Grundlagen zum Internet Grundlagen zum Internet Protokolle
TCP/IP Die TCP/IP Protokollfamilie ICMP ARP TCP RARP IP UDP X.25 Ethernet FDDI...
IP Das Internet Protokoll (IP) Funktionen des IP-Protokolls Adressierung mit IP-Adressen Fragmentierung von Daten aus der Transportschicht Datagrammübermittlung vom Sender zum Empfänger Adress-Management mittels ARP (Address Resolution Protocol) Routing keine Fehlerkontrolle
IP Die IP-Adresse (IPv4) weltweit einheitlicher Adressraum für alle Nutzer 32 -Bit-Adresse bei IPv4 (4 Byte) a.b.c.d, z.b. 141.30.119.150 Punkt-Dezimalzahl-Notation Adressbereich ist in 5 Klassen aufgeteilt IP-Adresse setzt sich aus einer Netzwerkadresse.Rechneradresse zusammen Adressvergabe erfolgt durch Network-Information Center (NIC) des Data Defense Networks (DDN) + NICs der jeweiligen Länder, in Deutschland DE- NIC an der Uni-Karlsruhe Zuweisung von Subnet-Adressen ist Angelegenheit des Netzwerk-Adress- Inhabers Zuweisung der IP-Adresse kann fest oder dynamisch sein (DHCP Dynamic Host Configuration Protocol)
IP Klasse A: 1 2 3 8 16 24 31 0 Präfix Suffix Adressbereich 1.x.y.z bis 126.x.y.z Klasse B: 1 0 Präfix Suffix 128.1.x.y bis 191.254.x.y Klasse C: 1 1 0 Präfix Suffix 192.1.1.x bis 223.254.254.x Klasse D: Klasse E 1 1 1 0 Multicast-Adresse 1 1 1 1 reserviert 224.0.0.0 bis 239.255.255.255 240.0.0.0 bis 254.255.255.255 Klasse Wertebereich des 1. Byte Bits im Präfix Höchstanzahl der Netze Bits im Suffix Höchstanzahl der Hosts pro Netz A 1 bis 126 7 126 24 16.777.214 B 128 bis 191 14 16.384 16 65.543 C 192 bis 223 21 2.097.151 8 254
IP Reservierte Adressen 0.0.0.0 127.0.0.0 127.0.0.1 10.0.0.0 10.255.255.255/8 172.16.0.0 172.31.255.255/12 192.168.0.0 192.168.255.255/16 141.30.0.0 255.255.255.255 141.30.255.255 eigener Host beim Booten Als Netznummer = aktuelles Netz Lokaler Host Loopback-Adresse Experimentiernummern Netzwerk 141.30. Broadcast an alle Rechner im gleichen Netz wie Sender Broadcast an alle Rechner im Netz 141.30.0.0
IP Das IP - Datagramm 4 Byte 8 Byte 12 Byte 16 Byte 20 Byte max. 65536 Byte Version(4bit) Kopflänge (4bit) Service Typ (8) Paketlänge (16) Identifikation (16) Flags(3) Fragment Offset (13) Time to Life(8 ) Protokoll-Nr. (8) Header Prüfsumme (16) IP - Senderadresse(32) IP - Empfängeradresse (32) Options (0... 40) Füllzeichen Data (0...65516)
Adressauflösung Adressauflösung Umsetzen der logischen Adresse in eine Hardware-Adresse und umgekehrt (MAC-Adresse, IP-Adresse) Auflösung ist abhängig von Netzwerkzugang Suchen einer MAC-Adresse zur IP-Adresse: Address Resolution Protocol (ARP), Umsetzung von IP-Adressen in MAC-Adressen sendewillige Station sendet Broadcast-Paket (ARP Request Packet) mit eigenen Adressen + gesuchter IP-Adresse gesuchte Station antwortet mit ihrer MAC-Adresse sendewillige Station trägt MAC-Adresse in ARP-Tabelle ein für weitere Telegramme IP ARP X.25 Ethernet FDDI ATM...
Adressauflösung Generieren einer IP-Adresse Fest zugeordnete IP-Adresse fest zugeordnete IP-Adresse zum Rechner Dynamisch zugeordnete IP-Adresse IP -Adressen werden auf einem Adress-Server verwaltet (Tabelle mit MAC-IP-Adressen oder freie Liste) nach dem Einschalten kennt der Rechner nur seine MAC-Adresse sendet an alle im Segment RARP-Request (Reverse Address Request Protocol) nur Server wertet Telegramm aus, schickt RARP-Replay mit IP-Adresse vor dem Ausschalten muß Adresse zurück gegeben werden offener Internet-Standard: DHCP-Protokoll (Dynamic Host Configuration Protocol)
IP Subnetzmasken hat gleiche Bitanzahl wie IP-Adresse gibt an, welche Teile einer IP-Adresse als Subnetz- und welche als Hostadresse gewertet werden UND-Verknüpfung der Ziel- und Subnetzmaske, bei gleichem Ergebnis ist Zielrechner im Subnetz, sonst nicht ist entscheidend für das Routing von Datenpaketen typische Subnetz-Masken sind für Netze der Klasse A: 255.0.0.0 Klasse B: 255.255.0.0 Klasse C: 255.255.255.0
Netzwerkkopplung Routing-Entscheidungen beim Sender Befinden sich Sender und Empfänger im gleichen Subnetz, so wird das Datagramm direkt zugestellt (ARP,...) lokale Station entscheidet anhand der Subnetzmaske, ob Zielstation im eigenen Subnetz liegt befindet sich der Empfänger außerhalb des eigenen Subnetzes, so wird das Datagramm an einen Router geschickt zur Weiterleitung der Router kennt durch Tabellen mögliche Wege zur Weiterleitung des Datagramms Quelle: Leibner: TCP/IP-Netze, S. 20ff
Beispiel für die Anwendung von Subnetzmasken Netzwerkkopplung Subnetz 141.30.119.0 (255.255.255.0) Router 141.30.119.124 141.30.117.124 Subnetz 141.30.117.0 (255.255.255.0) 141.30.119.10 141.30.117.2 141.30.119.11 141.30.117.3 141.30.119.12 141.30.117.4
Beispiel für die Anwendung von Subnetzmasken Netzwerkkopplung 141.30.119.10 an 141.30.119.12 Adr: 10001101 00011110 01110111 00001010 Mas: 11111111 11111111 11111111 00000000 10001101 00011110 01110111 00000000 ------> 141.30.119.0 Adr: 10001101 00011110 01110111 00001100 Mas: 11111111 11111111 11111111 00000000 10001101 00011110 01110111 00000000 ------> 141.30.119.0 141.30.119.10 an 141.30.117.3 Adr: 10001101 00011110 01110111 00001010 Mas: 11111111 11111111 11111111 11000000 10001101 00011110 01110111 00000000 ------> 141.30.119.0 Adr: 10001101 00011110 01110101 00000011 Mas: 11111111 11111111 11111111 00000000 10001101 00011110 01110101 00000000 ------> 141.30.117.0
Netzwerkkopplung Routing...Routing-Algorithmus ist der Teil der Verbindungsschicht, der über die Ausgabeleitung für eingehende Pakete entscheidet. Tanenbaum, Computernetzwerke, S. 388 Prozesse: Prozess 1: Verwaltung der ankommenden Pakete und Durchsuchen der Routingtabelle Prozess 2: Füllen und Aktualisieren der Routingtabelle Routing-Algorithmen: statisches Routing (non adaptive algorithms) unabhängig von Topologie und aktuellem Netzverkehr, z.b. Flooding, dynamisches Routing ändern Routing-Entscheidungen abhängig von Topologie und Netzwerkbelastung, z.b. Link State Routing
Netzwerkkopplung Router Router arbeiten in der Vermittlungsschicht Router können als Hard- oder Softwarelösungen ausgeführt werden Unterteilung eines Netzes in Subnetze Schaffung von Broadcast-Domainen Router haben mindestens eine Adresse im LAN und müssen bekannt sein Routing-Entscheidung wird anhand von Routingtabellen und Metriken getroffen Einteilung nach Unterstützten Protokollen (single-, multiprotokoll) Routing Verfahren (statisch, dynamisch) Broadcast-, Multicast-Routing Netzwerk Sicherung Bitübertragung Router Netzwerk Sicherung Bitübertragung
Netzwerkkopplung Routingtabellen Router 196.1.1.1 Netzwerk A 196.1.1.0 Routing -Tabelle 196.1.1.0 über 196.1.1.2 196.1.2.0 über 196.1.1.1 196.1.2.1 Router 196.1.1.2 196.1.3.0 über 196.1.3.1 196.1.3.1 Netzwerk B 196.1.2.0 Netzwerk D 196.1.3.0 Router 196.1.2.2 196.1.4.1 Netzwerk C 196.1.4.0 Router 196.1.3.2 196.1.4.2 Routing -Tabelle 196.1.1.0 über 196.1.3.1 196.1.2.0 über 196.1.3.1 196.1.3.0 über 196.1.3.2
Netzwerkkopplung Switching vs. Routing Szenario: IP-Adressen eines Klasse x Netzes stehen zur Verfügung für unterschiedliche Abteilungen/Gerätegruppen; Frage: Koppeln über Switches oder Subnetze bilden und verbinden mit Routern? Switches/Bridges Layer 2 (kennt MAC-Adressen) Erlaubt Netzwerk-Umsetzung bis Layer2 (Ethernet, ) Trennen Kollisionsdomains Schneller Datenverkehr Erlaubt nur einen von redundanten Wegen Geringer Managementaufwand preiswerter Router Layer 3 (kennt NW-Adressen) Erlaubt Protokollumsetzung (IP, IPX, ) Trennen Kollisions- und Broadcastdomains langsamer Datenverkehr durch Protokollauswertung Durch ausgebaute Wegsuche effektivere Wegsuche (z.b. lastabhängige Auswertung) hoher Managementaufwand teuer Im Bedarfsfall muss analysiert werden, was sinnvoller ist
Netzwerkkopplung Sonderfall: Layer 3 Switching (FastIP) anwendbar in reinen IP-Netzen als LAN-to-LAN-Router analysiert in der Lernphase Sender- und Empfänger Adressen und leitet IP- Paket wie Router weiter merkt sich IP und MAC-Adressen (Flow) und leitet weitere Pakete von genau diesem Sender zu genau diesem Empfänger wie (Layer 2-) Switch weiter Router Switch Host 192.168.1.100 GW: 192.168.1.1 MAC 0010.a4e0.1ed3 Host 192.168.2.100 GW 192.168.2.1 MAC 0006.53fe.8420
Sonderfall: Layer 3 Switching (FastIP) Netzwerkkopplung Route Table Destination Next Hop 192.168.2.0/8 local ARP Cache IP-Adresse MAC 192.168.2.100 0006.53fe.8420 Router source MAC dest Mac source IP dest. IP source MAC dest Mac source IP dest. IP 0010.a4e0.1ed3 0010.7be2.aba0 192.168.1.100 192.168.2.100 192.168.1.1 MAC: 0010.7be2.aba0 Switch 1 2 0010.7be2.aba0 0006.53fe.8420 192.168.1.100 192.168.2.100 192.168.2.1 MAC: 0010.8cde.fe9d Host 192.168.1.100 GW: 192.168.1.1 MAC 0010.a4e0.1ed3 Flow dest. IP-Adresse MAC Port 192.168.2.100 0006.53fe.8420 2 Host 192.168.2.100 GW 192.168.2.1 MAC 0006.53fe.8420
Netzwerkkopplung Gateways Ein Gateway ist eine Hard- und /oder Softwarelösung, die eine Verbindung inkompatibler Netzwerke schafft. Ein Gateway kann 1-7 ISO-Schichten überspannen. Ein Rechner, der Subnetze verbindet ist damit ein Gateway. Ein Router ist ein Gateway. Quelle: http://www.seicom-muc.de
TCP Das TCP - Transmission Control Protokoll (RFC-793) Funktionen des TCP: Fehlerkontrolle sequenzgerechte und vollständige Übertragung der Daten verbindungsorientiertes Protokoll, d.h. vor der Datenübertragung muß zwischen beiden Partnern eine Verbindung aufgebaut werden Überwachung einer aufgebauten Verbindung Schnittstellen zur Anwendungssoftware sind Portnummern voll duplex Verbindung
TCP Ports Port werden benutzt, damit mehrere Anwendungen gleichzeitig Daten austauschen können Portnummern 0...65536 (16 Bit) well known Ports: 0... 1023, verwaltet durch Internet Assigned Numbers Authority Bsp: FTP: 21, WWW: 80 registered port numbers: 1024... 49151, IANA bittet um Registrierung dynamic port numbers: 49152... 65535, frei für spezifische Anwendungen Client Server Schicht 4
TCP Das TCP - Datagramm 32 Bit Sender - Port (16) Offset(4) Reserviert (6) U R G Empfänger - Port(16) Sequenznummer (32) Quittungsnummer (32) A P R S C S S Y K H T N F I Fenstergröße(16) N 16-Bit-Prüfsumme(16) Urgentzeiger(16) Optionen(0...24) Füllzeichen(0..32) Daten (0...64 KByte)
TCP Verbindungsorientierte Kommunikation bei TCP Client - Anwendung TCP close send receive open Server - Anwendung TCP open send receive close Verbindungsaufbau Datentransfer Datentransfer Verbindungsabbau
TCP Das UDP- User Datagram Protocol (RFC-768) gleiche Schicht wie TCP, aber Datenübertragung mit minimalen Protokollmechanismen, keine Quittierungen, keine Erkennung von Duplikaten, keine Kontrolle der Reihenfolgeeinhaltung effizienter und schneller Transport angewendet meist bei Audio- und Videodaten, die keine Verzögerung dulden, aber u.u. Datenverlust tolerieren UDP immer bei Multicast-Paketen Der UDP - Protokollkopf Senderport (16) Empfängerport (16) Paketlänge (16) Prüfsumme (16)