Internet Protocol IP. Seite 1 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

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2 Funktionen Vermittlungsschicht im Internet Protokoll Übertragung von Datagrammen zwischen Endsystemen (Routenwahl, Prozesszuordnung). Übertragung von Vorrangdaten, Sicherstellung einer Dienstqualität. Fragmentierung und Reassemblierung von Benutzerdaten, damit diese von dem Transportmedium übertragen werden können. Erkennung und Meldung von Systemfehlern, jedoch keine Erkennung von Datenverfälschungen. Flussregelung zur Steuerung des Datenstroms zwischen den Routern. Seite 2 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

3 Funktionen Vermittlungsschicht im Internet Protokoll Datenpakete in Form von Datagrammen Zieladresse weitere Kontrollinformation mindest 40 Bytes im X.25/PLP 3 Bytes HDLC-LAPB je Block 3 Bytes Am Zielrechner Prozesse durch Protokollnummer identifiziert Kommunikation verbindungslos Seite 3 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

4 Funktionen Vermittlungsschicht im Internet Protokoll Datenblöcke nicht auf Fehler überprüft Kontrollinformation (Header) wird überwacht bei Verfälschung Meldung an Absender Eigenes Managementprotokoll ICMP=Internet Control Message Protocol Meldungen, Routing, Flusskontrolle anderes Seite 4 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

5 Das Modell des Internetprotokolls Seite 5 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

6 Datenübertragung mit Datagrammen Datagramm im IP hat festen Aufbau Datagrammkopf (Datagram Header) Datenbereich (Data Area) Seite 6 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

7 Datenübertragung mit Datagrammen Datagramm i.d.r. in anderem Protokoll übertragen Seite 7 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

8 Datenübertragung mit Datagrammen Datagramme bis 576 Oktetten effizient übertragbar Datagramme fragmentieren (fragment) Seite 8 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

9 Datenübertragung mit Datagrammen Datagramme reassemblieren (reassemble) Identifikationsfeld+Absenderadresse More-Bit: Ende eines Datagramms Zeitgrenze Seite 9 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

10 Aufbau eines Datagramms Seite 10 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

11 Adressierung im Internetprotokoll verbindungslosen Kommunikation in jedem Datagramm vollständige, eindeutige Adresse des Empfängers (und des Absenders) Adresse möglichst kurz sein Overhead gering halten Lang für möglichst viele Teilnehmer 32 Bit-Format gewählt jedem Rechner im (öffentlichen) Internet genau eine solche Adresse 2 32 (über 4 Milliarden) verschiedene Rechner Seite 11 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

12 Adressierung im Internetprotokoll Zu große Routing-Tabelle Hierarchie Adresse in Netze und Rechner unterteilt Für Lenken durch Internet nur Netzadresse Im Netz nur noch Rechner-ID Seite 12 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

13 Adressierung im Internetprotokoll Nachteile der Internetadressierung Rechner in anderes Netzwerk einhängen neue Adresse. Rechner an zwei Netzen gleichzeitig angeschlossen zwei oder mehr verschiedene Internetadressen logischer Namen in Domain Name Server (DNS) DNS sendet auf Anfrage zu logischem Namen zugeordnete Adressen Administration und Benutzung des Rechnernetzes vereinfachen Seite 13 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

14 Adressformate Grenze zwischen Subnetz-IDs und Rechner-IDs vom Netzadministrator eines lokalen Netzes eingerichtet RFC 950 empfhielt Netzwerkmaske (Address Mask) durch Protokolle (RARP, ICMP) bekannt gemacht Seite 14 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

15 Notation von Internetadressen Punktnotation (Dotted Decimal Notation) jedes Byte der Adresse als Dezimalzahl (0 255) jeweils Punkt zwischen zwei Dezimalzahlen 32-Bit-Internetadresse Erweiterung dieser Notation nach RFC 1519 Längenangabe hinter Adresse / /16 Anzahl von Bits für Netzwerk andere Bits für Rechneradressierung zählt Bits für Formatbezeichnung Seite 15 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

16 Adressformate RFC 1519: Netzwerkteil einer IP-Adresse beliebig lang Klasse C-Adressen: a.b.c.d/n n Anzahl der Bits für Netzwerkadresse: 2 32-n Rechner-IDs Seite 16 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

17 Spezielle IP-Adressen Netzwerkadressen sei Präfix, Rechner-ID heiße Suffix Netzadresse null für Rechner-ID (Suffix): Klasse B-Adresse bezieht sich auf das Netz selbst Nicht für Rechner gerichtete Broadcast-Adresse (Directed Broadcast Address) Suffix nur Einsen (z.b ) an jeweiliges Netz geleitet, allen Rechnern in diesem Netz zugestellt begrenzte Broadcast-Adresse (Limited Broadcast Address) nur Einsen ( ) in lokalem Netz allen Rechnern zugestellt beim Systemstart von Computern als Zieladresse verwendet Seite 17 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

18 Spezielle IP-Adressen "This Computer" ( ) beim Systemstart als Absenderadresse verwendet korrekte IP-Adresse des sendenden Rechners noch nicht bekannt Schleifenbildung (loop back, ) Pakete verlassen Host nicht durchlaufen nur Protokollstapel kommunizieren mit anderen Prozessen auf gleichem Rechensystem private Internets (RFC 1918) (10/8 prefix) (172.16/12 prefix) ( /16 prefix) Adressen weltweit nicht eindeutig von öffentlichen Internet-Routern nicht weitergeleitet Seite 18 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

19 Spezielle IP-Adressen /8 "This" Network [RFC1700, page 4] /8 Private-Use Networks [RFC1918] /8 Public-Data Networks [RFC1700, page 181] /8 Cable Television Networks /8 Reserved but subject to allocation [RFC1797] /8 Loopback [RFC1700, page 5] /16 Reserved but subject to allocation /16 Link Local /12 Private-Use Networks [RFC1918] /16 Reserved but subject Seite 19 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

20 Spezielle IP-Adressen To allocation /24 Reserved but subject to allocation /24 Test-Net /24 6to4 Relay Anycast [RFC3068] /16 Private-Use Networks [RFC1918] /15 Network Interconnect Device Benchmark Testing [RFC2544] /24 Reserved but subject to allocation /4 Multicast [RFC3171] /4 Reserved for Future Use [RFC1700, page 4] Seite 20 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

21 Adressbindung Zuordnung zwischen Hardwareadresse und Protokolladresse Internetadresse (IP) Hardwareadresse (Ethernetadresse) Adressauflösung (Address Resolution) Bindung: (logische) IP-Adresse (physische) Hardware-Adresse nur innerhalb eines physischen Netzes sinnvoll für anderes Netz übernimmt Gateway diese Aufgabe verschiedene Adressauflösungstechniken Tabellensuche Bindung in Tabelle üblicherweise in LANs Direkte Berechnung Hardware-Adresse aus IP-Adresse durch einfache logische oder arithmetische Operationen berechnbar bei Änderungen (Hardware) schwer durchzuhalten Hardware-Adressen durch Administrator zugeteilt Seite 21 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

22 Adressbindung Zuordnung zwischen Hardwareadresse und Protokolladresse Nachrichtenaustausch Host fordert Adress-Bindung Address Resolution Protocol (ARP), RFC 826 Address Resolution Protocol (ARP) Seite 22 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

23 Address Resolution Protocol (ARP) RFC 826 Ethernet im Ethernet-Typ-Feldes (Kennung 80616) Cache für Adressbindung regelmäßig gelöscht Beschränkte Rundspruch-Nachricht im ARP-Format Operationsfeld bei Anfrage (Wert=1) Protokollfeld bei Antwort (Wert = 2) Sender und Empfänger speichern Bindung Meldet sich kein Empfänger Router Seite 23 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

24 Reverse Address Resolution Protocol (RARP) RFC 903 Diskless Workstations Beschränkte Rundspruch-Nachricht im ARP-Format Operationsfeld bei Anfrage (Wert=3) Protokollfeld bei Antwort (Wert = 4) RARP-Server erkennt Anfrage sendet Information Seite 24 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

25 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) RFC 2131 weist Rechner dynamisch IP-Adresse analog RARP IP-Adressen nicht notwendigerweise identisch BOOTP-Protokoll Starten von Computern über Netz Feste Adressen Router Rechner Variable Adressen Host Internet-Provider Seite 25 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

26 Optionen im Internet Protokoll spezielle Anweisungen an Router Router leiten Datagramme transparent/anonym weiter in der Regel nicht benötigt variabel als Optionen (option) bezeichnet Setzen von Zeitmarken (timestamps), Sicherheitsvorschriften (security), and Routinginformation (special routing) Optionen in allen Implementierungen nicht Implementierung, Verwendung ist optional Seite 26 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

27 Optionen im Internet Protokoll Aufbau Option-type Oktett Option-type Octet + option-length octet + option-data octets. Option-type Oktett 1 Bit copied flag, (in alle Fragmente kopieren 2 Bits Optionklassen (option class), 5 Bits option number. Die Optionklassen sind 0 = control 1 = reserved for future use 2 = debugging and measurement 3 = reserved for future use Seite 27 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

28 Optionen im Internet Protokoll CLASS NUMBER LENGTH DESCRIPTION Ende der Optionenliste. Diese Option belegt nur ein Oktett und hat kein Längenoktett Keine Operation. Diese Option belegt nur ein Oktett und hat kein Längenoktett Sicherheit: Wird verwendet um Security Compartmentation, User Group (TCC), und Handling Restriction Codes compatible with DOD requirements zu übertragen. 0 3 var. Loose Source Routing. Routet Internetdatagramme aufgrund der Angaben des Absender. 0 9 var. Strict Source Routing. Routet Internetdatagramme aufgrund der Angaben des Absender. 0 7 var. Record Route. Zeichnet die Route eines Internetdatagramms auf Stream ID. Übermittel den "Stream Identifier". 2 4 var. Internet Timestamp. Seite 28 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

29 Optionen im Internet Protokoll Specific Option End of Option List: Type=0 Ende aller Optionen No Operation: Type=1 Option auf 32-Bit auszurichten Seite 29 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

30 Optionen im Internet Protokoll Security security, compartmentation, handling restrictions, und TCC (closed user group) parameters Typfeld Wert 130 Längenfeld Wert SSS.. SSS CCC... CCC HHH.. HHH TCC Seite 30 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

31 Optionen im Internet Protokoll SSS..SSS spezifiziert in 16 Bits Sicherheitslevel (16) Compartment-Feld CCC..CCC Informationen über Sicherheitsklassifizierung Department of Defense Handling-Feld HHH Transmission Control Code TCC Verkehr trennen Interessengruppen unter Teilnehmern Unclassified Confidential EFTO MMMM PROG Restricted Secret Top Secret (Reserved for future use) (Reserved for future use) (Reserved for future use) Seite 31 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

32 Loose Source and Record Route (LSRR) Information zur Weiterleitung von Datagrammen Wegeinformation aufzeichnen Pointer nächste zu bearbeitende Quelladresse Ersetzt von Router durch "Recorded Route Address" mehr als eine IP-Adresse je Router Option und IP-Header-Länge konstant Route Data Folge von Internetadressen Seite 32 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

33 Loose Source and Record Route (LSRR) Information zur Weiterleitung von Datagrammen Wegeinformation aufzeichnen Pointer nächste zu bearbeitende Quelladresse Ersetzt von Router durch "Recorded Route Address" mehr als eine IP-Adresse je Router Option und IP-Header-Länge konstant Route Data Folge von Internetadressen Router bzw. Host darf jede Anzahl von anderen Routern benutzten in jedes Fragment kopieren nur einmal in einem Datagramm Seite 33 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

34 Strict Source and Record Route (SSRR) Information zur Weiterleitung von Datagrammen Wegeinformation aufzeichnen Router dürfen Datagramme nur an angegebenen Router senden Keine beliebige Zwischenstation in jedes Fragment kopieren nur einmal in Datagramm Seite 34 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

35 Record Route Wegeinformation Anfangsbelegung null Router tragen ihre IP-Adresse ein inkrementieren Pointer Längenfeld keine weiteren Eintragungen Weitersenden nur einmal in Datagramm bei Fragmentierung nur in erstes Datagramm Seite 35 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

36 Internet Timestamp Aufzeichnen von Zeitinformation Längenfeld höchsten 40 Router tragen Internetzeit ein 32-bit Timestamp in ms seit Mitternacht UT Flagfeld zusätzlich alternierend Internetadressen mit Timestamps Internetadressen vorgeben Timestamps Overflowfeld (oflw) zählz, wie oft keine Einträge Seite 36 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk

37 Weitere Optionen Stream Identifier 16-Bit SATNET Padding-Variable IP-Header auf 32 Bits auffüllen Inhalt ist null No Operation Option auf 32 Bits ehe nächste Option folgen kann Wert ist eins keine Operation Seite 37 Rechnernetze 1 Prof. Dr. W. Kowalk