Grundlagen zum Internet. Protokolle

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1 Grundlagen zum Internet Grundlagen zum Internet Protokolle

2 TCP/IP Die TCP/IP Protokollfamilie ICMP ARP TCP RARP IP UDP X.25 Ethernet FDDI...

3 IP Das Internet Protokoll (IP) Funktionen des IP-Protokolls Adressierung mit IP-Adressen Fragmentierung von Daten aus der Transportschicht Datagrammübermittlung vom Sender zum Empfänger Adress-Management mittels ARP (Address Resolution Protocol) Routing keine Fehlerkontrolle

4 IP Die IP-Adresse (IPv4) weltweit einheitlicher Adressraum für alle Nutzer 32 -Bit-Adresse bei IPv4 (4 Byte) a.b.c.d, z.b Punkt-Dezimalzahl-Notation Adressbereich ist in 5 Klassen aufgeteilt IP-Adresse setzt sich aus einer Netzwerkadresse.Rechneradresse zusammen Adressvergabe erfolgt durch Network-Information Center (NIC) des Data Defense Networks (DDN) + NICs der jeweiligen Länder, in Deutschland DE- NIC an der Uni-Karlsruhe Zuweisung von Subnet-Adressen ist Angelegenheit des Netzwerk-Adress- Inhabers Zuweisung der IP-Adresse kann fest oder dynamisch sein (DHCP Dynamic Host Configuration Protocol)

5 IP Klasse A: Präfix Suffix Adressbereich 1.x.y.z bis 126.x.y.z Klasse B: 1 0 Präfix Suffix x.y bis x.y Klasse C: Präfix Suffix x bis x Klasse D: Klasse E Multicast-Adresse reserviert bis bis Klasse Wertebereich des 1. Byte Bits im Präfix Höchstanzahl der Netze Bits im Suffix Höchstanzahl der Hosts pro Netz A 1 bis B 128 bis C 192 bis

6 IP Reservierte Adressen / / / eigener Host beim Booten Als Netznummer = aktuelles Netz Lokaler Host Loopback-Adresse Experimentiernummern Netzwerk Broadcast an alle Rechner im gleichen Netz wie Sender Broadcast an alle Rechner im Netz

7 IP Das IP - Datagramm 4 Byte 8 Byte 12 Byte 16 Byte 20 Byte max Byte Version(4bit) Kopflänge (4bit) Service Typ (8) Paketlänge (16) Identifikation (16) Flags(3) Fragment Offset (13) Time to Life(8 ) Protokoll-Nr. (8) Header Prüfsumme (16) IP - Senderadresse(32) IP - Empfängeradresse (32) Options ( ) Füllzeichen Data ( )

8 Adressauflösung Adressauflösung Umsetzen der logischen Adresse in eine Hardware-Adresse und umgekehrt (MAC-Adresse, IP-Adresse) Auflösung ist abhängig von Netzwerkzugang Suchen einer MAC-Adresse zur IP-Adresse: Address Resolution Protocol (ARP), Umsetzung von IP-Adressen in MAC-Adressen sendewillige Station sendet Broadcast-Paket (ARP Request Packet) mit eigenen Adressen + gesuchter IP-Adresse gesuchte Station antwortet mit ihrer MAC-Adresse sendewillige Station trägt MAC-Adresse in ARP-Tabelle ein für weitere Telegramme IP ARP X.25 Ethernet FDDI ATM...

9 Adressauflösung Generieren einer IP-Adresse Fest zugeordnete IP-Adresse fest zugeordnete IP-Adresse zum Rechner Dynamisch zugeordnete IP-Adresse IP -Adressen werden auf einem Adress-Server verwaltet (Tabelle mit MAC-IP-Adressen oder freie Liste) nach dem Einschalten kennt der Rechner nur seine MAC-Adresse sendet an alle im Segment RARP-Request (Reverse Address Request Protocol) nur Server wertet Telegramm aus, schickt RARP-Replay mit IP-Adresse vor dem Ausschalten muß Adresse zurück gegeben werden offener Internet-Standard: DHCP-Protokoll (Dynamic Host Configuration Protocol)

10 IP Subnetzmasken hat gleiche Bitanzahl wie IP-Adresse gibt an, welche Teile einer IP-Adresse als Subnetz- und welche als Hostadresse gewertet werden UND-Verknüpfung der Ziel- und Subnetzmaske, bei gleichem Ergebnis ist Zielrechner im Subnetz, sonst nicht ist entscheidend für das Routing von Datenpaketen typische Subnetz-Masken sind für Netze der Klasse A: Klasse B: Klasse C:

11 Netzwerkkopplung Routing-Entscheidungen beim Sender Befinden sich Sender und Empfänger im gleichen Subnetz, so wird das Datagramm direkt zugestellt (ARP,...) lokale Station entscheidet anhand der Subnetzmaske, ob Zielstation im eigenen Subnetz liegt befindet sich der Empfänger außerhalb des eigenen Subnetzes, so wird das Datagramm an einen Router geschickt zur Weiterleitung der Router kennt durch Tabellen mögliche Wege zur Weiterleitung des Datagramms Quelle: Leibner: TCP/IP-Netze, S. 20ff

12 Beispiel für die Anwendung von Subnetzmasken Netzwerkkopplung Subnetz ( ) Router Subnetz ( )

13 Beispiel für die Anwendung von Subnetzmasken Netzwerkkopplung an Adr: Mas: > Adr: Mas: > an Adr: Mas: > Adr: Mas: >

14 Netzwerkkopplung Routing...Routing-Algorithmus ist der Teil der Verbindungsschicht, der über die Ausgabeleitung für eingehende Pakete entscheidet. Tanenbaum, Computernetzwerke, S. 388 Prozesse: Prozess 1: Verwaltung der ankommenden Pakete und Durchsuchen der Routingtabelle Prozess 2: Füllen und Aktualisieren der Routingtabelle Routing-Algorithmen: statisches Routing (non adaptive algorithms) unabhängig von Topologie und aktuellem Netzverkehr, z.b. Flooding, dynamisches Routing ändern Routing-Entscheidungen abhängig von Topologie und Netzwerkbelastung, z.b. Link State Routing

15 Netzwerkkopplung Router Router arbeiten in der Vermittlungsschicht Router können als Hard- oder Softwarelösungen ausgeführt werden Unterteilung eines Netzes in Subnetze Schaffung von Broadcast-Domainen Router haben mindestens eine Adresse im LAN und müssen bekannt sein Routing-Entscheidung wird anhand von Routingtabellen und Metriken getroffen Einteilung nach Unterstützten Protokollen (single-, multiprotokoll) Routing Verfahren (statisch, dynamisch) Broadcast-, Multicast-Routing Netzwerk Sicherung Bitübertragung Router Netzwerk Sicherung Bitübertragung

16 Netzwerkkopplung Routingtabellen Router Netzwerk A Routing -Tabelle über über Router über Netzwerk B Netzwerk D Router Netzwerk C Router Routing -Tabelle über über über

17 Netzwerkkopplung Switching vs. Routing Szenario: IP-Adressen eines Klasse x Netzes stehen zur Verfügung für unterschiedliche Abteilungen/Gerätegruppen; Frage: Koppeln über Switches oder Subnetze bilden und verbinden mit Routern? Switches/Bridges Layer 2 (kennt MAC-Adressen) Erlaubt Netzwerk-Umsetzung bis Layer2 (Ethernet, ) Trennen Kollisionsdomains Schneller Datenverkehr Erlaubt nur einen von redundanten Wegen Geringer Managementaufwand preiswerter Router Layer 3 (kennt NW-Adressen) Erlaubt Protokollumsetzung (IP, IPX, ) Trennen Kollisions- und Broadcastdomains langsamer Datenverkehr durch Protokollauswertung Durch ausgebaute Wegsuche effektivere Wegsuche (z.b. lastabhängige Auswertung) hoher Managementaufwand teuer Im Bedarfsfall muss analysiert werden, was sinnvoller ist

18 Netzwerkkopplung Sonderfall: Layer 3 Switching (FastIP) anwendbar in reinen IP-Netzen als LAN-to-LAN-Router analysiert in der Lernphase Sender- und Empfänger Adressen und leitet IP- Paket wie Router weiter merkt sich IP und MAC-Adressen (Flow) und leitet weitere Pakete von genau diesem Sender zu genau diesem Empfänger wie (Layer 2-) Switch weiter Router Switch Host GW: MAC 0010.a4e0.1ed3 Host GW MAC fe.8420

19 Sonderfall: Layer 3 Switching (FastIP) Netzwerkkopplung Route Table Destination Next Hop /8 local ARP Cache IP-Adresse MAC fe.8420 Router source MAC dest Mac source IP dest. IP source MAC dest Mac source IP dest. IP 0010.a4e0.1ed be2.aba MAC: be2.aba0 Switch be2.aba fe MAC: cde.fe9d Host GW: MAC 0010.a4e0.1ed3 Flow dest. IP-Adresse MAC Port fe Host GW MAC fe.8420

20 Netzwerkkopplung Gateways Ein Gateway ist eine Hard- und /oder Softwarelösung, die eine Verbindung inkompatibler Netzwerke schafft. Ein Gateway kann 1-7 ISO-Schichten überspannen. Ein Rechner, der Subnetze verbindet ist damit ein Gateway. Ein Router ist ein Gateway. Quelle:

21 TCP Das TCP - Transmission Control Protokoll (RFC-793) Funktionen des TCP: Fehlerkontrolle sequenzgerechte und vollständige Übertragung der Daten verbindungsorientiertes Protokoll, d.h. vor der Datenübertragung muß zwischen beiden Partnern eine Verbindung aufgebaut werden Überwachung einer aufgebauten Verbindung Schnittstellen zur Anwendungssoftware sind Portnummern voll duplex Verbindung

22 TCP Ports Port werden benutzt, damit mehrere Anwendungen gleichzeitig Daten austauschen können Portnummern (16 Bit) well known Ports: , verwaltet durch Internet Assigned Numbers Authority Bsp: FTP: 21, WWW: 80 registered port numbers: , IANA bittet um Registrierung dynamic port numbers: , frei für spezifische Anwendungen Client Server Schicht 4

23 TCP Das TCP - Datagramm 32 Bit Sender - Port (16) Offset(4) Reserviert (6) U R G Empfänger - Port(16) Sequenznummer (32) Quittungsnummer (32) A P R S C S S Y K H T N F I Fenstergröße(16) N 16-Bit-Prüfsumme(16) Urgentzeiger(16) Optionen(0...24) Füllzeichen(0..32) Daten ( KByte)

24 TCP Verbindungsorientierte Kommunikation bei TCP Client - Anwendung TCP close send receive open Server - Anwendung TCP open send receive close Verbindungsaufbau Datentransfer Datentransfer Verbindungsabbau

25 TCP Das UDP- User Datagram Protocol (RFC-768) gleiche Schicht wie TCP, aber Datenübertragung mit minimalen Protokollmechanismen, keine Quittierungen, keine Erkennung von Duplikaten, keine Kontrolle der Reihenfolgeeinhaltung effizienter und schneller Transport angewendet meist bei Audio- und Videodaten, die keine Verzögerung dulden, aber u.u. Datenverlust tolerieren UDP immer bei Multicast-Paketen Der UDP - Protokollkopf Senderport (16) Empfängerport (16) Paketlänge (16) Prüfsumme (16)