Rounded Rectangles

Rechnernetze
BA Dresden :: 3MI11-1 :: Jan/Feb 2013
Vorlesung 2.2:
Die OSI-Schicht 3
Josef Spillner <[email protected]>
Experimentierumgebung
Rechner Neunauge
●
IP-Adresse: 141.76.41.201
●
Zugriff: über SSH (benutzer@rechner)
●
Zugangsdaten: werden verteilt
OSI-Schicht 3: Vermittlung
Vielfältige Aufgaben
●
Weiterleitung von Paketen über
Zwischenrechner zum Ziel (Routing)
●
Wegewahl, Anpassung, Optimierung
●
Einheitliche Adressierung
Wegewahl
Global
●
gesamte Topologie ist bekannt → OSPF
Verteilt
●
begrenzter Austausch an
Weginformationen → RIP
Lokal
●
kein dynamischer Austausch → Hot
Potato, Rückwärtslernen, Fluten
Wegewahl: Lokale Verfahren
Hot Potato: Sofort absenden an Weg mit
kürzester lokaler Warteschlange bei
Mehrfach-Wegen
Rückwärtslernen: Ankommende Pakete
führen Zähler mit Zahl überwundener
Zwischenknoten, optimaler Vorgänger für
Ursprungsknoten bestimmbar
Fluten: Paket an alle Nachbarn weiterleiten,
Terminierung durch dekrementierenden
Zähler
Wegewahl: OSPF
Open Shortest Path First (OSPF) basierend
auf Dijkstra-Algorithmus zur Suche des
kürzesten Pfades in einem Netz
Knotenbeschriftung: vorläufig oder
permanent
Algorithmus mit Arbeitsknoten AK:
●
Ursprungsknoten ist permanent und AK
●
Abstandsermittlung, vorläufige Beschr.
●
Kleinster vorläufiger Knoten wird AK
●
Terminierung, falls Endknoten permanent
OSPF-Beispiel
Netzwerk mit Pfadlängen (z.B. Entfernung,
Verzögerung, Kosten)
Suche A-E:
Lösung:
Übungsaufgabe
Über welche möglichen Routen (abhängig
vom Routingverfahren) wird die Nachricht
von A nach D zugestellt?
Das Internet
1969: ARPANET
via PSTN
1970: Octopus-LAN
1974: Datendienst
Telenet
1981: Internetprotokoll
[OE13]
1983: BTX (später DATEX-J/-P)
1984: Mailboxsysteme FidoNet und MausNet
1994: kommerzielle Zugänge, CompuServe
Routen im Internet
[He11]
Routen im Internet
[He11]
Das Internetprotokoll (IP)
Verbindungsprotokoll hervorgegangen aus
dem ARPANET
Spezifikation 1981 in der Reihe „Request for
Comments“: RFC 791
Eindeutige Identifizierung eines Geräts durch
eine (global gültige) IP-Adresse
Aber: Ein Gerät kann mehrere IP-Adressen
haben
IP-Adressfamilien
IPv4
●
●
adressiert 32 Bit
Einteilung in Netze
durch Netzmasken
Beispiele:
IPv6
●
●
adressiert 128 Bit
davon i.d.R. 64 Bit
geräteabhängig für
private Teilnetze
127.0.0.1
Beispiele:
192.168.0.0/32
::1
141.76.40.99/28
fe80::224:d7ff:fe27:7b0c/64
IPv4-Pakete
IHL: Headerlänge mit Multiplikator 32 Bit;
Flags: z.B. zu Fragmenten
[Gü13]
Routing mit IP
Autonome Systeme: Basisstruktur des
Internets, verbunden über das Border
Gateway Protocol (BGP)
RFC 1519: Klassenloses Routing
●
●
Reaktion auf Problem der
Routenexplosion
173 Routen im Juli'88, 1727 im Juli'90,
6031 im Juli'92
Lokale Netze und NAT
NAT: Network Address Translation →
Gateway-Funktion zwischen zwei Netzen mit
IP-Abbildung aller Endgeräte auf Gateway
Vorteile
●
weniger (globale) IP-Adressen
●
vereinfachte Netzadministration
Nachteile
●
direkte Verbindungen erfordern STUN o.ä.
Lokale Netze und VPN
VPN: Virtual Private Network → Umsetzung
auf Schicht 2 oder 3
Funktionsweise
●
●
VPN bringt einen Rechner virtuell in ein
anderes (eigentlich geschlossenes)
privates Netz
IP-Paket-Tunnel zwischen Rechner und
VPN-Gateway
Virtuelle lokale Netze
VLAN: Virtuelles LAN → Segmentierung
eines lokalen Netzes in mehrere mit
unterschiedlichen Eigenschaften
Funktionsweise
●
●
Bildung logischer Teilnetze, z.B. anhand
Steckernummern am Switch oder
Ethernet-Markierungen
Firewall- und Routingkonfiguration separat
für jedes Teilnetz
Hilfsprotokolle zu IP
ICMP: Internet Control Message Protocol
●
diagnostische Nachrichten, keine Daten
IGMP: Internet Group Management Protocol
●
Verwaltung von Multicastgruppen
ARP: Address Resolution Protocol
●
Zuordnung von IPv4-Adressen zu MACAdressen
Hilfsprotokolle zu IP
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
●
●
dynamischer Bezug einer IP-Adresse, einer
Netzwerkmaske, eines Gateways und eines
bzw. mehrerer DNS-Server
dadurch vereinfachte Integration
Funktionsweise
●
●
Entdeckung des DHCP-Servers per
Broadcast
zeitlich beschränkte Zuordnung; Erneuerung
Sicherheitsbetrachtung
Klassische Sicherheitsanforderungen
●
Verschlüsselung
●
Echtheitsprüfung
IP-Kommunikation
●
Autentifizierungs-Header
●
Gekapselte Sicherheits-Nutzdaten
●
Verwaltungsparameter durch Sicherheitsbeziehungs- und Schlüsselverw.-protokoll
Mobilitätsbetrachtung
Mitnahme einer IP-Adresse in andere Netze
●
benötigt 2 IP-Adressen auf dem Gerät
●
benötigt weiterhin Agent im Ursprungsnetz
[St04]
Qualitätsbetrachtung
IPv4: Diensttyp-Feld, 8 Bit
●
konventionell: normale(r) bzw. optimale(r)
(hohe/niedrige) Verzögerung, Durchsatz,
Zuverlässigkeit mit 3 Bit
●
mittlerweile: DiffServ-Kennung mit 6 Bit
●
erfordert Vermittlungsarchitektur
Übungsaufgabe
Gegeben sei ein Heimnetzwerk mit
folgenden Rechnern:
●
Notebook, 100base-T, 802.11g
●
Desktop-PC, 1000base-T, 802.11n
●
WLAN-Router am VDSL2-Anschluss,
802.11n
Wie lautet eine mögliche Zuweisung von IPAdressen und (sinnvollen) Routen?
Übungsaufgabe 2
Das Heimnetzwerk wird über einen neu
gekauften Tablet-PC erweitert.
Wie wird dessen Integration durchgeführt?
Wie kann der Benutzer vom Tablet aus auf
Projektdokumente in der Firma zugreifen?
Wie kann er sicherstellen, dass der Abruf
von Mails aus der Firma nicht durch
Netzwerkspiele anderer Benutzer behindert
wird?
Werkzeugunterstützung für IP
Schicht 2: Schnittstellen (Netzwerkkarten)
●
ip link (Teil der iproute2-Suite)
●
Alias-Syntax: <DEVm>:n, z.B. eth0:1
Beispiel: Virtuelle WLAN-Schnittstelle
% ip link show
1: wlan0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500
qdisc mq state UP mode DORMANT qlen 1000 link/ether
00:24:d7:27:7b:0c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
% ip link add link wlan0 name wlanx address 00:11:22:33:44:55 type
macvlan
Werkzeugunterstützung für IP
Schicht 2: Schnittstellenstatus anzeigen
●
mii-tool (veraltet, bis 100 MBit/s)
●
ethtool
Beispiel: Erzwingung einer Geschwindigkeit
% ethtool -s eth0 speed 1000 duplex full autoneg off
% ethtool eth0
Supported ports: [ TP ]
Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full 100baseT/Half
100baseT/Full 1000baseT/Full
...
Werkzeugunterstützung für IP
Schicht 3: Konfiguration
●
ifconfig (traditionell)
●
ip addr + ip link
Beispiel: Schnittstelle in lokales Netz bringen
% ifconfig eth0 192.168.0.9 netmask 255.255.255.0 up
% ip address flush dev eth0; ip address add dev eth0 192.168.0.9
% ip link set eth0 up
% ip addr show # erweitert ip link show
inet 192.168.0.9/24 brd 192.168.0.255 scope global eth0
...
Werkzeugunterstützung für IP
Schicht 3: Routing
●
route (traditionell)
●
ip route
Beispiel: Route setzen und anzeigen
% route add default gw 141.76.40.99 dev eth0
% route -n # Kernel-IP-Routentabelle
Ziel
Router
0.0.0.0
Genmask
Flags
Iface
141.76.40.99 0.0.0.0
UG
eth0
0.0.0.0
141.76.40.1
0.0.0.0
UG
eth0
141.76.40.0
0.0.0.0
255.255.252.0
U
eth0
Werkzeugunterstützung für IP
Beispiel: Route setzen und anzeigen mit ip
% ip route
default via 141.76.40.99 dev eth0
default via 141.76.40.1 dev eth0 proto static
141.76.40.0/22 dev eth0 proto kernel scope link src 141.76.40.xx
Beispiel: MAC-IP-Adresszuordnung (IPv4)
% ip neighbour # äquivalent: arp -n
141.76.40.1 dev eth0 lladdr c4:7d:4f:d2:d8:00 REACHABLE
Werkzeugunterstützung für IP
Hilfsprotokoll DHCP (OSI 7): dhcpclient
% dhclient -v wlan0
DHCPDISCOVER on wlan0 to 255.255.255.255 port 67 interval 6
DHCPREQUEST on wlan0 to 255.255.255.255 port 67
DHCPOFFER from 141.30.1.225 / DHCPACK from 141.30.1.225
bound to 141.76.181.xx -- renewal in 488 seconds.
Hilfsprotokoll ICMP (OSI 4): ping
% ping -c 1 sachsen.de
PING sachsen.de (193.158.122.63) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 193.158.122.63: icmp_req=1 ttl=246 time=61.2 ms
Werkzeugunterstützung für IP
Routenverfolgung mit ICMP: traceroute
% traceroute 8.8.8.7
traceroute to 8.8.8.7 (8.8.8.7), 30 hops max, 60 byte packets
1 141.76.29.121 (141.76.29.121) 1.655 ms 1.587 ms 1.604 ms
2 141.30.1.181 (141.30.1.181) 1.579 ms 1.183 ms 1.572 ms
3 cr-tub1-be1.x-win.dfn.de (188.1.237.193) 4.713 ms 4.941 ms
5.168 ms
4 ***
5 ***
[Pa12]
Werkzeugunterstützung für IP
Registratur-Hilfsprotokolle (OSI 7): whois,
host, dig
% host sachsen.de
sachsen.de has address 193.158.122.63
% whois sachsen.de
# liefert Domaineintrag, Nameserver, Ansprechpartner
% whois 193.158.122.63
# liefert Informationen zum Autonomen System (EGOV-SACHSEN-01)
[Pa12]
Zusammenfassung VL 2.2
Wegewahl (Routing) zur Vermittlung
Internet & Internetprotokoll (IP)
Lokale Netze auf IP-Basis
Aspekte von IP
Werkzeugunterstützung für IP
Quellen + Literatur
[Pa12] J. Pattloch, Topologie des X-Win, Online-Publikation zum DFNWissenschaftsnetz
[OE13] The Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD):
Internetgrafik, OECD-Webseite
[He11] Mathias Helminger, Interactive visualization of global routing dynamics,
Bachelorarbeit TU München
[Gü13] D. Gütter, Rechnernetzpraxis, Vorlesung TUD
[St04] L. Strand, Linux Mobile IPv6 HOWTO, TLDP-Webseite