Adressierung. Fragmentierung und Reassemblierung. Identifizierung über Namen, Adressen und Wege

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1 Adressierung Identifizierung über Namen, Adressen und Wege "The name of a resource indicates WHAT we seek, an address indicates WHERE it is, and a route tells HOW TO GET THERE." [Shoch 78] Ziele : Globales Adressierungskonzept für ES Einfache Vergabe von Adressen Adresse unabhängig von Lage des Quell- und Ziel-ES Art und Topologie der Subnetze Adressierungsstandards X.121 Adressierung durch CCITT/ITU genormt für öffentliche Daten-Netze, u.a von X.25 benutzt OSI Adressierung verwendet hierarchische Adressierung Adressen können als nur lokal geltend vereinbart werden Internet Adressierung verwendet flache/globale Adressierung Adressen gelten global siehe Adressierung im Internet Protokoll IP Fragmentierung und Reassemblierung unterschiedliche Paketgrößen in den Subnetzen erfordern ggf. Fragmentierung und Reassemblierung Transparente Fragmentierung G1 zerlegt zu G2 re- G3 zerlegt G4 setzt große Pakete assembliert erneut wieder zusammen Nicht-transparente Segmentierung G1 zerlegt zu Die fragmentierten Pakete werden erst beim große Pakete Empfänger = Host wieder zusammengesetzt

2 X.25 Beispiel für verbindungsorientiertes Protokoll Paketdienst in öffentlichen Netzen Eigenschaften von X.25 komplexes Management, viele Handshakes nicht geeignet für hohe Datenraten mehrere Kommunikationsmechanismen, u.a. a) Permanent virtual circuit (PVC) kein Verbindungsaufbau und -Abbau analog Standleitung b) (Switched) virtual call (VC) 3-phasige Interaktion analog Wählverbindung DTE: DCE: DSE: Data Terminal Equipment (User Equipment) = Endsystem ES Data Circuit-Terminating Equipment (Network Node oder Packet Exchange) Data Switching Exchange = Intermediate System = IS Definiert die Schichten 1 bis 3 im ISO/OSI-Referenzmodell Anwendung in Datex-P und ISDN Schicht 1: X.21 Schicht 2: LAPB (ISDN) oder HDLC (Datex-P) Schicht 3: X.25 PLP (Packet Layer Protocol) nur Interface zwischen DTE und DCE keine Wegewahl, aber Segmentierung + Flußsteuerung

3 DATEX-P Internet: Ursprung und Entwicklung Einige Daten X.25 basiertes Paketdatenübertragungsnetz der Telekom AG ca Teilnehmer (1995) 1-stufige Hierarchie, 132 Orte mit Vermittlungsstellen Verbindungsdauer im Durchschnitt 300 s Verbindungsaufbauzeit ca. 500 ms 300 Bit/s kbit/s, preisabhängig Träger für weitere Anwendungsdienste, z.b. T-Online: mit MODEM über Telefonnetz DATEX L: Standleitungsnetz mit ca Teilnehmern (1995) Ursprung war das ARPANET gestartet 1969 und finanziert durch ARPA (Advanced Research Projects Agency des U.S. Department of Defense (DoD), heute DARPA) Zweck: zunächst: dann: ein gegen Atomkrieg robustes Netz Verbindung wissenschaftlicher und militärischer Einrichtungen Entwicklung: Normung von Protokollen für Kommunikation zwischen Netzwerken, z.b TCP/IP langjährige Erprobung Aufbau und Anbindung militärischer Subnetze (z.b. MILNET) von Satellitennetzen Anbindung der LANs von Universitäten und Behörden Berkeley Unix BSD verwendet TCP/IP weite Verbreitung 1990 wird ARPANET durch Internet als den Sammelbegriff für verbundene Netze ersetzt Stand >10 Mio. angeschlossene Rechner Dienste: , ftp, Remote Login, WWW, Usenet,...

4 Internet: Aufbau und Struktur Subnetze im Internet 1983 Gründung des IAB (Internet Architecture Board) zur Einbindung der Wissenschaftler ins damalige ARPANET heute oberstes Gremium im Internet beaufsichtigt/benennt IETF (Internet Engineering Taskforce) als technisches Leitungsgremium diese arbeitet in einer Vielzahl von working groups 1992 Gründung der Internet Society zur Verbreitung der Internet Techniken und -Dienste Festlegung der Standards als Empfehlung in RFCs (Request for Comments) Heutige Aufgaben im INTERNET Verbindung unterschiedlicher Netze über Gateways Definition von Protokollen, die auf allen Subnetzen arbeiten Festlegung einer einheitlichen Adressierung und des zugehörigen globalen Routings Ethernet LANs - hauptsächlich große Campus-Netze LAN-Ringe - hauptsächlich kleinere/experimentelle Netze Arpanet - teilweise verbundenes Netzwerk mittels gemieteter Leitungen mit speziellen Protokollen NSFNet (National Science Foundation Network) - Backbone aus gemieteten Hochgeschwindigkeits-leitungen, die die NSF Supercomputer untereinander und mit regio-nalen Netzwerken und Campus-Netzen verbinden CSNET (X.25 NET) - Öffentliches Paketvermittlungs-Netzwerk mit X.25

5 Internetprotokolle Internet Protokoll (IP) Übersicht Beispiel für verbindungsloses Protokoll über Datagramme Datagrammformat Transportschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht SMTP FTP TELNET UDP NFS TCP IP ICMP ARP Simple Mail Transfer Protocol File Transfer Protocol Remote Login Protocol User Datagram Protocol Network File System Transmission Control Protocol Internet Protocol Internet Control Message Protocol Address Resolution Protocol Unterschied zum ISO/OSI-Modell ISO-OSI Darstellungs- und Kommunikationssteuerungs-Ebene (presentation und session layer) nicht vorhanden Sicherungs- und Bitübertragungsebene fallen in einer Schicht zusammen Version Protokollversion z. Zt. IP v.4 zukünftig IP v.6 Length Länge des Headers (in 32 Bit Worten), min. 4, max. 60 Bytes Type of Service gedacht als simpler Quality of Service Indikator enthält z.b. Prioritäts- und Kanalwunsch-Information de facto durch Router ignoriert Total length Gesamtlänge incl. Daten, max Byte, meist ca Byte

6 Internet Protokoll (IP), Fortsetzung Time to live Lebensdauer in Sekunden, max. 255 s, bei 0: Paket vernichten in Praxis: zählt die Hops durch Dekrementieren bei Unix oft auf gesetzt, zu kleiner Wert Ziel unerreichbar Protocol Typ des sendenden (und damit auch empfangenden) höheren Protokolls, z.b. 1 = ICMP, 4 = IP, 6 = TCP Header checksum (HCS) enthält Einerkomplement der mod 2 16 Summation der Header- Worte außer HCS mod 2 16 Summation der Header-Worte incl. HCS ergibt bei Fehlerfreiheit Null in jedem Knoten wegen verändertem Time to live Feld neu zu berechnen Beachte: IP Datagramm enthält keine Datenprüfsumme, diese müssen vom höheren Protokoll und damit erst beim Empfänger verifiziert werden Internet Control Message Protocol (ICMP) spezielles IP-Datagramm für Steuerungs- und Fehlermeldungen, oft an den Sender des diese Kontrollnachricht auslösenden Datagramms gerichtet definiert durch Wert 1 im Protocol-Feld des Datagramm-Headers Format des Datenfeldes des Datagramms : IP-Datagramm Header Type und Code definieren Art der ICMP-Nachricht, z.b. Ziel nicht erreichbar Echo Anforderung (z.b. für Ping-Programm) Echo Antwort (Antwort auf Ping) Überlauf-Mitteilung an Quelle, ergibt Flußkontrolle Lebenszeit abgelaufen Source/destination address jeweils 32 Bit des Senders (für Routingalgorithmus erforderlich!) und Empfängers Padding auffüllen auf Wortgrenze

7 Internet Adressen Globales Adressierungskonzept für ES (und IS) im Internet 32 Bit Adresse (inzwischen zu wenig), Schreibweise a.b.c.d jede Adresse ist weltweit eindeutig, keine Hierarchie logische Aufteilung in 2 Paare: (Sub-)Net-ID + ES-ID je nach der Verteilung zwischen (Sub-)Netz- und Endsystemanteil unterscheidet man verschiedene Netzwerkklassen Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D max. # Netze max. # Hosts A: B: C: D: (Multicast) = Sonderfall Broadcast-Adressen: (Konvention: für Host-Id) zwei Rechner können nur miteinander kommunizieren, wenn sie sich im gleichen Netzwerk befinden, also gleiche Net-ID aufweisen bei unterschiedlicher Net-ID muß Router (Rechner mit 2 IP-Adressen und 2 Netzwerkschnittstellen) zwischen den Teilnetzen vermitteln Vergabe der Adressen Klassenzuweisung und Net-ID durch Nummernteilbereich durch zentrales Network Information Center (NIC) Endsystem lokal, bei möglicher Subnetzbildung Problem Lokale Subnetze durch Subnetz-Maske lokale Netzstruktur entspricht i.a. nicht der zugeteilten Klasse, z.b. können bei einer einem Land zugeteilten Klasse A Adresse nicht alle 2 24 möglichen Hosts in einem Netz liegen Lösung lokale Entscheidung zur Aufteilung des Host-Anteils in einen Subnetz- Teil und Endsystem-Teil Festlegung mittels einer Subnetz-Maske 1 Subnet-ID 0 Host-ID Beispiele Standard Subnetz-Maske einer Klasse B Adresse ohne zusätzliche Subnetze: Klasse B Adresse mit max. 63 Subnetzen 6 Bit für Subnetz Subnetz-Maske = es ergibt sich eine Wegeleitung im Router mit 3 Hierarchiestufen Paket zu anderem Netz? zu diesem Router Paket zu lokalem ES? Paket abliefern Paket zu anderem Subnetz? zu diesem Router weiterleiten

8 Adreßauflösung Lokale Zielbestimmung Host-Identifikation und Leitwegbestimmung innerhalb eines Subnetzes basieren auf (lokalen) physischen Netzadressen der Endsysteme (z.b. Stationsadresse der Adapterkarte) Adreßauflösung Umsetzung der 32 Bit Internet (IP) auf die physische Netzadresse, meist 48 Bit, z.b. bei Ethernet-Karten Adressierungsebenen im Überblick Möglichkeiten der Adreßauflösung Adreßauflösungen im Quell-ES, wenn Ziel-ES lokal Gateway, wenn Ziel-ES entfernt Lösungen: direkte homogene Adressierung Falls physische Adresse vom Benutzer wählbar, wählt man: physische Adresse = Hostid der IP-Adresse Wenn die physische Adresse vorgegeben ist, oder ein anderes Format haben muß, verwendet man Konfigurationsdatenbank Abbildungstabelle (IP-Adresse Hardware-Adresse), z.b. im Gateway, oder Address Resolution Protocol (ARP) haupsächliche Anwendung in LANs mit Rundsende-Charakter (z.b. Ethernet)

9 Address Resolution Protocol (ARP) Subnetzübergreifendes ARP Endsystem nicht direkt über Broadcast erreichbar Beispiel: E1 möchte nach E5 senden 1. ARP request-datagramm rundsenden mit der physischen (HW) und der Internet-Adresse (IP) des Senders und der Internet-Adresse des Empfängers 2. ARP response-datagramm als Antwort mit physischer Adresse 3. Trage Paar (IP,HW) in den Cache ein für zukünftige Anfragen ARP erhält keine Antwort, da Ethernet Broadcast nicht über Router weitergeleitet wird Lösung A: Proxy ARP Lokaler Router kennt alle enfernten Netze mit deren Routern und antwortet auf lokalen ARP Lokales Endsystem E1 sendet Daten an E5 über lokalen Router, der die enthaltene IP-Adresse auswertet Lösung B: Entfernte Netz-Adresse bekannt E1 sendet Daten an entsprechenden entfernten Router Lokaler Router leitet Pakete weiter

10 Reverse Address Resolution Protocol (RARP) Interne und externe IP-Leitwegbestimmung Bestimmung der IP-Adresse aus der physischen Hardware-Adresse (Anwendung beim Booten von Rechner ohne Festplatte übers LAN) RARP Server antwortet mit IP-Adresse auf RARP-Broadcast Direktes Routing / Interne Protokolle Quell- und Ziel-ES liegen im gleichen Subnetz Quell-ES sendet Datagramm zu Ziel-ES Identifikation durch lokale Adresse Abbildung Pfad wird vollständig durch Leitweg-Algorithmus des Subnetzes bestimmt Indirektes Routing / Externe Protokolle Quell- und Ziel-ES liegen in unterschiedlichen Netzen Quell-ES sendet Datagramm zum nächsten Router Router bestimmt jeweils nächsten Router auf dem Pfad zum Ziel-ES Routing-Entscheidung basiert nur auf NetId - Teil der IP-Adresse

11 IP-Leitwegbestimmung Routing - Tabellen der Gateways (hier F, G und H) Routing Tabelle des Gateways G Zielhost im Ausgangspfad Netzwerk liefere direkt liefere direkt Gateways können unvollständige Routing-Informationen haben, dann gelten Default-Pfade