iis Innsbruck Information Systems Netzwerke University of Innsbruck

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1 iis Innsbruck Information Systems University of Innsbruck Netzwerke Institut für Wirtschaftsinformatik, Produktionswirtschaft und Logistik Tätigkeitsbereich Wirtschaftsinformatik

2 Warum Netzwerke? Gemeinsame Nutzung von Daten und Dokumenten Gemeinsame Nutzung von Hard- und Software und Peripheriegeräten Zentralisierung von Verwaltung und Support Ausfallssicherheit (z.b. Backup, Archivierung) Vermeidung von Medienbrüchen Verbesserte Erreichbarkeit von Kommunikationspartnern Erleichterte Informationssuche Vernetzen von isolierten Unternehmenseinheiten und Systemen University of Innsbruck / Information Systems 2

3 Einordnung der TCP/IP Protokolle ins ISO-OSI-Modell IP-Schichtenmodell mit 4 statt 7 Schichten hat sich durch UNIX durchgesetzt. Koordination der Weiterentwicklung durch IETF, Internet Engineering Task Force. ISO/OSI layer Port TCP/IP layer Application WWW HTTP Some (of many more) concrete implementations SMTP POP3 IMAP file transfer FTP directory service host sessions name resolution network monitoring IP address assignment LDAP Telnet DNS SNMP DHCP 80, , 110, / /162 67/68 4 Transport TCP UDP 3 Internet ARP IPv4, IPv6 ICMP 2 1 Network Ethernet,... FDDI, ATM... WLAN,... IrDA,... medium copper fiber radio light Quelle: Maier, Hädrich, Peinl 2005, 120 University of Innsbruck / Information Systems

4 Aufbau von TCP/IP - Datenpaketen Quelle: Maier, Hädrich, Peinl: Enterprise Knowledge Infrastructures, S. 104 Ein Paket besteht aus Nutzdaten und Header Pro Protokollschicht wird ein zusätzlicher Header angehängt bzw. abgeschnitten. Gesamtpaket von oberer Schicht wird zu Nutzdaten auf unterer Schicht University of Innsbruck / Information Systems 4

5 Ausgewählte TCP/IP Betriebssystembefehle Arp a Ruft die Address-Resolution-Table des Rechners ab (Umsetzung IP-Adressen zu MAC- Adressen) auf Ebene 2 des ISO/OSI-Referenzmodells IPconfig (/all) Ping Rufen Sie die IP-Konfiguration Ihres Rechners mit dem Kommando ipconfig ab und vergleichen sie mit ihren Nachbarn Welchen Wert hat die Subnetmask? Wie lautet die Physische Adresse (MAC Adresse) Ihres Rechners? Führen Sie einen Ping auf folgende Server des Uni-Netzwerks aus: iwi.uibk.ac.at und ns1.uibk.ac.at Vergleichen Sie die Zeiten für einen Ping auf folgende Adressen: iwi.uibk.ac.at, ns.nzse.co.nz Tracert Wie viele Teilstrecken führen nach Neuseeland ( Wie viele nach Japan ( Welche großen IP-Carrier kann man identifizieren? NSLookup Stellt eine Sitzung zum primären Domain-Name-Server her, über den FQDNs in IP-Adressen übersetzt werden können. Netstat (-a) Aktuelle Netzwerkverbindungen Ihres Gerätes anzeigen Geöffnete Ports auflisten Wo befindet sich der Computer mit der IP-Adresse xxx.xxx.xxx.xxx? University of Innsbruck / Information Systems 5

6 TCP/IP Gerätekonfiguration Welche Informationen muss eine gültige IP V4 - Konfiguration (mindestens) enthalten? Eine Physische oder MAC-Adresse (6 Byte), Darstellung Hexadezimal z.b 3C-1A-BB-DD-EE-FF Wird für die Paketzustellung im LAN benötigt. Eine IP V4 Adresse (4 Byte), Darstellung Dezimal z.b Wird für die Paketzustellung im INTERNET benötigt. Eine Subnetzmaske (4 Byte), Darstellung Dezimal z.b Wird für die logische Netzuntergliederung und Paketzustellung im LAN benötigt. Eine Router- oder Standardgateway-Adresse (4 Byte), Darstellung Dezimal z.b Wird für die Paketzustellung im LAN und im INTERNET benötigt. Eine oder mehrere DNS-Server Adresse(n) (je 4 Byte), Darstellung Dezimal z.b Wird für die Übersetzung von FQDNamen in IP-Adressen benötigt. Kommandozeilenbefehl NSLookup ARP Abrufbar über Kommandozeilenbefehl IPconfig /All Automatisch zuweisbar über Anwendungsprotokoll DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) University of Innsbruck / Information Systems 6

7 Paketübermittlung im LAN (Routing) Datenpakete werden im lokalen Netzwerk nicht über die IP-Adressen sondern über die (älteren) Physischen Adressen, auch MAC-Adressen genannt, zugestellt: Liegen zwei Stationen im selben IP-Subnetz (selbe Netz-ID) werden die Daten über die MAC-Adressen der Stationen direkt übertragen. Das Protokoll ARP (Address Resolution Protokoll) verwaltet die Tabelle der IP-Adresse zu MAC-Adresse Zuordnungen. Unterscheiden sich die Netz-IDs der Stationen, werden die Daten an die MAC-Adresse des Routers (im IP Chargon Standardgateways ) im jeweiligen Subnetz gesendet. Daher ist es nötig, dass Sendestation und Router im selben IP V4 -Subnetz liegen d.h. identische Netz-IDs haben. Praktische Auswirkungen: Da das Protokoll ARP Rundrufe (engl. Broadcasts) verwendet, sollte die Anzahl der möglichen Stationen in IP V4 -Subnetzen möglichst klein gehalten werden, um den durch ARP Rundrufe entstehenden Datenverkehr möglichst gering zu halten. Dies kann durch Verwendung einer sinnvollen Subnetzmaske erreicht werden (möglichst viele binäre 1sen in der Subnetzmaske). Die Subnetzmaske wird in binärer Darstellung von links nach rechts je nach Bedarf mit 1sen vergrößert oder verkleinert. Während eine gültige Subnetzmaske darstellt, ist die Maske keine gültige Maske, weil sie binär lautet und die Abfolge 1010 nicht von links durchgängig binäre 1sen enthält! Die größtmöglich Subnetzmaske lautet , die kleinstmögliche , was im ersten Fall , im zweiten Fall 2 Rechner im Subnetz ermöglicht. University of Innsbruck / Information Systems 7

8 Übungsaufgabe Subnetze, Netz-ID, Host-ID 1 Wie wird ein Pakte von Gerät , Subnetzmaske zu den Geräten bzw weitergeleitet und wie viele Geräte können im beschriebenen Subnetz maximal betrieben werden? über Router oder Formeln: Netz-ID = IP-Adresse AND Subnetzmaske Host-ID = IP-Adresse XOR Netz-ID direkt... direkt? Maximale Anzahl an Rechnern = 2 Anzahl binärer Nullen in der Subnetzmaske 2 (für reservierte Adressen) Die Binärfunktion AND ergibt dann eine binäre 1 wenn die erst und die zweite der zu verknüpfenden Binärstellen 1 lauten: 0011 Speziell bei 8 Bit: x x weil 255 dez AND 0101 AND gleich bin bzw. 0 dez Ergibt 0001 Ergibt x 0 gleich bin Die Binärfunktion XOR ergibt dann eine binäre 1 wenn entweder die eine oder die andere der zu verknüpfenden Binärstellen 1 lautet: 0011 Speziell: x XOR 0101 XOR x Ergibt 0110 Ergibt 0 weil 0 über 0 bzw. 1 über 1 in XOR stets 0 ergibt! Im Web: Zum Beispiel University of Innsbruck / Information Systems 8

9 Übungsaufgabe Subnetze, Netz-ID, Host-ID 2 Berechnung, Vorgehensweise: AND XOR = NetzID: = ǂ Lösung: = HostID Die Geräte/Adressen und haben im Subnetz dieselbe NetzID, liegen also im selben Subnetz und können somit direkt über ihre MAC-Adressen (die mit ARP zu ermitteln sind) Daten austauschen. Das Gerät/die Adresse liegt in einem anderen Subnetz und kann nur über einen Router erreicht werden. Maximale Anzahl der Geräte im Subnetz : Die Subnetzmaske enthält 8 binäre Nullen (der letzter Teil der Subnetzmaske lautet 0 dez also bin ), daher: = = 254 Geräte! (Minus 2 deswegen, weil eine Broadcast - und eine Router-Adresse reserviert werden müssen). Übungsbeispiel: Würde sich bei Verwendung der Subnetzmasken a) oder b) etwas ändern? Hinweis: Da die Subnetzmaske häufig die Dezimalzahl 255 (binär 8 mal die 1) enthält, ist die Ausführung der Binärfunktionen AND und XOR zur Berechnung der Netz- und Host-ID häufig trivial weil: 255 AND irgendeine Zahl ist immer gleich(!) irgendeine Zahl 255 AND x = x Daraus folgt, dass der IP-Adressteil immer gleich dem Netz-ID-Adressteil ist, wenn der Subnetz-Adressteil gleich 255 ist. Nachdem Irgendeine Zahl XOR irgendeine Zahl immer = 0 ergibt, y XOR y = 0 folgt weiter: Host-ID-Adressteil = 0, wenn Subnetz-Adressteil gleich 255 University of Innsbruck / Information Systems 9

10 IP Version 4, private IP V4 -Adressen, IP Version 6 Eine IP V4 Adresse besteht aus 4 Zahlen zu je 8 Bit Daraus folgt: Es gibt , also etwas mehr als 4 Milliarden verschiedene IP V4 -Adressen und damit weniger IP-Adressen als Menschen! Private, im Internet nicht routbare IP V4 Adressen verschaffen etwas Abhilfe: Alle IP V4 -Adressen sind öffentlich, ausgenommen die privaten Adressbereiche , und , welche mehrfach (in vielen Firmen, Ämtern, Haushalten gleichzeitig) verwendet werden können, aber im Internet nicht geroutet werden. An den Anbindungsstellen zum Internet (meist Routern) werden die (vielen) privaten IP V4 -Adressen in den Datenpaketen mit dem Protokoll NAT (Network Address Translation) durch eine oder einige wenige öffentliche IP V4 -Adressen ersetzt, mit diesen ins Internet gesandt und bei Erhalt von Antworten aus dem Internet von den Routern in private IP V4 -Adressen zurück übersetzt. IP Version 6 Um den Engpass an IP v4 Adressen endgültig zu überwinden, wurde IP Version 6 entwickelt, das Adressen mit 128 Bit Länge und damit , also mehr als 33, IP v6 Adressen erlaubt. IP v6 -Adressen werden hexadezimal (IP v4 : dezimal) notiert, wobei die Zahl in acht Blöcke zu jeweils 16 Bit (4 Hexadezimalstellen) unterteilt wird. Diese Blöcke werden durch Doppelpunkte (IP v4 : Punkte) getrennt notiert. Führende Nullen in Blöcken können weggelassen werden, Blöcke die nur Nullen enthalten ebenso, müssen aber durch aufeinanderfolgende Doppelpunkte dargestellt werden: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:0000:0000:7344 = 2001:db8:85a3:8d3:1319::7344 IP Version 6 ist schon länger im praktischen Einsatz, hat IP Version 4 aber noch nicht vollständig abgelöst. Das zukünftigen Internet of Things wird ohne IP Version 6 aber nicht möglich sein. University of Innsbruck / Information Systems 10

11 Der Network-Layer, aktuelle Standards Im LAN: Ethernet Übertragungsprotokoll CSMA/CD Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection Strukturierte Baumverkabelung auf Kupferbasis Switches als Koppelungskomponenten Übertragungsraten zwischen 100 MBit/s bis 10 GBit/s Individueller Übertragungsweg für jedes Gerät Kollisionen nur in zentralen Vermittlungsgeräten (Switches, Router) Leistung annähernd unabhängig von Benutzeranzahl Wireless a/b/g/n/ac Übertragungsraten zwischen 11 MBit/s bis 1,3 GBit/s Geteiltes Medium Funkkanal => Leistungsabnahme bei steigender Benutzeranzahl wegen steigender Kollisionsanzahl Im Mobilfunk 2G: GSM, GPRS und Edge 3G: UMTS, HSPA, HSPA+ 4G: LTE Quelle: Wikipedia/Mobilfunkstandards Vergleichen Sie im Unterrichtsraum die Übertragungsleistung von kabelgebundenem switched Ethernet mit WiFi bei steigender Benutzeranzahl auf oder University of Innsbruck / Information Systems 11