OSI und Internet. Struktur des Internets. Die Internet-Protokollfamilie

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1 Kommunikationsnetze Das Protokollreferenzmodell Netzstrukturen Protokolle Das der neuen Generation OSI und OSI-Referenzmodell -Referenzmodell 7 6 Anwendung Darstellung Anwendung Komm.-steuerung Transport Vermittlung Transport 2 1 Sicherung Bitübertragung Rechner- Netzanschluss Wesentliche Abwandlungen: Aufgaben der OSI-Schichten 5 und 6 werden im - Referenzmodell vollständig in die Anwendung verlagert. Die OSI-Schichten 1 und 2 werden zu einer den Anschluss des Rechensystems an das Kommunikationsnetz beschreibenden Schicht zusammengefasst. Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 318 Struktur des s L A N Ziel Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen unterschiedlicher Bauart Struktur Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein teilvermaschtes Netz von Vermittlungsknoten, den n LAN -Paket Paket Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: / Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 319 Die -Protokollfamilie Anwendungsprotokoll UDP Netzzugangs- protokoll Rechner A Anwendungsprotokoll UDP Netzzugangs- protokoll Rechner B Vereinfachte Darstellung: Die -Schicht t Shihtumfasst wesentlich tlihmehr Protokolle tkll als nur das Protocol. Adressauflösung ist hier nicht berücksichtigt. Früher üblicherweise Client-/Server-basiert. Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen. Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 320

2 Die -Protokollfamilie: Einordnung Die Bezeichnung / wird häufig als Synonym für die gesamte Protokollfamilie verwendet. Einordnung der protokolle in das ISO/OSI-Referenzmodell: IGMP ICMP ARP UDP Transportschicht RARP Kommunikationssteuerungsschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Obwohl ICMP und IGMP den -Dienst nutzen, werden sie dennoch der Vermittlungsschicht zugeordnet Die anwendungsbezogenen Schichten 5-7 sind im zu einer Schicht zusammengefasst. versus Intranet t Intranet t Weltumspannendes Internes (nicht öffentliches) Rechnernetz auf der Basis Rechnernetz auf der Basis der /-Protokollsuite P der /-Protokollsuite P Globale Adressierung der Lokaler Teil des s Endsysteme (oftmals auch Corporate Übergänge in verschiedene Network, d.h. ein andere Netze geschlossenes und privates Unternehmensnetzwerk) In der Regel Übergang zwischen Intranet und verbunden Gateway Firewall Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 321 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 322 Adressierung im -Protokolle im heterogenen Umfeld Anwendungsorientierte Kommunikation logische Adresse Anwendung Ende-zu-Ende-Informationsaustausch Socket Transport Verbindungsloses Datennetz -Adresse Informationsaustausch zwischen Netzknoten MAC-Adresse Netzanschluss HTTP IMAP RTP UDP Ethernet FDDI ATM PPP Socket MAC/LLC C Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 323 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 324

3 Netzkopplung auf unterschiedlicher Ebene Schicht 1: Repeater Hub OSI-Referenzmodell Schicht 2: 7 Anwendung Bridge 6 Darstellung Switch 5 Komm.-steuerung Schicht 3: 4 Transport 3 Vermittlung Shiht Schicht 3: 2 Sicherung Gateway 1 Bitübertragung Repeater und Hub Repeater: Signalverstärkung zwischen Netzsegmenten Zahl der Repeater begrenzt (Beispiel CSMA/CD) H R Hub (engl. Nabe, Knotenpunkt): Signalverstärkung zwischen s Physikalische Entkopplung Höhere Zuverlässigkeit Keine Lastentkopplung, Aufteilung der Bandbreite Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 325 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 326 Bridge und Switch Bridge: Adressauswertung zwischen Netzsegmenten Bildung von Teilnetzen B - PPP S Switch: Multiport-Bridge Segmente bestehend aus einem physikalische Entkopplung höhere Zuverlässigkeit Jeder mit eigener Leitung Lastentkopplung Subnetz I Switch PPP - PPP Backbone Subnetz II Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 327 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 328

4 Das Protokoll ( Protocol) Historie: Entwickelt vom amerikanischen Verteidigungsministerium (Departement of Defense, DoD). Bereits 1969 im damaligen ARPANET eingesetzt (ursprünglich 4 s!). Realisierung und Entwicklung: Aufgrund der großen Ausdehnung des s gehört heute zu den am meisten genutzten Schicht-3-Protokollen. h Weiterentwicklung im Projekt ng ( next generation) der IETF ( Engineering Task Force) zu v6. L A N LAN Eigenschaften von Paketvermittelt Verbindungslos (Datagrammdienst) Ungesicherte Übertragung: Datagramm kann verloren gehen Datagramm kann dupliziert werden Datagramme können einander überholen Datagramme können endlos kreisen Nicht behebbare Fehler der darunter liegenden Schicht 2 können von im Allgemeinen ebenfalls nicht behandelt werden Mit dem Protokoll ICMP ( Control Message Protocol) existiert jedoch eine Möglichkeit zur Fehleranzeige Keine Flusskontrolle. Der Einsatzbereich e erstreckt ec t sich von privaten bis hin zu öffentlichen Netzen. Weltweit eindeutige (hierarchische) Adressierung notwendig Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 329 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 330 Wegewahl bei Jedes System besitzt Routingtabelle Anhand Zieladresse wird eine Zeile bestimmt, die die Weiterleitung ete etu festlegt: estegt Durchsuche -Adressen Durchsuche Netzwerkadressen Suche nach Default-Eintrag t Zwei Möglichkeiten: Rechner direkt erreichbar (direct route) Rechner indirekt erreichbar (indirect route) Erforderlicher MAC-Rahmen wird adressiert an: Zielsystem Beispiel der Adressierung Kommuniziert werden soll mit den folgenden Rechnern (sioux.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de) ( Die Routingtabelle sieht wie folgt aus: Destination Gateway Flags Refs Use Interface Default i70lr0 UGS tu localhost UH lo0 (localhost) i70r35 UGS 0 6 tu mohave U tu i70r35 UGS tu i70r35 UGS 0 4 tu0 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 331 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 332

5 Transmission Control Protocol Verbindungsverwaltung Verbindungsaufbau zwischen zwei Sockets (entspricht CEP im TSAP). Datentransfer über virtuelle Verbindung. Gesicherter Verbindungsabbau (alle Daten müssen quittiert sein). Multiplexen Mehrere Prozesse können gleichzeitig eine -Instanz benutzen Datenübertragung Vollduplex Reihenfolgetreue Flusskontrolle mit Fenstermechanismus Fehlerkontrolle durch Folgenummern (Sequenznummern), Prüfsumme, Quittung, Übertragungswiederholung Unterstützung von Sicherheitsstufen und Prioritäten Zeitbehaftete Daten: Falls Auslieferung in bestimmter Zeit nicht möglich ist, wird der Dienstbenutzer informiert Fehleranzeige : Adressierung Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 333 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 334 User Datagram Protocol UDP Unzuverlässig, verbindungslos, einfacher und schneller als Demultiplexing der empfangenen Pakete basiert auf der Port-Nummer Optionale Prüfsumme Source Port Message Length Daten... Destination Port Checksum festgelegte, sogenannte well-known Ports: 13: daytime 53: domain name server 123: network time protocol sehr viele Multimedia-Anwendungen nehmen UDP statt wegen Leistungsvorteilen Identifikation von -Diensten geschieht über Ports Portnummern bis 255 sind für häufig benutzte Dienste reserviert Well-known Ports, z.b. 21 für FTP, 23 für TELNET, 80 für HTTP Ein Socket besteht aus der adresse eines Rechners und einem Port. Notation: ti (-Adresse:Portnummer) P -weit t eindeutig Beispiel Der FTP-Server der TU Ilmenau ist über den Socket :21 erreichbar: FTP- Server Port 21 FTP- Benutzer A Port 400 FTP- Benutzer B Port 400 Netzzugang Netzzugang Netzzugang Paket- kopf Anwendungsnahe Adressierung im Adressierung erfolgt über logische Namen Einfacher zu merken Dienste einfacher auf andere Rechner übertragbar Aufbau eines logischen Namens Weltweit eindeutig Hierarchische Struktur Gliederung in Domänen Beispiel i ikmcip1.e-technik.tu-ilmenau.de Rechner Land Abteilung Institution Benötigt: Abbildung logischer Name -Adresse Ursprünglich: Datei (hosts.txt), die jede Nacht vom Server geladen wurde Problem: steigende Anzahl der Namen ließ zentrale Datei nicht mehr zu Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 335 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 336

6 DNS Beispiele Endsystem http Adresse für mail MX-Daten für ieee.org? Endsystem smtp DNS- Name Server DNS- Name Server gemini.ieee.org, -Adresse , SMTP Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 337 Motivation für eine neue -Protokollsuite Adressierungsprobleme -Adressraum kaum mehr ausreichend Class-B-Adressen sind nahezu erschöpft Übergangslösungen nicht zukunftssicher Keine hierarchische Adressierung Routing-Tabellen wachsen sehr schnell, daher ineffizientes Routing Sicherheitsprobleme Verstärkte Dienstgüteanforderungen durch Multimediaanwendungen Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 338 Eigenschaften von v6 im Überblick Erweiterte t Adressierungsmöglichkeiten it Neues -Paketkopfformat Einfachere Struktur Verbesserte Behandlung von Optionen Segmentierung nur Ende-zu-Ende Autokonfiguration von -Systemen Dienstgüteunterstützung Multicast-Integration Sicherheitsvorkehrungen v6 in der Praxis Betriebssysteme t sind in der Regel v6-tauglich Sehr viele Produkte unterstützen im Grunde genommen den neuen -Standard Aber In der Regel wird v4 verwendet (Investitionsschutz) Ergänzungen zur v4-welt ermöglichen weiterhin den Einsatz der alten Technik Anwendungen benötigen (noch) nicht die speziellen Eigenschaften von v6 v6 kommt immer noch nur in speziellen Forschungsnetzen zum Einsatz 6bone als v6-backbone 2 als Entwicklungsplattform Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 339 Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 340

7 Literatur COMER, DE D.E.: Computernetzwerke t und ds t mit it- t Anwendungen. 3. überarbeitete Auflage, München: Pearson Studium / Prentice Hall, ISBN X. KRÜGER, G; G.; RESCHKE, D. (Hrsg.): Lehr- und Übungsbuch Telematik Netze, Dienste, Protokolle. 3. aktualisierte Auflage, München; Wien: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, ISBN PERLMAN, R.: Bridges, s, Switches und working Protocols. 2. Auflage, München: Addison Wesley, ISBN SEITZ, J.; DEBES, M.; HEUBACH, M.; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und Datenkommunikation. Netze - Protokolle Vermittlung. München, Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, ISBN STEVENS, WR W.R.: /Illustrated, t Bd. 1 The Protocols. Boston; San Francisco; New York: Addison-Wesley, ISBN Kommunikationsnetze (WS 2007/08) 341