Technik der IP-Netze TCP/IP incl. IPv6 - Funktionsweise, Protokolle und Dienste

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1 Anatol Badach, Erwin Hoffmann Technik der IP-Netze TCP/IP incl. IPv6 - Funktionsweise, Protokolle und Dienste ISBN-10: ISBN-13: Inhaltsverzeichnis Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

2 Inhalt 1 Grundlagen der IP-Netze Entwicklung des Internet Internet vor der Nutzung des Die Schaffung des 4 Hauptkomponenten des Web-Dienstes...5 Adressierung von Web-Ressourcen Internet nach der Etablierung des Die Zukunft des Internet Funktionen der Kommunikationsprotokolle Prinzipien der Fehlerkontrolle Realisierung der Flusskontrolle Überlastkontrolle Schichtenmodell der Kommunikation Konzept des OSI-Referenzmodells Schichtenmodell der Protokollfamilie TCP/IP Allgemeine Prinzipien der IP- Kommunikation Bildung von IP-Paketen Netzwerkschicht in IP-Netzen Verbindungslose Netzwerkschicht...24 Verbindungsorientierte Netzwerkschicht Verbindungslose IP-Kommunikation im Internet Transportschicht in IP-Netzen Multiplexmodel der Protokollfamilie TCP/IP Komponenten der Protokollfamilie TCP/IP Protokolle der Netzwerkschicht Protokolle der Transportschicht Komponenten der Anwendungsschicht IETF und Internet-Standards Schlussbemerkungen... 40

3 VI Inhalt 2 Internet-Netzwerkprotokolle IPv4, ARP, ICMP und IGMP Aufgaben von IP Aufbau von IPv4-Paketen Differentiated Services Fragmentierung der IPv4-Pakete Optionen in IP-Paketen IPv4-Adressen Darstellung von IP-Adressen Standard-Subnetzmaske Vergabe von IP-Adressen Bildung von Subnetzen Bestimmen von Subnetz-IDs und Host-IDs Zielbestimmung eines IP-Pakets beim Quellrechner Adressierungsaspekte in IP-Netzen Klassenlose IP-Adressierung (VLSM, CIDR) Konzept der klassenlosen IP-Adressierung...71 Erweitertes Netzwerkpräfix Präfixlänge in Routing-Tabellen VLSM-Nutzung...75 VLSM-Einsatz zur Strukturierung von Netzwerken Aggregation von Routen bei der VLSM-Nutzung Voraussetzungen für den effizienten VLSM-Einsatz CIDR-Einsatz...80 Beispiel für CIDR-Adresszuweisung Aggregation von Routen mit CIDR Voraussetzungen für den effizienten CIDR-Einsatz Protokolle ARP und RARP Protokoll ARP Proxy-ARP Protokoll RARP Protokoll ICMP ICMP-Nachrichten ICMP-Fehlermeldungen ICMP-Anfragen Pfad-MTU Ermittlung...100

4 Inhalt VII 2.8 IP-Multicasting Multicast- Adressen Internet Group Management Protocol Schlussbemerkungen Transportprotokolle TCP, UDP und SCTP Grundlagen der Transportprotokolle Konzept und Einsatz von UDP Aufbau von UDP-Paketen Protokoll UDP-Lite Funktion des Protokolls TCP Aufbau von TCP-Paketen Konzept der TCP-Verbindungen Auf- und Abbau von TCP-Verbindungen Flusskontrolle bei TCP TCP Sliding-Window-Prinzip Implementierungsaspekte von TCP Klassische TCP-Algorithmen Abschätzung von Round Trip Time Verbesserung der Effizienz von TCP Transaction TCP TCP Socket-Interface Angriffe gegen den TCP-Stack Socket Cloning und TCP-Handoff Konzept und Einsatz von SCTP SCTP versus UDP und TCP SCTP-Assoziationen Struktur der SCTP-Pakete Aufbau und Abbau einer SCTP-Assoziation Daten- und Nachrichtenübermittlung nach SCTP Selektive Bestätigung von DATA-Chunks Beispiel für fehlerfreie Übermittlung Beispiel für fehlerhafte Übermittlung Schlussbemerkungen

5 VIII Inhalt 4 DNS und DHCP Domain Name System Organisation des DNS-Namensraums Namensauflösung am Beispiel von Hostnamen Auflösung von IP-Adressen auf Hostnamen Resource Records und ihre Abfrage Zonen und Zonentransfer Zonendatei Zonentransfer DNS-Nachrichten Aufbau von DNS-Nachrichten DNS-Nachrichten mit EDNS DNS und Internet-Dienste Aufbau von DNS-Nachrichten DNS-Nachrichten mit EDNS Domain Name Registrare und dynamisches DNS DNS Security (DNSSEC) Typische Bedrohungsszenarien bei DNS DNS-Erweiterung zu DNSSEC DNS für IPv DNS und Internet-Anbindung Internationalisierung des DNS (IDN) Dynamische Adressvergabe mit DHCP Aufbau von DHCP-Nachrichten Ablauf des DHCP-Verfahrens Implementierung mehrerer DHCP-Server DHCP im Einsatz DHCP und PXE Schlussbemerkungen NAT und Netzdienstprotokolle: SOCKS, SSL, LDAP Network Address Translation (NAT) Klassisches NAT Konzept von NAPT Prinzip von Full Cone NAT Prinzip von Restricted Cone NAT...209

6 Inhalt IX Bidirektionales NAT und RSIP ICMP bei NAT und die Notwendigkeit von ALGs SOCKS v5 Proxy-Protokoll Das SOCKS-Regelwerk Gesicherte Verbindungen über SOCKS Secure Socket Layer SSL im Schichtenmodell und Hilfsprotokolle SSL und X.509-Zertifikate Ablauf des SSL-Verfahrens Record Layer Protocol Cipher Suites SSL-Ports und STARTTLS Lightweight Directory Access Protocol (LDAP) Directory Information Tree LDAP-Server LDAP-Client-Zugriff Schlussbemerkungen Konzept des Protokolls IPv Neuerungen bei IPv6 gegenüber IPv Header-Struktur bei IPv Erweiterungs-Header IPv6-Flexibilität mit Options-Headern Aufbau der Options-Header Belegung des Option-Feldes Einsatz von Jumbo Payload Source Routing beim IPv Fragmentierung langer IPv6-Pakete Adressstruktur von IPv Darstellung von IPv6-Adressen Aufteilung des IPv6-Adressraums Vergabe von IPv6-Adressen Unicast-Adressen beim IPv Globale Unicast-Adressen Interface-ID in IPv6-Adressen

7 X Inhalt Unicast-Adressen von lokaler Bedeutung IPv4-Kompatibilitätsadressen Multicast- und Anycast-Adressen bei IPv Protokoll ICMPv Schlussbemerkungen IPv6-Dienstprotokolle: NDP und DHCPv Neighbor Discovery Protocol Bestimmen des Ziels eines IPv6-Pakets Ermittlung von Link-Adressen Bekanntmachung von Netzparametern durch Router IPv6-Paket-Umleitung Stateless Autoconfiguration in IPv6-Netzen Konzept und Einsatz von DHCPv Funktionsweise von DHCPv Struktur von DHCPv6-Nachrichten Kommunikation zwischen Client und Server Ablauf von DHCPv Einsatz von DHCPv6-Agenten Verlängerung der Ausleihe einer IPv6-Adresse Schnelle Umadressierung mit DHCPv Schlussbemerkungen Migration zum IPv6-Einsatz Integration von IPv4 und IPv6 in Rechnern IPv4- und IPv6-Protokollfamilien im Schichtenmodell Dual-Stack-Rechner in einem LAN-Segment Betrieb von Dual-Stack-Rechnern in IPv4-Netzen Arten der Koexistenz von IPv6 und IPv IPv6-Kommunikation über IPv4-Netze IPv4-Kommunikation über IPv6-Netze IP-Kommunikation durch Translation IPv4 IPv Einsatz von IPv6-in-IPv4-Tunneling Erweiterung eines IPv4-Netzes um ein IPv6-Netz Kopplung der IPv6-Netze über ein IPv4-Netz Zugang zum IPv6-Internet über Tunnel Broker...312

8 Inhalt XI 8.4 Konzept und Einsatz von 6to Bedeutung von 6to Struktur von 6to4-Adressen IPv6-Kommunikation über IPv4-Netz Problem bei 6to4 mit NAT IPv6 over IPv4 mit ISATAP Kommunikation mit ISATAP Struktur und Bedeutung von ISATAP-Adressen Funktionsweise von ISATAP Abfrage des Präfixes bei einem 6to4-Router Kommunikation zwischen ISATAP-Rechnern über 6to4-Sites IPv6 in IPv4-Netzen mit NAT (Teredo) Teredo-Adresse und -Pakete Bestimmung der Art von NAT Beispiele für der Ablauf der Kommunikation mit Teredo IPv4 over IPv6 mit DSTM Einsatz der Translation IPv4 IPv Einsatz von SIIT Adressierung bei SIIT Translation IPv4 IPv Einsatz von NAT-PT Einsatz von Basic NAT-PT Einsatz von NAPT-PT Einsatz von Bidirectional NAT-PT Schlussbemerkungen Routing in IP-Netzen Routing-Grundlagen Grundlegende Aufgaben von Routern Lokale Vernetzung der IP-Subnetze LAN-Erweiterung mit einem WAN Vernetzung der IP-Subnetze über ein WAN Adressierung beim Routereinsatz Schichtenmodell für die Vernetzung mit Routern Beispiel für die Übermittlung eines IP-Pakets Routing-Tabelle

9 XII Inhalt Struktur einer Routing-Tabelle Bestimmung der besten Route Routing-Verfahren Routing-Arten Link State Routing Inter-/Intra-Domain-Protokolle Routing Information Protocol (RIP) Erlernen von Routing-Tabellen beim RIP Beispiel für einen RIP-Ablauf Reduzierung der Konvergenzzeit Beispiel für einen RIP-Ablauf mit Split-Horizon Count-to-Infinity-Problem Besonderheiten des RIP Struktur von RIP-1-Nachrichten Routing-Tabelle beim RIP Schwächen des RIP Das Routing-Protokoll RIP RIP für das Protokoll IPv6 (RIPng) Open Shortest Path First (OSPF) Funktionsweise von OSPF Nachbarschaften zwischen Routern Bildung einer Nachbarschaft Hinzufügen eines Routers Einsatz eines designierten Routers OSPF-Einsatz in großen Netzwerken Aufteilung großer Netzwerke auf OSPF-Bereiche Bereichsübergreifendes Routing AS-übergreifendes Routing Beispiel für einen OSPF-Einsatz OSPF-Pakete Hello-Paket Paket Database Description Link-State-Pakete LSA-Typen und -Angaben Besonderheiten von OSPFv OSPF für IPv6 (OSPFv3)...409

10 Inhalt XIII 9.4 Border Gateway Protocol (BGP-4) Grundlagen des BGP Funktionsweise des BGP BGP-4-Nachrichten Multiprotocol Extensions for BGP-4 (MP-BGP) IPv6 Inter-Domain Routing Einsatz des MP-BGP in BGP/MPLS IPv4-VPNs Redundante Auslegung von Routern Konzept des virtuellen Routers Virtueller Router und ARP Lastverteilung mit virtuellen Routern Funktionsweise von VRRP Aufbau von VRRP-Advertisement Auswahl des Master-Routers Entdeckung eines Ausfalls des Master-Routers Einsatz HSRP Mulitcast Routing-Protokolle Einige Aspekte von MC-Routing Aufgaben von MC-Routing Arten der Verteilbäume Multicast Forwarding Aufbau und Nutzung des quellbasierten Verteilbaums Intra-Domain-MC-Routing mit PIM-SM Besonderheiten der MC-Forwarding Nutzung des gemeinsamen Verteilbaums Übergang zur Nutzung des quellbasierten Verteilbaums Aufnahme eines neuen MC-Routers Pruning beim PIM-SM Struktur von PIM-Nachrichten Inter-Domain-MC-Routing mit MSDP Grundkonzept von MSDP Bildung von MC-Gruppen in autonomen Systemen MC-Verteilung über gemeinsame Bäume Anbindung von RPs an den Verteilbaum der MC-Quelle Schlussbemerkungen

11 XIV Inhalt 10 Klassische Ansätze für IP over X IP über LANs Übermittlung der IP-Pakete in MAC-Frames Multiplexing auf der LLC-Teilschicht IP über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen Protokoll SLIP Protokoll PPP IP über X.25 und Frame-Relay Grundlagen der X.25-Netze IP über X Konzept von Frame-Relay IP über Frame-Relay IP über ATM-Netze Grundlagen der ATM-Netze Bildung von ATM-Zellen Struktur von ATM-Zellen ATM-Verbindungen Classical IP over ATM ATM-basiertes IP-Subnetz Schritte vor der Datenübermittlung ATMARP/InATMARP-Pakete in ATM-Zellen LAN-Emulation in ATM-Netzen Bedeutung der LAN-Emulation Komponenten der LAN-Emulation Phasen beim Ablauf der LAN-Emulation Beispiel für den Ablauf der LAN-Emulation LAN-Kommunikation über ein ATM-Netz Next Hop Resolution Protocol Multi-Protocol Over ATM (MPOA) Ziel des MPOA Funktionsweise des MPOA IP-Kommunikation nach dem MPOA Schlussbemerkungen...509

12 Inhalt XV 11 Neue Generation der IP-Netze mit MPLS und GMPLS Weg zu neuer Generation der IP-Netze Notwendigkeit von (G)MPLS Bedeutung von Traffic Engineering in IP-Netzen Multiplane-Architekturen zukünftiger IP-Netze Schritte zu einem LSP Multi-Protocol Label Switching Multiplane-Architektur der MPLS-Netze MPLS als Integration von Routing und Switching Logisches Modell des MPLS Prinzip des Label-Switching Logische Struktur der MPLS-Netze Bildung der Klassen von IP-Paketen und MPLS-Einsatz MPLS und die Hierarchie von Netzen MPLS und Tunneling Label-Stack MPLS und verschiedene Übermittlungsnetze Virtual Private Networks mit MPLS Konzept von GMPLS Vom MPLS über MPλS zum GMPLS Struktur eines optischen Switches beim GMPLS Interpretation von Labels Interpretation des Transportpfads Bedeutung des LMP in GMPLS-Netzen Traffic Engineering in (G)MPLS-Netzen Traffic Trunks und LSPs Aufgaben und Schritte beim MPLS-TE Routing beim Traffic Engineering Attribute von Traffic Trunks Constraint-based Routing Re-Routing und Preemption Signalisierung in (G)MPLS-Netzen Einsatz des RSVP-TE Funktionsweise des RSVP RSVP-TE als Signalisierungsprotokoll in MPLS-Netzen Explizites Routing mit dem RSVP-TE...554

13 XVI Inhalt Fast Re-Routig mit dem RSVP-TE Einsatz des GMPLS RSVP-TE Einsatz des CR-LDP Struktur von LDP-Nachrichten Aufbau eines LSP mit dem CR-LDP Schlussbemerkungen Virtual Private Networks und Remote Access Services Grundlagen und Arten von VPNs Tunneling als Basis von VPNs Tunneling über klassische IP-Netze Tunneling über MPLS-Netze Arten von VPNs Vom Provider bereitgestellte VPNs Pseudo-Drähte als L1VPNs Vom Provider bereitgestellte L2VPNs Punkt-zu-Punkt L2VPN: EoMPLS Punkt-zu-Mehrpunkt L2VPN: VPLS BGP/MPLS VPNs Layer-2-Tunneling über klassische IP-Netze Tunneling-Protokoll L2TP Das Konzept des L2TP Auf- und Abbau einer Kontrollverbindung L2TP-Verlauf beim Tunnelaufbau L2TP-Verlauf beim Tunnelabbau Besonderheiten des L2TPv L2-Übermittlungsdienste über klassische IP-Netze mit dem L2TPv Das Tunneling-Protokoll PPTP Das Konzept des PPTP Auf- und Abbau einer Kontrollverbindung PPTP-Verlauf beim Tunnelaufbau PPTP-Verlauf beim Tunnelabbau IPsec und Layer-3-Tunneling Ziele des IPsec Erweiterung der IP-Pakete mit IPsec-Angaben Sicherheitsvereinbarungen...603

14 Inhalt XVII Authentication Header (AH) Encapsulating Security Payload (ESP) Datenverschlüsselung beim IPsec Authentifizierung und Prüfung der Datenintegrität IPsec-Einsatz im Tunnel-Mode IPsec-Einsatz zum Aufbau von VPNs Einsatz des Protokolls RADIUS Network Access Server und RADIUS Konzept von RADIUS RADIUS-Pakete Einsatz mehrerer RADIUS-Server Schlussbemerkungen Unterstützung der Mobilität in IP-Netzen Ansätze für die Unterstützung der Mobilität Bedeutung von WLAN- und Hotspot-Roaming Hauptproblem der Mobilität in IP-Netzen Die grundlegende Idee des Mobile IP Die Idee des Mobile IPv Idee des Mobile IPv Roaming zwischen Hotspots Hotspot-Roaming zwischen mehreren WISPs Ablauf des Hotspot-Roaming Funktionsweise des MIPv Beispiel für einen Ablauf des MIP Agent Discovery Erkennen des Verlassens des Heimatsubnetzes Erkennen des Wechsels eines Fremdsubnetzes Erkennen einer Rückkehr in das Heimatsubnetz Registrierung beim Heimatagenten Nachrichten für die Registrierung Registrierung einer CoA Registrierung einer colocated CoA Deregistrierung beim Heimat-Agenten Authentifizierung bei der Registrierung Mobiles IP-Routing

15 XVIII Inhalt Einsatz von Routern ohne Mobility Agents Einsatz von Routern mit Mobility Agents Konzept des MIPv MN hat sein Heimatsubnetz verlassen MN hat ein Fremdsubnetz gewechselt MN ist in sein Heimatsubnetz zurückgekehrt MIPv6-Nachrichten Kommunikation zwischen MN und CN Prinzip der indirekten Kommunikation Prinzip der direkten Kommunikation Home Agent Binding Correspondent Node Binding Entdeckung eines Subnetzwechsels Entdeckung der Home-Agent-Adresse Hierarchical MIPv Unterstützung der Mobilität mit dem HMIPv Finden eines MAP Unterstützung der Mikromobilität Unterstützung der Makromobilität Datentransfer zwischen MN und CN Schlussbemerkungen Literatur Abkürzungsverzeichnis Index