Internetworking

Informatik der digitalen
Medien
Ergänzungs-Studienangebot der Mediendidaktik für
Lehramtstudenten
Dr. rer. nat. Harald Sack
Institut für Informatik
FSU Jena
Sommersemester 2004
http://www.informatik.uni-jena.de/~sack/SS04/info-digitalemedien.htm
Informatik der digitalen Medien
1
2
3
4
5
6
26.05.2004 – Vorlesung Nr. 7
8
9 10 11 12
13
3. Internet und WWW (Teil 2)
Informatik der digitalen Medien
Dr.rer.nat. Harald Sack, Institut für Informatik, FSU Jena, Ernst-Abbe-Platz 2-4, D-07743 Jena, E-Mail: [email protected]
14
Informatik der digitalen Medien
3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
Informatik der digitalen Medien
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Informatik der digitalen Medien
3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
Informatik der digitalen Medien
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Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{ Internet – das Netz der Netze
{ Zahlreiche unterschiedliche Technologien müssen im Internet
zu einem homogen wirkenden Netzwerk
zusammengeschlossen werden
ATM
?
ISDN
?
?
?
Internet
?
Ethernet
SONET
Informatik der digitalen Medien
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Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{ Internet – das Netz der Netze
{ wird durch ein einheitliches Protokoll oberhalb der
technologiegebundenen Ebene erreicht
TCP/IP
5
Verarbeitung
(Application Layer)
4
Transport
(Transport Layer)
3
Vermittlung
(Internet Layer)
2
Sicherung
(Network Interface Layer)
1
Bitübertragung
(Physical Layer)
Informatik der digitalen Medien
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Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{ Internet – das virtuelle Netzwerk
{ Internetworking:
{ Konzept zum Zusammenschluss mehrerer heterogener
Computernetze zu einem einheitlichen Kommunikationssystem
{ Internet:
{ Zusammenschluss einzelner physischer Netze
{ die Verbindung zwischen verschiedenen Netzen erfolgt über
spezielle Rechner (Routern)
Virtuelles
Netzwerk
ISDN
?
ATM
?
?
?
Ethernet
?
SONET
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Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{ Internet – das virtuelle Netzwerk
{ Router
{ setzt Adreßschemen, Paketformate usw. des einen Netzes in
die des anderen Netzes um
{ angeschlossene Netze behandeln Router wie einen
„normalen“ angeschlossenen Computer
Router
ATM
ISDN
Ethernet
SONET
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Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{ Internet – das virtuelle Netzwerk
{ Internet-Konzept:
{ Netzverbund erscheint logisch als nahtloses
Kommunikationssystem
{ Illusion eines einzigen Kommunikationssystems wird
durch Internet-Protokollsoftware erzeugt
{ alle Hosts und Router müssen über diese Software
verfügen
{ die am häufigsten implementierte InternetProtokollsoftware ist die TCP/IP-Protokollfamilie
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Informatik der digitalen Medien
3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
Informatik der digitalen Medien
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ verbindungsorientierter / verbindungsloser Dienst
{ Umsetzung zwischen Protokollen, die einen verbindungsorientierten Dienst anbieten, in Protokolle, die einen
verbindungslosen Dienst realisieren
{ verbindungsorientiert:
Aufbau einer Verbindung, alle Pakete werden in der korrekten
Reihenfolge versendet und empfangen
{ verbindungslos:
ohne Verbindungsaufbau, Pakete werden einfach in das Netzwerk
abgeschickt
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Protokollumsetzung
{ Unterschiedliche Netzwerktechnologien verwenden verschiedene
Basisprotokolle
{ z.B. IP, IPX, AppleTalk, DECNet, SNA, etc.
{ Internetprotokolle müssen verschiedene Protokolle ineinander
übersetzen können
{ ist nicht immer vollständig möglich
{ Fragmentierung
{ Adressierung
{ Adressumsetzung an den Schnittstellen der Netzwerke
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Multicasting
{ Problem tritt auf, wenn eine Multicasting-Nachricht auf ein
Netzwerk trifft, dass die Verarbeitung von Multicast-Nachrichten
nicht unterstützt
{ an der Schnittstelle muss die Multicast-Nachricht
entsprechend oft repliziert werden und als Bündel
von Unicast-Nachrichten versendet werden
{ Maximale Paketgröße
{ trifft ein Datenpaket auf ein Netzwerk, dessen MTU (Maximum
Transfer Unit, maximale Datenpaketgröße) kleiner ist als das
Datenpaket, muss es entsprechend zerlegt (fragmentiert) werden
{ Zusatzinformation notwendig, um Datenpaket wieder korrekt
zusammenzusetzen
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Fragmentierung
{ transparente / nicht-transparente Fragmentierung
Router R2
großes
Datenpaket
Router R1
Netzwerk 1
setzt Datenpaket
wieder
zusammen
großes
Datenpaket
großes
Datenpaket
Netzwerk 2
Router R4
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Router R3
Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Fragmentierung
{ transparente / nicht-transparente Fragmentierung
Router R2
großes
Datenpaket
Router R1
Netzwerk 1
kleine
Datenpakete
noch kleinere
Datenpaket
Netzwerk 2
Router R4
Router 3
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Fragmentierung
{ nicht-transparente Fragmentierung
{ Probleme:
Beim Empfänger müssen die einzelnen Datenpakete wieder
korrekt zusammengesetzt werden können
{ Zusätzlich nehmen nicht alle Datenpakete denselben Weg zum
Ziel
{ unterschiedliche Fragmentierungen kommen zum Tragen
{ Übertragungsfehler können die Neuübertragung eines
Fragements erfordern, das einen anderen Weg zum Ziel nimmt und
daher erneut anders fragmentiert wird
Wie kann ein korrektes Zusammensetzen gewährleistet werden?
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Fragmentierung
{ IP-Fragmentierung
{ Festlegung einer atomaren Fragmentgröße (kleiner kann das
Fragment nicht geteilt werden)
{ Zusätzliche Information im Header des Datenpakets:
{ Paketnummer
{ Nummer des ersten im IP-Datenpaket enthaltenen Fragments
{ Steuerungsbit, das angibt, ob es sich um das letzte Fragment
eines Datenpakets handelt (=1) oder ob noch weitere
Fragmente folgen (=0)
2A
Paketnr
0
1
D
A
T
E
N
Endebit
Fragmentnr. des
ersten Fragments im DP
P
A
K
E
T
atomare Fragmentgröße
1 Byte
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ IP-Fragmentierung
2A
0
1
D
A
T
E
N
P
A
K
E
T
2A
5
1
P
A
K
E
T
2A
8
1
E
T
1. Fragmentierung
2A
0
0
D
A
T
E
N
2. Fragmentierung
2A
5
0
P
A
K
Informatik der digitalen Medien
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Fehlerbehandlung
{ Unterschiedliche Reaktion der einzelnen Netzwerke auf
Übertragungsfehler
{ z.B. Verwerfen des fehlerhaften Datenpakets,
Neuanforderung oder automatische Fehlerkorrektur
{ Unterschiedliches Verhalten kann zu Problemen führen
{ Flußsteuerung
{ Unterschiedliche Reaktion auf Überlast- und Stausituationen
{ Zusammen mit unterschiedlicher Fehlerbehandlung und maximalen
Paketgrößen problematisch
{ Datenpaketverluste an Routern
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Internet und WWW (2)
{ Aufgaben der Internet-Protokolle
{ Sicherheit
{ Unterschiedliche Verschlüsselungsmethoden und Regeln für den
Umgang mit vertraulichen Daten
{ Koordination und Umsetzung aufwändig und oft nicht vollständig
möglich
{ Abrechnungssysteme (Accounting)
{ Abrechnung erfolgt in unterschiedlichen Netzwerken nach
verschiedenen Parametern
{ nach Verbindungsdauer
{ nach übertragener Datenmenge (kann selbst jeweils
unterschiedlich abgerechnet werden)
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3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
Informatik der digitalen Medien
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Internet und WWW (2)
{ Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
{ Was hält das Internet zusammen?
{ Das Internet wird mit Hilfe von Routern als Zwischensystem
verknüpft
{ Router übernehmen die Aufgabe als Paketvermittler im
Internet
{ Generell unterscheiden sich Zwischensysteme im angebotenen
Funktionsumfang
{
{
{
{
Repeater
Bridges (Switches)
Router
Gateway
{ Funktionsumfang legt Einordnung in bestimmte Protokollschicht
des TCP/IP-Protokollstapels fest
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Internet und WWW (2)
{ Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
{ Repeater
{ arbeiten auf der untersten Schicht (physikalische Schicht)
{ Reine Signalverstärkung, um größere Distanzen zu überbrücken
{ Keinerlei Eigenintelligenz
Empfänger
Sender
5
Anwendung
4
TCP (Transport)
3
IP (Internet)
2
Sicherung (LAN)
1
Bitübertragung
Repeater
Netz A
Netz B
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Internet und WWW (2)
{ Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
{ Bridge
{ verbindet zwei LAN-Segmente (Switch verbindet einzelne Rechner im LAN)
{ LAN-Erweiterung mit intelligentem Verkehrsmanagement
{ Lokaler Verkehr wird nicht über Bridge weitergeleitet, sondern
bleibt lokal
Empfänger
Sender
5
Anwendung
4
TCP (Transport)
3
IP (Internet)
2
Sicherung (LAN)
1
Bitübertragung
Bridges
Netz A
Informatik der digitalen Medien
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Netz B
Internet und WWW (2)
{ Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
{ Router
{ verbindet zwei autarke Netze zu einem Internet
{ Subnetze werden logisch auf Schicht 3 getrennt
{ Netzwerktologogie muß dem Router bekannt sein, um effizient
Datenpakete weiterleiten zu können
Empfänger
Sender
5
Anwendung
4
TCP (Transport)
3
IP (Internet)
2
Sicherung (LAN)
1
Bitübertragung
Router
Netz A
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Netz B
Internet und WWW (2)
{ Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
{ Gateway
{ verbindet Netzwerke zu einem neuen System
{ ermöglicht Kommunikation zwischen Anwendungsprogrammen
auf unterschiedlichen Endsystemen
{ Übersetzen unterschiedliche Anwendungsprotokolle ineinander
Sender
5
Anwendung
4
TCP (Transport)
3
IP (Internet)
2
Sicherung (LAN)
1
Bitübertragung
Gateways
Netz A
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Netz B
Empfänger
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3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll - Internetworking
z Problem:
Wie findet ein Datenpaket seinen Weg zum Ziel?
z
z
z
z
z
einheitlichen Adressierung notwendig
Protokollsoftware weist dabei jedem Host eindeutige Adresse zu
IP-Standard (IPv4) ordnet jedem Host für die gesamte Kommunikation
im Internet eine 32 Bit Binärzahl zu:
IP-Adresse (Internet Protocol Address)
jedes im Internet versendete Datenpaket enthält die IP-Adresse des
Senders und die des Empfängers
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll
z Internet-Adressierung (IP-Adressen)
•
•
IP-Adresse (32 Bit) besteht aus
y Präfix (identifiziert das physische Netz)
y Suffix (identifiziert einen bestimmten Computer im
betreffenden Netz)
IP-Adresse identifiziert also keinen bestimmten Rechner, sondern
eine Verbindung zwischen einem Computer und einem Netz
Präfix
Suffix
Netzwerk-ID
Rechner-ID
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll
z Internet-Adressierung (IP-Adressen)
0
Klasse A
1
0
0
Klasse B
7
2
31
Suffix
Netz-ID
3
23 24
110
0
Netz-ID
31
Suffix
31
4
Multicast-Adresse
1110
0
Klasse E
Suffix
15 16
10
Klasse D
31
Netz-ID
0
Klasse C
8
31
4
1111
reserviert
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll
z Internet-Adressierung (IP-Adressen)
Klasse B
Klasse A
Router
Netz 17.0.0.0
Netz 84.23.0.0
Router
17.23.3.199
17.111.1.23
17.23.3.205
Klasse C
84.23.1.55
Netz 199.14.7.0
199.14.7.20
199.14.7.19
84.23.203.5
199.14.7.18
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll
z Internet-Protokoll – IPv4
•
•
derzeitige IP-Version (IPv4) ist außerordentlich erfolgreich
Grund liegt im glücklichen IP-Basisdesign:
y Einsatz ist auch unter neuen Hardware-Technologien
möglich
(wurde entwickelt vor Verbreitung der LAN-Technologie !)
y
y
funktioniert auch in Netzen, die um Größenordnungen
schneller sind, als für die es ursprünglich konzipiert war
hat enorme Zuwächse im globalen, heterogen Internet
verkraftet
ABER: größeres Wachstum als jemals erwartet!
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll
z Internet-Protokoll – IPv4
z Änderungsbedarf:
z
z
Adressraum zu klein (begrenzt auf etwa eine Million Netze)
z
Mobile Endgeräte (Handy)
z
Verbraucherelektronik, Haushaltgeräte, RFIDs, u.a.
Dienstart für multimediale Daten nicht spezifizierbar
z
z
Quality of Service (Dienstqualitat)
(z.B. für ruckelfreie Übertragung von Video)
fehlende Unterstützung verteilter Gruppenarbeit
z
(CSCW Computer-Supported Cooperative Work)
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Internet und WWW (2)
{ IP-Protokoll
z Internet-Protokoll – IPv6
Folgende Details sollen sich mit IPv6 ändern:
z
Adressgröße:
z
z
neues Header-Format/mehrere Header:
z
z
zwingend ein Basis-Header und ein oder mehrere Zusatz-Header;
verschiedene Adresstypen für Unicast, Multicast und Cluster
Video- und Audiounterstützung:
z
z
128 Bit (16-Bit-Gruppen in hexadezimaler Notation mit
Doppelpunkt als Trennzeichen, Nullenkompression)
(Echtzeit-Übertragung vermittels Mechanismus zur Festlegung
vorbestimmter Übertragungspfade)
erweiterbares Protokoll
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3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
Wie findet ein Datenpaket tatsächlich den Weg zu seinem Ziel?
Sender
Internet
?
Router
?
?
?
Router
Router
Router
Router
Router
?
Router
Router
Router
?
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Empfänger
Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Jeder Router verfügt über eine interne Routingtabelle, die
angibt,
•
•
•
über welchen Ausgang ein ankommendes Datenpaket
weitergeleitet werden soll
(entspricht jeweils dem Next Hop)
alle Rechner eines bestimmten Subnetzes sind jeweils über
denselben Ausgang erreichbar
y Speichere nur Adresse des zugehörigen Routers
y Hierarchische Adressierung
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
(3,1)
1
2
3
(1,1)
1
2
3
P1
R1
R2
R3
7
(1,4)
7
P3
R1
R2
R3
(3,5)
R7
R7
Routingtabelle für P2
1
2
3
7
P2
R1
R2
R3
R7
(2,6)
(2,5)
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Adresse
Nächster Hop
(1,1)
R7
(1,4)
R7
(2,5)
5
(2,6)
6
(3,1)
R3
(3,5)
R3
Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
(3,1)
1
2
3
(1,1)
1
2
3
P1
R1
R2
R3
7
(1,4)
7
P3
R1
R2
R3
(3,5)
R7
R7
1
2
3
7
verkürzte Routingtabelle für P2
P2
R1
R2
R3
R7
(2,6)
Adresse
Nächster Hop
(1,x)
R7
(2,5)
5
(2,6)
6
(3,x)
R3
(2,5)
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Generelle Richtlinien:
•
Universelles Routing
Für jedes potenzielle Ziel sollte die Routingtabelle einen
entsprechenden Eintrag enthalten
•
Optimales Routing
In der Routingtabelle sollte ein Eintrag zu einem bestimmten Ziel
stets auf dem optimalen Weg dorthin führen
y kürzester Weg
y kostengünstigster Weg
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Wie funktioniert es?
•
Besitzt der Router eine vollständige interne Repräsentation des
Netzwerks, kann er jederzeit die optimale Route zu einem
vorgegebenenen Ziel bestimmen
•
Wurzelbaum:
y
y
y
y
Darstellung des Netzwerks als Graph (Baum)
Router ist Wurzel
alle anderen Router bilden die Blätter des Wurzelbaumes
Wurzelbaum gibt jeweils die kürzest mögliche Verbindung vom
Wurzel-Router zu einem beliebigen Ziel-Router an
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Wurzelbaum
(1) Darstellung des Netzwerks als Graph
Router
Router
Router
Router
Router
Router
Router
Router
Router
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Wurzelbaum
(1) Darstellung des Netzwerks als Graph
(2) Lösche redundante Pfade
Wurzel
• Wurzelbaum ist nicht
eindeutig festgelegt
• dient als für
Festlegung der optimalen
Routen
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Routingverfahren
Isoliertes Routing
Statisches Routing
Dynamisches Routing
Zentrales Routing
Flooding
Hot-Potato
Verteiltes Routing
Link-State Routing
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Distance-Vector Routing
Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Flooding
•
•
•
•
ankommendes Datenpaket wird einfach über alle Ausgänge des
Routers weitergeleitet
y erzeugt hohe Netzlast
y unkompliziert und sehr schnell
y keine Kenntnis über Netzwerktopologie nötig
vermeide „ewig durch das Netz kreisende“ Datenpakete
Hop-Counter
y Zusatzinformation im Header des Datenpakets, die beim
Passieren eines Routers dekrementiert wird
y wenn Hop-Counter = 0, dann verwerfe das Datenpaket
Verfeinerung: Selective Flooding
y Datenpaket wird nur über Anschlüsse weitergeleitet, die „in
etwa“ in der richtigen Richtung liegen
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Hot Potato
•
Router versucht ankommendes Datenpaket so schnell wie
möglich wieder loszuwerden („wie eine heiße Kartoffel“)
y Weiterleitung über Anschluss mit der am wenigsten gefüllten
Warteschlange
y vermeidet unnötige Datenpaket-Replikation
y
keine Kenntnis über Netzwerktopologie nötig
y
Problem:
es handelt sich dabei nicht notwendigerweise um den
kürzesten Weg
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Distance-Vector Routing
•
•
•
•
dezentrales, verteiltes Routingverfahren
Dynamisch: passt sich an die aktuellen Gegebenheiten des
Netzwerks an
Router berechnet seine eigene Routing-Tabelle lokal und gibt
sie an seine direkten Nachbarn weiter
Routing-Information wird periodisch an Nachbar-Router versendet
y Routing-Tabellen werden ständig aktualisiert
y Änderungen (z.B. Ausfall eines Routers) können erkannt
werden
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Distance-Vector Routing
Routingtabelle von B
K
DB[k]
AB
Routingtabelle von A
Routingtabelle von C
A
min(AB+DB[k],AC+DC[k])
Netzwerk
B
AC
C
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DC[k]
Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Distance-Vector Routing
•
Vebesserungen der Netzwerktopologie werden zwar sehr schnell
registriert, aber …
A
B
C
D
E
∞
1
1
1
1
∞
∞
2
2
2
∞
∞
∞
3
3
∞
∞
∞
∞
4
Eintrag in Routingtabellen für Router A
Ausgangssituation
1. Austausch
2. Austausch
3. Austausch
4. Austausch
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Distance-Vector Routing
•
aber bei Ausfall einer Verbindung dauert es lange, bis das
Netzwerk sich an die Situation anpassen kann
A
Count-to-Infinity
Problem
B
C
D
E
1
3
3
5
5
2
2
4
4
6
3
3
3
5
5
4
4
4
4
6
…
…
…
…
∞
∞
∞
∞
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Eintrag in Routingtabellen für Router A
Ausgangssituation
1. Austausch
2. Austausch
3. Austausch
4. Austausch
n. Austausch
Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Link-State Routing
•
•
•
•
•
auch als SPF (Shortest-Path-First) / OSPF bezeichnet
Suche alle direkten Nachbarn im Netzwerk
Messe die Distanz zu jedem direkten Nachbarn
Bilde ein Link-State-Paket mit den ermittelten
Distanzinformationen
Versende das Link-State-Paket via Broadcast an alle Router im
Netzwerk
Schnelle Anpassung an Veränderungen der Netzwerktopologie
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Internet und WWW (2)
{ Routing-Protokolle
z
Link-State Routing
Link State Pakete
2
A
4
B
A
B
C
D
E
B 2
C 4
A 2
D 3
A 4
D 5
E 3
B 3
C 5
E 1
C 3
D 1
C
3
D
5
3
1
E
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3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll
{ Services des IP-Protokolls
{ Verbindungslos
Jedes Datenpaket kann auf unterschiedlichem Weg zum Ziel
gelangen
{ Best Effort
Es wird nicht garantiert, daß ein gesendetes Datenpaket
tatsächlich am Ziel ankommt bzw. wann es dort eintrifft
{ Bestimmte Aufgaben erfordern aber Dienstgarantien
{ Sichere Übertragung
{ Einhaltung von Zeitschranken
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll
{ Transport Layer Protokolle
{ Installation einer virtuellen, zuverlässigen Verbindung
TCP/IP
5
Verarbeitung
(Application Layer)
4
Transport
(Transport Layer)
3
Vermittlung
(Internet Layer)
2
Sicherung
(Network Interface Layer)
1
Bitübertragung
(Physical Layer)
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll
z Transport Layer Protokolle
•
•
Setzen auf dem IP-Protokoll auf
Ermöglichen zuverlässigen und verbindungsorientierten Transport
über ein an sich unzuverlässiges Netzwerk
•
TCP – Transport Control Protocol
y Komplexes Transportprotokoll, das gesicherten,
verbindungsorientierten Vollduplex-Datenstrom zwischen zwei
Endsystemen realisiert
•
UDP – User Datagram Protocol
y Einfaches Transportotokoll, das ungesicherte,
verbindungslose Kommunikation zwischen zwei Endsystemen
realisiert
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll
•
Tatsächlich verfügen Netze und Zwischensysteme nicht über TCP
Sender
Empfänger
Anwendung
Virtuelle und zuverlässige Verbindung
der Endsysteme
TCP
Anwendung
TCP
IP
IP
IP
Netzwerkschnittstelle
Netzwerkschnittstelle
Netzwerkschnittstelle
Hardware
Hardware
Hardware
Netz 1
Netz 2
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll - Eigenschaften
z Verbindungsorientierte Datenübertragung
1. Verbindungsaufbau
2. Datenübertragung
3. Verbindungsabau
y
y
y
Verbindung kommt rein software-technisch (virtuell) zu
Stande
TCP-Nachricht wird zur Übertragung in IP-Datagramm
gekapselt (=Nutzdaten)
TCP-Implementierung daher auf Zwischensystemen nicht
erforderlich
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Ende-zu-Ende-Übertragung
y
y
y
y
TCP erlaubt ausschließlich Datenübertragung zwischen zwei
dedizierten Endpunkten
kein Multicast/Broadcast möglich
Verbindung verläuft von Anwendung (Sender) zu Anwendung
(Empfänger)
Für Verbindungsverwaltung sind lediglich die beteiligten
Endsysteme verantwortlich
z Zuverlässige Datenübertragung
y
TCP garantiert fehlerfreie Datenübertragung ohne
Datenverlust und ohne Vertauschung der Reihenfolge der
empfangenen Datenpakete
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässige Datenübertragung
Sender
Empfänger
Nachricht 1 senden
Nachricht 1 empfangen
Bestätigung senden
Nachricht 1 bestätigt
Nachricht 2 senden
Nachricht 2 verloren
Timer abgelaufen
Nachricht 2 erneut
senden
Nachricht 2 empfangen
Bestätigung senden
Nachricht 2 bestätigt
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässige Datenübertragung
•
Neuübertragung
y Jede gesendete TCP-Nachricht muss vom Empfänger
bestätigt werden
y Sender startet bei jeder Datenübertragung einen Timer
y Läuft der Timer vor Eintreffen der Bestätigung ab, gilt die
Nachricht als verloren und es erfolgt eine Neuübertragung
y
Problem:
Wahl der Zeitschranke
y
Adaptive Neuübertragung
Zeitschranke passt sich fortlaufend an
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässige Datenübertragung
•
Flußsteuerung
y Anpassung der Länge der übertragenen Nachrichten an die
Netzwerklast
y Sliding Window Protocol
•
Überlastkontrolle
y Schwierig, da das IP-Protokoll keine Informationen über
zurückliegende Ereignisse (aufgetretene Staus, etc.) liefern
kann
y Wird indirekt erschlossen (Statistik über notwendige
Neuübertragungen, etc.)
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Vollduplexübertragung
•
•
Bidirektionale Ende-zu-Ende Datenübertragung
Sender und Empfänger können sogar gleichzeitig Daten senden
z Stream-Schnittstelle
•
•
Nachrichten werden als fortlaufender Byte-Strom übertragen (keine
aufeinander folgenden Einzelnachrichten)
Stream-Schnittstelle des Empfängers übergibt der EmpfängerAnwendung die Daten des übertragenen Bytestroms in exakt
derselben Reihenfolge der Sender-Anwendung
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässiger Verbindungsaufbau
•
•
IP-Datenpakete aus früheren Verbindungen müssen ignoriert
werden können
3-Wege Handshake
1. Signalisiere Verbindungsaufbau-Wunsch mit
Synchronisations-Segment und sendet Sequenznr x zur
Identifikation (SYN+Sequenznr x)
2. Empfänger bestätigt Empfang des SynchronisationsSegments (SYN ACK+ Sequenznr x) und sendet eigene
Sequenznr y zur Identifikation
3. Sender bestätigt Empfang von SYN ACK und der Sequenznr y
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässiger Verbindungsaufbau
•
3-Wege Handshake
Sender
Empfänger
Sendet SYN, seq=x
Empfängt x
Sendet SYN, seq=y, ACK x+1
Empfängt SYN+ACK
Sendet ACK y+1
Empfängt ACK
Verbindung eingerichtet
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässiger Verbindungsabbau
•
Partei möchte Verbindung beenden, muss aber darauf achten,
dass alle abgesendeten Daten auch zugestellt werden, bevor
die Verbindung beendet wird
1. Anwendung sendet ENDE-Segment (FIN) mit Sequenznr. X
2. Gegenseite bestätigt Empfang von FIN, nimmt keine weiteren
Segmente mehr entgegen und benachrichtigt zuständiges
Anwendungsprogramm
Verbindung in Richtung SenderÎEmpfänger ist abgeschlossen
3. Anwendung auf Gegenseite beendet Verbindung und sendet
eigenes FIN mit Sequenznr. y
4. Bestätigung des Empfangs des FIN-Segments
Sobald Gegenseite die Bestätigung erhält, gilt die Verbindung als
beendet
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z Zuverlässiger Verbindungsabbau
•
Modifiziertes 3-Wege Handshake
Anwendung beendet Sender
Verbindung
Sendet FIN, seq=x
Empfänger
Empfängt FIN, x
Sendet ACK x+1,
Informiert Anwendung
Empfängt FIN+ACK
Anwendung beendet
Verbindung
Sendet FIN, seq=y, ACK=x+1
Empfängt FIN+ACK
Sendet ACK y+1
Empfängt ACK
Verbindung beendet
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z TCP-Ports
•
Um Verbindung zwischen zwei Endsystemen einzurichten und
aufrecht zu erhalten, müssen auf Sender und Empfänger eindeutig
identifizierbare Endpunkte der Kommunikation (Sockets)
eingerichtet werden
Sender
Empfänger
Internet
Socket
Reservierter Speicherplatz
als Kommunikationspuffer
(IP-Adresse + Portnummer)
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Socket
Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z TCP-Ports
•
•
Portnummer Î 16 bit
Verbindung zwischen Anwendung und Transportverbindung
y Reservierte (privilegierte) Ports
0 – 255
(TCP/IP)
256 – 1023
(UNIX)
y Registrierte Ports
1024– 49151 (müssen von IANA registriert werden)
y Private (dynamische) Ports
49152 -- 65535
Bsp:
HTTP
SMTP (Email)
POP3 (Email)
- Port 80
- Port 25
- Port 110 …
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z TCP-Ports
Sender
feste Zuordnung
wahlfreie Zuordnung
HTTP
Port x
SMTP
Port y
TELNET
Port z
TCP
TCP
Empfänger
Port 80
HTTP
Port 25
SMTP
Port 23
TELNET
TCP-Transport
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Internet und WWW (2)
{ TCP-Protokoll – Eigenschaften
z TCP-Ports
•
•
•
•
•
TCP-Verbindung kann über Socket-Nummern
y (IP-Adresse + Portnummer)
auf Sender und Empfängerseite eindeutig identifiziert werden
Empfänger assoziiert über die angegebene Portnummer die
zugehörige Anwendung, mit der kommuniziert werden soll
Empfänger überwacht ständig alle Ports auf eingehende
Verbindungen
Offene Ports stellen oft ein Sicherheitsrisiko dar
y können gesperrt werden
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3. Internet und WWW (2)
{ Internetworking
{
{
{
{
{
{
Internet – das Netz der Netze
Aufgaben der Internet-Protokolle
Zwischen- und Vermittlungssysteme im Internet
IP-Protokoll
Routing-Protokolle
TCP-Protokoll
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3.
Internet und WWW (2)
{ Literatur
z
Ch. Meinel, H. Sack:
WWW– Kommunikation, Internetworking, Web-Technologien,
Springer, 2004.
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