Praktikum zur Vorlesung Datenkommunikation. Teil I

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1 Praktikum zur Vorlesung Datenkommunikation Teil I 1 1

2 Praktikum zur Vorlesung Datenkommunikation Ansprechpartner Rainer Krogull Tel / URL 2 2

3 Praktikum zur Vorlesung Datenkommunikation Inhalt Einführung in Netze und Protokolle Das Internetprotokol (IP) Hilfsprotokolle: ICMP, ARP, RARP Transportprotokolle: UDP und TCP Dienstprotokolle: FTP, Telnet, SSH, Finger, POP, SMTP, DNS, HTTP Der Netzwerkmonitor (Netmon) TCP/IP-Dienstprogramme 3 3

4 Internet Protocol Protokolle im TCP/IP-Referenzmodell HTTP FTP Telnet SMTP DNS SNMP TFTP Internetprotokolle IGMP TCP ICMP UDP RARP IP ARP Schicht 1 Ethernet TokenRing Token Bus Wireless Lan 4 4

5 Internet Protocol IP (Internet Protocol) Verwendung von logischen 32-bit Adressen Verschickt Datenpakete in einer transparenten Ende-zu-Ende- Kommunikation zwischen Rechnern arbeitet verbindungslos und unzuverlässig IP-Pakete laufen als Datagramme unabhängig voneinander zum Ziel Fragmentieren und Zusammensetzen der Pakete weitere Aufgaben: - Routing - Interoperabilität zwischen verschiedenen Netztypen beheben 5 5

6 Internet Protocol IP Paket 32 bits (4 Bytes) Version HLEN Type of Service Total Length Time to Live Identification Protocol Flags Fragment Offset Header Checksum IP Header 20 Bytes gross Source Address Destination Address Options (variable) Padding DATA (variable) 6 6

7 Fragmentierung Ident. Flags Offset Data 777 x Bytes IP Header Internet Protocol 777 x x x Eine zu große oder zu kleine MTU (Maximum Transfer Unit) verhindert eine gute Performance. Bis auf das letzte Segment, muss die Datenlänge ein Vielfaches von 8 Byte sein. Wenn das `Don`t Fragment`-Bit gesetzt ist, wird Fragmentierung verhindert. 7 7

8 Internet Protocol IP Adresse Router Binärformat Dotted Decimal Notation jeder Host hat (wenigstens) eine weltweit eindeutige IP-Adresse Router oder Gateway haben für jedes angeschlossene Netz eine IP-Adresse 8 8

9 Internet Protocol Struktur von IP-Adressen Net Klasse A Host 1 0 Klasse B Klasse C Net Net Host Host 1. Oktett # Netze # Hosts Class A Class B Class C

10 Internet Protocol Struktur von IP-Adressen Multicast-Adressen Klasse D: wird für Multicast gebraucht reserved Klasse E: für zukünftigen Gebrauch reserviert 1. Oktett # Netze # Hosts Class A Class B Class C Class D Class E IP Multicast Address Reserved for exp. Purposes 10 10

11 Internet Protocol Ein Beispiel Class B Adresse Class B Adresse der RWTH Aachen Subnetz (Informatik 4) Terminal 11 11

12 Internet Protocol IP-Subnetze mit einer IP-Netzwerk-Adresse können mehrere physikalische Netze adressiert werden einige Bits der Rechner-Adresse werden als Netzwerk-ID genutzt eine Subnetz-Maske identifiziert die missbrauchten Bits alle Hosts eines Netzes sollten die gleiche Subnetz-Maske haben hierarchisch unterteilt in - Netzwerk-Adresse für physikalisches Netz (z.b ) - Rechner-Adresse pro Host des Netzes (z.b ) Rechner-Adressraum meist weiter unterteilt in Subnetz- und Rechner-Adresse 12 12

13 Internet Protocol IP-Subnetze - ein Beispiel AND IP Adresse Subnetz Maske Aufteilen der IP Adresse 13 13

14 Internet Protocol IP-Subnetze ein weiteres Beispiel AND IP Adresse Subnetz Maske Aufteilen der IP Adresse 14 14

15 Internet Protocol Subnetz Beispiel Zugeteilte Netzwerkadressen für Informatik IV und das Lehr- und Forschungsgebiet (LuFG) Info IV /29 ( = 8 Rechner ) /24 LuFG Subnetzmaske für die Teilnetze = Rechner pro Teilnetz andere Notationsweise ist die Angabe der Präfixlänge zu einer IP- Adresse (Bsp. /24) 15 15

16 Internet Protocol TCP-IP Dienstprogramme Hostname Zeigt den Namen des aktuellen Hosts an. Ipconfig [/all] Zeigt alle aktuellen TCP/IP-Netzwerkkonfigurationswerte an. Dieser Befehl ist insbesondere auf Systemen nützlich, die DHCP ausführen. Mit ihm können die Benutzer ermitteln, welche TCP/IP-Konfigurationswerte von DHCP konfiguriert wurden. Ohne Angabe von Parametern zeigt das Dienstprogramm ipconfig alle aktuellen TCP/IP-Konfigurationswerte an, einschließlich IP-Adresse und Subnetzmaske. Parameter: all Erstellt eine vollständige Anzeige. Ohne diesen Parameter zeigt ipconfig nur die IP-Adresse, die Subnetzmaske und das Standard-Gateway für jede Netzwerkkarte an

17 Internet Protocol Netmon Netzwerk Monitor (Netmon) ist ein Programm des Microsoft Systems Management Server (SMS). Mit dem Netzwerk Monitor kann man: Datenpakete direkt aus dem Netzwerk mitschneiden. Mitgeschnittenen Netzwerkverkehr anzeigen und filtern. Pakete von einem anderen Rechner mitschneiden und auf dem lokalen Rechner auswerten. Mitgeschnittene Pakete verändern und zu Testzwecken ins Netzwerk senden, um Netzwerk Probleme reproduzierbar zu machen. Man kann den Netmon auch als ständigen Überwachungsmonitor konfigurieren, der spezielle Pakete filtert

18 Internet Protocol Netmon Adressdatenbank Start der Aufzeichnung 18 18

19 Internet Protocol Netmon Statistische Auswertung der Pakete 19 Ende der Aufzeichnung und Detailbetrachtung der Pakete 19

20 Hilfsprotokolle Protokolle im TCP/IP-Referenzmodell HTTP FTP Telnet SMTP DNS SNMP TFTP Internetprotokolle IGMP TCP ICMP UDP RARP IP ARP Schicht 1 Ethernet TokenRing Token Bus Wireless Lan 20 20

21 Hilfsprotokolle ARP (Address Resolution Protocol) Der Sender muß die Hardwareadresse des Empfängers kennen, bevor er ein IP- Paket direkt verschicken kann. Mit Hilfe von ARP werden IP- und Hardwareadresse einander zugeordnet ARP benutzt die lokale Broadcastadresse, um die Hardwareadresse dynamisch zu erhalten. ARP speichert diese Zuordnungen für einen gewissen Zeitraum in einer Tabelle (arp cache). Statische Eintragungen in der Tabelle können manuell vorgenommen werden

22 Hilfsprotokolle ARP (Address Resolution Protocol) ARP Request A B C D E ARP Response A B C D E 1. Ein Broadcast wird an alle Stationen im Netzwerk geschickt 2. Nur die Maschine mit der angefragten Adresse sendet eine Antwort 3. Die ARP-Anfrage ist nur gültig im lokalen Netz 22 22

23 Hilfsprotokolle RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Mit Hilfe von Reverse-ARP werden bekannte Hardwareadressen IP-Adressen zugeordnet. Ein RARP-Server weist auf eine Anfrage per Broadcast einem Client-Rechner die entsprechende IP-Adresse zu (Bsp. Bootp, DHCP) A B C D E RARP-Server 23 23

24 Hilfsprotokolle ICMP (Internet Control Message Protocol) Sendet Fehler- und Kontroll-Nachrichten ICMP-Nachrichten werden in einem IP-Paket verpackt ICMP ist ein Debugging-Hilfsmittel ICMP Message Format: IP Header... Type Code Checksum Identifier Sequence Number Optional Data 24 24

25 Hilfsprotokolle ICMP (Internet Control Message Protocol) Host Router ICMP Request ICMP Reply ICMP Message Host Router Information vom Router zum Host oder Host zu Host Ping benutzt ICMP Nachrichten Fehlermeldungen werden mit Hilfe von ICMP erzeugt 25 25

26 Hilfsprotokolle Verschiedene ICMP Typen 0 / 8 Destination unreachable Paket kann nicht zugestellt werden Echo Reply / Echo Request Zustandsantwort / -abfrage Source Quench Choke-Paket Change Route Format Router Advertisement Router Selection Time exceeded for Datagram Time-to-Live hat den Wert Parameter Problem on Datagram Ungültiges Headerfeld / 14 Time Stamp Request / Reply Wie Echo reply, aber mit Zeitstempel / 16 Information Request / Reply / 18 Address Mask Request / Reply Traceroute Datagram Conversion Error

27 Hilfsprotokolle TCP-IP Dienstprogramme Ping [-t] [-n Anzahl] [-l Länge] [-f] [-i TTL] [-v TOS] [-s Anzahl] Zielliste Überprüft die Netzwerkverbindung zu einem oder mehreren Remote-Hosts. Dieser Befehl ist nur verfügbar, wenn das TCP/IP-Protokoll installiert wurde. -t Sendet fortlaufend Ping-Signale zum angegebenen Host. -n Sendet die mit Anzahl angegebene Anzahl an ECHO-Paketen. Standardwert ist 4. -l Sendet ECHO-Pakete der mit Länge angegebenen Datenlänge. Standardwert ist 64 Bytes, Maximum ist 8192 Bytes. -f Sendet ein "Nicht fragmentieren"-flag im Paket. Das Paket wird dadurch von keinem Gateway in der Route fragmentiert. -i Setzt das Feld "Lebensdauer" auf den mit TTL angegebenen Wert. -v Setzt das Feld "Servicetyp" auf den mit TOS angegebenen Wert. Zielliste Gibt die Remote-Hosts an, für die Ping ausgeführt werden soll. Weitere Parameter s. Handbuch 27 27

28 ARP -a Hilfsprotokolle TCP-IP Dienstprogramme ARP dient zur Anzeige oder Änderung der Übersetzungstabellen, die von ARP (Address Resolution Protocol) für die Umsetzung von IP-Adressen in physische Ethernet- oder Token-Ring-Adressen verwendet werden. Dieser Befehl ist nur verfügbar, wenn das TCP/IP-Protokoll installiert wurde. Zeigt anhand einer TCP/IP-Abfrage alle aktuellen ARP-Einträge an. Bei Angabe von IP_Adr werden nur die IP-Adresse und die physische Adresse des betreffenden Computers angezeigt. Weitere Parameter s. Handbuch 28 28

29 Hilfsprotokolle TCP-IP Dienstprogramme tracert Zielname Dieses Diagnose-Dienstprogramm ermittelt die Route zu einem Ziel, indem es ICMP-Echopakete (Internet Control Message Protocol) mit unterschiedlichen TTL-Werten (Time-To-Live) sendet. Von jedem Router auf dem Pfad wird erwartet, daß er den TTL-Wert für ein Paket vor dem Weiterleiten um mindestens 1 verkleinert. TTL ist also in Wirklichkeit ein Abschnittszähler. Wenn der TTL-Zähler für ein Paket den Wert Null erreicht, sendet der Router eine "ICMP-Zeitüberschreitung"-Nachricht zur Quelle zurück. Tracert ermittelt die Route, indem es das erste Echopaket mit dem TTL-Wert 1 sendet und den TTL-Wert bei jeder folgenden Übertragung um Eins erhöht, bis das Ziel antwortet oder der TTL-Höchstwert erreicht ist. Die Route wird durch Prüfen der "ICMP-Zeitüberschreitung"-Nachrichten ermittelt, die von den dazwischenliegenden Routern zurückgesendet werden. Beachten Sie, daß einige Router Pakete mit abgelaufenem TTL-Zähler "heimlich" entfernen, so daß sie für tracert unsichtbar sind

30 Hilfsprotokolle Netmon Filterauswahl Rechnerauswahl 30 30

31 Transportprotokolle Protokolle im TCP/IP-Referenzmodell HTTP FTP Telnet SMTP DNS SNMP TFTP Internetprotokolle IGMP TCP ICMP UDP RARP IP ARP Schicht 1 Ethernet TokenRing Token Bus Wireless L

32 Transportprotokolle UDP und TCP - die Transportschicht A SSH Client IP Network Die Transportprotokolle sind als Dienste für die Applikationsschicht verfügbar TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, das die Ankunft der Pakete bestätigt UDP ist ein verbindungsloses und schnelles Protokoll B SSH Server 32 32

33 Bit Positon Transportprotokolle UDP - so einfach wie möglich Header Format Source Port Message Length Destination Port Checksum Data 8 Byte + Overhead Verbindungslos Keine Bestätigung der Pakete auf der UDP-Schicht Die Checksumme bietet die einzige Möglichkeit die Ankunft der Pakete auf Vollständigkeit zu testen Adressierung des Programms (Applikation) geschieht über Portnummern Im Gegensatz zu TCP erfolgt der Austausch von Informationen schneller 33 33

34 Transportprotokolle UDP - basierte Applikationen Automatic Address Assignment Name Service Management Routing Information DNS BOOTP File Transfer TFTP SNMP RIP / / Well-Known Ports (UDP) Bestätigung der Verbindung erfolgt über die Applikation Datagramme werden fortlaufend in bestimmter Größe gesendet Vorzüge beim Transport von geringen Datenmengen 34 34

35 Transportprotokolle TCP - die sichere Verbindung Verbindungsorientiert Flusskontrollmechanismen Erzeugt logische Verbindungen zwischen zwei Prozessen: IP address & port number Zuverlässige Verteilung der Pakete von Ende-zu-Ende Daten, die zwischen den beiden Kommunikationsstationen ausgetauscht werden, nennt man Segment Segmente werden aus folgenden Gründen ausgetauscht: Verbindungsaufbau Three-Way-Handshake Vereinbarung der Fenstergröße Datentransfer Verschicken der Bestätigungen Verbindungsabbau 35 35

36 TCP - die sichere Verbindung Bit Positon Header Format Source Port Destination Port Offset Res. Transportprotokolle Checksum Sequenz Number Acknowledgment Number Flags Options Data Adressierung der Applikation über Portnummern Datenpakete haben Sequenz - und Bestätigungsnummern: Flusskontrolle Anwendungen haben keinen Einfluss auf die Grösse der Segmente 36 Window Urgent Pointer Padding 36

37 Transportprotokolle Die Verbindung über TCP Client Server SYN, SEQ=100 SYN, SEQ=200, ACK=101 Verbindungsaufbau ACK=201, SEQ=101 Three-Way-Handshake 37 37

38 Transportprotokolle Die Verbindung über TCP Client Server SEQ=101, ACK=201, Data SEQ=201, ACK=102 Datenübertragung SEQ=102, ACK=201, Data SEQ=201, ACK=

39 Transportprotokolle Die Verbindung über TCP Client Server FIN, SEQ=116, ACK=203 SEQ=203, ACK=117 FIN, SEQ=203, ACK=117 Verbindungsende SEQ=117, ACK=

40 Transportprotokolle TCP-basierte Applikationen File Transfer Virtual Terminal World Wide Web Routing Information FTP telnet Electronic Mail SMTP http BGP 20 / Well-Known Ports (TCP) Bestätigungen schon auf Schicht 4 Applikationen werden um einige Arbeitsschritte erleichtert Overhead durch Bestätigungen 40 40

41 Transportprotokolle Alles verstanden? Dann kann nur noch eine helfen

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