Technik der IP

Anatol Badach
Erwin Hoffmann
Technik der IP-Netze
TCP/IP incl. IPv6
HANSER
Inhaltsverzeichnis
1
Entwicklung des Internet und der Netzprotokolle
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2
3
Geschichte des Internet
World Wide Web (WWW)
Die Zukunft des Internet
Request for Comments
Umfang der TCP/IP-Standards
OSI-Referenzmodell
1.6.1
Arbeitsweise des OSI-Referenzmodells
1.6.2
Schichtenspezifische Funktion
1.6.3
Detailbeschreibung der sieben OSI-Schichten
Funktionen der Kommunikationsprotokolle
1.7.1
Fehlerkontrolle
1.7.2
Flußkontrolle
1.7.3
Überlastkontrolle
1
1
6
10
15
18
20
21
29
31
33
33
38
40
Komponenten der TCP/IP-Protokollfamilie
43
2.1
2.2
2.3
TCP/IP-Protokolle im Schichtenmodell
Kommunikationsprinzipien der TCP/IP-Protokollfamilie
Wichtige Anwendungsprotokolle
2.3.1 TELNET
2.3.2 FTP
2.3.3 SMTP
2.3.4 HTTP
43
48
54
56
61
69
76
Internet-NetzwerkprotokoUe IPv4, ARP, ICMP und IGMP
87
3.1
3.2
88
88
IPv4-Aufgaben
Aufbau von IPv4-Paketen
VI
Inhaltsverzeichnis
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
4
91
93
96
100
102
103
105
108
109
112
113
115
118
120
121
125
130
131
132
134
136
139
140
141
143
Transport-Protokolle TCP und UDP
145
4.1
146
147
152
153
157
159
165
171
173
4.2
4.3
5
3.2.1 Differentiated Services
3.2.2 Fragmentierung der IP-Pakete
3.2.3 Optionen in IP-Paketen
Internet-Adressen
3.3.1
Darstellung von IP-Adressen
3.3.2
Standard-Subnetz-Maske
3.3.3 Vergabe von IP-Adressen
Bildung von Subnetzen
3.4.1 Benutzerdefinierte Subnetz-Maske
3.4.2
Bestimmen von Subnetz-IDs und Host-IDs
3.4.3 Zielbestimmung eines IP-Pakets beim Quellrechner
3.4.4 Adressierungsaspekte
Network Address Translation (NAT)
Protokolle ARP und RARP
3.6.1 Protokoll ARP
3.6.2 Proxy-ARP
3.6.3 Protokoll RARP
Protokoll ICMP
3.7.1 ICMP-Nachrichten
3.7.2 ICMP-Fehlermeldungen
3.7.3 ICMP-Anfragen
3.7.4 Pfad-MTU Ermittlung
IP-Multicasting
3.8.1 Multicast-IP- und -MAC-Adressen
3.8.2 Internet Group Management Protocol (IGMP)
Funktion des Protokolls TCP
,
4.1.1 Aufbau von TCP-Paketen
4.1.2 Konzept der TCP-Verbindungen
4.1.3 Auf- und Abbau von TCP-Verbindungen
Flußkontrolle beim Protokoll TCP
4.2.1 TCP Sliding-Window-Prinzip
4.2.2 Implementierungsaspekte von TCP
4.2.3 Transaction TCP T/TCP
Aufbau und Arbeitsweise von UDP
Dynamische Vergabe und Ermittlung von IP-Adressen
175
5.1
175
Protokoll DHCP
Inhaltsverzeichnis
5.2
6
179
180
184
186
187
189
191
195
197
198
199
202
Protokoll IPv6
205
6.1
6.2
6.3
205
208
212
212
214
216
217
221
223
224
225
227
227
231
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
7
5.1.1 Aufbau von DHCP-Nachrichten
5.1.2 DHCP im Einsatz
5.1.3 Implementierung von mehreren DHCP-Servern
Domain Name System
5.2.1 Ermittlung von Ziel-IP-Adressen
5.2.2 Aufbau des DNS-Namensraums
5.2.3 DNS-Zonen und Name-Server
5.2.4 Prinzip der Namensauflösung
5.2.5
Struktur von DNS-Nachrichten
5.2.6 Auflösung von IP-Adressen auf Host-Namen
5.2.7 Name-Server und Internet-Anbindung
5.2.8
DNS und SMTP E-Mail
IPv6-Besonderheiten
Erweiterungs-Header
IPv6-Flexibilität mit Options Headern
6.3.1 Aufbau der Options Header
6.3.2 Belegung des Option-Feldes
Übertragung großer Datenmengen mit Jumbo Payload Option
Source Routing beim IPv6
Fragmentierung langer IPv6-Pakete
Adreßstruktur von IPv6
6.7.1 Textuelle Darstellung von IPv6-Adressen
6.7.2 Aufteilung des IPv6-Adreßraums
Unicast-Adressen von IPv6
6.8.1 Provider-basierte globale Unicast-Adressen
6.8.2 Aggregierbare globale Unicast-Adressen
6.8.3 Globale Unicast IPv6-Adressen und
MAC-Adressen in LANs
6.8.4 Unicast-Adressen von lokaler Bedeutung
6.8.5
Spezielle Unicast-Adressen von IPv6
Multicast- und Anycast-Adressen
Protokoll ICMPv6
Plug&Play-Unterstützung bei IPv6
7.1
235
236
237
238
239
243
Neighbor Discovery Protocol
243
7.1.1 Bestimmen des Ziels eines IPv6-Pakets beim Quell-Host... 247
7.1.2 Ermittlung von Link-Adressen
250
VII
VIII
Inhaltsverzeichnis
7.1.3
7.2
8
253
254
255
256
258
260
260
264
Migration zum IPv6-Einsatz
277
8.1
278
8.2
8.3
8.4
8.5
9
Abauf des ND-Protokolls bei der Ermittlung einer LinkAdresse
7.1.4 Bekanntmachung von Netzparameter durch Router
7.1.5
Ablauf des ND-Protokolls bei der Bekanntmachung
von Router-Parametern
7.1.6 Entdeckung von Routern
7.1.7
IPv6-Paket-Umleitung
Automatische Konfiguration in IPv6-Netzen
7.2.1
Stateless Autoconfiguration
7.2.2
Stateful Autoconfiguration mit DHCPv6
Koexistenz von IPv4 und IPv6
8.1.1
Einsatz von IPv4 und IPv6 in einem physikalischen LANSegment
8.1.2
Betrieb von Dual-IP-Endsystemen in IPv4-Netzen
8.1.3 Erweiterung eines IPv4-Netzes um ein IPv6-Netz
Kopplung der IPv6-Netze über ein IPv4-Netz
Header Translation
Kommunikationsmöglichkeiten beim Einsatz von IPv4 und IPv6
8.4.1 Arten der Endsysteme in IPv4- und IPv6-Netzen
8.4.2 Tunneling-Techniken
Schritte bei der Migration
279
280
281
284
285
286
287
288
292
Internet Routing-Protokolle
295
9.1
296
296
300
304
308
312
313
315
319
325
331
332
340
345
9.2
9.3
Routing-Grundlagen
9.1.1
Aufgaben von Router
9.1.2 Adressierung beim Router-Einsatz
9.1.3 Routing-Tabelle
9.1.4 Routing-Verfahren
9.1.5
Inter-/Intra-Domain-Protokolle
Klassenlose IP-Adressierang (VLSM, CIDR)
9.2.1
Konzept der klassenlosen IP-Adressierung
9.2.2 VLSM-Nutzung
9.2.3 CIDR-Einsatz
Routing Information Protocol (RIP)
9.3.1
Erlernen von Routing-Tabellen beim RIP
9.3.2 Besonderheiten von RIP-1
9.3.3 Routing-Protokoll RIP-2
Inhaltsverzeichnis
9.4
9.5
9.6
10
9.3.4 RIP für das Protokoll IPv6 (RIPng)
Open Shortest Path First (OSPF)
9.4.1 Funktionsweise von OSPF
9.4.2 Nachbarschaften zwischen Routern
9.4.3 OSPF-Einsatz in großen Netzwerken
9.4.4 OSPF-Pakete
9.4.5 Besonderheiten von OSPFv2
9.4.6 Open Shortest Path First für IPv6
Border Gateway Protocol (BGP-4)
9.5.1 Grundlagen von BGP-4
9.5.2 Funktionsweise von BGP-4
9.5.3 BGP-4-Nachrichten
Mulitcast Routing-Protokolle
9.6.1 Mbone
9.6.2 DVMRP
9.6.3 Multicast OSPF
9.6.4 Protocol Independent Multicast (PIM)
9.6.5
Core Based Trees
349
352
353
356
362
373
383
384
386
386
388
389
395
397
398
408
409
414
IP über X
419
10.1
420
422
424
426
427
428
441
442
444
447
450
455
455
462
470
480
487
497
10.2
10.3
10.4
10.5
IPüberLANs
10.1.1 Encapsulation der IP-Pakete
10.1.2 Multiplexing auf der LLC-Teilschicht
IP über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
10.2.1 Protokoll SLIP
10.2.2 Protokoll PPP
IP über X.25 und Frame-Relay
10.3.1 Paketvermittlung nach X.25
10.3.2 IP-Encapsulation bei X.25
10.3.3 Frame-Relay
10.3.4 MultiprotokoUfähigkeit von Frame-Relay
IP über ATM-Netze
10.4.1 Grundlagen der ATM-Netze
10.4.2 Classical IP over ATM
10.4.3 LAN-Emulation in ATM-Netzen
10.4.4 Next Hop Resolution Protocol
10.4.5 Multi-Protocol Over ATM (MPOA)
Multiprotocol Label Switching
IX
X
Inhaltsverzeichnis
10.5.1
10.5.2
10.5.3
10.5.4
10.5.5
10.5.6
10.5.7
10.5.8
10.5.9
10.5.10
11
498
501
502
503
505
506
509
515
516
517
Virtual Private Networks (VPNs) und Remote Access Services (RAS)... 529
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
12
Notwendigkeit und Idee von MPLS
MPLS als Integration von Routing und Switching
Logisches Modell von MPLS
,
Prinzip von Label-Switching
Logische Struktur der MPLS-Switching-Netze
Bildung der Klassen von IP-Paketen und MPLS-Einsatz
MPLS und die Hierarchie von Netzen
Virtual Private Networks mit MPLS
Traffic Engineering mit MPLS
Label Distribution Protocol (LDP)
VPN-Konzepte
530
11.1.1 Tunneling als VPN-Basis
530
11.1.2 Arten von VPNs
531
Layer-2-Tunneling
535
11.2.1 Tunneling-Protokoll L2TP
536
11.2.2 Tunneling-Protokoll PPTP
547
Protokoll IPsec und Layer-3-Tunneling
557
11.3.1 Ziele von IPsec
558
11.3.2 Erweiterung der IP-Pakete mit IPsec-Angaben
559
11.3.3 Konzept von IPsec
561
11.3.4 IP Authentication Header (AH)
563
11.3.5 Encapsulating Security Payload (ESP)
565
11.3.6 Datenverschlüsselung beim IPsec
568
11.3.7 Datenquelle-Authentisierung und Datenintegrität
568
11.3.8 IPsec-Einsatz im Tunnel-Mode
571
11.3.9 Standort-zu-Standort-VPN mit IPsec
574
11.3.10 IPsec-Einsatz zum Aufbau von VPNs mitRemote Access.. 575
Einsatzgebiete von VPNs
577
Einsatz des Protokolls RADIUS
580
11.5.1 Network Access Server und RADIUS
580
11.5.2 Konzept von RADIUS
582
11.5.3 RADIUS-Pakete
584
11.5.4 Einsatz von mehreren RADIUS-Servern
587
Multimedia über IP
589
12.1
12.2
590
593
QoS-Anforderungen multimedialer Kommunikation
H.323 als Basis für Multimedia über IP
Inhaltsverzeichnis
12.3
12.4
12.5
12.2.1 X over IP
12.2.2 Protokollarchitektur nach H.323
Protokolle: RTP, RTCP
12.3.1 RTP und Protokollfamilie TCP/IP
12.3.2 Steuerungsangaben in RTP-Dateneinheiten
12.3.3 Mixer- und Translator-Funktionen
12.3.4 Bedeutung des Protokolls RTCP
Voice over IP
12.4.1 Anwendungsarten von VoIP
12.4.2 Beispiele für den VoIP-Einsatz
12.4.3 Protokolle für VoIP
12.4.4 Voice over IP im LAN-Verbund mit ISDN
Protokoll RSVP
12.5.1 Token-Bucket-Modell
12.5.2 RSVP-Funktionsmodule
12.5.3 Prinzip der Reservierung von Ressourcen
12.5.4 RSVP-Nachrichtentypen
12.5.5 Aufbau einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
mit QoS-Garantie
12.5.6 RSVP-Filterung
12.5.7 RSVP und Multicast-Kommunikation
594
597
599
599
600
601
603
605
605
607
609
611
614
615
616
618
619
621
624
625
Schlußbemerkung
629
Anhang
631
A
B
C
D
E
F
TCP/IP-Standards (RFC 1700)
IP-Protokollnummern (RFC 1700)
TCP/UDP-Services (RFC 1700)
E-Mail-Header-Felder
HTTP-Header-Felder
HTTP-Return-Codes
631
633
635
647
649
652
Abkürzungsverzeichnis
653
Ergänzende Literatur
663
Index
667
XI