Basisinformationstechnologie II Sommersemester 2011 Rechnerkommunikation II April 2011

Transkript

1 Basisinformationstechnologie II Sommersemester 2011 Rechnerkommunikation II April 2011

2 26. April 2011 fällt aus!

3 Themenüberblick I Schichten Philosophenbeispiel Dienste vs. Protokolle Referenzmodell I: ISO / OSI Modell Referenzmodell II: TCP / IP Modell Vergleich TCP / IP vs. ISO / OSI Modell

4 Kurzwiederholung

5 Client-Server-Architektur Client? Server?

6 Client-Server-Architektur Client = Kunde, Dienstnutzer Server = Anbieter, Dienstleister

7 Rechnerkommunikation Vermittlung in Rechnernetzen Leitungsvermittlung (Circuit Switching) Aufbau einer durchgehenden physikalischen Verbindung, die während der gesamten Übertragung kontinuierlich erhalten bleibt Übertragungsweg wird vor Transfer der Daten hergestellt Abbildungsnachweis: Family Guy cb /muppet/images/2/2c/familyguy_modelmisbehavior1.jpg

8 Rechnerkommunikation Vermittlung in Rechnernetzen Paketvermittlung (Packet Switching) Sender zerlegt Nachricht in einzelne Teile (Pakete), die eine festgelegte Maximalgröße haben Pakete werden nacheinander verschickt, ohne auf den vollständigen Empfang der vorherigen Pakete warten zu müssen Empfänger setzt die Pakete wieder zu einer vollständigen Nachricht zusammen

9 Rechnerkommunikation Verbindungsorientierte Dienste Beim Nutzen eines verbindungsorientierten Dienstes senden Client und Server Steuerpakete, bevor sie die echten Daten senden ( Handshake ). Beispiel TCP (Transmission Control Protocol): tauscht 3 Nachrichten aus: Verbindungsanfrage Verbindungsantwort Datenanfrage und Beendigung des Dienstes Nach dem Verbindungsaufbau sind Client und Server lose miteinander verbunden. Analogie: Telefonsystem

10 Rechnerkommunikation Verbindungslose Dienste Kein Handshake Tendenziell schnellere Übertragung, jedoch: Keine Bestätigung, ob Nachricht tatsächlich versendet wurde Der Sender kann nie sicher sein, ob seine Pakete angekommen sind. Der Empfänger kann nie sicher sein, ob er alle Pakete fehlerfrei und in der richtigen Reihenfolge erhalten hat. UDP (User Datagram Protocol) Analogie: Postsystem

11 Rechnerkommunikation III

12 Schichtenmodell Komplexität

13 Schichtenmodell Komplexität Schichten / Ebenen

14 Schichtenmodell Regeln / Konventionen: Protokoll der Schicht k Protokoll = Vereinbarung zwischen kommunizierenden Parteien über den Ablauf der Kommunikation Schnittstelle / Interface Netzarchitektur: Menge von Schichten und Protokollen Protokollstapel: Menge der Protokolle, die ein bestimmtes System verwenden kann

15 Philosophenbeispiel

16 Philosophenbeispiel

17 Auf einen Blick Dienste / Protokolle Dienst: Gruppe von Operationen, die eine Schicht der über ihr liegenden Schicht zur Verfügung stellt. Beziehen sich auf Schnittstellen zwischen den Schichten Protokoll: Menge von Regeln Beziehen sich auf Pakete, die zwischen gleichgestellten Einheiten auf verschiedenen Rechnern versendet werden

18 Dienstprimitive

19 Referenzmodell I: ISO / OSI

20 ISO / OSI: Bitübertragungsschicht

21 ISO / OSI: Sicherungs- und Vermittlungsschicht

22 ISO / OSI: Transport- und Sitzungsungsschicht

23 ISO / OSI: Darstellungs- und Anwendungsschicht

24 ISO / OSI Referenzmodell

25 Referenzmodell II: TCP / IP

26 TCP / IP

27 Vergleich ISO/ OSI - TCP/ IP Das OSI-Modell unterscheidet genau zwischen den Konzepten Dienst (was macht die Schicht?), Protokoll (wie funktioniert die Schicht?) und Schnittstelle (wie kann auf die Dienste der Schicht unterhalb zugegriffen werden?). Das TCP/ IP- Modell hingegen definiert die 4 vorhandenen Schichten nur über bestimmte Protokolle, im Falle der Host-zu-Netz-Schicht nur rudimentär! Die Bitübertragung und Sicherung der korrekten Übertragung stellen aber wichtige Aspekte der Kommunikation dar. Das OSI- Modell ist ob seines 7-schichtigen Aufbaus relativ komplex hohe Implementierungs- und Laufzeitkosten Das TCP/ IP- Modell wurde als Beschreibung eines vorhandenen Protokollstapels entwickelt. Daher eignet sich das Modell nur schlecht zur Beschreibung anderer Protokollstapel. OSI-Modell: Protokolle gut verborgen, können daher leicht ausgetauscht werden TCP/IP: Modell kam, nachdem Protokolle bereits etabliert waren

28 ISO / OSI: Schichten wie merken? Please Do Not Throw Salami Pizza Away (Physical Layer, Data Link Layer, Network Layer, Transport Layer, Session Layer, Application Layer) Alternde Datenschutzprofis sitzen traurig neben der Parkbank (Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, Sitzungsschicht, Transportschicht, Netwerkschicht, Datensicherungsschicht, Physikalische Schicht)

29 Zwischenstand II Konzept: Schichtenmodell Philosophenbeispiel Dienste vs. Protokolle Referenzmodell I: ISO / OSI Modell Referenzmodell II: TCP / IP Modell Vergleich TCP / IP vs. ISO / OSI Modell

30 und die Praxis?

31 Warriors of the Net

32 Fragen zum Kurzfilm Welche Informationen stehen auf dem Etikett des IP-Pakets? Absender- und Empfängeradresse, Pakettyp, Adresse für Proxy Wofür wird das Local Area Network (LAN) verwendet? Verb. zw. Rechnern Local Area Network Welche Aufgabe hat der Router? Grummelt freundlich ( sorry ), verteilt Pakete entsprechend Adresse in richtige Netzwerke Was ist ein Proxy? Welche Aufgabe hat ein Proxy? Cache Welche Aufgabe hat eine Firewall? Guckt, dass nur Pakete zum Ziel gelangen, die an die entsprechenden Ports gesendet wurden Für welche Art von Paketen sind (im Film) die Eingänge 25 und 80 reserviert? 25: Mail (SMTP) 80 / 8080: Webserver

33 Themenüberblick II Kommunikation zwischen Anwendungsprozessen: Sockets Adressierung von Prozessen: Ports / Portnummern HTTP Anwendungsschicht SMTP POP3 IMAP Domain Name System (DNS) Dienste und Protokolle der Transportschicht UDP RTP TCP IPv4 und IPv6

34 Kommunikation zwischen Anwendungsprozessen: Sockets Socket Schnittstelle zwischen der Anwendungs- und der Transportschicht innerhalb eines Hosts. Wird auch als Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) zwischen der Anwendung und dem Netzwerk genannt, da der Socket die Programmierschnittstelle ist, mit der Netzanwendungen erstellt werden.

35 Adressierung von Prozessen: Ports Im Internet wird ein Host durch seine IP-Adresse identifiziert. Neben der Adresse des Hosts, für den eine Nachricht bestimmt ist, muss der sendende Host auch den Empfangsprozess angeben, der auf diesem Host läuft - das geschieht über die Angabe der Portnummer.

36 Anwendungsschichtprotokoll: HTTP

37 HyperText Transfer Protocol Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Charakteristik von HTTP Protokoll (u.a.) für den Zugriff auf Webseiten HTTP unterstützt sowohl persistente Verbindungen, als auch nicht persistente Verbindungen.

38 HTTP: Praxis Anwendungsbeispiel:Aufruf 1. Eingabe in Browser Anforderung der Website 2. lehre.hki.uni-koeln.de wird über das DNS Protokoll bzw. einen DNS Server in eine IP Adresse übersetzt Aufruf äquivalent zu 3. Senden einer HTTP-GET Anforderung auf Standard-Port 80 (HTTP Port) des Servers: GET /index.html HTTP/1.1 Host: lehre.hki.uni-koeln.de 4. Serverantwort: HTTP/ OK Server: Apache/ (Unix) PHP/4.3.4 Content-Length: (Größe von index.html in Byte) Content-Language: de Content-Type: text/html Connection: close (Inhalt von index.html)

39 HTTP HTTP: Argumentübergabe Beispiel: Formulareingabe im Browser GET Informationen sind Teil der URL; Übergabe von Paaren aus Argument und Wert Beispiel Google Suche: q=&gs_rfai=&fp= f330ab POST Informationen (Argument-/Wert Paare) werden im Hintergrund (in den HTTP Kopfdaten) übertragen

40 Anwendungsschichtprotokoll: HTTP Nicht persistente Verbindung Der HTTP-Client leitet eine TCP-Verbindung zum Server auf Port 80 als Default ein. Das Handshake findet statt. Der HTTP-Client schickt eine Anfragenachricht an den Server. Der Anfragename enthält bereits den Pfadnamen der gewünschten Datei. Der HTTP-Server empfängt die Anfrage, liest das angefragte Objekt ein, kapselt es in eine HTTP-Antwortnachricht und schickt diese an den Client. Der HTTP-Server weist TCP an, die Verbindung zu schließen, wenn der Client die Nachricht korrekt empfangen hat. Der HTTP-Client empfängt die Antwortnachricht, die TCP- Verbindung wird geschlossen. Der Client analysiert die Nachricht und sucht mögliche Referenzen in der HTML-Datei. Pro enthaltener Referenz werden die Schritte 1-4 wiederholt, bis alle Objekte vom Server zum Client übertragen wurden.

41 Anwendungsschichtprotokoll: HTTP Persistente Verbindung Der Server lässt die TCP-Verbindung offen, nachdem er die Antwortnachricht verschickt hat. Anschließende Kommunikation zwischen Server und Client erfolgt auf der offenen TCP-Verbindung. Die TCP-Verbindung wird geschlossen, wenn sie für eine bestimmte (konfigurierbare) Zeitdauer nicht benutzt worden ist. Persistente Verbindungen gibt es mit und ohne Pipelining. ohne Pipelining bedeutet, dass die TCP-Verbindung tatsächlich unbenutzt bleibt, solange der Client Daten empfängt. Der Client sendet nur dann eine neue Anfrage, wenn er die vorherige Antwort empfangen hat. mit Pipelining bedeutet, dass der Client eine Anfrage nach einem neuen Objekt losschickt, sobald er auf eine Referenz stößt, ohne dass er die Antwort auf die vorherige Anfrage abwartet. HTTP/1.1 nutzt im Default-Modus persistente Verbindungen mit Pipelining.

42 HTTP und die Sicherheit

43 HTTP Sicherheit: Wireshark Packet Sniffing mit Wireshark ( HTTP Login auf hki.uni-koeln.de mit Benutzername hellobit und Passwort bitpassword

44 HTTP Sicherheit: Wireshark

45 HTTP Sicherheit: Wireshark

46 HTTPS HTTPS: Hypertext Transfer Protocol Secure

47 Praxisbeispiel II:

48

49 SMTP Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Im Internet wird Mail zugestellt, indem die Quelle eine TCP- Verbindung zu Port 25 des Ziels aufbaut. SMTP ist ein einfaches ASCII-Protokoll: Nach dem Aufbau der TCP-Verbindung wartet der sendende Rechner (Client), bis der empfangende Rechner (Server) zuerst mit der Kommunikation beginnt. Der Server beginnt durch Aussenden einer Textzeile, durch die er sich identifiziert und mitteilt, ob er annehmen kann SMTP funktioniert nur, wenn der Empfänger einer Mail an einem Rechner arbeitet, der s senden und Empfangen kann. Da dies normalerweise nicht der Fall ist (kaum jemand hat einen Rechner zu Hause, der Tag und Nacht online ist, und auf dem ein Mailserver läuft!), musste eine andere Lösung gefunden werden, um der steigenden Zahl an Benutzern den Empfang von zu ermöglichen: POP3

50 POP3 und IMAP POP3 durchläuft nacheinander 3 Zustände: Autorisierung: Senden des Benutzernamens und Passworts Transaktion: Abruf der Nachrichten aus der Mailbox (Speicherort beim ISP) Aktualisierung: Löschen der Nachrichten POP3 setzt wie SMTP auf TCP auf, d.h. zunächst errichtet das Mailprogramm eine TCP-Verbindung über einen Port (hier idr 110) und führt dann das POP3 Protokoll aus. IMAP-Server horcht auf Port 143

51 MIME MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) From: To: Subject: Picture of yummy crepe. MIME-Version: 1.0 Content-Type: multipart/mixed; boundary=startofnextpart --StartOfNextPart Dear Bob, Please find a picture of a crepe. --StartOfNextPart Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Type: image/jpeg base64 encoded data base64 encoded data --StartOfNextPart Do you want the recipie?

52 Sicherheit POP3 / SMTP / IMAP: ggf. ungesichert / unverschlüsselt Wenn die Regierungen in früheren Zeiten die Privatsphäre der Bürger verletzen wollten, mußten sie einen gewissen Aufwand betreiben, um die Briefpost abzufangen, unter Dampf zu öffnen und zu lesen oder Telefongespräche abzuhören und womöglich zu protokollieren. [ ] Heute ersetzt die Elektronische Post allmählich die herkömmliche Briefpost [ ]. Im Gegensatz zur Briefpost sind s unglaublich leicht abzufangen und auf interessante Stichwörter hin elektronisch zu prüfen. Das läßt sich ohne weiteres, routinemäßig, automatisch und nicht nachweisbar in großem Maßstab bewerkstelligen. (Phil Zimmermann, zitiert nach Singh, Simon: Geheime Botschaften. Die Kunst der Verschlüsselung von der Antike bis in die Zeiten des Internet. Deutscher Taschenbuch Verlag. München S. 357.)

53 PGP Lösung auf Anwendungsschicht: PGP (Pretty Good Privacy) -----BEGIN PGP MESSAGE----- [ ] qanqr1dbwewd4psjmhz2mjobb/odketmbp+qtzcbrh0x+ltec/fpcwylrojtkr4o he1qjejshar5j6b0tpyelgirf/4ofkknndcmrjkt9ofrcgv5go9sz6woezimwhju ht1lf8k84xlvcexpiwdfnthf3vfktumty1fdfl/nfdsjxsigd/3mmbhmn0s9bbue XfEaceWPSiHqIZME9Mr57LeySCag2LVBtAVFN4+aMRH9q/YDB4KKXlUcmIR4z64K WU4fFpdQ7Bp30JCi4L/1R3d9AQgnhdgnv253yYJ1qS+XcVxCcXVEHaChcfUcoNWs 4puujwCdTrcFIEuF9iJeszVxWKFFNOkq9GbQ6w//F/a0tVs2wcBMA24E5h1oRymC AQf8CzQOAQcJspYpeiD1eibRptJTEFiELgylFmO7lEwGhpUQgfmP9EYBnbuYYMF1 Hr3rWEcZBqVqk6C0XEo04H/I4QXr47wRQEYiiSEo088J6eY2PUySOAnv/ITqC0zq zv2u+/qgrwiexgqyklbzh0yz4lxpzjpucmoee/eysfuvuldupxqbbagzamlzdnxw IyETP4zK4NjAzy4NbDmU7A3hF0cBY4BZwapd+o1sbxuZ7PVgAqi1gNF3favGb/u0 KwzevoKFxf1nyePnQwTkQYvG49Eb2vEa0DEVnvpZZvUUPFigqD2X1052pqDrafZ0 ezaqfpcvgvsb8tgg6wotzxtgdchatangok9/6c2khqeiaj5chlfef8dr+e+3mjxl OkcL+JzD6O3JMIK6iylaLrc/sKsZUUC0JTbvm6KdQU4IheTQkS0t0IEvYO652NL+ PMHmQ4qmyX/natFyUlZOlTGJzhLP/n659Uq4zZg9dmDHNZZPvH/ShvPDBJLacKTO s5fhxswh9edjlp+zlfum8m1c7dgmokhyciqtl4rk7ag5/yyrr+kzfa3rfwifrjym [ ] -----END PGP MESSAGE-----

54 Praxisbeispiel III: DHCP

55 IP: DHCP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

56 Praxisbeispiel IV: DNS Domain Name Server / Domain Name System Hausaufgabe

57 Fast geschafft: Dienste und Protokolle der Transportschicht Dienste und Protokolle der Transportschicht (Auswahl): UDP (User Datagram Protocol) Verbindungsloses Protokoll Unterstützt keine Flusskontrolle, Fehlerkontrolle oder erneutes Senden Schnelle, einfache Übertragung Verwendung: z.b.: Multimediaanwendungen RTP (Real Time Transport Protocol Echtzeit- Transportprotokoll) Protokoll für Echtzeit-Multimedia-Anwendungen (Internettelefonie, Audiostreaming, ). Bietet keine Fehlerkorrektur, da Pakete, die erneut gesendet werden würden, ohnehin zu spät einträfen.

58 RTP

59 TCP Transmission Control Protocol (TCP) Verbindungsorientiertes Protokoll TCP ist zuverlässig (alle Datenpakete kommen redundanzfrei, vollständig und in richtiger Reihenfolge an) und verbindungsorientiert (stellt virtuellen Kanal über Sockets her) Multiplexen/ Demultiplexen: Um Daten zwischen mehreren Prozessen auszutauschen, müssen sie multiplext/demultiplext werden, d.h. die Daten müssen einzelnen Prozessen zugeordnet werden. Die Aufgabe der Übertragung der in einem Transportschichtsegment enthaltenen Daten an den richtigen Anwendungsprozess heißt Demultiplexen. Die Aufgabe des Einsammelns von Daten aus verschiedenen Anwendungsprozessen, die Vervollständigung der Daten mit Header- Informationen, um Pakete zu bilden, und die Weiterleitung der Pakete an die Vermittlungsschicht heißt Multiplexen. Erhöht die Effizienz bei der Übertragung!

60 Last but not : IP

61 IP-Adressen: IPv4 IPv4 Adressierung Beispiel IP-Adresse:

62 IPv6 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7347/64

63 /

64 Hausaufgaben Was ist und welche Aufgaben hat ein Domain Name Server? (2 Punkte) Nennen Sie die Schichten des ISO/OSI-Modells und erläutern Sie kurz deren Aufgaben. (1 Punkt) Wozu dienen Ports? Nennen Sie ein Beispiel. (1 Punkt)

65 /

66 Themen / Expertengruppen: 1. War-Driving - Ist s ok, ungesicherte WLANs zu nutzen bzw. zweckzuentfremden? 2. Anonymisierer - Lässt die Verwendung von Anonymisierungssoftware auf kriminelle Intentionen schließen? 3. Spyware - Ist es moralisch vertretbar, sich auf die böse Seite der Macht zu schlagen und dubiose Software zu entwickeln? 4. Exploits - Wie verfahren mit Sicherheitslücken? Grundlage für die Diskussion bietet der Band Gewissensbisse. Ethische Probleme der Informatik. Biometrie Datenschutz Geistiges Eigentum (Weber-Wulff, Class, Coy, Kurz, Zellhöfer: 2009, Transcript-Verlag)

67 Themen / Gruppen: 5. Plagiat und Datenschutz 6. Medizinische Datensammlungen Expertengruppen, rules of play: Jede Expertengruppe: 10 Teilnehmerinnen / Teilnehmer 5: Problemvorstellung & Anregung + Leitung der Diskussion 5: Handout über Problematik ½ Din-A4 Seite eigene Bewertung des gewählten Problems / Problemstellung / Dilemmas 10 Punkte