02 Internet als Medium

02 Internet als Medium
Technische Grundlagen
Prof. Dr.- Ing. Carsten Köhn
LABOR FÜR MEDIEN,
INTERNET UND ROBOTIK
Gliederung
Einleitung
Historie
Grundstrukturen
Netzwerk
Protokolle / Dienste
Schichtenmodell
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1
Einleitung
„In der Zukunft könnte es Computer geben,
die weniger als 1,5 Tonnen wiegen.“
Aus der Zeitschrift „Popular Mechanics“ 1949
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Literatur-Hinweise
W. R. Stevens: TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols,
Addison-Wesley
Klassiker, leider etwas veraltet (87€)
D. E. Comer: „Internetworking with TCP/IP Vol. I: Principles,
Protocols and Architecture“, 4th edition, Prentice Hall
Vierte Auflage relativ aktuell (78€)
D. E. Comer: „Computernetzwerke und Internets mit InternetAnwendungen“, 3. Auflage, Prentice Hall (50€)
D.E. Comer: „TCP/IP“ (58€)
Lienemann: TCP/IP-Grundlagen, 2. Auflage, Heise Verlag (40€)
(nicht zu empfehlen)
J.F. Kurose, K.W. Ross, „Computer Networking“ (engl.)
sehr gut verständlich und ausführlich
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2
Weitere Informationsquellen
Diverse RFC (Request for Comment)
Originalquellen und kostenlos, teilweise nicht
einfach zu lesen und nicht didaktisch aufgebaut.
Sehr gute Quelle: http://www.rfc-editor.org
http://www.techfest.com
Gute Einstiegsseite für viele technische Themen zum
Computer
Diverse Bücher der Cisco Press, leider alle extrem
teuer.
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Historie (1)
1969: Projektgruppe des US-Verteidigungsministeriums
entwickelt das ARPANET
-> 4 verbundene UNI-Rechner
1972: das ARPANET wird erstmals veröffentlicht
-> inzwischen 40 Rechner
-> erste Email-programme, FTP werden entwickelt
1973: eigentliche Gründungsdatum des Internet
1976 Geburtsstunde von TCP/IP (International Federation of
Information Processing)
1982: Gründung des Eunet (Europäisches UNIX Netzwerk)
-> erste Verbindungen zwischen Holland, Skandinavien und
Großbritannien
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3
Historie (2)
1983: ARPANET auf TCP/IP - Basis, Aufteilung in
forschungsorientierten (NSFNet) und militärischen Teil
(MILNET)
-> 4000 angeschlossene Rechner
1987: Unterstützung vonTCP/IP durch IBM
1988 Simple Gateway Monitoring Protocol (SGMP) wird
überarbeitet. Resultat Simple Network Management
Protokoll (SNMP)
1990: das ARPANET wird offiziell aufgelöst und geht im
Internet auf
-> Entwicklung von HTTP, HTML und der ersten
Browser am CERN in Genf
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Historie (3)
1992: Veröffentlichung des WWW als Internetanwendung
-> mittlerweile 100.000 Knotenrechner
1994: die Massenmedien machen das Internet publik
-> Gründung von Netzbetreibern, Anbieter von InternetDiensten
Ende 1999: das Internet besteht aus 72 Millionen Hosts und
250 Millionen Online-Nutzern weltweit
Chaotisches Netzwerk
-> Wandlung des Internet vom reinen Wissenschaftsnetz zum
Super-Information-Highway und kommerziellen Netz
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4
Vielfalt der Protokolle
Link-Layer-Protokolle
IEEE 802 (Ethernet), SLIP, PPP
Cyclic Redundancy Code (CRC)
Address Resolution Protocol (ARP, RARP)
IP-Protokoll
IP-Header
Subnetze, Statisches Routing
Internet Control Message Protocol (ICMP)
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Vielfalt der Protokolle
User Datagram Protocol (UDP)
Path MTU Discovery
Transmission Control Protocol (TCP)
Überblick, TCP-Header
Verbindungsauf- und –abbau
Interaktive und Massen-Daten
Sliding Windows
Nagle-Algorithmus
Slow Start
Timeout-Berechnung
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Vielfalt der Protokolle
Dynamische Routing-Protokolle
Distanzvektor-Protokolle
Verbindungsstatus-Protokolle
Beispiele
RIPv1, RIPv2
OSPF
Domain Name System (DNS)
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Vielfalt der Protokolle
Electronic Mail
Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)
Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME)
Post Office Protocol (POP3)
(Internet Message Access Protocol (IMAP4))
World Wide Web
Uniform Ressource Identifier (URI)
Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
Header, Caching, Authentifizierung, Cookies
Crawling
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Internet und die Wolke
Internet
host
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Vermittlung im Internet
host
router
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Inter-Netzwerk
host
LAN
router
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Internet
Autonome
Systeme (AS)
host
router
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TCP/IP und ISO/OSI
TCP/IP Protokoll Stapel
Application
ISO/OSI-Referenzmodell
Application
Presentation
Session
Transport
Transport
Network
Network
Data Link
Data Link
Physical
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Link Layer
(auch: data-link layer oder network interface layer)
Enthält die Treiber des Betriebssystems und
die zugehörige Interfacekarte
Behandelt alle hardwareabhängigen
Probleme der Übertragung
Wichtige Protokolle des Link Layers:
Ethernet, Tokenring, FDDI, ATM, SLIP, PPP
Schnittstelle zum Network Layer
ARP: Address Resolution Protocol
RARP: Reverse Address Resolution Protocol
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Network Layer
(auch: internet layer)
Behandelt die Bewegung von Paketen durch
das Netzwerk
Wegwahl (Routing)
Wichtige Protokolle des Network-Layers:
IP: Internet Protocol
ICMP: Internet Control Message Protocol
IGMP: Internet Group Management Protocol
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Transport Layer
Organisiert den Datenfluss für die
Anwendungsschicht
Wichtige Protokolle des Transport Layers:
UDP: User Datagram Protocol
Versendet sog. datagrams ohne Garantie der
Übertragung (unreliable)
TCP: Transmission Control Protocol
Verlässlicher Transport (reliable)
Segmentierung in Pakete
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Application Layer
Behandelt die Anforderungen der jeweiligen
Anwendung, z.B.
Telnet
FTP: File Transfer Protocol
SMTP: Simple Mail Transfer Protocol
SNMP: Simple Network Management Protocol
HTTP: Hypertext Transfer Protocol
...
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Application
App.
App.
App.
App.
Transport
TCP
UDP
ICMP
IGMP
Network
IP
ARP
Hardware
Interface
RARP
Link
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Protokolle und Dienste
Application
FTP Protokoll
FTP Server
TCP Protokoll
TCP
Transport
FTP Client
Dienst
TCP
Network
IP
IP Protokoll
IP
Treiber
Ethernet Protokoll
Treiber
Link
Ethernet
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Verbindung mit Router
Application
FTP Client
FTP Protokoll
FTP Server
Transport
TCP
TCP Protokoll
TCP
Network
Link
Router
IP
Protokoll
IP
Treiber
IP
IP
Protokoll
Ethernet Treiber Treiber Ethernet
Protokoll
Protokoll
Ethernet
IP
Treiber
Token Ring
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Ethernet Adressen
Identifiziert eine Ethernet-Karte eindeutig
Adressierung innerhalb eines LANs
48 bit (6 Byte)
Schreib-Konvention: hexadezimal
00:01:02:eb:0e:57
Selten auch: 00-01-02-eb-0e-57
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Internet Adressen
Jedes Interface muss mind. eine eindeutige
Internet Adresse besitzen.
Kurz: IP Adresse
32-bit Adressen (IPv4)
Schreib-Konvention: dotted-decimal
147.172.59.100
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Internet Adressen
7 bits
Net ID
24 bits
Class A
0
Host ID
Class B
1 0
Class C
1 1 0
Class D
1 1 1 0
Multicast group ID
Class E
1 1 1 1
Reserviert für zukünftige Nutzung
14 bits
Net ID
16 bits
Host ID
21 bits
Net ID
28 bits
8 bits
Host ID
28 bits
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IP Klassen und ihre Bereiche
Class
A
B
C
D
E
Bereich
0.0.0.0
128.0.0.0
192.0.0.0
224.0.0.0
240.0.0.0
127.255.255.255
191.255.255.255
223.255.255.255
239.255.255.255
255.255.255.255
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Domain Name System
Für Menschen leicht les- und merkbare
eindeutige Adressen
Mehrere Domain Namen können einer IP
zugeordnet werden
Zeichenkette der
www.fh-bochum.de
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Kapselung
user
data
Application
TCP
header
TCP
Appl.
header
user
data
Appl.
header
user
data
TCP segment
IP
header
IP
TCP
header
Appl.
header
user
data
IP datagramm
Treiber
Ethernet
header
IP
header
TCP
header
Appl.
header
user
data
Ethernet
trailer
Ethernet frame
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Paketeingang
App.
App.
App.
UDP
TCP
ICMP
App.
IGMP
Protocol value
im IP header
IP
ARP
Port number
im TCP oder
UDP header
RARP
Hardware
Interface
frame type im
Ethernet header
Eingehendes frame
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Bekannte TCP-Port-Adressen
FTP
Telnet
SMTP
HTTP
POP
NNTP
21
23
25
80
110
119
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Ports
Port-Nummer werden von IANA verwaltet.
(Internet Assigned Numbers Authority)
Einteilung der Ports in drei Klassen
Well Known Ports von 0 bis 1023
Kontakt-Ports von Dienstanbietern
Zugriff i.d.R. durch Systemprozesse
Registered Ports von 1024
bis 49151
Zugriff durch Nutzerprozesse meist möglich
Dynamic / Private
von 49152 bis 65535
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Standardisierung
Internet Society (ISOC)
Internet Architecure Board (IAB)
Internet Engineering Task Force (IETF)
www.ietf.org
Aktuelle Entwicklung des Internets (Standards)
www.irtf.org
Langfristige Weiterwicklung und Forschung
Neu: Internet Corporation for Assigned Names and
Numbers (ICANN)
Internet Research Task Force (IRTF)
Internet Assigned Numbers Authority (IANA)
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RFCs
Veröffentlichungen zum Internet als „Request
for Comment“, kurz RFC
Assigned Numbers RFC (RFC 1700)
Internet Official Protocol Standards
(RFC 2700)
Host Requirements RFC
(RFC 1122 u. 1123)
Router Requirement RFC
(RFC 1812, Update RFC 2644)
http://www.rfc-editor.org
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Grundstrukturen
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Netzstrukturen (1)
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Netzstrukturen (2)
Bustopologie
Ringtopologie
Sterntopologie
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Netzwerke (3): Indirekte Verbindungen
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Verbindungsarten: direkt
durchgehende Verbindung zwischen Teilnehmern geschaltet
zur ausschließlichen Verwendung durch zwei angeschlossene Partner
Empfänger muß Nachrichten unmittelbar abnehmen
Netz kann nichts speichern, verzögern oder umkodieren
garantierte Bandbreite und konstante Signallaufzeit
(Beispiel: Telefonnetz, ISDN)
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Verbindungsarten: indirekt
Nachrichten werden in Pakete fester Länge zerlegt
Pakete werden zu einem Knotenrechner transportiert, dort zwischengespeichert und über andere Knotenrechner zum Empfänger transportiert
physikalische Leitungsverbindung besteht nur zwischen Knoten
verschiedene Bitraten unterwegs möglich
Garantie von Durchlaufzeit und Bandbreite möglich, aber nicht immer realisiert
Beispiele: X.25, Frame Relay, ATM, switched LAN
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Kopplung von Netzen
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Beispiel Netzkopplung
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Internet Standards und die RFCs
Internet Standards werden von der „Internet Engineering
Task Force“ entwickelt und durch das „Internet Architecture
Board“ verabschiedet
-> IETF: eine offene, internationale Gemeinschaft , die sich
mit der Weiterentwicklung der Internet-Architektur
auseinandersetzt
Request for Comments: eine Schriftenreihe, die
Informationen über alle Standards und Protokolle enthält
Weiterführende Infos
www.faqs.org
www.rfc-editor.org
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Request for Comments
Request for Comments
Offene Diskussion von Verfahren und Lösungen. Nicht
staatlich reglementiert. 7. April 1969 RFC 001
veröffentlicht. Fortlaufende Nummerierung
Stufen eines RFC
Experimental
Proposal (Vorschlag)
Draft (Entwurf)
Standard (Internet Architecture Board hat
verabschiedet, neue Nr)
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Request for Comments
Ergänzungsstufen
Recommended / Not recommended
Limited use
Required
Elective (wahlweise)
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Uniform Resource Locators (URLs)
Zur Identifizierung von Dokumenten im WWW
wurde das Konzept der URLs entwickelt. Mit
deren Hilfe kann jedes im WWW verfügbare
Dokument (Text, Grafik, Film etc.) eindeutig
identifiziert werden.
Aufbau: ProtokollIdentifizierer://Hostname/Pfad/Dateiname
?Argumente
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Uniform Resource Locators (URLs)
Protokoll: legt fest, mittels welchen Protokolls auf
das entsprechende Dokument zugegriffen wird.
Möglichkeiten: http, ftp, telnet, mailto
Hostname: entweder IP-Adresse oder symbolischer
Name des Servers, auf dem das Dokument abgelegt
ist
Pfad: Verzeichnisbaum, über den das Dokument
erreicht werden kann, relativ zu einem
Datenwurzelverzeichnis des Servers
Dateiname: das Dokument selbst
evtl. weitere Argumente; insbesondere zur
Ausführung von Skripten
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Internetadresse
Adresszusammensetzung
Protokoll:
//Servername
.Domainname
.Topleveldomain
:Port
/Verzeichnis/Dateiname
Subdomains
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Domains
Umsetzung des Namens in gültige
Internetadresse
DNS (Domain Name Systems) s.a. Hosts-Datei
DNS-Server als verteilte DB
Organisation solcher Domains?
Beispiel USA mittels Subdomains
District.Bundesland.Topleveldomain
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Domains
Kriterien der Namensvergabe (Wer? NICs)
Zeit
Markenrecht auf Name
Problematische Gerichtsurteile
Bundesdatenautobahn
www.bda.de
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Vergabe von IP
Verantwortlich für der Vergabe von IP
Adressen ist die ICANN:
Internet Corporation for Assigned
Names and Numbers
ICANN übernahm 1998 diese Aufgabe von
Internet Assigned Numbers Authority
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Supporting Organisation
Drei „Supporting Organisations“ (SOs)
unterstützen die ICANN:
Address Supporting Organisation (ASO)
Domain Name Supporting Organisation (DNSO)
Protocol Supporting Organisation (PSO)
Zuständig für IP Vergabe: ASO
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Regional Internet Registries (RIRs)
ICANN (ASO) (früher IANA) vergibt Adressräume an
Regionale Internet Registraturen (RIR):
American Registry for Internet Numbers
Réseaux IP Européens
Network Coordination Centre
Asia-Pacific Network Information Center
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27
Zuständigkeiten der RIRs
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Neue RIRs
Aktuelle befinden sich zwei weitere RIR im
Aufbau
AfriNIC (für Afrika)
LACNIC (für Latein-Amerika und Karibik)
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28
Local IR & ISP
Unterhalb der RIRs existieren
lokale Registraturen auf Länderebene
Internet Service Provider (ISP)
DENIC verwaltet übrigens nur die
Toplevel-Domain DE
Die Zuordnung von IPs überlässt DENIC bereits
seit 1996 den ISPs
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Beispiele Internetadressen
Klasse A
AT&T: 12
Mass. Institute of Technologie (MIT): 18
Klasse B
TU Berlin: 130.149
Universität Hildesheim: 147.172
Klasse C
Volkswagen AG: 193.23.96 bis 193.23.111
Verlag Heinz Heise GmbH: 193.99.144
Bayer AG: 213.26.125 und 213.26.126
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29
TCP/IP-Architektur
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OSI-Modell - Kommunikation Schichten
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OSI-Modell (2)
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OSI-Modell - Physical Layer
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31
OSI-Modell - Data Link Layer
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OSI-Modell - Network/Transport Layer
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