Grundlagen der Rechnernetze. Internetworking

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1 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking

2 Übersicht Grundlegende Konzepte Internet Routing Limitierter Adressbereich SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 2

3 Grundlegende Konzepte SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 3

4 Erinnerung: Internet und IP H1 H2 H3 N1 R1 R2 H4 H9 H8 N3 R3 N2 H5 H1 TCP IP R1 IP H7 H6 R3 IP H6 TCP IP ETH ETH FDDI FDDI ETH ETH SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 4

5 IP Service Model Das IP Service Model muss so definiert sein, dass es auch von allen potentiell darunter liegenden Protokollen umgesetzt werden kann. Beispielsweise wäre jedes Paket wird mit höchstens 1ms Verzögerung garantiert ausgeliefert ein nicht einhaltbares Service Versprechen. Das Service Model von IP ist einfach: Ein eindeutiges Addressierungsschema Ein Best Effort Datagram Delivery Service Datagramme können verloren gehen (fehlerhafte Datagramme werden beispielsweise von einem Router einfach verworfen) Folge von Datagrammen muss nicht in derselben Reihenfolge empfangen werden Datagramme können mehrfach ausgeliefert werden SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 5

6 Grundlegende Konzepte Datagram Delivery Service SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 6

7 IP Datagram Version HLen TOS Length Ident Flags Offset TTL Protocol Checksum SourceAdr DestinationAdr Options (variable) Pad (variable) Data SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 7

8 Fragmentierung und Reassembly H1 R1 R2 R3 H2 ETH IP (1400) FDDI IP (1400) PPP IP (512) PPP IP (512) PPP IP (376) ETH IP (512) ETH IP (512) ETH IP (376) Beispiel: H1 sendet Daten der Größe 1400 Bytes an H2 MTU von ETH = 1500 Bytes MTU von FDDI = 4500 Bytes MTU von PPP = 532 Bytes (Die Path MTU in diesem Beispiel = 532 Bytes) (Dargestellt ist die Payload, also Payload + 20 Byte Header = MTU) Reassembly findet nur auf dem Empfänger Host H2 statt SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 8

9 Fragmentierung und Reassembly Unfragmentiertes IP Paket Original IP Paket und dessen Fragmente lassen sich durch eine eindeutige Ident Nummer zueinander zuordnen. Offset*8 = Byte Position in den Originaldaten Start des Headers Ident = x 0 Offset = 0 Rest des Headers 1400 Bytes Daten Bemerkung: durch Speichern eines Offsets anstatt einer ID ist weitere Fragmentierung eines schon fragmentierten Paketes unmittelbar möglich. Start des Headers Ident = x 1 Offset = 0 Rest des Headers 512 Bytes Daten Start des Headers Ident = x 1 Offset = 64 Rest des Headers 512 Bytes Daten Start des Headers Ident = x 0 Offset = 128 Rest des Headers 376 Bytes Daten Fragmentiertes IP Paket SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 9

10 Grundlegende Konzepte Adressierung SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 10

11 Erinnerung: Adressierung und Forwarding IP Adresse: Netzklassen: 7 24 Class A 0 Netz Host Class B Class C Netz Host Netz Host Subnetting Zum Beispiel Class B Adresse Netz Host Subnetz Maske ( ) Ergebnis Netznummer Subnetz Host SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 11

12 Erinnerung: Adressierung und Forwarding Supernetting (CIDR) Kunden Netze Advertise / /24 Internet Anbieter /24 SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 12

13 Host Configuration (DHCP) IP Adressen haben einen Netz und Host Anteil Im Gegensatz zu Ethernet Adressen kann die IP Adresse damit nicht fest mit der Netzhardware verdrahtet sein. Warum? Es muss zumindest eine Möglichkeit bestehen, die IP Adressen manuell zu konfigurieren. Umständlich! Besser: dynamische Zuweisung von IP Adressen. Bei der Gelegenheit kann man dem DHCP Client auch gleich den Default Router mitteilen. IP Broadcast DHCPDISCOVER DHCP Relay IP Unicast DHCPDISCOVER N S DHCP Server H SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 13

14 Error Reporting (ICMP) ICPM (Internet Control Message Protocol) definiert eine Sammlung von Fehler und Kontrollnachrichten. Beispiel für Fehlernachrichten, die an den sendenden Host verschickt werden: Unerreichbarer Ziel Host Reassembly Prozess fehlerhaft TTL=0 erreicht IP Header Checksumme falsch Beispiel für Control Nachricht: ICMP Redirect Beispiel: ICMP Redirect H1 R1 Nachricht an H2 Default Router: R1 R2 H2 SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 14

15 IP Tunneling und Anwendungen Netz Nummer Next Hop 1 Interface 0 2 Virtual Interface 0 Default Interface Netz 1.x R1 Internet R2 Netz 2.x IP Header, Destination = 2.x IP Payload IP Header, Destination = IP Header, Destination = 2.x IP Payload IP Header, Destination = 2.x IP Payload Security in Kombination mit Verschlüsselung (z.b. Virtual Private Networks (VPN)) Router R1 und R2 haben besondere Features (z.b. Multicast fähige Router) Verbinden von Nicht IP Netzen über ein IP Netz (z.b. global verteilte Sensornetze) Auslieferung an bestimmter Stelle erzwingen, obwohl Zieladresse eine andere ist (z.b. Mobile IP) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 15

16 Internet Routing SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 16

17 Forwarding und Routing Forwarding Tabelle H7 H1 H2 H3 Adresse Interface MAC Adr. Host H1 3 Adr(H1) Host H2 3 Adr(H2) Netz N1 3 1 R1 2 Host H3 3 Adr(H3) Netz N2 1 Adr(R2) Netz N3 2 Adr(R3) R2 R3 Netz N2 Netz N3 H4 H5 H6 H7 Woher bekommt man die Forwarding Tabelle? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 17

18 Routing Wir betrachten zunächst Routing als Graph Problem. Gegeben sei ein Graph mit gewichteten Kanten (hier der Einfachheit halber ein ungerichteter Graph): B 3 D 1 F A 1 C 4 E Finde die kürzesten Pfade zwischen den einzelnen Knoten. Was wäre wohl per draufgucken der kürzeste Pfad P von A nach F? Was ist das Gesamtgewicht w(p) dieses Pfades? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 18

19 Routing Algorithmen Distanzvektor Routing Link State Routing Ziel Distanz H1 5 H2 3 H3 7 H4 2 Ziel Distanz H1 7 H2 4 H3 4 H4 1 R R1 R2 R Globale Information an Nachbarn (verteilter Routing Algorithmus) Von allen Nachbarinformation an alle (zentraler Routing Algorithmus) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 19

20 Internet Routing Distanzvektor Routing (aka. Bellman Ford) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 20

21 Grundidee B Initiale Distanzvektortabellen Stetiger Austausch und Aktualisierung dieser Tabellen (Routing Update) Tabelle von B D E Ziel Next Dist C A A 1 B 0 C C 1 D D 1 E?? Tabelle von C Ziel Next Dist A A 1 B B 1 C 0 D D 1 E E 1 B C A Initiale Tabelle von A Ziel Next Dist A 0 B B 1 C C 1 D?? Neue Tabelle von A Ziel Next Dist A 0 B B 1 C C 1 D B 2 SS 2012 E Grundlagen?? der Rechnernetze E Internetworking C 2 21 A Kantengewichte hier vereinfacht alle auf 1 gesetzt.

22 Details zu Routing Updates Ziel Next Dist x i z i c i v Ziel Next Dist x i v i d i u x i v c i +1 Generelle Regel für Knoten u: 1. Aktualisiere itetabellenzeile (x i, y i, d i ), wenn für die von Knoten v empfangene Tabellenzeile (x i, z i, c i ) gilt: d i > c i Die aktualisierte Tabellenzeile ist dann (x i, v, c i + 1) (Erweiterung auf gewichtete Kanten offensichtlich: ersetze +1 mit Kantengewicht für Kante uv) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 22

23 Wann versendet ein Knoten ein Routing Update? Periodic Update: Tabellen werden regelmäßig an Nachbarn geschickt Damit wissen die Nachbarknoten, dass es den Link und Knoten noch gibt. Werden über einen bestimmten Zeitraum keine Updates mehr empfangen, so wird der Link als ausgefallen interpretiert Triggered Update: Wann immer ein Knoten seine Routing Tabelle geändert hat Nach lokal festgestelltem Link Ausfall Nach Empfang eines Routing Updates von einem Nachbarn Das kann wiederum eine Änderung in den Nachbarknoten und damit Routing Updates von den Nachbarn bewirken (usw.) SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 23

24 Forwarding anhand der Routing Tabellen D E B C Ziel Next Dist A A 1 B B 1 C 0 D D 1 E E 1 A Ziel Next Dist A 0 B B 1 C C 1 D B 2 E C 2 Randbemerkung Routing Tabelle: speichert alles was man für das Routing benötigt. Forwarding Tabelle: speichert alles was man für das Forwarding benötigt Kann ein und dieselbe Tabelle sein; muss es aber nicht. SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 24

25 Beispiel eines Link Ausfalls Tabelleneinträge bzgl. Knoten G: B Dst Next Hops Dst Next Hops G F 2 C A G D 2 D E Dst Next Hops G G 1 F G Stabilisiert sich das Netz immer in dieser Form? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 25

26 Count to Infinity Problem C C A A B B D Lösungsansatz 1: ignorieren. Am Ende wird sowieso bis hoch gezählt. Lösungsansatz 2: Split Horizon. Routing Updates nur zu Nachbarn, die nicht selber der nächste Hop sind. Lösungsansatz 3: Split Horizon with Poison Reverse. Routing Updates zu allen Nachbarn. Allerdings Routing Update zu denen, die selber der nächste Hop sind. Funktioniert das immer? SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze Internetworking 26