0 Net ID Host ID 21 bits 8 bits Net ID Host ID 28 bits Multicast group ID 28 bits Reserviert für zukünftige Nutzung IP Klassen und ihre Bereiche Class Bereich A B C D E

15 Domain Name System Für Menschen leicht les- und merkbare eindeutige Adressen Mehrere Domain Namen können einer IP zugeordnet werden Zeichenkette der Kapselung user data Application Appl. header user data TCP TCP header Appl. header user data TCP segment IP IP header TCP header Appl. header user data IP datagramm Treiber Ethernet header IP header TCP header Appl. header user data Ethernet trailer Ethernet frame 15

16 Paketeingang App. App. App. App. TCP UDP Port number im TCP oder UDP header ICMP ARP IGMP IP Hardware Interface RARP Protocol value im IP header frame type im Ethernet header Eingehendes frame Bekannte TCP-Port-Adressen FTP 21 Telnet 23 SMTP 25 HTTP 80 POP 110 NNTP

17 Ports Port-Nummer werden von IANA verwaltet. (Internet Assigned Numbers Authority) Einteilung der Ports in drei Klassen Well Known Ports von 0 bis 1023 Kontakt-Ports von Dienstanbietern Zugriff i.d.r. durch Systemprozesse Registered Ports von 1024 bis Zugriff durch Nutzerprozesse meist möglich Dynamic / Private von bis Standardisierung Internet Society (ISOC) Internet Architecure Board (IAB) Internet Engineering Task Force (IETF) Aktuelle Entwicklung des Internets (Standards) Internet Research Task Force (IRTF) Langfristige Weiterwicklung und Forschung Internet Assigned Numbers Authority (IANA) Neu: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) 17

18 RFCs Veröffentlichungen zum Internet als Request for Comment, kurz RFC Assigned Numbers RFC (RFC 1700) Internet Official Protocol Standards (RFC 2700) Host Requirements RFC (RFC 1122 u. 1123) Router Requirement RFC (RFC 1812, Update RFC 2644) Grundstrukturen 18

19 Netzstrukturen (1) Netzstrukturen (2) Bustopologie Ringtopologie Sterntopologie 19

20 Netzwerke (3): Indirekte Verbindungen Verbindungsarten: direkt durchgehende Verbindung zwischen Teilnehmern geschaltet zur ausschließlichen Verwendung durch zwei angeschlossene Partner Empfänger muß Nachrichten unmittelbar abnehmen Netz kann nichts speichern, verzögern oder umkodieren garantierte Bandbreite und konstante Signallaufzeit (Beispiel: Telefonnetz, ISDN) 20

21 Verbindungsarten: indirekt Nachrichten werden in Pakete fester Länge zerlegt Pakete werden zu einem Knotenrechner transportiert, dort zwischengespeichert und über andere Knotenrechner zum Empfänger transportiert physikalische Leitungsverbindung besteht nur zwischen Knoten verschiedene Bitraten unterwegs möglich Garantie von Durchlaufzeit und Bandbreite möglich, aber nicht immer realisiert Beispiele: X.25, Frame Relay, ATM, switched LAN Kopplung von Netzen 21

22 Beispiel Netzkopplung Internet Standards und die RFCs Internet Standards werden von der Internet Engineering Task Force entwickelt und durch das Internet Architecture Board verabschiedet -> IETF: eine offene, internationale Gemeinschaft, die sich mit der Weiterentwicklung der Internet-Architektur auseinandersetzt Request for Comments: eine Schriftenreihe, die Informationen über alle Standards und Protokolle enthält Weiterführende Infos

23 Request for Comments Request for Comments Offene Diskussion von Verfahren und Lösungen. Nicht staatlich reglementiert. 7. April 1969 RFC 001 veröffentlicht. Fortlaufende Nummerierung Stufen eines RFC Experimental Proposal (Vorschlag) Draft (Entwurf) Standard (Internet Architecture Board hat verabschiedet, neue Nr) Request for Comments Ergänzungsstufen Recommended / Not recommended Limited use Required Elective (wahlweise) 23

24 Uniform Resource Locators (URLs) Zur Identifizierung von Dokumenten im WWW wurde das Konzept der URLs entwickelt. Mit deren Hilfe kann jedes im WWW verfügbare Dokument (Text, Grafik, Film etc.) eindeutig identifiziert werden. Aufbau: Protokoll- Identifizierer://Hostname/Pfad/Dateiname?Argumente Uniform Resource Locators (URLs) Protokoll: legt fest, mittels welchen Protokolls auf das entsprechende Dokument zugegriffen wird. Möglichkeiten: http, ftp, telnet, mailto Hostname: entweder IP-Adresse oder symbolischer Name des Servers, auf dem das Dokument abgelegt ist Pfad: Verzeichnisbaum, über den das Dokument erreicht werden kann, relativ zu einem Datenwurzelverzeichnis des Servers Dateiname: das Dokument selbst evtl. weitere Argumente; insbesondere zur Ausführung von Skripten 24

25 Internetadresse Adresszusammensetzung Protokoll: //Servername.Domainname.Topleveldomain :Port /Verzeichnis/Dateiname Subdomains Domains Umsetzung des Namens in gültige Internetadresse DNS (Domain Name Systems) s.a. Hosts-Datei DNS-Server als verteilte DB Organisation solcher Domains? Beispiel USA mittels Subdomains District.Bundesland.Topleveldomain 25

26 Domains Kriterien der Namensvergabe (Wer? NICs) Zeit Markenrecht auf Name Problematische Gerichtsurteile Bundesdatenautobahn Vergabe von IP Verantwortlich für der Vergabe von IP Adressen ist die ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers ICANN übernahm 1998 diese Aufgabe von Internet Assigned Numbers Authority 26

27 Supporting Organisation Drei Supporting Organisations (SOs) unterstützen die ICANN: Address Supporting Organisation (ASO) Domain Name Supporting Organisation (DNSO) Protocol Supporting Organisation (PSO) Zuständig für IP Vergabe: ASO Regional Internet Registries (RIRs) ICANN (ASO) (früher IANA) vergibt Adressräume an Regionale Internet Registraturen (RIR): American Registry for Internet Numbers Réseaux IP Européens Network Coordination Centre Asia-Pacific Network Information Center 27

28 Zuständigkeiten der RIRs Neue RIRs Aktuelle befinden sich zwei weitere RIR im Aufbau AfriNIC (für Afrika) LACNIC (für Latein-Amerika und Karibik) 28

29 Local IR & ISP Unterhalb der RIRs existieren lokale Registraturen auf Länderebene Internet Service Provider (ISP) DENIC verwaltet übrigens nur die Toplevel-Domain DE Die Zuordnung von IPs überlässt DENIC bereits seit 1996 den ISPs Beispiele Internetadressen Klasse A AT&T: 12 Mass. Institute of Technologie (MIT): 18 Klasse B TU Berlin: Universität Hildesheim: Klasse C Volkswagen AG: bis Verlag Heinz Heise GmbH: Bayer AG: und

30 TCP/IP-Architektur OSI-Modell - Kommunikation Schichten 30

31 OSI-Modell (2) OSI-Modell - Physical Layer 31

32 OSI-Modell - Data Link Layer OSI-Modell - Network/Transport Layer 32