Übersicht OSI-MODEL. Anwendungsprotokoll. Darstellungsprotokoll. Sitzungsprotokoll. Transportprotokoll. Grenze des Kommunikations-Subnets.

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1 Übersicht OSI-MODEL Layer 7 Application Interface 6 Presentation Anwendungsprotokoll Darstellungsprotokoll Schicht Anwendung 7 Schnittstelle D arstellung 6 5 Session Sitzungsprotokoll Sitzung 5 4 Transport Transportprotokoll Transport 4 Grenze des Kommunikations-Subnets 3 Network Vermittlung Vermittlung Vermittlung 3 Internes Subnet-Protokoll 2 D ata link Sicherung Sicherung Sicherung 2 1 Physical Host A Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Host B 1 Schicht 3 Vermittlungsschicht ermöglicht netzübergreifenden Verkehr Aufgaben: netzweite Adressierung Routing Aufbau, Betrieb, Abbau netzweiter Verbindungen Kopplung von Teilnetzen Umsetzung unterschiedlicher Formatierungen von Nachrichten unterschiedliche Zugriffsverfahren Anpassung unterschiedlicher Netzdienste

2 Kopplung von Teilnetzen Repeater Schicht 1 Brücke (bridge) Schicht 2 Router Schicht 3 Gateways höhere Schichten Verkehrsseparierung, Adressierung, Routing,... Netz Datagramm-Netz Nachrichten in einzelne Datagramme zerlegen evtl. auf unterschiedlichen Wegen zum Empfänger Probleme: Reihenfolgeumstellung Unzuverlässigkeit Verlust von Paketen Laufzeitunterschiede Netze mit virtuellen Schaltkreisen 1. Verbindungsaufbau 2. Datentransferphase 3. Verbindungsabbau

3 Schicht - 3- Dienste verbindungslos/verbindungsorientiert Dienst verbindungsorientiert verbindungslos Netz virtuelle Schaltkreise verbindungslos Datagramm Verbindungsprotokoll: Verbindungsaufbau, Datentransfer, Verbindungsabbau Kanalnummern Parameter des QoS reihenfolgetreue Übertragung Flußkontrolle 2 Philosophien 1) Möglichst umfassender, zuverlässiger Netzdienst (wird vom Netzbetreiber angeboten) einfache Tarifierung für den Netzbetreiber zuverlässiger Ende-zu-Ende - Dienst für den Nutzer (wenig Komplexität nötig) 2) Netzdienst nicht garantiert zuverlässig Nutzer muß für zuverlässige Ende-zu-Ende-Verbindung Komplexität auf Schicht 4 hinzufügen Schicht 3 kann einfach (verbindungslos) gestaltet werden

4 Routing Aufgabe: "günstigsten" Weg vom Sender zum Empfänger bestimmen Routingtabellen in den einzelnen Knoten eindimensional Entscheidung hängt nur vom Zielknoten ab zweidimensional Entscheidung hängt vom Sende- und Zielknoten ab A C/B Sender C A/B S Z L B Empfänger Routing Kriterien für "Optimalität" kurze Antwortzeit hoher Durchsatz Vermeidung lokaler Überlastsituationen Sicherheitsanforderungen kürzester Weg "optimale" Wegwahl ist prinzipiell nicht möglich, da: keine vollständige Information über das Netz in den einzelnen Knoten vorliegt Wegwahl auf gewissen Zeitraum Auswirkungen hat

5 Routing-Algorithmen Routing statisch adaptiv determ. stochastisch zentralisiert isoliert verteilt determ. stochast. determ. stochast. lokal global determ. stochast.determ. stochastisch Festes Routing Source-Routing: Route wird vom Sender vorgegeben IP-Header 3,5,7,8 Payload Internes Routing:Routingentscheidung durch Zwischenknoten starres Auswahlkriterium 2 3 L 3 1 L 2 4 L 1 5 nach Knoten via Leitung L 2 L 2 L 3 L 1 y stabil y einfach y keine Reaktion auf sich ändernden Netzzustand y katastrophal bei Ausfall von Links oder Knoten

6 Flooding in Knoten gibt Paket über alle Links hohe Zuverlässigkeit große Anzahl von kopierten Datenpaketen militärische Anwendungen Probabilistisches Routing A L P(L) 1 25% 2 25% 3 30% 4 20% B L P(L) 1 75% 2 25% A p 1 p 2 p n B

7 "Hot Potato" Ausgangsleitung, die aktuell am wenigsten belastet ist 1 50 % 2 20 % 3 90 % A L 4 L 3 L 2 B L 4 Problem: "Kreisen" Abhilfe: Liste der zuletzt besuchten Knoten mitführen "Hot Potato" Shortest Queue ohne Bias Berücksichtigung der Shortest Queue mit Bias Handovernummer Lokale Schätzverfahren via nach Knoten L 1 L 2 L 3 Knoten via min L 1 L 2 L 3 in L 1 L 2 L 3

8 Routing-Kriterium i = Zielknoten L = ausgehende Leitungen z.b. L 1, L 2, L 3 TD = Time Delay min TD (i,r) r "Hot Potato": TD(i,r) = Restabarbeitungszeit an der Leitung L r festes Routing: TD(i,r) = minimale Laufzeit nach Zielknoten i über L r Backwards Learning: TD(i,r) = k TD(i,r)+(1-k) T in (i,r) 0 k<1 i j Adaptive Verfahren NCC y Network Control Center (NCC) gibt Routingstrategien und Netzinformationen in regelmäßigen Zeitabständen an alle Knoten Routingentscheidung lokal durch Knoten y verteiltes Routing lokal aufgestellte Routingtabellenwerden durch regelmäßigen Informationsaustausch mit Nachbarknoten aktualisiert LSA: Link State Advertisement / Announcement i

9 Kooperierende Routing - Verfahren U i Uj i eigene (lokale) Delay-Schätzungen regelmäßiger Informationsaustausch zwischen Nachbarknoten j = Knoten i = Ziel L = Leitung Tabelle TD j mit Einträgen TD j (i, L) wird geschätzt min {TD j (i, L)} i j U j (i) := 0 i = j Tabelle der erwarteten Restlaufzeiten Tabellen U j werden regelmäßig zwischen Nachbarn ausgetauscht Aktualisierung der Tabelle TD j anhand der Informationen von den Nachbarknoten: U k (i) j K i P(i, L jk ) + U k (i) i j TD j (i, L jk ) := 0 i = j Sukzessive Informationsfortpflanzung Informationen müssen zuverlässig sein sonst: (bekanntekatastrophe) Christmas Deadlock: Ein Knoten j meldete U j = (0,..., 0) Folge: Fast gesamter Verkehr wurde über j geleitet Zusammenbruch Nachteile: unzuverlässige Informationen gefährlich Informationsausbreitung dauert eine gewisse Zeit "Schweinezyklus"-Effekt zusätzlicher Overhead

10 Informationsaustausch 1.) Informationsaustausch mit Nachbarn - RIP - Bellmann-Ford, Ford-Fulkerson - Distance Vector Routing SP1 SP3 SP2 2.) Globaler Informationsaustausch Link State Routing Knoten LSA: Link State Advertisements LSA 1... LSA m j Service Provider Internet Protokoll (IP) "TCP / IP" entspricht Schichten 3 und 4 des OSI-M odels OSI Verarbeitung Darstellung Sitzung Transport Vermittlung Sicherung Bitübertragung IP: transparente, verbindungslose Übertragung von Datagrammen IP-Adressierung: (IP V s.4) hierarchisch 4 Adressenformate A dressenlänge: 32 bit 3 N etzklassen M ulticast vs. TCP / IP Application Transport Network Link Media Telnet, FTP, SMTP, HTTP TCP, UDP IP, ICMP, IGMP Device Drivers Interface Card

11 IP - Routing FTP Client FTP Client TCP Routing TCP IP IP-Protocol IP IP-Protocol IP Driver Protocol Driver Token Ring Driver Token Ring Protocol Token Ring Driver Token Ring IP-Datagramm IPv4 Header Datenteil Bit 4 Bit Version IHL Type of Service total length Identification F D M Fragment Offset Time-to-live Protocol Header Checksum Sender IP-Name Receiver IP-Address Options DATA fester Headerteil 20 Byte Optionen Byte Version: IHL: IP-Versionsnummer ( mehrere IP-Versionen gleichzeitig einsetzen) IP-Header-Length (in 32 Bit-Worten 5, 15 Optionen max. 40 Byte)

12 IP-Datagramm IPv4 Type of Service: 3Bit Precedence Priorität ( 0 (normale Datagramme) bis 7 (Steuerungspakete)) D Delay - (kurze) Verzögerung T Throughput - hoher Datendurchsatz R Reliability - große Zuverläsigkeit C Minimize Monitoring Cost 1 Bit - frei wird in der Regel nicht beachtet! total length: Identification: D-Bit: M-Bit: Länge gesammtes Datagramm (in Bytes) = Bytes alle Fragmente eines Datagrammes erhalten gleiche Identification Don't Fragment (alle Router müssen Fragmente 576 Byte bearbeiten) More Fragments (auf "1" gesetzt bei allen Fragmenten bis auf das letzte eines Datagrammes) IP-Datagramm IPv4 Fragment Offset: Time-to-Live: Protocol: Header Checksum: (13 Bits) Numerierung der Fragmente eines Datagrammes [13 Bits 2 13 = 8192 Fragmente numerieren jedes Fragment muß mind. 8 Byte Daten haben 8192 * 8 Byte = Byte] (8 Bits) Lebenszeit von Datagrammen begrenzen max. 255s Lebensdauer zulässig (Hops und Verweilzeit in Routern) tatsächlich werden nur Hops gezählt max. Wert erreicht Datagramm verwerfen + Warnpaket an Quellhost welches Transportprotokoll in Datenteil (UDP,TCP,...), feste Nummer Komplement der Summe der 16-Bit-Wörter des Headers (nur des Headers) Header ändert sich von Router zu Router (Time-to-Live-Feld) jeweils Checksum neu berechnen

13 IP-Datagramm IPv4 OPTIONEN: Security: Strict Source Routing: Loose Source Routing: Record Route: Time Stamp: wie geheim ist Paket (Ziel z.b. bestimmte Länder/Netze umgehen) Kompletter Pfad vom Quell- zum Zielhost Liste von Routern, die in angegebener Reihenfolge durchlaufen werden sollen (weitere Router erlaubt) Aufzeichnen IP-Adressen der durchlaufenen Router (max. 9 IP-Adressen möglich) Record Route (je 32 Bit) + Zeitstempel (je 32 Bit) Subnet und Broadcast Class A Netze 0 24Bit für Host Netzteil Class B Netze Subnet Mio Hosts Für Sonderzwecke Netzteil 16 Bit für Host Hosts Host Class C Netzteil 2 Mio Netze 8 Bit für Host 254 Hosts Class D 1110 Multicast-Adresse 28 Bits Class(E für zukünftige Anwendungen)

14 Subnet und Broadcast Class B: 3. Octet subnet xxx,, Class B Subnet Blaubaer: PC s, Mac s Unix-WS (Fachgruppe Informatik) Serial Line IP SLIP - nur für IP - keine Fehlerüberwachung ( Fehlerüberwachung in höheren Schichten) - keine dynamische Adressenzuweisung - keine Authentifikation Für Internet -zugang über Provider wenig geeignet

15 Point-to-Point Protokoll PPP Ähnlich HDLC - Verbindungssteuerung LCP Link Control Protocol - Übertragung in Rahmen mit (optionaler) Fehlersicherung - Unterstützung der Vermittlungsschicht NCP Network Control Protocol (pro Protokoll der Vermittlungsschicht jeweils eigenen NCP) IP: dynamische Zuweisung von IP-Adressen - Verbindungsaufbau Schicht 1 (Modem-Verbindung) - Verbindungsaufbau auf Schicht 2 (PPP-Verbindung) Mit LCP (LCP-Pakete im Nutzdatenteil von PPP- Rahmen) Festlegen von PPP-Parameter Point-to-Point Protokoll PPP - Konfiguration der Schicht 3 mit NCP (NCP-Pakete in PPP-Paketen) - Schicht 3-Übertragung möglich (Internet-Zugang) - Internet-Zugang beenden - Vermittlungsschicht beenden mit NCP (IP-Adresse freigeben) - Mit dem LCP Verbindungsabbau auf Schicht 2 (PPP) - Modem-Verbindung (phys. Schicht) beenden

16 Internet-Service-Provider ISP Internet a/b Modempool Modem ISDN User ISP PPP-Rahmen /2 Standard 1500 Byte 2/ Protokoll Nutzdaten Prüfsumme Flagge Address Steuerung i.d.r keine Folgenummern Protokoll : (Standard 2 Byte) Pakete welchen Protkolls im Nutzdatenfeld 0... Protokolle der Vermittlungsschicht 1... Protokolle für die Verhandlung mit anderen Protokollen (LCP, NCP,...) Flagge wird - im Gegensatz zu HDLC- zeichengestopft LLC: : Länge des Protokollfelds max. Länge des Nutzdatenfeldes Länge der Prüfsumme Folgenummern ja/nein Address Steuerungs-Byte weglassen...

17 INTERNET adressen Hosts Teilnetz Hosts LAN LAN Router a/b ISP User/Host ISDN (HDSL) LAN flache Adressierung IP-Adresse: -Adresse: 48 Bit weltweit bekannt i.d.r. nur im lokalen Netz bekannt Abbildung IP-Adresse auf die -Adresse erforderlich ARP (Adress Resolution Protocol) lokal: IP-Adresse Adresse

18 ARP liegt kein Tabelleneintrag vor: Broadcast-Anfrage Sender Sender IP-Adresse -Adresse Router R I RE Ziel Ziel IP-Adresse -Adresse Z I Antwort Sender Sender IP Z I Z E Ziel Ziel IP R I R E ARP A B C D E F G H I J K B kennt IP + -Adressen von A, C, D und die eigene IP-Adressen der anderen Rechner B sendet an E ein Datenpaket B: Adresse Quelle Ziel IP B E B D D: IP B D E E

19 RARP Reverse Address Resulution Protocol -Adresse bekannt, Internet-Adresse erfragen Internet-Anwendungen A N W E N D U N G E N TCP UDP ARP IP-Adresse I P IP-Adresse ARP -Adapter -Adapter IP-Router 1 2