Hardware-Adresse des Empfängers kennen, bevor er ein IP-Paket im Zielnetz. Mit Hilfe des ARP werden IP- und Hardware-Adressen einander zugeordnet

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1 Hilfsprotokolle IP dient nur zum Versenden von Paketen bei bekannten Adressen. Dabei bleiben einige Fragen offen, die durch Hilfsprotokolle gehandhabt werden: Address esoultion Protocol (AP) everse Address esoultion Protocol (AP) Internet Control Message Protocol (ICMP) Internet Group Management Protocol (IGMP) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 253 Address esolution Protocol AP equest Suche die physikalische Adresse zur IP-Adresse A B C D E AP esponse Die physikalische Adresse zur IP-Adresse ist A B C D E Die Maschine mit der angefragten IP-Adresse sendet eine Antwort Jeder Host speichert in einer Tabelle bekannte IP- und Hardware-Adressen Die Einträge verfallen nach einer gewissen Zeit, um z.b. beim Austausch der Netzwerk-Karte keine Irrläufer zu verursachen Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 255 Zustellung von IP-Paketen Address esolution Protocol (AP) Das Internet ist ein virtuelles Netz, das auf physikalischen Netzen aufsetzt. Daher bieten IP-Adressen nur einen logischen Adressraum. Die Hardware auf den unteren Schichten versteht IP-Adressen nicht. Der Sender muss die Hardware-Adresse des Empfängers kennen, bevor er ein IP-Paket im Zielnetz direkt verschicken kann. Mit Hilfe des AP werden IP- und Hardware-Adressen einander zugeordnet Die Hardware-Adresse ist z.b. bei Ethernet eine 48 Bit-Adresse, die der Hersteller auf der Netzwerkkarte eindeutig fest einprägt AP benutzt die lokale Broadcast-Adresse, um unter Angabe der gesuchten IP-Adresse die Hardware-Adresse dynamisch zu erfragen Eine AP-Anfrage ist nur im lokalen Netz gültig Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 254 Address esolution Protocol Optimierung des Verfahrens: Jeder echner sendet von Zeit zu Zeit einen AP-equest (Broadcast) nach seiner eigenen IP-Adresse. AP equest A B C D E Jeder echner speichert dabei die Absender-IP und Absender-Hardware- Adresse in seinem AP-Cache Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 256

2 AP - everse Address esolution Protocol Nicht bei allen Betriebssystemen wird einem echner beim Starten eine IP- Adresse zugewiesen. Wie erhält ein entsprechender echner nach dem Booten seine IP-Adresse? Mit Hilfe von everse AP werden bekannte Hardware-Adressen IP-Adressen zugeordnet. AP ermöglicht es, dass eine gebootete Maschine ihre Hardware-Adresse broadcastet und von einem AP-Server ihre entsprechende IP-Adresse mitgeteilt bekommt. AP equest Ich habe die Hardware-Adresse 62 A B C D E Die IP-Adresse ist AP-Server Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 257 ICMP - Internet Control Message Protocol ICMP ist ein Steuerprotokoll der Schicht 3, welches auf IP aufbaut! Dieses Protokoll wird z.b. von outern verwendet, wenn etwas Unerwartetes passiert. Beispiel 1: wenn ein outer ein Paket nicht weiterleiten kann, muss die Quelle darüber informiert werden. ICMP-Nachrichten sind insbesondere bei Fehlern im Netz hilfreich. Beispiel 2: ping (Frage nach einem Lebenszeichen einer Station) benutzt ICMP- Nachrichten. Host outer ICMP Message ICMP eply ICMP equest outer Host ICMP equest: Zustandsabfrage ICMP eply: Antwort darauf ICMP Message: Übermittlung von Zustandsinformationen und Kontrollnachrichten Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 259 DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol Problem mit AP: AP-equests werden von outern nicht weitergeleitet, daher muss in jedem Netz ein eigener AP-Server bereitgestellt werden. Abhilfe: DHCP. Ein echner sendet ein DHCP-DISCOVE-Paket. In jedem Teilnetz wird ein DHCP elay Agent stationiert, der solche Nachrichten an den DHCP-Server weiterleitet. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 258 ICMP - Header Also: ICMP versendet Fehler- und Kontrollnachrichten auf Netzebene. Diese Nachrichten werden in ein IP-Paket verpackt ICMP-Nachrichtenformat: IP Header... Type Code Checksum Identifier Sequence Number Optional Data Type/Code gibt die Art der Nachricht an, z.b.: 0 Destination unreachable (Paket kann nicht zugestellt werden) 3 Echo equest/eply (Zustandsabfrage, z.b. beim ping) 4 Source Quench (Choke-Paket, Bitte um eduktion der Datenrate) 11 Time exceeded for Datagram (TTL hat 0 erreicht, das Paket wird verworfen) 12 Parameter Problem on Datagram (Ein Header-Feld ist falsch ausgefüllt) 15/16 Information equest/eply 30 Traceroute (Der Netzwerkpfad wird nachverfolgt) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 260

3 Unicast und Broadcast 1. Übertragung Unicast Sender 2. Übertragung Unicast ist Ende-zu-Ende-Übertragung Mehrere Übertragungen müssen nacheinander erfolgen. Mehrfachbelastung des Übertragungswegs durch dieselbe Nachricht. Ineffiziente Nutzung von Zeiten und Kapazitäten. Empfänger Empfänger Problem bei Unicast und Broadcast: Wie kann man effizient eine Gruppe von echnern adressieren? Broadcast Sender Broadcast ist 'Einer-an-Alle'-Übertragung Ein Paket wird an viele Empfänger geschickt, die es nicht interessiert Belastung durch Nutzung von Übertragungswegen, die eigentlich nicht benötigt werden Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 261 IP-Broadcast und outer egeln für das outing von Broadcasts: Ein Broadcast darf nie auf das Netz gesendet werden, von dem der Broadcast empfangen wurde (würde zu Broadcast Storm führen). Kein Broadcast-outing, wenn der Empfänger im lokalen Netz sitzt (denn in diesem Fall erreicht jede Nachricht sowieso alle Empfänger). Ein Broadcast an alle nicht-lokalen Empfänger wird durch den outing- Mechanismus zum nächsten outer vermittelt. Beispiel: Wenn echner mit IP-Adresse ein Broadcast an alle lokalen Netzknoten versenden will, verwendet er die Adresse Für ein Broadcast ins WTH-Netz verwendet er die Adresse Für ein Broadcast nach Informatik 4: Adresse Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 263 IP-Adressen für Broadcast IP-Adr. Klasse 32 Bits Broadcast-Klassen A,B Netzwerk Subnetz Subnet-Directed-Broadcast A,B,C A,B,C Netzwerk Netzwerk All Subnet-Directed-Broadcast Directed-Broadcast D 1110 Multicast-Adressen Multicast E eserviert für zukünftige Nutzung Limited Broadcast (an eigenes Netz) Adresse Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 262 Gruppenadressen für Hosts IP Host Group Model: Ein Host kann jederzeit in eine Gruppe aufgenommen werden oder sie verlassen. Ein Host kann mehreren Gruppen angehören (mehrfache Mitgliedschaft). Keine Beschränkung der Positionierung eines Hosts. Ein Host muss nicht Gruppenmitglied sein, um senden zu können. Eine Gruppe kann aus beliebig vielen Hosts bestehen. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 264

4 IP-Multicast Wie lassen sich als Mittelding zwischen Unicast und Broadcast beschränkte Gruppen von echnern adressieren? Multicast Empfänger Sender Empfänger Sendung an n > 1 ausgewählte Stationen Probleme: Unterstützung von Multicast ist nicht für alle Geräte zwingend vorgeschrieben effiziente Adressierung: wie schafft man es, genau die gewünschten echner zu erreichen? Vorgehen: Verwendung von Multicast-Adressen: Klasse-D-Adressen, von bis einige davon sind für bestimmte Zwecke reserviert (z.b alle Gateways im Subnet) Standard-IP-Protokoll um Funktionen des Internet-Group- Management-Protocol (IGMP) erweitern Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 265 Multicast Control Path Host outer IGMP-Nachrichten outing-information Mittels IGMP-Nachrichten werden Gruppenzugehörigkeiten weitergegeben Die outer verwalten zu jeder Multicast-Adresse eine outing-information Die outer tauschen ihre outing-informationen aus Sender Kürzeste Wege finden Pruning Messages (schneiden nicht benötigte Äste weg) Mindestens ein Teilnehmer Hier keine Teilnehmer Das outing-protokoll berechnet die kürzesten Wege zu allen echnern im Netz outer, die keine Teilnehmer im angeschlossenen Netz haben, schicken Pruning Messages zurück; das nächste Mal werden die Multicast-Pakete nicht mehr an diesen outer gesendet Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 267 IGMP - Internet Group Management Protocol Gruppenmitglieder Multicast outer Zum Versand von Multicast-Nachrichten an Gruppenmitglieder, die sich in unterschiedlichen physikalischen Netzen befinden, benötigen outer Informationen über Gruppenzugehörigkeiten. Sind solche Gruppen nur temporär, müssen sich outer im Betrieb über Zugehörigkeiten informieren. mittels IGMP-Nachrichten (in IP-Pakete verkapselt) geben Hosts allen Hosts in ihrem Subnetz bekannt, zu welchen Gruppen sie gehören outer merken sich die Existenz der Gruppenmitglieder periodisch fragen die outer nach (Polling), welche Multicast-Gruppen noch präsent sind outer tauschen Informationen aus, um Multicast-outing-Bäume festzulegen Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 266 Beispiel Multicast-Gruppen (a) Netzwerk mit Interessenten für zwei Multicast-Gruppen (b) Sink-Tree für den linken outer (c)/(d) Multicast-outing-Bäume für die Gruppen 1 und 2 Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 268

5 Multicast-Tunnel Problem: Nicht alle outer sind multicastfähig Lösung: IP-Tunneling: Multicast-outer verpacken IP-Multicast-Pakete in normale IP-Pakte und versenden sie direkt an die anderen Multicast-outer Internet Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 269 Mbone Services Bewegtbild-Übertragung Bildtelefon Breitbandvideokonferenz Videoüberwachung Call Services Fernlehrgänge Zugriff auf Datenbanken Nachrichtenaustausch Video Mail Übermittlung von Dokumenten Datenkommunikation LAN-Anschlüsse CAD/CAM-Anschlüsse Bildübertragung Breitbandige Informationsdienste Video-On-Demand Breitbanddienste (adio, Fernsehen) Elektronische Zeitung Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 271 Multicast Backbone Gestern Gestern Multicast-Backbone Multicast-Backbone (Mbone) (Mbone) Globales Globales Netzwerk Netzwerk mit mit Multicast-Technologie Multicast-Technologie erste erste Experimente Experimente (Übertragung (Übertragung einer einer IETF-Konferenz) IETF-Konferenz) Heute Heute Komplexes Komplexes Multicast-outing-Netzwerk Implementierung Implementierung von von Mehr-Parteien-Konferenzen, Seminaren Seminaren oder oder Vorlesungen Vorlesungen Benutzt Benutzt für für Übertragung Übertragung großer großer Datenmengen Datenmengen Morgen Ende der Experimentierphase, Einsatz als echter Dienst Ende der Experimentierphase, Einsatz als echter Dienst Multicast-outing Multicast-outing durch durch richtige richtige outer outer statt statt durch durch konfigurierte konfigurierte UNIX- UNIX- Workstations Workstations Soll Sollin in wenigen wenigen Jahren Jahren ein ein zentraler zentraler Service Service im im Internet Internet werden werden Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 270 outing im Internet Das Internet setzt sich aus einer großen Zahl autonomer Systeme zusammen. Jedes autonome System wird von einem eigenen Unternehmen betrieben und kann eigene outing-protokolle verwenden. Durch Standardisierung der verwendbaren Protokolle lassen sich an den Grenzen der autonomen Systeme Gateways zur Weiterleitung der Pakete einsetzen. Internes Protokoll 1 Externes Protokoll Internes Protokoll 2 Internes Protokoll 3 Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 272

6 outing-protokolle Interior Gateway-Protokolle (outing in autonomen Systemen, zur effizienten Übertragung) outing Information Protocol (IP) Jeff Doyle: outing TCP/IP, Vol. 1. Internet Gateway outing Protocol (IGP) Enhanced IGP Cisco Press, Macmillian Technical Publishing Open Shortest Path First (OSPF) Intermediate System - to - Intermediate System (IS-IS) Exterior Gateway-Protokolle (outing zwischen Domänen, Beachtung von Policies der Domänen) Border Gateway Protocol (BGP) Exterior Gateway Protocol (EGP) outer Discovery-Protokolle ICMP outer Discovery Protocol (IDP) Hot Standby outer Protocol (HSP) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 273 Internes Gateway-outing- Protokoll - OSPF Open Shortest Path First 1990 von IETF standardisiert (FC 1247) Offenes Protokoll (nicht herstellerspezifisch) Unterstützt eine Vielzahl von Metriken (Entfernung, Verzögerung etc.) Dynamischer Algorithmus zur schnellen Anpassung an sich verändernde Bedingungen im Netz Bietet Lastausgleich zwischen redundanten Leitungen Unterstützt hierarchische Systeme Enthält Sicherheitsmechanismen, um outer vor böswilligen / falschen outing-informationen zu schützen Unterstützt werden drei Arten von Verbindungen: - Punkt-zu-Punkt-Leitungen zwischen outern - Mehrfachzugriffsnetze mit Broadcasting (meistens LANs) - Mehrfachzugriffsnetze ohne Broadcasting (z.b. paketvermittelnde WANs) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 275 outing Information Protocol (IP) Ursprüngliches internes Gateway-Protokoll des Internets Basiert auf dem Distance Vector Protocol IP-Nachrichten werden alle 30 Sekunden in UDP-Datagrammen verschickt Als Metrik zur Bewertung der Pfade wird die Anzahl der Hops verwendet. (Die maximal mögliche Zahl an Hops ist auf 15 beschränkt!) In einer Nachricht können (nur) bis zu 25 Einträge der outing-tabelle verschickt werden gut geeignet für kleinere Systeme Probleme: langsame Konvergenz (im Minutenbereich), Count-to-Infinity, keine Adressierung von Subnetzen IPv2: Subnetze, Authentifikation, Multicast,... aber: die maximal mögliche Zahl von Hops bleibt auf 15 beschränkt. Als eaktion auf die Beschränkungen von IP führte Cisco das Internet Gateway outing Protocol (IGP) ein: Erweiterung der Metrik, Load Sharing, effizienteres Paket-Format. Breit durchgesetzt hat sich das Protokoll jedoch nicht, da es Cisco-spezifisch ist... Ablösung durch ein Link-State-Protokoll (OSPF) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 274 OSPF OSPF berechnet für ein autonomes System einen Graph, in dem jede Kante einer Kostenstelle (Entfernung, Verzögerung,...) entspricht. Dann folgt die Berechnung des kürzesten Pfads von jedem outer zu jedem anderen. WAN 1 WAN 2 A B C D E F LAN1 LAN2 G WAN 3 W W2 A B C D F 6 H I J H J 1 L2 2 L G W3 Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 276

7 OSPF Das Internet wird in Autonome Systeme (AS) aufgeteilt Sehr große autonome Gebiete werde in Bereiche unterteilt Jedes autonome System hat einen Backbone, über den man von jedem beliebigen Teil zu einem anderen gelangen kann Jeder outer, der zu zwei oder mehr Bereichen gehört, ist Teil des Backbones In diesen Bereichen hat jeder outer dieselbe Link-State-Datenbank und führt den gleichen Algorithmus zur Ermittlung des kürzesten Weges aus Ein outer, der zwei Bereiche verbindet, benötigt aus beiden Bereichen die Link- State-Datenbank OSPF unterscheidet vier outer-klassen: - Interne outer, die gänzlich zu einem Bereich gehören - outer an Bereichsgrenzen, die zwei oder mehr Bereiche verbinden - Backbone-outer, die sich am Backbone befinden - AS-Grenz-outer, die zwischen mehreren autonomen Systemen vermitteln Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 277 Die 5 Nachrichtentypen von OSPF Wenn ein outer gestartet wird, sendet er zunächst eine HELLO-Nachricht auf allen Verbindungen, um seine Nachbarn zu ermitteln. Informationsaustausch danach findet nicht mehr mit allen Nachbarn statt, da dies in Broadcast-Netzen ineffizient wäre. Statt dessen wird in solche Fällen ein dedizierter outer bestimmt, der stellvertretend für das Netz ist und die Kommunikation mit allen anderen angeschlossenen outern übernimmt. Nachrichtentyp Beschreibung Hello Dient zur Feststellung, wer die Nachbarn sind Link State Update Gibt die Kosten des Senders an seine Nachbarn aus Link State Ack Bestätigt eine Link-State-Aktualisierung Database Description Gibt die neuesten Update-Informationen des Senders bekannt Link State equest Fordert Informationen vom Partner an OSPF läuft direkt über IP Alle OSPF-Pakete beginnen mit einem gemeinsamen Header Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 279 OSPF AS 1 AS 2 Backbone Backbone outer Bereich Beziehung zwischen autonomen Systemen (AS), Backbones und Bereichen in OSPF Interner outer externes Protokoll verbindet die autonomen Systeme AS 3 AS 4 Bereichs- grenz- outer Grenz-outer des autonomen Systems (AS) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 278 Der gemeinsame Header Version # Typ Paketlänge outer-id Bereichs-ID Prüfsumme Autyp Beglaubigung Beglaubigung Version gibt die Versionsnummer von OSPF an Typ ist der enthaltene Nachrichtentyp Paketlänge entspricht Anzahl der Bytes in einem Paket outer-id ist die Kennung des outers Bereichs-ID die Kennung des Bereichs Autyp: 0 ohne Authentifizierung, 1 einfache Authentifizierung (ein Passwort wird mitgesendet) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 280

8 Hello-Protokoll OSPF-Paket-Header, Typ = 1 (Hello) Netzwerkmaske Hello-Interval Optionen Priorität Totintervall Dezidierter outer Ernannter Backup-outer Nachbar Nachbar Alle Felder sind 32 Bit lang (außer Hello-Intervall, Optionen, Priorität) Hello-Pakete werden alle Hello-Intervall-Sekunden vom outer gesendet Innerhalb eines LANs sendet nur ein dedizierter outer Enthält eine Liste aller Nachbarn, die innerhalb des Totintervalls gesendet haben Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 281 Externes Gateway-Protokoll - BGP Interne Gateway-Protokolle sind auf Effizienz ausgerichtet: finde den besten Weg zum Zielrechner. Externe Gateway-Protokolle müssen (politische, wirtschaftliche,...) egeln beachten. BGP - Border Gateway Protocol Ist ein externes outing-protokoll Variante des Distance Vector Protocol: nicht die Kosten eines Übertragungswegs werden überwacht und ausgetauscht, sondern komplette Pfadbeschreibungen Beachtet Sicherheits- und andere egeln (outing-policies) Teilt Nachbarn den zu benutzenden Pfad mit (deterministisch) Verwendet TCP zum Datenaustausch Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 283 Das Austauschprotokoll Existiert in zwei Varianten: Data Base Description und Link State equest Dient dem Abgleich zweier Datenbanken von benachbarten outern z.b. bei einer Neukonfiguration, einer neuen Punkt-zu-Punkt Verbindung etc. Asymmetrischer Abgleich (Master Slave) der Datenbanken Bei Paketverlust erfolgt eine erneute Übertragung Link State equest wird verwendet, falls Inkonsistenzen in einer Datenbank auftreten Data Base Description teilt dem Anfragenden alle Daten des Antwortenden mit Link State Update und Link State Ack sind die normalen, regelmäßig verschickten Zustandsinformationen. Hierzu wird Flooding verwendet. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 282 Externes Gateway-Protokoll - BGP Annahme: F benutzt FGCD, um D zu erreichen An F gesendete Informationen F empfängt von Nachbarn folgende Informationen über D: A E Mehrere BGP-outer B F I C G J D H von B: Ich benutze BCD von G: Ich benutze GCD von I: Ich benutze IFGCD von E: Ich benutze EFGCD F sucht die optimale oute Pfade von I und E werden gleich verworfen, weil sie durch F führen B und G stehen zur Wahl Anwendung von Policies outen, die Policies verletzten, werden auf inf gesetzt Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 284

9 Multicast-outing Distance Vector Multicast outing Protocol (DVMP, FC 1075) Verwendet Class-D-Adressen, z.b gesamtes LAN alle outer des LANs alle OSPF-outer des LANs alle dedizierten OSPF-outer des LANs Verwaltung spezieller outing-tabellen, können getrennt von normalen outing- Tabellen gehalten werden Implementierung verfügbar als Public-Domain Software mrouted, derzeit die populärste Multicast-Protokoll-Implementierung Distance Vector Protocol Verwendet eversepathforwarding(pf): ein Paket wird nur weitergeleitet, wenn es auf der kürzesten oute vom Sender eintrifft. Damit werden Schleifen im outing-baum vermieden. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 285 Einhaltung von QoS Mechanismus: betrachte einen Fluss von Datenpaketen als Strom, versuche, für diesen Strom Qualitätsanforderungen durchzusetzen. Traffic Shaping, z.b. Leaky Bucket und Token Bucket Overprovisioning: erhöhe outer-kapazitäten, Buffer und Bandbreite Buffering: speichere die Daten beim Empfänger zwischen. Dadurch wird zwar die Verzögerung erhöht, aber der Jitter gesenkt (Audio/Video on Demand) Packet Scheduling (z.b. Weighted Fair Queuing) Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 287 Quality of Service im Internet Problem heute: IP ist paketvermittelnd, daher gibt es bei einer Übertragung keinerlei Granatien (Durchsatz, Übertragungsverzögerung,...) Aber: viele Anwendungen benötigen eine gewisse Dienstgüte (Quality of Service, QoS), um vernünftig ausgeführt werden zu können: Anwendung Zuverlässigkeit Verzögerung Jitter Bandbreite hoch niedrig niedrig niedrig Dateitransfer hoch niedrig niedrig mittel Web-Zugriff hoch mittel niedrig mittel emote Login hoch mittel mittel niedrig Audio on Demand niedrig niedrig hoch mittel Video on Demand niedrig niedrig hoch hoch IP-Telefonie niedrig hoch hoch niedrig Videokonferenz niedrig hoch hoch hoch Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 286 Packet Scheduling Bestimme die eihenfolge, in der ein outer ankommende Pakete weiterleitet. FIFO (First In, First Out) Die Pakete werden der Ankunft nach übertragen; ist der Buffer voll, werden weitere Pakete verworfen. Priority Queueing Anhand eines Merkmals (Bit im Header, Zieladresse,...) wird einem Paket eine Priorität zugeordnet. Für jede Priorität existiert ein eigener Buffer. Es wird immer die höchst-priorisierte, nicht-leere Warteschlange abgearbeitet. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 288

10 Packet Scheduling ound obin Taste alle Warteschlangen der eihe nach ab und sende jeweils ein Paket aus jeder nicht-leeren Warteschlange Weighted Fair Queueing Verbinde ound obin mit Priorisierungen der einzelnen Warteschlangen Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 289 SVP Ablauf bei Verwendung von SVP: Der Sender schickt eine SVP Path Message zum Empfänger. Hierdurch werden die Weginformationen der outer eingesammelt und dem Empfänger mitgeteilt. (Es können auch direkt Flussspezifikationen für den Empfänger mitgegeben werden.) Der Empfänger schickt entlang dieses Pfads SVP eservation Messages, die seine Flussspezifikation enthalten. Jeder outer auf dem Weg reserviert entsprechend. Ist eine eservierung bei einem outer nicht möglich, wird eine Fehlernachricht zurückgeschickt. Sobald die SVP eservation Message den Sender erreicht, ist der komplette Weg reserviert, der Sender fängt an zu senden. Um veraltete eservierungen löschen zu können, werden Timeouts definiert. Frischt der Empfänger seine eservierung nicht vor Ablauf des Timers auf, wird sie gelöscht. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 291 esource eservation Problem mit all diesen Techniken: Pakete können unterschiedliche Wege nehmen Daher nötig: baue einen Pfad durch das Netz auf und reserviere festgelegte Kapazitäten von Bandbreite, Bufferspeicher und CPU-Zeit. Von der IEFT standardisiert als esource reservation Protocol, SVP SVP ist kein outing-protokoll, nur ein "Aufsatz" auf ein solches. Benötigt wird eine Beschreibung der Anforderungen des Empfängers in Form eine Flussspezifikation (Level des QoS). Kategorien sind 1.) Best Effort: mach es, so gut es geht 2.) ate-sensitive: eine garantierte Übertragungsrate ist nötig 3.) Delay-sensitive: eine garantierte Verzögerung ist nötig SVP kann für Unicast und für Multicast verwendet werden Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 290 SVP bei Multicast (a) Aufbau eines Pfads von Empfänger 3 zu Sender 1 (b) Aufbau eines zweiten Pfads, da beide Datenströme unabhängig sind (c) Bei Multicast können bereits bestehende eservierungen genutzt werden Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 292

11 QoS im Internet: Integrated Services standardisiert durch die IETF als Architektur zur Übertragung von Multimedia-Strömen Integrated Services (IntServ) baut auf SVP zur Signalisierung von Flussspezifikationen und eservierungen auf und ermöglicht QoS für jeden Datenfluss einzeln Somit ähnelt das Prinzip dem Aufsetzen einer Verbindungsorientierung auf IP Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 293 QoS im Internet: Differentiated Services Klassen-basierter Ansatz (Differentiated Services, DiffServ): verzichte auf Garantien und verwalte nur aggregierte Datenströme Damit wird die Komplexität in die outer "am and" des Netzes verlagert, interne outer können einfacher gehalten werden. Teile das Netz in Domänen auf. Eine Domäne ist ein Teilbereich des gesamten Netzwerks, welcher DiffServ unterstützt. Sie besteht aus Zugangsroutern zur Domäne (Ingress-outer, gelb) und internen outern (Core-outer, blau). Die Domäne definiert Dienstklassen, in die jeder Datenfluss eingeordnet wird. Bei Eintritt in die Domäne (am Ingress-outer) wird jedes Paket einer Klasse zugeordnet und im Netz nur noch entsprechend weitergeleitet. Dadurch wird eine bessere Skalierbarkeit als bei IntServ erreicht. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 295 Integrated Services Klassen von QoS: Guaranteed: Bandbreite, Verzögerung und Zuverlässigkeit werden garantiert. Abweichungen kommen nicht vor. Controlled Load: "schwache" Garantien, Abweichungen sind in Maßen möglich. Prinzip: für Datenströme dieser Klasse erscheint das Netz als "schwach ausgelastet" Best Effort: so gut wie möglich, normaler Internet-Verkehr Probleme: Skalierbarkeit: für jeden Datenfluss muss ein outer eigene Flussspezifikationen überwachen Wie können eservierungswünsche authorisiert und priorisiert werden? Die QoS-Klassen reichen nicht aus, um vernünftig zwischen verschiedenen Datenstromarten zu unterscheiden. Möglich: setze IntServ nur "am and" großer Netze ein, wo es wenig Datenflüsse gibt Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 294 Anwendung von DiffServ Nutzung des Type-of-Service-Felds bei IPv4 für die Klassifizierung (DSCP Differentiated Service CodePoint). Der DSCP-Eintrag definiert das per-hop- Verhalten des Pakets von einem outer zum nächsten. Type of Version IHL Total Length Service Identification Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum D F M F Precedence D T frei Source Address Destination Address DSCP frei Für DiffServ sind momentan u.a. folgende Klassen (als Übertragungsverhalten) definiert: Expedited Forwarding (einfachste Klasse) Assured Forwarding Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 296

12 Expedited Forwarding Idee bei Expedited Forwarding: es gibt "reguläre" und "eilige (expedited) Pakete. Eilige Pakete werden so weitergeleitet, als gäbe es keinen oder wenig weiteren Verkehr. Für sie wird eine minimale Übertragungsrate garantiert. outer können für diese beiden Gruppen getrennte Queues verwalten (Weighted Fair Queueing). Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 297 Assured Forwarding p minth 3 minth 2 maxth 3 maxth 2 minth 1 maxth 1 1 p max2 p max1 p max3 0 s Füllstand des Buffers eines outers Drei Verwurfswahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit von der Auslastung des outers Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 299 Assured Forwarding Bessere Differenzierung: Definition von 4 (momentan; es sind auch mehr Klassen möglich) Prioritätsklassen mit eigenen essourcen Für jede Klasse sind drei Wahrscheinlichkeiten für das Verwerfen eines Paketes definiert: niedrig, mittel, hoch Damit: insgesamt 12 verschiedene Dienstklassen Arbeitsweise: Die Prioritätsklasse bestimmt den Anteil der Sendekapazität des outers Bei starker Belastung würden hierdurch Pakete niedrigerer Priorität ganz verworfen Fairness: jede Prioritätsklasse sollte Chancen haben, durchzukommen Daher Definition der Wahrscheinlichkeiten für jede Klasse. Durch geeignete Auswahl der Wahrscheinlichkeiten kann einem kleinen Teil der niedrigsten Prioritätsstufe immer noch eine Weiterleitung möglich sein, während schon Pakete höherer Prioritätsklassen verworfen werden. Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 298 Assured Forwarding 1. Einordnung der Pakete in Dienstklassen 2. Entsprechende Wahl des DSCP-Tags 4. Weighted Fair Queueing gemäß Prioritätsklassen 3. "Shapen", d.h. In-Form-Bringen der Datenströme gemäß ihrer Flussspezifikation. Überschreiten der Spezifikationen führt zu Verwerfen von Daten. Falls danach immer noch zu viel Daten anfallen, Verwerfen der Pakete gemäß ihrer Wahrscheinlichkeit Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 300

13 Label Switching: MPLS Während die IETF an IntServ und DiffServ arbeitete, dachten auch outerhersteller weiter: versehe jedes Paket mit einem Label, auf dessen Basis das outing geschieht (anstatt aufgrund des Zielhosts). esultat: MultiProtocol Label Switching, MPLS Das Label findet nirgendwo im IP-Header Platz, also setze es davor: Eigentliches Label Dienstklasse Zur Verwendung in hierarchischen Netzen Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 301 MPLS Arbeitsweise: Das erste Paket eines Datenstroms bestimmt den Weg. Der outer speichert die Label-Information des Pakets und schickt alle weiteren Pakete mit diesem Label über die gleiche Leistung (logischer Kanal). Damit wird sozusagen eine Verbindungsorientierung geschaffen. Ein outer entscheidet anhand des Labels, auf welche Ausgangsleitung ein Paket gegeben wird. Gleichzeitig wird auch ein neues Label gesetzt, welches "den nächsten outer instruiert". Der outer kann wieder verschiedene Warteschlangen verwalten, die Zugehörigkeit eines Pakets wird durch das QoS-Feld bestimmt. Am Ende des Netzes kann das Label entfernt und die IP-Adresse als Weginformation verwendet werden. Unterschied zu verbindungsorientierten Netzen: es gibt keinen Verbindungsaufbau. In hierarchischen Netzen kann ein Paket mit mehreren Labeln hintereinander versehen sein. In diesem Fall ist das S-Bit gesetzt. Achtung: keiner der Ansätze zu QoS im Internet in weit verbreitet momentan ist alles noch im Experimentalstadium Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz Seite 302